Comprender un circuito para leer la corriente que pasa a través de los cuerpos humanos.

Encontré en Instructables este circuito que se usa para detectar cuando dos almohadillas conductoras son tocadas al mismo tiempo por una persona (o, en ese ejemplo particular, una cadena de personas).

Esquema del circuito táctil

Usado junto con este boceto de Arduino, funciona perfectamente, produciendo un valor estable cuando los dos pads no se tocan y diferentes valores proporcionales a la cantidad de contacto cuando se tocan:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int r = analogRead(A0);
  Serial.println(r);
  delay(200);
}

Funciona perfectamente para mí, pero no entiendo cuál es el principio detrás de él y el artículo no lo explica.

Normalmente, esperaría tener una fuente de voltaje presente en una almohadilla y una resistencia de extracción en la otra almohadilla y que la persona complete el circuito. Sin embargo, en este caso no hay fuente de voltaje y una de las almohadillas está conectada al pin de referencia analógica.

Respuestas (3)

El principio básico es este:

Aquí, desde una perspectiva de ingeniería, hay un ser humano...

ingrese la descripción de la imagen aquí

El valor de un humano es mucho más fácil de medir o estimar para este modelo. Las esperanzas y los sueños no entran en la ecuación, sino solo el sudor de su piel. El valor de un ser humano puede oscilar entre 1kΩ y 100kΩ.

Tenemos un humano sudoroso, son 5kΩ.

Cuando añadimos un ser humano al circuito que proporcionaste...

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Nuestro humano crea un divisor de voltaje con R1. El diseñador de circuitos modeló su resistencia humana promedio como 39kΩ. Podemos inferir esto porque el cambio máximo en un divisor de voltaje es cuando las resistencias son iguales. Por lo tanto, para maximizar el cambio en la señal que se mide, establecen R1 en 39kΩ.

Sin humanos el voltaje en A 0 simplemente será igual a AREF y el condensador se cargará a la misma. Cuando se agrega el ser humano y el circuito está completo, el voltaje ahora es:

A 0 = A R mi F ∗ ( H tu metro a norte + 1 k Ω ) ‖ 1 k Ω 39 k Ω + ( ( H tu metro a norte + 1 k Ω ) ‖ 1 k Ω )

El condensador también está ahí, pero si consideramos que tiene una resistencia de CC infinita, entonces no entrará en la ecuación. Está ahí para suavizar el cambio de voltaje.

Es posible que no haya reconocido de inmediato esto como un divisor de voltaje debido a las resistencias en serie de 1kΩ. Esos están ahí para proporcionar aislamiento al ser humano y, junto con el condensador, como un circuito antirrebote . Además, el AREF para el voltaje de 'suministro'. Estamos realizando una medición analógica, por lo que el voltaje de referencia analógica (AREF) es una buena opción. Se requiere muy poca corriente para cargar el condensador en el tiempo suficiente.

Esto tiene sentido, especialmente porque 39kΩ es demasiado bajo para modelar la resistencia del cuerpo humano. Por lo general, lo mido por encima de 1 MΩ hasta 200 kΩ con las manos mojadas. Lo que tiene sentido ya que reemplazar R1 con un valor mayor me da una salida más sensible. Lo que realmente me confundió aquí es que en lugar de usar el pin 5V V+ en el Arduino, están usando el pin AREF (referencia analógica). ¿Hay alguna razón específica o funcionaría igual incluso con el pin 5V V+?
El AREF se usa porque es el voltaje de referencia para el ADC. Esto significa que es una copia de lo que el ADC está usando como referencia, de esa manera cualquier ruido en él será lo que se llama 'modo común', que los ADC generalmente ignoran bastante bien.

Se basa en la conductividad del cuerpo humano que permite que una pequeña corriente pase a través de R1, a través del cuerpo y luego a través de R3 a tierra. Esto crea un cambio en el voltaje en la entrada al ADC. Esto, presumiblemente, lo mide la MCU y usted, el operador de la MCU, recibe algún tipo de retroalimentación visual o audible.

Su respuesta tendría sentido para un circuito diferente donde la corriente fluye desde un pin a través del cuerpo y luego es leída por el ADC. Pero este circuito parece funcionar de manera diferente ya que involucra la referencia analógica del microcontrolador. Actualicé mi pregunta para que coincida con esto.
+1 Esta respuesta es completamente correcta. Simplemente no abordó la idea errónea del OP sobre AREF vs VCC.
@Samuel: la pregunta ha cambiado desproporcionadamente: no se mencionó Vref en la pregunta del OP cuando la publicó, solo un diagrama de circuito. Y, para el votante negativo (no para usted, Samuel), tome nota de esto: ¿cómo se puede esperar que revise cada 5 minutos para que el OP regrese y cambie su pregunta?

Samuel tiene razón, pero hay dos cosas que creo que están mal con su respuesta.

Primero, suponiendo que la entrada del ADC consume una corriente insignificante, el voltaje de salida es realmente:

A 0 = A R mi F ∗ ( H tu metro a norte + 1 k Ω ) 39 k Ω + ( H tu metro a norte + 1 k Ω )

Esto coincide con la simulación.

En segundo lugar, el divisor de voltaje no muestra un "cambio máximo" cuando el ser humano = 39 k Ω . En realidad, cambia más a valores de resistencia bajos, como se puede ver en este gráfico de la ecuación del divisor de voltaje.

grafico

La verdadera razón para establecer R1 en el valor esperado de "humano" (más 1kΩ) es para que la resistencia humana esperada esté en el medio del rango de voltaje, desde entonces:

A 0 = A R mi F ∗ 39 k Ω 39 k Ω + 39 k Ω = 1 2 A R mi F

Excelente respuesta de lo contrario!

A partir de pruebas experimentales limitadas, me parece que el sistema tiene una respuesta mucho mejor con valores de alrededor de 100k. Con 39k cuando se tocan las placas, hay mucha fluctuación y los valores no cambian de manera muy distintiva, lo que ocurre cuando se usa 100k en su lugar.
Primero, dejaste R2 fuera de tu ecuación divisoria. En segundo lugar, trata de trazar la derivada (tasa de cambio) de esa ecuación divisoria que trazaste. Encontrará el valor máximo en 39k. Es ese punto más empinado justo abajo en la región de 39k de su parcela.
R2 no está en el circuito de CC si no fluye corriente o es insignificante en la entrada.
Comprender un circuito para leer la corriente que pasa a través de los cuerpos humanos.
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