Automatische Reinigung von Tastenkontakten in einem Mikrocontroller-Gerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Bekanntlich kommt es bei Knöpfen und anderen Geräten mit elektrischen Kontakten zu einem „Bounce“-Effekt – einem unkontrollierten wiederholten Schließen und Öffnen in den ersten 20 bis 40 ms nach dem Aufbringen oder Entfernen mechanischer Kraft. Aus physikalischer Sicht handelt es sich dabei um eine Reihe lokaler Durchbrüche eines dünnen Oxidfilms, der die Kontaktflächen der Kontakte bedeckt. Die Situation verschärft sich, wenn die Kontakte unter schwierigen klimatischen Bedingungen arbeiten, beispielsweise in einer warmen, feuchten Atmosphäre sowie in Gegenwart von Staub und Verunreinigungen.

Um den Widerstand geschlossener Kontakte zu verringern, die bei niedrigen Schaltstromwerten betrieben werden, ist es sinnvoll, regelmäßig Stromimpulse mit erhöhter Amplitude durch sie zu leiten, die die Oberfläche teilweise von Oxiden und Verschleißprodukten reinigen. Dieses Prinzip nutzt beispielsweise die Mikroschaltung MAX13036, mit der Informationen über den Zustand verschiedener im Auto verbauter Kontaktsensoren gesammelt werden. In seiner technischen Beschreibung [1] gibt es einen speziellen Parameter „Benetzungsstrom“, der aus dem Englischen übersetzt „Benetzungsstrom“ bedeutet.

Fig. 1

Bei auf Mikrocontrollern basierenden Geräten ist es auch möglich, die Entfernung einer Oxidschicht mit einem Stromimpuls zu organisieren und dabei den Zustand des Kontakts zu bestimmen. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein typisches Diagramm für den Anschluss der SB1-Taste an die IAC-Leitung des Mikrocontroller-Ports mit einem Lastwiderstand R1 und einem niederohmigen Widerstand R2, der die Amplitude des vom Mikrocontroller erzeugten „Benetzungsstrom“-Impulses begrenzt. Die Spannung Das Zeitdiagramm am Mikrocontroller-Pin ist in Abb. dargestellt. 2.

Fig. 2

Zunächst befindet sich die IAC-Leitung im Eingabemodus. Das Programm überprüft regelmäßig seinen Zustand, sobald hier ein niedriger Spannungspegel erkannt wird, legt eine Anti-Bounce-Pause von 50 ms ein. Bleibt der Pegel niedrig (d. h. die SB1-Taste wird tatsächlich gedrückt), schaltet das Programm die PXX-Leitung auf Ausgangsmodus und setzt ihn auf einen hohen Pegel, wodurch ein „Benetzungsstrom“-Impuls entsteht. Anschließend bringt das Programm die IAC-Leitung wieder in den Eingangsmodus und arbeitet nach dem darin eingebetteten Algorithmus weiter. Natürlich der positive Reinigungseffekt erscheint erst beim nächsten Tastendruck.

Der Widerstandswert des Widerstands R2 wird je nach Ausführung und Material der Kontakte experimentell gewählt. Beispielsweise kann für die Mikroschaltung MAX13036 die Amplitude des „Benetzungsstrom“-Impulses im Bereich von 7,5...40 mA liegen, seine Dauer beträgt 10...35 ms, die Dauer der Tropfen beträgt 1... 6 μs. Wenn die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers also Up = 5 V beträgt, sollte der Widerstandswert des Widerstands R2 100...620 Ohm betragen.

Dieser Widerstand ist auch in der Prototyping-Phase nützlich, auch ohne dass ein Stromimpuls durch ihn geleitet wird. Dadurch wird der Mikrocontroller vor Schäden bewahrt, wenn ein Fehler im zu debuggenden Programm zu einer Portleitung führt, die als Eingabe-Ausgabe-Modus dienen sollte.

Fig. 3

In Abb. Abbildung 3 zeigt ein weiteres Anschlussdiagramm für gängige Tasten. Um Elemente einzusparen, wird hier ein im Mikrocontroller befindlicher Lastwiderstand Rp verwendet. Der Betriebsstrom durch geschlossene Kontakte überschreitet nicht mehrere zehn bis hunderte Mikroampere.

Die Funktionsweise von Mikrostromkontakten weist ihre eigenen Besonderheiten auf [2]. Insbesondere können willkürliche Änderungen des Widerstands geschlossener Kontakte im Laufe der Zeit beobachtet werden, was durch das Wachstum von Sulfid- und Polymeroxidfilmen auf deformierten Mikrovorsprüngen der Kontaktflächen erklärt wird. In einem solchen Fall wird dringend empfohlen, den Widerstand R1 zu installieren und einen „Benetzungsstrom“ durchzulassen. Eine Ausnahme bilden Knöpfe, deren Kontakte aus Edelmetallen bestehen oder damit beschichtet sind. Sie sind weniger anfällig für Oxidation und funktionieren normalerweise gut bei niedrigem Strom.

Fig. 4

Die Tabelle zeigt einen Ausschnitt eines Programms in der Wiring-Sprache für ein Mikrocontroller-Modul der „Arduino“-Familie. Ein selbstgebautes Modul dieser Familie wurde in [3] beschrieben. An die Leitung D2 des Moduls gemäß dem Diagramm in Abb. 4, SB1-Taste ist angeschlossen. In diesem Fall wird es nicht an die gemeinsame Leitung angeschlossen, sondern an das Stromversorgungsplus. Dies geschah, um das Fehlen grundlegender Unterschiede im Algorithmus zur Erzeugung eines Stromimpulses zu zeigen. Die Zeitverhältnisse entsprechen Abb. 2, nur der niedrige und der hohe Pegel werden vertauscht.

Literatur

1. MAX13036 Automotive-Kontaktmonitor und Pegelwandler. - datasheets.maxim - ic.com/en/ds/M AX13036.pdf.
2. Levin A. Kontakte elektrischer Anschlüsse radioelektronischer Geräte. - M.: Sowjetisches Radio, 1972.
3. Ryumik S. Mikrocontrollermodul „InterDuino“. – Radio, 2010, Nr. 10, S. 27-30.

Autor: S. Ryumik

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