Инфракрасный датчик приближения - это устройство, которое обнаруживает присутствие объекта или человека, когда он находится в заданном диапазоне от датчика, посредством отраженных инфракрасных лучей.

Здесь объясняются три полезные концепции датчика приближения: первая основана на обычном операционном усилителе LM358, вторая - на микросхеме LM567, которая работает по принципу фазовой автоподстройки частоты, обеспечивая очень точный отклик для обнаружения. Третья схема работает с использованием широко распространенной микросхемы IC 555. Давайте изучим каждую с пошаговым объяснением.

Обзор

Существует длинный список датчиков которые доступны на рынке сегодня.

Одним из таких датчиков является датчик приближения.

В этом посте мы собираемся разгадать, как работает датчик приближения и что дает необходимые знания, чтобы сделать этот проект дома. Как следует из названия, устройство определяет, находится ли объект рядом или далеко от него. Их можно оформить по-разному.

Но наиболее распространенным методом является тот на основе ИНФРАКРАСНЫХ лучей и OPAMP. Некоторое распространенное использование этого устройства можно увидеть в мобильных телефонах, автоматических системах смыва, автоматических кранах, сушилках для рук и никогда не падающих роботах.

Необходимые компоненты

1. ИК-светодиод : Каждый светодиод при включении излучает определенную форму электромагнитного излучения. Из нашего домашнего опыта мы знаем светодиоды, излучающие видимый свет.

Но есть также специальные светодиоды, излучающие инфракрасные лучи. Так же, как могут быть видимы светодиоды разных цветов, инфракрасные светодиоды также излучают лучи с разной длиной волны. Инфракрасные лучи могут иметь разную длину волны и принимать любое значение, принадлежащее их диапазону волн.

Таким образом, очень важно, чтобы используемый ИК-фотодиод был способен определять конкретную длину волны ИНФРАКРАСНОГО света, излучаемого ИК-светодиодом.

два. ИК-ФОТОДИОД : Это особый тип диода. который подключен в обратном смещении для обнаружения ИК-лучей . В отсутствие ИК-излучения он имеет очень высокое сопротивление и через него проходит практически нулевой ток.

Но когда инфракрасные лучи падают на него, его сопротивление уменьшается, и ток, пропорциональный интенсивности излучения, может проходить через него.

Это свойство фотодиода используется для генерации электрического сигнала в датчике приближения при падении ИК-лучей.

3. Операционный усилитель (IC LM358) : Операционный усилитель или операционный усилитель является многоцелевой микросхемой и пользуется большим уважением в мире электроники.

В этом проекте операционный усилитель используется в качестве компаратора. LM358 IC имеет два операционных усилителя, что означает, что мы можем сделать два датчика приближения, используя только одну микросхему. Причина использования в схеме операционного усилителя - преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Операционный усилитель или операционный усилитель - это универсальная микросхема.

Четыре. Предустановка : Preset представляет собой резистор с тремя выводами.

Функция предустановки - разделить общее доступное напряжение таким образом, чтобы пользователь мог получить доступ к его части. Нам просто нужно установить средний терминал в соответствующее положение.

Предварительная установка устанавливает пороговое напряжение, выше которого должно генерироваться выходное напряжение. Его можно вручную установить на любое значение сопротивления, повернув головку с помощью подходящей отвертки.

Предустановка представляет собой резистор с тремя выводами.

5. Красный светодиод : Я использовал красный светодиод для своего проекта, но в целом можно использовать светодиоды любого цвета. Он действует как визуальный сигнал, показывающий, что препятствие подошло достаточно близко.

6. Резисторы : Два 220 Ом и один 10 кОм.

7. Источник питания : 5 v to 6v.

Как это работает

Принцип работы датчика приближения довольно прост. Типичная концепция состоит из двух светодиодов, параллельных друг другу - светодиода ИК-излучения и фотодиода.

Они действуют как пара передатчик-приемник. Когда перед излучателями появляется препятствие, они отражаются назад и перехватываются приемником.

Согласно свойствам фотодиода, перехваченные инфракрасные лучи уменьшают сопротивление фотодиода, и в результате генерируется электрический сигнал. На практике этот сигнал представляет собой напряжение на резисторе 10 кОм, которое напрямую подается на неинвертирующий конец операционного усилителя.

Функция операционного усилителя заключается в сравнении двух предоставленных ему входов.

Сигнал с фотодиода поступает на неинвертирующий вывод (вывод 3), а пороговое напряжение от потенциометра подается на инвертирующий вывод (вывод 2). Если напряжение на неинвертирующем выводе больше, чем напряжение на выводе инвертирующий вывод: выход операционного усилителя высокий, иначе выход низкий.

В общем, в этой схеме операционный усилитель преобразует аналоговый сигнал в цифровой.

ВЫХОДЫ:

Выход датчика может использоваться в двух формах: АНАЛОГОВЫЙ и ЦИФРОВОЙ.

Цифровой выход может быть в виде высокого или низкого уровня. Цифровой выходной сигнал датчика приближения может использоваться для остановки движения робота, уклоняющегося от препятствий. Как только препятствие подходит достаточно близко, сигнал может быть напрямую подан на входные контакты драйвера двигателя, чтобы остановить двигатели.

Аналоговый выход - это непрерывный диапазон значений от нуля до некоторого конечного значения. Такой сигнал нельзя напрямую подавать на драйверы двигателей и другие коммутационные устройства. Сначала они должны быть обработаны микроконтроллерами и преобразованы в цифровую форму с помощью АЦП и некоторого кодирования. Эта форма вывода требует дополнительного микроконтроллера, но исключает использование операционного усилителя.

Полный контур Digaram

простая схема ИК-датчика приближения с использованием операционного усилителя

ОБНОВЛЕНИЕ от Админ

Вышеупомянутая схема также может быть построена с использованием обычного одиночного операционного усилителя IC 741, как показано ниже:

простой датчик приближения с использованием одного LM 741

Видеоклип

2) Точная схема датчика приближения (невосприимчива к солнечному свету)

В следующем сообщении описывается схема точного инфракрасного (ИК) датчика приближения, в которой используется микросхема IC LM567 для обеспечения надежной и надежной работы. Эта схема невосприимчива к солнечному свету или любому другому окружающему свету и не будет затронута, пока настроенные отраженные сигналы не будут получены датчиком. Конструкция также работает как детектор препятствий.

Концепция схемы

Я нашел эту конструкцию в сети, когда искал точную и надежную, но дешевую схему датчика приближения.

Схема может быть понята с помощью следующего описания:

Ссылаясь на показанную ниже схему инфракрасного (ИК) детектора движения, мы видим конструкцию, состоящую из двух основных этапов, один из которых включает IC LM567, а другой - IC555.

В основном IC LM567 становится сердцем схемы, которая выполняет исключительно функции генерации / передачи ИК-частоты, а также ее обнаружения.

Кроме того, ИС имеет внутреннюю схему фазовой автоподстройки частоты, что делает ее очень надежной при использовании схем определения частоты.

Это означает, что как только он считывает и фиксирует заданную частоту, его функция обнаружения фиксируется на этой частоте, и поэтому любые другие паразитные помехи, какими бы сильными они ни были, не влияют и не нарушают его работу.

Схема работы

Частота внутреннего генератора, определяемая R3, C2, питает ИК-диод D274 через каскад с регулируемым током, состоящий из T1, R2. Эта частота определяет центральную частоту микросхемы.

При указанных выше условиях ИС настраивается и центрируется на указанной выше частоте, генерируя постоянный высокий уровень на ее выходном контакте №8.

Входной контакт № 3 ИС ожидает приема частоты, которая может быть точно равна указанной выше «центральной» частоте ИС.

ИК-приемник или датчик, подключенный к контакту № 3 ИС, расположен именно для этой цели.

Как только ИК-луч от LD274 находит препятствие, его луч отражается и падает на правильно расположенный детекторный диод BP104.

Частота IR от LD274 теперь переходит на входной вывод №3 IC, поскольку эта частота будет точно такой же, как и заданная центральная частота IC, IC распознает это и мгновенно переключает свой выход с высокого на LOW.

Вышеупомянутый триггер низкого уровня на выводе # 2 микросхемы IC 555, которая сконфигурирована как моностабильная, в свою очередь, переключает свой выходной сигнал высоким, вызывая срабатывание подключенной сигнализации.

Вышеупомянутое состояние сохраняется до тех пор, пока остается прерывание работы ИК-датчика / детектора и позволяет лучам отражаться. При включении R9 и C5 выход IC555 демонстрирует определенное состояние задержки отключения для подключенного зуммера даже после того, как движение или препятствие удаляются.

Для регулировки эффекта задержки R9 и C5 можно настроить в соответствии с предпочтениями.

Вышеупомянутая объясненная схема также может использоваться в качестве схемы датчика приближения и схемы обнаружения препятствий.

Принципиальная электрическая схема

Схема прецизионного датчика приближения с использованием LM567 с функцией фазовой автоподстройки частоты

Схема тестирования

Следующая тестовая схема показывает, как проверить результаты для базовой конструкции LM567 на основе ИК. Схему можно увидеть ниже:

Как вы можете видеть, в конструкцию включена только ступень LM567, а ступень IC 555 исключена, чтобы упростить основные процедуры тестирования.

Здесь загорается красный светодиод на контакте №8 ИС и продолжает гореть, пока ИК-светодиоды удерживаются параллельно друг другу на расстоянии 1 фута.

Если вы попытаетесь заменить красный светодиод инфракрасного передатчика Tx каким-либо другим внешним источником с другой частотой, LM567 перестанет обнаруживать сигналы, и красный светодиод перестанет светиться.

Фотодиоды не имеют решающего значения, вы можете использовать любые аналогичные или стандартные фотодиоды для светодиодов передатчика и приемника.

Видеоклип для вышеупомянутой тестовой установки:

3) Другая конструкция датчика приближения на базе IC 567

Как и выше, исключительной особенностью этой схемы является то, что она не может быть активирована или сбита прямым ИК-излучением, скорее, только отраженное ИК-излучение, попадающее на детектор, вызовет срабатывание схемы.

В центре схемы находится отдельная ИС 567-тонального декодера (U1), которая выполняет двойную функцию: она работает и как основной драйвер ИК-передатчика, и как приемник. Конденсатор C1 и резистор R2 используются для фиксации частоты внутреннего генератора U1 примерно на уровне 1 кГц.

Прямоугольный выходной сигнал от U1 на выводе 5 подается на базу Q1. Транзистор Q1 настроен как усилитель эмиттер-повторитель, который подключает импульс 20 мА на аноде LED2.

Транзистор Q3 принимает ИК-выход от светодиода LED2 и направляет передачу на Q2 для большего усиления. После усиления Q2 сигнал возвращается на вход U1 на контакте 3, срабатывая на контакте 8, чтобы он стал низким, включая LED1.

При необходимости LED1 можно заменить оптопарой для переключения практически любой нагрузки переменного тока. Поскольку схема очень проста, подойдет практически любой проектный план.

ИК-излучатель (LED1) и фототранзистор (03) должны быть установлены на расстоянии примерно дюйма друг от друга в пределах друг друга и сфокусированы на одной и той же дорожке.

Может потребоваться проверить расстояние и точку обзора пары ИК-устройств, чтобы определить идеальное положение для любого назначенного диапазона между детектором и излучателем.

Как показывает опыт, зазор в дюймах между парой ИК-излучатель / детектор позволяет схеме приближения обнаруживать цель на расстоянии примерно от половины до 1 дюйма. Более светлые цели отражают гораздо лучше и могут работать на больших расстояниях, чем те, которые созданы из более глубоких элементов. Пока датчик приближения улавливает настроенные ИК-сигналы, управляемая цепь продолжает работать, и как только сигнал исчезает, выход отключается.

4) Датчик приближения с использованием схемы IC 555

В этой третьей конструкции мы обсуждаем простую схему детектора приближения на основе IC 555, которую можно использовать для обнаружения вторжения человека на расстоянии.

“аналоговая модуляция против цифровой модуляции ”

Схема работы

Инфракрасный датчик приближения можно рассматривать как одну из наиболее ценных и широко используемых схем в области применения электронной автоматизации.

Обычно мы можем видеть его использование в автоматических диспенсерах для воды, автоматических сушилках для рук, а некоторые конкретные варианты можно увидеть в автоматических дверях универмагов.

Принцип работы предложенной схемы датчика приближения на IC 555

В конструкции микросхемы LM555 реализована генерация быстрых всплесков импульсов пикового напряжения с относительно более низкой частотой, которые передаются через инфракрасный светодиод в виде струй инфракрасных лучей.

Эти переданные импульсы фокусируются в направлении области, которую необходимо контролировать, и отражаются обратно, когда объект или злоумышленник обнаруживается через фототранзисторный диод, расположенный стратегически для приема этих отраженных сигналов.

Как только это происходит, полученные сигналы проходят обработку, чтобы активировать подключенный релейный механизм, а затем и устройство сигнализации.

Чтобы проверить вышеупомянутую реализацию, объект может быть введен в зону действия ИК-лучей, и реакция может быть проверена путем отслеживания работы реле, например, путем перемещения руки в сфокусированной области на расстоянии около 1 метра.

Когда отраженные сигналы попадают на фототранзистор, он создает разность потенциалов на потенциале 1M (регулируется) и запускает связанный каскад Дарлингтона, который, в свою очередь, активирует правый каскад 555, сконфигурированный как моностабильная схема.

Реле активируется в ответ на это и остается включенным в зависимости от предопределенной моностабильной выдержки времени, установленной конденсаторами 1M и 10uF.