Барьеры на модулированном ИК излучении
Надежность работы оптического барьера с непрерывным спектром излучения зависит от внешнего освещения. Однако инфракрасное излучение можно модулировать с частотой от 1000 до 3000 Гц, то есть прерывать его с очень высокой скоростью (от 1000 до 3000 раз в секунду). В приемнике следует предусмотреть избирательную цепь, выделяющую модулированный «сигнал» барьера, который фототранзистор трансформирует в переменное напряжение на фоне непрерывного освещения от внешних источников.
На рис. 5.6 приведена схема излучателя модулированного излучения И К диапазона.
Элементы схемы, изображенной на рис. 5.6:
- С1: 10 нФ, пленочный;
- С2: 220 мкФ, 15 В;
- R1: 22 кОм;
- R2: 33 кОм, подстроечный;
- R3: 4,7 кОм;
- диоды ИК диапазона LD271, CQY 37, CQW 89 В или эквивалентные;
- выпрямитель (4×1 N 4001 или готовый мост);
- трансформатор для источника питания 6 В, 0,3 А;
- интегральная схема NE 555.
Здесь в качестве мультивибратора, генерирующего импульсы излучения, используется интегральная схема NE 555. Частота мультивибратора может регулироваться с помощью резистора R2 путем согласования частот излучателя и приемника. Схема, представленная на рис. 5.6, имеет дополнительный выход, который используется для синхронизации между собой излучателя и приемника, о чем будет сказано ниже.
Можно увеличить КПД приемника при помощи последовательного или последовательно-параллельного включений большого числа светодиодов, как об этом было написано в главе 2. Однако практически не имеет смысла строить излучатель (рис. 5.6) на интегральной схеме, так как число элементов невелико. Достаточно собрать устройство в корпусе малых размеров.
Схема соответствующего приемника представлена на рис. 5.7. Элементы схемы, изображенной на рис. 5.7-5.9 (приемное устройство оптического барьера для модулированного сигнала):
- C1: 1 нФ, керамический или пленочный;
- С2: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
- СЗ: 100 нФ, пленочный;
- С4: 22 мкФ, 15 В, электролитический;
- С5: 22 нФ, пленочный;
- С6: 100 нФ, пленочный;
- С7: 2,2 мкФ, 25 В, электролитический (предпочтительно танта-ловый);
- D1 — D5: 1 N 4148, 1 N 914 или эквивалентные;
- R1: 10 кОм;
- R2: 330 кОм;
- R3: 470 кОм;
- R4: 2,7 кОм;
- R6: 330 кОм;
- R7, R8: 2,2 кОм;
- R9: 47 кОм;
- R10, R11: 4,7 МОм;
- R12: 2,2 кОм;
- R13: 1 кОм;
- R14: 220 Ом, 0,5 Вт;
- Т1: фототранзистор BP 103, BPW 14 В, BPW 22 А или эквивалентные;
- Т2: 2 N 2219, ВС 140-16 или ВС 635;
- симистор на 220 В и минимум 2 А. Без радиатора, для лампочки мощностью до 100 Вт;
- сдвоенный операционный усилитель МС 1458 или двойной — 741.
Схема работает на сдвоенном операционном усилителе типа 1458. Для снижения уровня шума транзистор Т1 получает питание через делитель. Первый операционный усилитель используется как активный полосовой фильтр с резонансной частотой близкой к 2 кГц.
После демодуляции огибающей переменного сигнала с помощью диодов Dl, D3 приступают к ее ограничению на диоде D2, а затем к усилению постоянной составляющей. С помощью конденсатора С7 диодов D4, D5 формируют сигнал расширения, то есть временную задержку, которая позволяет симистору оставаться во включенном состоянии несколько десятков секунд при каждом, даже кратковременном пересечении человеком линии прямой видимости (оптической связи) между излучателем и приемником. Это может быть особенно полезно при подаче сигнала включения света в момент пересечения человеком линии оптической связи. Длительность сигнала расширения меняется емкостью конденсатора С7: каждая микрофарада соответствует выдержке от 5 до 15 с.
При изготовлении приемника, схема которого показана на рис. 5.8, были использованы элементы достаточно больших размеров.
Допустимо сэкономить место, установив малогабаритные резисторы с мощностью рассеивания 0,1 Вт, за исключением R14 (0,5 Вт). Применяя также электролитические танталовые конденсаторы капельного типа, можно прийти к варианту, изображенному на рис. 5.9, -более компактному и легко реализуемому.
Регулировка состоит в настройке излучателя на рабочую частоту приемника. Для определения переменной составляющей сигнала на выходе первого каскада усиления (вывод 7 конденсатора С1) используются электронно-лучевой осциллограф и милливольтметр НЧ.
Выбирается такая дальность действия между излучателем и приемником, при которой перегрузка в приемнике невозможна. Согласование считается полным, когда на выходе приемника получен максимальный неискаженный сигнал.
Ориентируясь исключительно на срабатывание симистора, можно выполнить настройку излучателя, учитывая, что на заданном расстоянии чувствительность будет тем больше, чем сильнее допустимое рассогласование. Во время этой операции предполагается временное исключение конденсатора С7 из схемы, для того чтобы не мешала временная задержка, которую вызывает этот элемент при каждом срабатывании симистора. Во время настройки необходимо также исключить любое фоновое излучение от объектов, находящихся поблизости.
Кроме того, схемы, изображенные на рис. 5.6 и 5.7, могут быть использованы для оптического барьера, работающего по отраженному излучению. Их можно установить на одной стороне коридора, получая отраженный сигнал от противоположной стороны. Однако расстояние между излучателем и приемником должно быть достаточно большим (приблизительно 1 м), чтобы отражение от одежды человека, пересекающего барьер, легко распознавалось.
Литература: 2003 · Инфракрасные лучи в электронике. Шрайбер Г
Источник
Инфракрасный барьер своими руками
Представляем несложный проект по созданию ИК барьера дальнего действия — до 5 метров. Устройство также может быть использовано как датчик приближения или пересечения. Инфракрасный барьер имеет выход на реле, что позволяет подключить его к любому устройству с электрическим питанием (лампа, мотор, сигналка и т.д.). Высокая мощность передатчика и чувствительность приемника позволяют покрыть расстояния до 4 метров, а также использования в качестве датчика отражатель до дистанции 1 метр.
Схема передатчика ИК
Барьер имеет два модуля: один передатчик, а другой — приемник. Передатчик использует классический, на микросхеме 555, который работает как генератор импульсов. Эти импульсы транзистор BC327 усиливает и подаёт на инфракрасные светодиоды.
Передача импульсов имеет два преимущества. Первое: приемник, с помощью фильтров, может выделить сигнал передатчика на фоне помех. Второе: если импульсы краткие, то можно применить большую мощность светодиодов в излучателях, без риска сжечь их, и таким образом, получая больший радиус действия. Со значениями деталей, указанными на схеме, частота передачи будет 1,3 кГц и импульсы будут иметь длительность 25 мкс. А периоды молчания будут 750 мкс. Соотношение 1 к 30.
Схема приёмника ИК
Схема приемника более сложная по сравнению с передатчиком и использует в основе ОУ LM324 — это операционный усилитель. Слабый ИК сигнал, который поступает на фототранзистор, усилит и отфильтрует первый элемент операционного усилителя, а затем вновь усилится и скорректируется через второй элемент ОУ и диоды 1N914.
Дальность работы охранного барьера зависит от мощности и концентрации инфракрасного света, производимого светодиодами, и может варьироваться от 1 метра до 5. Для получения большей мощности света необходимо установить все три инфракрасных светодиода и использовать модели с очень узким углом излучения, например, SFH4511. Если нет возможности, могут быть использовать более распространенные СД, как, например LD271, LD274 или любой другой ИК-светодиод для пульта от ТВ. Фототранзистор тут использован типа SFH309, но и другие типы подойдут.
Источник
Инфракрасный барьер
Вашему вниманию предлагается простенькая схема инфракрасного барьера, срабатывающая при пересечении оного. Все хозяйство состоит из двух частей — передатчика и приемника.
И тот и другой питаются постоянным стабилизированным напряжением 12. 16 вольт, ток потребления передатчика не превышает 20мА, приемника — 30мА. Рабочая частота передатчика — 7,2 кГц, дальность действия барьера — около 10 метров.
Схема передатчика:
VT1 — Любой из серии NPN (КТ603..605..608, или КТ815) чем мощнее — тем лучше, это даст возможность добавить побольше IR светодиодов, и увеличить дальность работы схемы!
Схема приемника:
Расположение выводов транзисторов (BC547 и КТ3102):
Собранные передатчик и приемник (на фото вариант без усилителей):
Фото транзисторы в приемнике я использовал какие нашел, так, что если вы не найдете BPW40 — можно поставить какие есть, при этом дальность работы может снизится (а может и увеличится).
Источник
Схема инфракрасного барьера на таймере NE555
в Управление 0 3,503 Просмотров
Инфракрасный барьер — это проект, который разработан несколько лет назад. Он имеет релейный выход. Это позволяет подключать к нему любой тип электрического устройства.
Высокая мощность передатчика и чувствительность приемника, позволяют покрыть расстояния до 3…4 метров, а также использовать его в качестве рефлексивного датчика приближения с радиусом действия более одного метра.
Передатчик
Инфракрасный барьер разделен на два модуля: один — передатчик, а другой — приемник. В передатчике используется классический таймер NE555, работающий как генератор импульсов. Эти импульсы усиливаются транзистором средней мощности (BC327), который управляет инфракрасными светодиодами.
Импульсная передача имеет два преимущества: во-первых, приемник с помощью фильтров может идеально изолировать сигнал от фонового шума, избегая помех. Во-вторых, если импульсы имеют короткую длительность, мы можем подать больше энергии на передающие светодиоды, не рискуя сжечь их и, следовательно, получить большую дальность действия.
Обычно ИК-светодиоды выдерживают импульсные токи в 1 А или больше, если их длительность не превышает 5% относительно периода «молчания».
При значениях, указанных в схеме, частота передачи составляет 1,3 кГц, а импульсы будут иметь длительность 25 мксек. В то время как продолжительность молчания составляет 750 мксек. (соотношение от 1:30).
Было сделано несколько снимков с осциллографа, чтобы можно было рассмотреть форму сигналов. На первом рисунке мы видим импульсы с диапазоном 500 мксек . Частота (которая видна ниже буквы «f») составляет приблизительно 1300 Гц.
На втором изображении сделано горизонтальное увеличение (временная шкала 100 мксек на деление), чтобы показать длительность периода тишины между импульсами.
Как вы можете видеть, это примерно 750 мксек. (менее 8 квадратов). Наконец, увеличив горизонтальное масштабирование (временная шкала 5 секунд на деление), мы можем видеть продолжительность 25 мксек. (5 квадратов) каждого передаваемого импульса.
Как видите, печатная плата позволяет установить 3 инфракрасных светодиода. В зависимости от дальности действия, можно установить один, два или три светодиода. Если установлены не все светодиоды, то необходимо на месте отсутствующих установить перемычку.
Сопротивление ограничительного резистора для светодиодов составляет 10 Ом. Если необходимо уменьшить выходную мощность, то можно поставить резистор с сопротивлением 47 Ом.
Интегральная схема 555 выпускается многими производителями, и каждая версия отличается первоначальной аббревиатурой (NE555, CA555 и т. Д.). Для нашего инфракрасного барьера вы можете использовать любой из них.
Приемник
Схема приемника является более сложной по сравнению с передатчиком. В схеме приемника используется микросхема LM324, которая состоит из 4-х независимых операционных усилителей. Слабый сигнал, который поступает на фототранзистор, усиливается и фильтруется первым операционным усилителем, а затем снова усиливается вторым усилителем и выпрямляется диодами 1N914.
Вы можете наблюдать осциллограмму, которая снята с выхода операционного усилителя (вывод 7) до выпрямления диодами.
Выходные импульсы заряжают электролитический конденсатор 22 мкФ. На этом конденсаторе у нас будет постоянное напряжение в несколько вольт, когда инфракрасные импульсы достигают фотоприемника. Если же инфракрасные импульсы отсутствуют, то мы будем иметь напряжение близкое к 0В.
Это изменение напряжения сравнивается с помощью третьего операционного усилителя с фиксированным опорным напряжением, заданным резистивным делителем.
Когда напряжение конденсатора превышает пороговое значение компаратора, выходной сигнал будет отрицательным, а когда он не превышает его, он будет положительным. Этот перевернутый режим работы операционного усилителя получается путем подключения конденсатора к входу (-) операционного усилителя, а опорное напряжение подключенные к входу (+).
Наконец, выход оперативного управления управляет транзистором, который активирует реле. Четвертый операционный усилитель служит для генерирования опорного напряжения для 3-х других.
Светодиод в качестве смещения фототранзистора
Когда был собран прототип, было замечено, что схема была слишком чувствительной, когда комната была освещена, по сравнению с неосвещенной. Поскольку была потребность в инфракрасном барьере, который достигал многих метров, независимо от окружающего освещения, было решено добавить красный светодиод. Его назначение — освещение фототранзистора для введения «смещение света», чтобы минимизировать влияние освещенности окружающей среды. На фотографии видно, как это смонтировано.
Замечания
Дальность действия барьера зависит от мощности и концентрации инфракрасного света, излучаемого светодиодами, и может варьироваться от 1 до 5 метров.
Для получения максимальной мощности света необходимо установить три инфракрасных светодиода или если есть возможность использовать модели с очень узким углом излучения, такие как SFH4511.
Если нет необходимости в большой дальности, можно использовать более распространенные ИК-светодиоды, такие как, LD271, LD274 или любой светодиодный ИК-модуль телеуправления. В качестве фототранзистора использован SFH309. Но возможно, что и другие типы фототранзисторов будут работать
Источник