Инфракрасный датчик приближения своими руками

Инфракрасный датчик приближения из недорогих компонентов

Texas Instruments LM555 CD4060B

Во многих робототехнических приложениях нужны датчики для обнаружения близких или очень близких препятствий. Обычно для этой цели используются отражательные оптроны. В системе предупреждения о приближении объекта, показанной на Рисунке 1, использованы популярные и недорогие компоненты: таймер LM555 и 14-каскадный КМОП двоичный счетчик/делитель со сквозным переносом и генератором CD4060. Главным элементом схемы является модуль отражательного фотодатчика CNY70.

Рисунок 1.	Эта схема, в которой использованы две распространенные недорогие микросхемы и фотодатчик, предупреждает оператора о приближении объекта. Чувствительность схемы регулируется переменным резистором VR1.

Модуль состоит из фототранзистора и инфракрасного светодиода. Светодиод излучает свет, который принимается фототранзистором. При освещении фотодатчика четыре светодиода на выходе схемы начинают мигать в определенной последовательности, предупреждая оператора.

При добавлении электромагнитного или твердотельного реле схема может использоваться также для управления внешней электрической или электронной нагрузкой. Схема работает от напряжения 9 В, источником которого может служить компактная батарея типа PP3/6F22.

При включенном питании через резистор R1 и светодиод оптрона постоянно течет ток. LM555 (IC1) выполняет функции порогового устройства, принимающего сигнал фотодетектора, и инвертирующего драйвера линии. В исходном состоянии напряжение на выводе 3 имеет низкий уровень. Чувствительность схемы регулируется переменным резистором VR1, с помощью которого можно снизить вероятность ложных срабатываний, обусловленных внешними источниками света.

Когда свет, отраженный от приблизившегося объекта упадет на фототранзистор датчика, через VR1 в землю потечет ток, и на выходе IC1 установится напряжение, близкое к напряжению источника питания. Этим активируется остальная часть схемы. В это же время можно открыть транзисторный ключ, подключенный к выходу IC1 (TP1).

Схема сигнальной индикации основана на микросхеме CD4060 (IC2). К выходам микросхемы подключены четыре красных светодиода высокой яркости D2-D5. Резисторы R5-R8 ограничивают ток светодиодов и, соответственно, яркость их сечения. Из десяти выходов микросхемы IC2 используются только четыре. Частота генерации определяется номиналами времязадающих компонентов R3 и C3.

В схеме можно использовать множество различных датчиков; CNY70 просто оказался под рукой. Только внимательно смотрите справочную информацию, поскольку расположение выводов у других датчиков может отличаться.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Схема ИК-датчика для включения подсветки при приближении

Устройство автоматически включает светодиодную подсветку при приближении. Например, при приближении к умывальнику, зеркалу, столу, другому предмету, где нужна подсветка, когда человек находится перед этим предметом. Датчик оптический, инфракрасный.

Идея, в общем-то не новая, — ИК-светодиод светит вперед, свет отражается от препятствия и попадает на фотоприемник, ключевой транзистор открывается и подает питание на светодиодную ленту. Он остается в таком состоянии все время, что есть отражение, плюс еще некоторое время, которое можно регулировать.

Принципиальная схема

Схема показана на рисунке 1. Датчик состоит из инфракрасного светодиода HL1, такого как в пультах дистанционного управления теле-видео-аудиоаппаратуры, и аналогичного по назначению интегрального фотоприемника HF1.

Так как фотоприемник имеет четко выраженный порог чувствительности, чувствительность датчика регулируется не на приеме, а на передаче, регулировкой силы тока через ИК-светодиод с помощью обычного подстроечного резистора R3.

Если регулировать чувствительность не нужно, можно, и даже лучше, заменить подстрочный резистор постоянным, сопротивление которого определить опытным путем при налаживании данного устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема инфракрасного датчика для включения подсветки при приближении.

Как известно, стандартные интегральные фотоприемники с целью помехозащищенности имеют встроенный полосовой фильтр, пропускающий сигналы, модулированные только частотой в пределах его полосы. В данном случае, это 33 кГц. Поэтому на светодиод HL1 поступает не постоянный ток, а импульсный частотой 33 кГц.

Частоту генерирует мультивибратор на логических элементах D1.1-D1.2. Если применить фотоприемник на другую частоту, нужно и этот мультивибратор соответственно перестроить.

И так, в исходном состоянии, когда перед датчиком в зоне его действия нет отражающей поверхности, свет от HL1 не поступает на HF1. Поэтому на выходе HF1 логическая единица. Конденсатор C3 заряжен через резистор R5 до уровня напряжения логической единицы.

На выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4 (на выходе элемента D1.3) логический ноль. Транзистор VT2 закрыт, ток на светодиодную ленту HL2 не поступает.

Если свет, излученный HL1 отражается от находящегося перед датчиком предмета, то он попадает на HF1, имея при этом достаточную силу, и на выходе HF1 устанавливается логический ноль. При этом открывается диод VD1 и через резистор R6 происходит ускоренная разрядка конденсатора C3.

Напряжение на C3 падает до логического нуля, и на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4 (на выходе элемента D1.3) устанавливается логическая единица. Транзистор VT2 открывается и через него поступает ток на светодиодную ленту HL2. Она включается и создает требующуюся подсветку.

После того как человек выходит из зоны чувствительности датчика, отражение прекращается, диод VD1 закрывается и конденсатор C3 начинается заряжаться через резистор R5.

Как только напряжение на нем достигает логической единицы на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4 (выходе D1.3) устанавливается напряжение логического нуля. Транзистор VT2 закрывается и ток на светодиодную ленту HL2 более не поступает.

Сколько времени нужно на зарядку C3 до напряжения логической единицы зависит от сопротивления R5. Резистор R5 сделан подстроечным, чтобы с его помощью можно было регулировать задержку выключения подсветки светодиодной лентой после того как отражение прекращается.

Частоту модуляции ИК-излучения можно регулировать подбором сопротивления резистора R2. Как уже сказано выше, эта частота должна быть равна частоте полосового фильтра фотоприемника (обычно указано в его маркировке двумя цифрами, в данном случае «SFH506-32», частота 33 кГц).

Чувствительность датчика регулируется подстроечным резистором R3, включенным последовательно светодиоду. Необходимость этой регулировки вызвана тем, что при чрезмерной чувствительности датчик может реагировать на ИК свет, отраженный от какой-то более дальней поверхности, например, от противоположной стены помещения.

Если величины сопротивления R3 окажется недостаточно, нужно заменить R3 резистором большего сопротивления или включить последовательно ему дополнительное сопротивление.

Детали и налаживание

Начинать налаживания нужно с R3 установленного в состояние максимального сопротивления. На месте светодиода HL1 можно установить любой светодиод инфракрасного излучения, предназначенный для пультов дистанционного управления теле-видеоаудиоаппаратуры.

Фотоприемник SFH506-33 можно заменить любым аналогичным, соответственно изменив настройку мультивибратора D1.1-D1.2 под его частоту полосового фильтра.

Рис. 2. Печатная плата для схемы ИК-датчика приближения.

Монтаж выполнен на печатной плате, показанной на рисунке 2. Фотоприемник расположен со стороны размещения деталей, а светодиод — со стороны печатных проводников.

Плата является перегородкой между ними, исключающей прямое попадание света от светодиода на фотоприемник. В этом месте плату нужно покрасить густой черной краской, например, битумным лаком.

Источник

ИК-датчик приближения. Часть 1

Существуют различные методы обнаружения объектов с помощью датчиков. Это могут быть датчики индуктивные, емкостные, инфракрасные, механические и т. д.

В данной статье мы построим очень простой датчик отражения с использованием инфракрасного светодиода и фототранзистора.

В бесконтактных датчиках приближения чаще всего используется инфракрасный свет, и одна из причин – его не видно невооруженным глазом. Как правило, в ИК системах используется свет с длиной волны в районе 940 нм.

В экспериментальных целях, чтобы убедиться в том, что ИК светодиод в нашей схеме на самом деле светит, мы можем использовать камеру нашего телефона. Матрицы CCD (ПЗС матрицы) в недорогих камерах видят ИК-свет, поскольку не имеют никаких встроенных ИК-фильтров. Наш светящийся ИК-светодиод в телефоне будет виден как светящийся белый светодиод.

Инфракрасные элементы, такие как передатчики и приемники, можно найти в прозрачных и черных корпусах. На самом деле, это не черный, а «инфракрасный», но для нас он виден как черный. Задача такого темного корпуса — отфильтровать весь лишний спектр кроме спектра с длиной волны 940 нм. Это в свою очередь исключает ложные срабатывания при наличии посторонних источников света.

В нашей схеме мы будем использовать 5 мм ИК-светодиод. Мы запитаем его от источника 5 В. Единственное, что нам нужно будет сделать — это добавить в схему передатчика обычный резистор, чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод.

Прямое напряжение ИК-светодиода составляет 1,2 В, а рабочий ток — 0,035 А. поскольку наш ИК-светодиод будет питаться от 5В, то мы возьмем резистор с сопротивлением 100 Ом и подключим его последовательно со светодиодом. На резисторе будет рассеиваться мощность около 0,13 Вт, поэтому достаточно использовать обычный углеродный резистор с номинальной мощностью 0,25 Вт. Более подробно как подобрать резистор для светодиода смотрите здесь.

Принципиальная схема проста, помните только, что светодиод, необходимо подключить катодом к минусу (ножка, имеющая на корпусе скос).

Источник

Простой датчик приближения

Датчики приближения бывают емкостными, ультразвуковыми, оптическими. Автор Instrictables под ником Electro maker придумал простой оптический датчик приближения. Неудобен он лишь тем, что ток через инфракрасный светодиод никак не промодулирован, а фотодиод, соответственно, реагирует и на непрерывное излучение и требует экранировки от других источников света (например, трубкой). Схема прибора показана ниже:

Мастер выбирает компоненты для самоделки. Инфракрасные светодиод и фотодиод:

Операционный усилитель LM358:

Светодиод видимого свечения:

Панель для микросхемы (необязательна):

Вместо светодиода можно подключить пищалку со встроенным генератором, тогда соответствующий резистор становится ненужным:

Подойдёт и пищалка без встроенного генератора, если собрать внешний генератор звуковой частоты своими руками. На такой макетной плате типа perfboard места хватит:

Если вы обошли несколько Фикс Прайсов, и во всех кончились вечные двигатели, придётся воспользоваться источником питания попроще:

Установив компоненты на плату, мастер соединяет их по схеме пайкой:

Фотодиод и оба светодиода, как и батарейку (или блок питания), необходимо подключить в указанной на схеме полярности, микросхему правильно ориентировать. Разработчику попались прозрачный инфракрасный светодиод и чёрный фотодиод, но бывает и наоборот. Определить, что из них чем является, помогут батарейка, резистор и любой телефон с камерой.

Фотодиод и резистор на 10 кОм образуют делитель напряжения. При освещении фотодиода инфракрасными лучами, отражёнными, например, от руки, напряжение в точке подключения операционного усилителя к делителю возрастает. ОУ включён таким образом, что он работает как компаратор. Он сравнивает напряжение, поступающее с делителя, с напряжением, поступающим с подвижного контакта подстроечного резистора. Таким образом можно регулировать порог срабатывания датчика, с одной стороны, исключив ложные срабатывания, а с другой — обеспечив уверенное обнаружение приближения.

Настроив порог срабатывания, мастер проверяет работу датчика:

Трубки, защищающей фотодиод от боковой засветки, здесь для наглядности нет, без неё схема правильно работает только при неярком окружающем освещении.

Небольшая домашка: что будет если поменять в делителе фотодиод и резистор местами, и одновременно поменять местами входы операционного усилителя?

Источник

094-Датчик приближения на ИК-лучах (ATtiny13).

Сегодняшним устройством будет датчик приближения на инфракрасных лучах. Датчик собран на недорогом микроконтроллере Attiny13, прост в изготовлении и не нуждается в какой либо наладке.

Видео работы датчика:

Чем отличается такой датчик от, скажем, датчиков движения заводского исполнения (которые, кстати, стали очень доступными и недорогими)?

Главное отличие – это область применения. Готовые датчики все-таки больше ориентированы на большие помещения и контроль движения. В нашем случае датчик компактен и больше рассчитан на функции контроля приближения и предназначен для встраивания в готовые проекты.

Сфера использования может быть обширной:

— реакция объектов на приближение руки (например, интерактивные игрушки, автоматические устройства);
— открывание шкафчиков, дверей и тому подобное при приближении руки;
— зажигание света при проходе «контрольной точки»;
— ориентация в пространстве робота (контроль стен и препятствий);
— системы управления движеньями рук;
— сигнализация;
— …

1 Принцип работы.

Работает датчик очень просто. Устройство с определенным периодом посылает импульсы при помощи IR-светодиода. Инфракрасные лучи, отражаясь от объекта, принимаются инфракрасным приемником TSOP. Объект есть – есть сигнал, объекта нет – нет и сигнала. Дабы не было ложных срабатываний от бытовых пультов, помех, импульсов при включении света, устройством передается определенная последовательность импульсов и при декодировании TSOP, все что не совпадает с этой последовательностью – отбрасывается. На бытовую технику (управляемую при помощи ИК-пультов) устройство не оказывает никакого воздействия, так как сигнал относительно слаб и промодулирован последовательностью которая нигде не используется.

2 Схема, плата.

Конструктивно датчик собран на уже сделанной нами ранее плате IR-драйвера. Платка хорошо зарекомендовала себя в различных проектах, поэтому было принято решение и этот проект делать на ней же.
Незначительным изменением конструкции является установка переменного резистора для подстройки чувствительности датчика. Больше изменений нет. Компоненты, применяемые в конструкции, не критичны к номиналам – можно применять близкие к ним.

3 Прошивка микроконтроллера.

Для прошивки микроконтроллера (в плате) нужно подключить программатор к соответствующим выводам:

Напоминаю:Для Algorithm Builder и UniProf галочки ставятся как на картинке.
Для PonyProg, AVR Studio, SinaProg галочки ставятся инверсно.
Фьюз-байты: Low=$7A, High=$FF
Как программировать микроконтроллеры читаем в FAQ.

4 Конструктивные особенности.

Одним из недостатков работы схемы является зависимость чувствительности датчика от общей освещенности. Это происходит по причине автоматической коррекции чувствительности самим TSOP (для того чтобы посторонняя освещенность не выводила приемник в нерабочую область).

Уменьшить этот эффект можно несколькими способами:

— Для того чтобы на приемник меньше попадало постороннего света нужно его поместить в непрозрачную трубку (я использовал черную термоусадку, предварительно ее усадив для получения более толстых стенок) и закрыть трубку с одной стороны непрозрачной пробкой (я залил черным горячим клеем) с другой поставив темно-красный светофильтр. Такая конструкция максимально ограждается от непрямых засветок при этом не страдает чувствительность так как для ИК-лучей красный светофильтр обладает хорошо проницаемый. Желательно и ИК-светодиод поместить в трубку – это уменьшит боковые отражения инфракрасных лучей – способных давать ложные срабатывания.

— Другим способом решения этой проблемы – применение коррекции по освещенности, например, самым простым является применение фоторезистора в цепи регулировки чувствительности (последовательно с переменным резистором чувствительности). При более ярком освещении ток через фоторезистор увеличивается, что ведет к увеличению чувствительности и наоборот.

Еще одна рекомендация, на этот раз по установке датчика. Так как принцип датчика основан на приеме отраженного излучения, при близком нахождении объекта возле отражающей плоскости (например, стена в коридоре), отражения от плоскости будут давать дополнительный фон который уменьшит общую чувствительность. В таком случае постарайтесь ставить датчик под углом к плоскости – это направит отраженные лучи в сторону (в большей части).

5 Работа датчика.

После сборки датчика – включаем его в работу. Для начала выставляем чувствительность на середину, включаем датчик, направляем его в нужную сторону и чувствительностью настраиваем надежное срабатывание на нужный нам объект.

Если при работе датчика будет использоваться управление от бытового пульта, нужно пройти процедуру изучения кнопки (команды) пульта. В устройстве используется всего одна кнопка – переброс значения триггера. Для изучения кнопки необходимо обесточить устройство, «придавить» ножку выхода TSOP (на схеме ножка «Out») к «земле», включить устройство, отпустить ножку «Out» и нажать выбранную кнопку пульта. Теперь датчик начнет работать в штатном режиме.

При включении нескольких датчиков на близком расстоянии друг от друга (например, для контроля направления движения объекта) датчики будут мешать работе друг друга, так как их сигналы не синхронизированы. Для устранения этой проблемы используется вывод запрета инфракрасного излучения «LED-Запрет». На всех устройствах кроме одного этот вывод должен быть «прижат» к «земле». При этом все датчики будут работать от дного источника инфракрасного сигнала. Если одного излучающего светодиода недостаточно, то можно к выводу излучающего устройства подсоединять ИК-светодиоды в параллель (не забывая при этом о балластных резисторах).

В случае параллельной работы нескольких датчиков все они должны быть обучены одной и той же кнопке пульта или все не обучены.

6 Выводы.

По работе схемы есть как достоинство, так и недостатки.

Для начала недостатки:
— Зависимость работы устройства (чувствительности) от яркости освещения. Это решается, в некоторой степени, но проблема есть;
— Небольшая разрешающая способность (небольшие объекты будут «срабатывать» плохо);
— Небольшая дальность срабатывания (наличие отражающих стен и потолков уменьшают дальность, так как не позволяют увеличить чувствительность – появляются ложные срабатывания от отражений).

Ну и на десерт – достоинства:
— Простота конструкции (а если Вы уже раньше собирали платку – вообще делать почти ничего не нужно!);
— Отсутствие дефицитных и дорогостоящих элементов;
— Не нуждается в наладке.

Как видно из видео, датчик довольно уверенно реагирует на руку в пределах полуметра. Уверенно работает от пульта и не мешает находящемуся рядом телевизору. Потребляемый ток лежит в пределах 10мА. Запитать датчик можно от источников напряжением от 3 до 6 вольт (некоторые TSOP не могут работать ниже 5ти вольт – это нужно учитывать).

По устройству все.

Не забываем заглядывать в раздел модификаций на форуме ! Там можно найти (или оставить свои) модификации этого и других устройств блога.

094-Датчик приближения на ИК-лучах (ATtiny13). : 299 комментариев

1 эта последовательность записывается в еепром при первом пуске программы.
2 данные не имеют значение — там череда ноликов и единичек.
3 при отладке подпрограмму прерывания нужно вызвать принудительно (прописав переход на нее где-то в программе)

Здравствуйте. Не могли бы помочь советом в таком вопросе: есть стрелочный механический прибор. Красная стрелка на белом фоне, она под стеклом, крутится по кругу. Необходимо оптическим способом определять, что стрелка прошла круг. Камеру для этого использовать нецелесообразно. Расстояние от стекла до стрелки 4-8 мм (разные немного приборы). Пробовал использовать ИК фототранзистор и светодиод на отражение. Система работает, но довольно сильно влияет внешний свет. А вот если использовать TSOP можно ли будет настроить на такое расстояние? или может мне лучше придумать какую либо модуляцию при использовании ИК фототранзистора и светодиода?

Здравствуйте.
Если есть доступ к стрелке — прилепить на нее неодимовый магнитик, а на стекло геркон — это самое простое решение.
При использовании системы работающей на отражение — будет в любом случае плохо, так как лучи почти одинаково отражаются как от красного так и от белого. С использованием TSOP ситуация будет немного лучше в плане влияния внешнего света.
Можете попробовать данное устройство — регулировать пределы можно в широких пределах
Но как это будет работать — нужно только пробовать.

доброго времени суток…
интересует можно переделат программу так что ваш деваис рабртал как инфракрасный барьер…
передатчик —>>>—>>>—>>> премник.
расстояние между датчикамы 1-2 метра…
заранее благодарен…

Привет!
Переделывать ничего не нужно. Устройство и так может работать как барьер.
Возможны 2 варианта:
1 — разнести TSOP и ИК-светодиод экранированным проводом
2 — использовать 2 устройства один с TSOP другой с ИК-светодиодом.

Здравствуйте! подскажите, как коммутировать лампу освещения в проходном коридоре с помощью данного устройства

Опишу ситуацию подробнее: есть помещение с двумя входами. При входе с любой стороны должна включаться лампа( стоИт датчик движения и крепко тормозит) При выходе из комнаты сразу-же выключается.
Если объект в данном помещении и кто-то другой пересёк любой из входов, все равно свет горит, и потухнет только при отсутствии людей в данном помещении…как бы не всё так просто

Данный датчик не способен определять направление его пересечения (то есть он не знает то ли вошли, то ли вышли).
Нужно или ставить датчики контролирующие направления пересечения, или контролировать нахождение людей в проходе (например ПИР-датчиком)

это все не то. попробую описать алгоритм всей работы, так как вы умеете писать программы , в отличии от меня :-). так вот есть помещение с двумя или тремя входами (и или выходами). каждый вход/выход контролируется IR-блоком типа вашего, а всё помещение контролирует PIR-датчик — свет , после того, когда кто-либо находится в нём будет включен , и выключится только после команды PIR-датчика о том, что все объекты покинули данное помещение по сигналу какого-либо из IR-блоков. Всё это и обрабатывает микроконтроллер ( не обязательно тинька13 , но лучше AVR Спасибо!

Как-то путано объяснили. Плохо понял. Если есть ПИР-датчик, контролирующий людей в помещении, зачем контролировать входа отдельно? Или входа в помещение — это длинные коридоры?

все PIR- датчики работают какое-то время после выхода объекта из зоны контроля, или выключаются когда ещё человек внутри помещения . Опять же чуйка не очень, и один датчик не может полноценно сканировать помещение, да и большая задержка при входе в зону контроля. есть схемы на счетчиках, но это при одном входе/выходе. ладно, есть тут у меня одна задумка… сегодня соберу ваши датчики( платы сделал вчера) , и буду мутить. спс за участие. А если чего надо будет сменить в прошивке , надеюсь не откажете

Здравствуйте! Можно пожалуйста исходный код программы? На каком языке была написана прошивка?

Источник