Spis treści:
Zastosowanie przycisków to jeden z najprostszych i najbardziej intuicyjnych sposobów na interakcję człowiek-maszyna. Warto więc bliżej poznać te przydatne elementy.
Spośród wszystkich rodzajów przełączników mechanicznych, to właśnie przyciski oferują zdecydowanie największą elastyczność. Występują zarówno w formie kompaktowych, niskoprofilowych elementów SMD o wymiarach zaledwie kilku milimetrów, jak i w postaci dużych, odpornych na uszkodzenia mechaniczne przycisków wandaloodpornych w wytrzymałych, hermetycznych obudowach ze stali nierdzewnej.
Ta uniwersalność sprawia, że trudno wyobrazić sobie współczesną elektronikę bez tradycyjnych przełączników przyciskanych – tym bardziej, że ich rynkowej pozycji nie zaszkodziła nawet ekspansja wszechobecnych interfejsów dotykowych. Nawet najnowocześniejsze smartfony mają przecież przynajmniej jeden, a najczęściej kilka niewielkich klawiszy, umieszczonych na brzegach smukłej obudowy. W naszym dzisiejszym wpisie przyjrzymy się rodzajom przycisków oraz najważniejszym parametrom technicznym, które należy brać pod uwagę podczas projektowania własnych urządzeń, wykorzystujących te pożyteczne elementy.
Przyciski monostabilne i bistabilne
Jedna z najważniejszych cech każdego przycisku odnosi się do jego sposobu reakcji na działanie użytkownika. W przypadku konstrukcji monostabilnych (zwanych też chwilowymi), styki są zwierane (lub rozwierane, w zależności od domyślnej konfiguracji – o niej przeczytasz za chwilę) tylko wtedy, gdy klawisz pozostaje wciśnięty – po zwolnieniu nacisku styki natychmiast wracają do normalnego położenia dzięki niewielkiej sprężynie.
Przełączniki bistabilne są natomiast zaprojektowane tak, że w danym stanie mogą pozostawać dowolnie długo, aż do momentu kolejnego naciśnięcia klawisza. Pod względem zasady działania przyciskowe przełączniki bistabilne zachowują się nieco podobnie, jak długopis – każde kolejne naciśnięcie „przerzuca” mechanizm do stanu przeciwnego.
Pamiętaj, że każdy przycisk ma przynajmniej jedną parę styków NO (normalnie otwartych) lub NC (normalnie zamkniętych) – taką konfigurację nazywamy skrótem SPST. Jeżeli zaś przełącznik posiada trzy wyprowadzenia NO, NC oraz COM – określamy go mianem SPDT.
Parametry elektryczne i mechaniczne przycisków
Wszystkie przyciski mają ściśle określone parametry graniczne, których przekroczenie może doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia styków. W zależności od rodzaju (a więc i typowego zakresu zastosowań), producenci specyfikują maksymalne napięcie stałe i/lub przemienne (np. 12 VDC czy 230 VAC) oraz wartość najwyższego możliwego prądu obciążenia (np. 10 A).
Warto jednak wiedzieć, że nawet, jeżeli nie przekraczamy tychże limitów, styki po pewnym czasie i tak ulegną zużyciu, co będzie objawiało się problemami z łączeniem obwodów i niestabilnym działaniem (tzw. drgania zestyku). Aby oszacować trwałość przycisku w danej aplikacji, producenci podają więc także spodziewaną liczbę cykli (np. 1 milion), którą przycisk na pewno „przeżyje”, o ile był użytkowany w prawidłowych warunkach pracy.
Szczególnym parametrem określanym dla przycisków jest siła nacisku, niezbędna do przełączenia styków – parametr ten może występować w dwóch jednostkach: niutonach (N) lub gramach (g), co rzecz jasna odnosi się do siły nacisku, obliczonej ze wzoru F=m*g (gdzie m – masa, g – przyspieszenie ziemskie, F – wartość siły).
Drugą wielkością, charakterystyczną dla omawianej grupy elementów, jest wielkość skoku, wyrażona w milimetrach i określająca głębokość, na jaką klawisz wchodzi do wnętrza korpusu podczas naciskania. Wbrew pozorom, wielkość ta ma ogromne znaczenie w przypadku projektowania dedykowanych obudów urządzeń, pozwala bowiem precyzyjnie obliczyć wymiary i luzy montażowe klawisza, współpracującego z zastosowanym przyciskiem (problem ten dotyczy przede wszystkim miniaturowych przycisków typu tact-switch, stosowanych np. w urządzeniach mobilnych).
Przyciski typu tact-switch
Skoro poruszyliśmy już temat przycisków tact-switch (zwanych także microswitchami), należy poświęcić im nieco więcej uwagi – są to wszak jedne z najczęściej stosowanych przycisków, a spotkać je można w tysiącach rozmaitych urządzeń elektronicznych.
Mikroprzyciski występują w wersjach do montażu przewlekanego (THT), jak i powierzchniowego (SMT), a ich rozmiary zwykle nie przekraczają 12 mm x 12 mm.
Najpopularniejsze – zwłaszcza w elektronice modułowej (np. Arduino), zestawach ewaluacyjnych, sprzęcie audio, urządzeniach sieciowych i wielu innych – są tact-switche o wymiarach podstawy równych 6 mm x 6 mm, wyposażone w niewielkie, okrągłe popychacze o długości od około 2 mm do nawet 19 mm. Niektóre mikroprzyciski mogą współpracować z większymi klawiszami, dostępnymi w szerokiej gamie kolorów i kształtów.
Nietypowe rodzaje przycisków
Wśród omawianej grupy komponentów można znaleźć niezwykle zróżnicowane modele, opracowane z myślą o ściśle określonych zastosowaniach. Przyciski bezpieczeństwa (tzw. „grzybki”) służą do odcinania zasilania napędów i innych urządzeń wykonawczych w warunkach bezpośredniego zagrożenia zdrowia lub życia operatora bądź osób postronnych – z tego względu są nad wyraz często spotykane w automatyce przemysłowej, dużych elektronarzędziach (np. wiertarkach stołowych) czy też maszynach CNC.
Przełączniki krańcowe, zwane także krańcówkami – w odróżnieniu od wszystkich innych rodzajów przycisków – są przeznaczone już nie do naciskania przez użytkownika, ale… do aktywacji przez ruchome elementy mechanizmów. Przykładowo – jeżeli głowica drukarki 3D dojeżdża do końca zakresu bezpiecznego przesuwu, to właśnie umieszczona w odpowiednim miejscu krańcówka daje sygnał do procesora sterującego, że konieczne jest wyłączenie napędu w celu uniknięcia groźnej w skutkach kolizji z konstrukcją drukarki. Przełączniki krańcowe stanowią jedno z najważniejszych i zarazem najprostsze zabezpieczenie, spotykane w siłownikach elektrycznych, drukarkach i skanerach komputerowych, maszynach CNC, ploterach laserowych, niektórych pompach tłokowych i wielu innych.
