Инфракрасный барьер своими руками
Речь пойдет, собственно, об инфракрасном барьере — датчике на пересечение луча. В частности, о некоторых нюансах которые могут возникнуть, а также о впечатлениях о результате его работы. Целью этого эксперимента была установить, может ли такой датчик как-то работать, какова его надежность и целесообразность установки.
Есть много информации как сделать ИК датчик движения своими руками, приводятся различные схемы.
Первый принцип один из самых простейших, где просто излучатель и приемник ставятся напротив друг друга, и на излучатель подается постоянное напряжение. Естественно, такой датчик очень чувствителен к засветке, и в результате этого ненадежный. Если на приемник попадет постороннее излучение, то для приемника не будет разницы происхождение этого излучения, и датчик всегда будет показывать порядок даже если луч пересечен. В таком случае придется тщательно настраивать приемник, и к тому же излучение засветки должно быть меньше чем излучение передатчика. Естественно, такой гарантии нет, если только датчик не находится в полной темноте.
Другой принцип заключается в том, что на излучатель подаются импульсы с определенной частотой, а в приемнике есть схема, которая выделяет переменный сигнал и потом пропускает его через частотный фильтр. Такой датчик уже более помехоустойчив, потому что даже если на приемник попадет какое-либо постороннее инфракрасное излучение, схема его проигнорирует и все равно выделит наш сигнал с излучателя. Это позволит датчику стабильно работать. Но и здесь есть нюанс — если постороннее излучение будет настолько сильно, что фототранзистор впадет в насыщение, то наше нужное излучение уже не сможет менять состояние фототранзистора — он уже будет насыщен. Так что нужно будет защитить датчик от насыщения. Но тем не менее плюс по сравнению с простейшим датчиком очевиден и заключается в том, что излучение засветки может быть больше чем излучение передатчика.
Также используются TSOP датчики. Но на излучатель следует подавать гораздо более сложный сигнал — пачки импульсов с частотой 36 кГц. И, соответственно, можно передавать некий код — ключ. Так что вопрос по поводу упрощения схемы остается открытым.
Еще один нюанс — нам нужно иметь постоянную частоту на передатчике, такую чтобы пройти через фильтр приемника. Т.е. надо либо ее как-то стабилизировать, чтобы никакие факторы не могли на нее повлиять, либо синхронизировать приемник и передатчик.
Есть такая микросхема LM567 — тональный детектор. Ее можно использовать для датчика, т.к. она способна детектировать нужную частоту (на которую она настроена). Когда на ее входе появляется сигнал определенной частоты, на выходе появляется логический ноль. Эта настройка осуществляется элементами R и C.
Соответственно, существует и довольно популярная схема такого датчика. Принцип его работы достаточно прост — генератор микросхемы настраивается на произвольную частоту. Сигнал с генератора идет на ключ, который зажигает ИК светодиод. На входе у нас фототранзистор, который «ловит» излучение светодиода, микросхема выделяет сигнал, а так как он имеет, естественно, ту же частоту, то на выходе будет логический ноль. Если прервать луч, то сигнала не будет.
При этом, если частота изменится, это никак не отразится на работе датчика.
Мои изменения заключались лишь в том, что я заменил подстроечный резистор на постоянный 100 кОм, а также подключил оптопару к выходу.
Еще вместо биполярного транзистора я применил полевик IRLML0030.
Пять ИК светодиодов с током до 50 мА соединены последовательно и через резистор 91 Ом подключены к 12 вольт (таково питание моего датчика, микросхема питается через 78l05).
При данном сопротивлении резистора ток составил около 22 мА.
Теперь переходим к практической реализации.
С приемником все понятно — это обычный фототранзистор без каких-либо примочек, достаточно засунуть его в трубку, либо заклеить куском тонировки при необходимости. Нам просто нужно направить его в сторону передатчика, замаскировать и защитить от возможной засветки.
Насчет передатчика сложнее — тут нужна линза, чтобы сфокусировать пучок света.
В журналах Радио было много публикаций Виноградова по этой теме. Вот, собственно, некоторые соображения.
Ну тут в общем то все понятно, нужно подобрать линзу и расположить светодиоды в ее фокусе.
Конструкция здесь может быть любой, главное соблюдать данный принцип.
Я взял линзу и тубус от диапроектора. Линза от него довольно плохо подходит, т.к. светодиоды нужно располагать довольно далеко от линзы — соответственно, больше потери. Которые можно частично компенсировать, обклеив тубус изнутри фольгой. Сама линза приклеена герметиком.
Светодиоды были установлены на вырезанном из пенопласта кружке. Как видно по фото, сначала их было два.
С другой стороны выведены провода и вкручен саморез.
Таким образом, светодиодная сборка может перемещаться в тубусе, при этом оставаясь на оптической оси.
Здесь видно что светодиоды не совсем в фокусе, но датчик пока на этапе испытаний.
Далее — испытания в полевых условиях. Условия, кстати, самые что ни на есть полевые, в прямом смысле этого слова.
На сколько хватило провода (а это 16 м), луч прекрасно доставал до приемника. В ходе испытаний я определил, как лучше фиксировать светодиоды, на каком расстоянии от линзы.
Далее был изготовлен окончательный вариант датчика.
Приемник представляет собой простую небольшую коробочку из стеклотекстолита.
Под светодиодом видна микросхема, но это всего навсего сгоревший микроконтроллер, он там играет роль стенки у коробочки.
Держаться приемник будет на кронштейне от какой-то камеры.
Внутри у него маленькая платка и клеммы — в общем, ничего необычного.
Передатчик также претерпел изменения.
Во-первых, были добавлены еще 3 светодиода, теперь их пять.
Светодиоды были припаяны к кусочку макетной платы и поплотнее друг к другу, что позволило им не болтаться.
Сама сборка зафиксирована герметиком.
Был подобран резистор 91 Ом. При данном значении ток через светодиоды составил около 22 мА (само собой, ток средний). Впрочем, светодиоды позволяют и гораздо больший ток (50 мА постоянного).
Теперь, по поводу установки. Приемник просто пока прикреплен к стене в нужном месте. Туда не попадает прямой солнечный свет.
Передатчик установлен внутри помещения, т.е. он светит через двойное оконное стекло, да еще и под углом около 25°.
Расстояние между приемником и передатчиком 22м.
Можно себе представить, какие это потери, но я пока не придумал ничего лучше.
Вот приблизительный рисунок. Давайте попробуем вычислить, сколько примерно света пройдет через стекло.
Толщина стекла, допустим, 3 мм.
Какое расстояние пройдет луч через стекло?
Теорема синусов нам в помощь.
То есть, если смотреть по нашему рисунку, у нас сторона с будет равна
А общий путь луча через стекло S будет равен
S = 2*3 / sin 25° = 6 / 0.422 = 14.22 мм.
Иными словами, на пути луча около 14 мм стекла.
Если не углубляться в расчеты и просто взять из интернета таблицу, то видно что коэффициент пропускания в таком случае будет около 76%.
Т.е. только 76 % излучения пройдет через наше стекло. Это еще без учета потерь на отражение, на загрязнения этого стекла. А так на практике наверное пройдет всего то 50 %, если не 40 и не 30.
Итог, в общем то, такой. Работает датчик достаточно стабильно в тихую погоду. Возможные ложные сработки купируются небольшой задержкой в 200 мкс, которая установлена в охранном приборе. От засветки фототранзистор также защищен — достаточно было отрезка изоляции от провода, и кусочка полупрозрачной пленки.
Конечно, в дождь / снегопад неизбежно будут ложные сработки, во время дождя он работает нестабильно, и ему нельзя доверять собственное спокойствие. То же самое при любых существенных изменениях видимости.
Т.е. вывод я бы сделал следующий:
Тот датчик, в том виде какой он у меня есть, будет стабильно работать в крытом помещении, где не будет тумана, дыма и тд. Чтобы он работал и при любых погодных условиях, его необходимо доработать — возможно, увеличить мощность, установить его за окном, а не внутри, поработать над оптической системой.
Dr. Spear, 2016-08-28 04:50:11
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 3,505 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