Czujnik zbliżeniowy na podczerwień to urządzenie, które wykrywa obecność obiektu lub człowieka, gdy znajduje się on w określonym z góry zasięgu od czujnika, poprzez odbitą wiązkę podczerwieni.
Wyjaśniono tutaj trzy przydatne koncepcje czujników zbliżeniowych, pierwsza koncepcja opiera się na zwykłym opampie LM358, druga na układzie scalonym LM567, który działa na zasadzie pętli sprzężenia zwrotnego, zapewniając bardzo dokładną reakcję na detekcję. Trzeci obwód działa przy użyciu wszechobecnego IC 555. Nauczmy się każdego z nich, wyjaśniając krok po kroku.
Przegląd
Tam jest długa lista czujników które są obecnie dostępne na rynku.
Jednym z takich czujników jest czujnik zbliżeniowy.
W tym poście za chwilę wyjaśnimy, jak działa czujnik zbliżeniowy i jaka jest wiedza niezbędna do wykonania tego projektu w domu. Jak sama nazwa wskazuje, urządzenie wykrywa, czy obiekt jest blisko, czy daleko od niego. Można je projektować na różne sposoby.
Ale najczęstszą metodą jest ta oparty na promieniach PODCZERWIENI i OPAMP. Niektóre typowe zastosowania tego urządzenia można zaobserwować w telefonach komórkowych, automatycznych systemach spłukiwania, automatycznych kranach, suszarkach do rąk i nigdy nie spadających robotach.
Wymagane składniki
1. Dioda podczerwieni : Każda dioda LED po włączeniu emituje jakąś formę promieniowania elektromagnetycznego. Z naszego domowego doświadczenia znamy diody LED, które emitują widzialne światło.
Ale są też specjalne diody LED, które emitują promienie podczerwone. Tak jak mogą być widoczne diody o różnych kolorach, diody IR również emitują promienie o różnych długościach fal. Promienie podczerwone mogą mieć różne długości fal i przyjmować dowolną wartość należącą do ich pasma fal.
Dlatego bardzo ważne jest, aby zastosowana fotodioda IR była w stanie wykryć określoną długość fali INFRA RED emitowaną przez diodę IR.
dwa. FOTODIODE IR : Jest to specjalny rodzaj diody który jest podłączony w odwrotnej polaryzacji do wykrywania promieni IR . W przypadku braku promieniowania IR ma bardzo dużą rezystancję i przepływa przez niego praktycznie zerowy prąd.
Kiedy jednak padają na niego promienie podczerwone, jego opór maleje i przepuszczany jest przez niego prąd proporcjonalny do natężenia promieniowania.
Ta właściwość fotodiody służy do generowania sygnału elektrycznego w czujniku zbliżeniowym na temat padania promieni podczerwonych.
3. Wzmacniacz operacyjny (IC LM358) : Wzmacniacz operacyjny lub wzmacniacz operacyjny to wielofunkcyjny układ scalony, bardzo ceniony w świecie elektroniki.
W tym projekcie wzmacniacz operacyjny jest używany jako komparator. Układ scalony LM358 ma dwa wzmacniacze operacyjne, co oznacza, że możemy wykonać dwa detektory zbliżeniowe za pomocą tylko jednego układu scalonego. Powodem zastosowania wzmacniacza operacyjnego w obwodzie jest konwersja sygnału analogowego na sygnał cyfrowy.
Cztery. Preset : Preset to w zasadzie rezystor mający trzy zaciski.
Zadaniem presetu jest podzielenie całkowitego dostępnego napięcia w taki sposób, aby użytkownik miał dostęp do jego części. Musimy tylko ustawić środkowy terminal w odpowiedniej pozycji.
Ustawienie wstępne określa napięcie progowe, powyżej którego powinno być generowane napięcie wyjściowe. Można go ręcznie ustawić na opór o dowolnej wartości, obracając jego głowicę za pomocą odpowiedniego śrubokręta.
5. Czerwona dioda LED : W swoim projekcie użyłem czerwonej diody LED, ale ogólnie można zastosować diodę dowolnego koloru. Działa jak wizualny sygnał, aby pokazać, że przeszkoda zbliżyła się wystarczająco blisko.
6. Rezystory : Dwa 220 omów i jeden 10 kiloomów.
7. Zasilacz : 5 v do 6 v.
Jak to działa
Zasada działania czujnika zbliżeniowego jest dość prosta. Typowa koncepcja ma dwie równoległe do siebie diody - diodę emitującą podczerwień i fotodiodę.
Działają jako para nadajnik-odbiornik. Kiedy przeszkoda pojawia się przed promieniami emitera, są one odbijane z powrotem i przechwytywane przez odbiornik.
Zgodnie z właściwościami fotodiody przechwycone promienie podczerwone zmniejszają rezystancję fotodiody i generowany jest wynikowy sygnał elektryczny. W praktyce sygnał ten to napięcie na rezystorze 10k, które jest bezpośrednio podawane na nieodwracający koniec wzmacniacza operacyjnego.
Funkcją wzmacniacza operacyjnego jest porównanie dwóch podanych mu wejść.
Sygnał z fotodiody podawany jest na pin nieodwracający (pin 3), a napięcie progowe z potencjometru podawane jest na pin odwracający (pin 2). Jeżeli napięcie na pin nieodwracającym jest większe niż napięcie na pin Odwracający pin wyjście wzmacniacza operacyjnego jest wysokie, w przeciwnym razie wyjście jest niskie.
Podsumowując, wzmacniacz operacyjny przetwarza sygnał analogowy na sygnał cyfrowy w tym obwodzie.
WYJŚCIA:
Wyjście czujnika może mieć dwie formy: ANALOGOWA i CYFROWA.
Wyjście cyfrowe ma postać wysokiego lub niskiego poziomu. Cyfrowy sygnał wyjściowy czujnika zbliżeniowego może służyć do zatrzymania ruchu robota omijającego przeszkody. Jak tylko przeszkoda zbliży się wystarczająco blisko, sygnał może być bezpośrednio doprowadzony do styków wejściowych sterownika silnika, aby zatrzymać silniki.
Wyjście analogowe to ciągły zakres wartości od zera do określonej wartości skończonej. Takiego sygnału nie można przekazać bezpośrednio sterownikom silników i innym urządzeniom przełączającym. Najpierw muszą zostać przetworzone przez mikrokontrolery i przekonwertowane na postać cyfrową za pomocą ADC i kodowania. Ta forma wyjściowa wymaga dodatkowego mikrokontrolera, ale eliminuje użycie wzmacniacza operacyjnego.
Digaram z pełnym obwodem
UPDATE od Administrator
Powyższy projekt obwodu można również zbudować przy użyciu zwykłego pojedynczego wzmacniacza operacyjnego IC 741, jak pokazano poniżej:
Klip wideo
2) Obwód dokładnego czujnika zbliżeniowego (odporny na światło słoneczne)
Poniższy post wyjaśnia dokładny obwód detektora zbliżeniowego na podczerwień (IR), który zawiera IC LM567, aby zapewnić niezawodne i niezawodne działanie. Obwód ten jest odporny na światło słoneczne lub jakiekolwiek inne światło z otoczenia i nie ma na niego wpływu, dopóki dostrojone odbite sygnały nie zostaną odebrane przez czujnik. Konstrukcja działa również jako wykrywacz przeszkód.
Koncepcja obwodu
Znalazłem ten projekt w sieci, szukając dokładnego i niezawodnego, ale taniego obwodu czujnika zbliżeniowego.
Obwód można zrozumieć za pomocą następującego opisu:
Nawiązując do pokazanego poniżej obwodu czujnika ruchu na podczerwień (IR), widzimy projekt składający się z dwóch głównych stopni, z których jeden obejmuje układ scalony LM567, a drugi układ IC555.
Zasadniczo IC LM567 staje się sercem układu, który pełni wyłącznie funkcje generowania / przesyłania częstotliwości IR, a także jej wykrywania.
Ponadto układ scalony ma wewnętrzny obwód z blokowaną pętlą fazową, dzięki czemu jest wysoce niezawodny w zastosowaniach z obwodami wykrywania częstotliwości.
Oznacza to, że gdy odczyta i zatrzaśnie się na określonej częstotliwości, jego funkcja wykrywania zostaje zablokowana na tej częstotliwości, a zatem wszelkie inne zabłąkane zakłócenia, bez względu na to, jak silne mogą być, nie wpływają na jego działanie ani nie zakłócają jego funkcjonowania.
Działanie obwodu
Wewnętrzna częstotliwość oscylatora określona przez R3, C2 zasila diodę IR D274 przez sterowany prądowo stopień składający się z T1, R2. Ta częstotliwość decyduje o środkowej częstotliwości chipa.
W powyższych warunkach układ scalony zostaje ustawiony i wyśrodkowany na powyższej częstotliwości, generując stałą wartość szczytową na wyjściu nr 8.
Styk wejściowy nr 3 układu scalonego oczekuje na odebranie częstotliwości, która może być dokładnie równa powyższej „wyśrodkowanej” częstotliwości układu scalonego.
Odbiornik podczerwieni lub czujnik podłączony do pinu nr 3 układu scalonego jest ustawiony dokładnie w tym celu.
Gdy tylko wiązka podczerwieni z LD274 napotka przeszkodę, jej wiązka zostaje odbita i pada na odpowiednio ustawioną diodę detektora BP104.
Częstotliwość IR z LD274 przechodzi teraz do styku wejściowego nr 3 układu scalonego, ponieważ ta częstotliwość będzie dokładnie taka sama jak ustawiona częstotliwość środkowa układu scalonego, układ scalony rozpoznaje to i natychmiast przełącza wyjście z wysokiego na niski.
Powyższy niski wyzwalacz na pinie nr 2 układu IC 555, który jest skonfigurowany jako monostabilny, z kolei przełącza jego wyjście w stan wysoki, powodując zadziałanie podłączonego alarmu.
Powyższy stan utrzymuje się tak długo, jak długo występuje przerwa w działaniu czujnika / detektora podczerwieni i pozwala na odbicie wiązek. Wraz z włączeniem R9 i C5, wyjście IC555 wykazuje pewien stan opóźnienia wyłączenia dla podłączonego brzęczyka nawet po oddaleniu się ruchu lub przeszkody.
Aby dostosować efekt opóźnienia, R9 i C5 można dostosować zgodnie z preferencjami.
Wyżej wyjaśniony obwód może być również wykorzystany jako obwód czujnika zbliżeniowego i obwód detektora przeszkód.
Schemat obwodu
Obwód testowy
Poniższy obwód testowy pokazuje, jak zweryfikować wyniki z podstawowego projektu opartego na LM567 IR. Schemat można zobaczyć poniżej:
Jak widać, tylko etap LM567 został uwzględniony w projekcie, podczas gdy etap IC 555 został wyeliminowany w celu uproszczenia podstawowych procedur testowych.
Tutaj czerwona dioda LED na pinie # 8 układu scalonego zapala się i pozostaje zapalona tak długo, jak długo diody LED podczerwieni są trzymane równolegle do siebie w odległości 1 stopy.
Jeśli spróbujesz wymienić czerwoną diodę LED nadajnika podczerwieni Tx na inne zewnętrzne źródło o innej częstotliwości, LM567 przestanie wykrywać sygnały, a czerwona dioda LED przestanie się świecić.
Fotodiody nie są kluczowe, do diod nadajnika i odbiornika można zastosować dowolne podobne lub standardowe fotodiody.
Klip wideo z powyższej konfiguracji testowej:
3) Kolejny projekt czujnika zbliżeniowego oparty na IC 567
Podobnie jak powyżej, wyjątkową cechą tego obwodu jest to, że nie może być aktywowany ani grzechotany przez bezpośrednie promieniowanie IR, a raczej tylko odbite promieniowanie IR uderzające w detektor wyzwala obwód.
W środku obwodu znajduje się pojedynczy układ scalony dekodera 567 tonów (U1), który wykonuje podwójną funkcjonalność: działa zarówno jako podstawowy sterownik nadajnika podczerwieni, jak i jako odbiornik. Kondensator C1 i rezystor R2 służą do ustalenia częstotliwości wewnętrznego oscylatora U1 na około 1 kHz.
Sygnał wyjściowy fali prostokątnej z U1 na pinie 5 jest zastosowany na bazie Q1. Tranzystor Q1 jest skonfigurowany jako wzmacniacz wtórny emitera, który łączy impuls 20-mA na anodzie LED2.
Tranzystor Q3 odbiera wyjście IR z LED2 i kieruje transmisję na Q2, aby uzyskać większe wzmocnienie. Po wzmocnieniu przez Q2, sygnał jest podawany z powrotem na wejście U1 na pinie 3, wyzwalając pin 8, aby stał się niski, włączając diodę LED1.
W razie potrzeby LED1 można zastąpić transoptorem, aby przełączać praktycznie każde obciążenie zasilane prądem zmiennym. Ponieważ obwód jest bardzo prosty, prawie każdy projekt będzie działał.
Nadajnik podczerwieni (LED1) i fototranzystor (03) muszą być zainstalowane w odległości około cala od siebie, obok siebie i skupione dokładnie na tej samej ścieżce.
Konieczne może być przetestowanie odległości i punktu widzenia instalacji pary urządzeń na podczerwień, aby określić idealne położenie dla dowolnego przydzielonego zakresu między czujką a emiterem.
Z reguły odstęp cala między parą nadajnik podczerwieni / detektor umożliwia obwodowi zbliżeniowemu wykrycie celu oddalonego od siebie o około pół do 1 cala. Jaśniej zacienione cele odbijają znacznie lepiej i mogą działać na większych odległościach niż te utworzone z głębszych elementów. Dopóki czujnik zbliżeniowy odbiera dostrojone sygnały IR, kontrolowany obwód pozostaje włączony, a gdy tylko sygnał zanika, wyjście wyłącza się.
4) Detektor zbliżeniowy wykorzystujący obwód IC 555
W tym trzecim projekcie omawiamy prosty obwód detektora zbliżeniowego oparty na IC 555, który może być używany do wykrywania wtargnięcia ludzi na odległość.
Działanie obwodu
Detektor zbliżeniowy na podczerwień można uznać za jeden z najcenniejszych i najszerzej stosowanych obwodów w zakresie zastosowań automatyki elektronicznej.
Zwykle widzimy, że jest używany w automatycznych dystrybutorach wody, automatycznych suszarkach do rąk, a niektóre specyficzne warianty można zobaczyć w automatycznych drzwiach domów towarowych.
Zasada działania proponowanego obwodu czujnika zbliżeniowego z wykorzystaniem IC 555
W projekcie generowanie szybkich impulsów szczytowych impulsów napięcia z układu scalonego LM555 jest realizowane przy stosunkowo niższej częstotliwości, która jest transmitowana przez diodę podczerwieni w postaci strumieni wiązek podczerwieni.
Te transmitowane impulsy są skupiane w kierunku obszaru, który ma być monitorowany i są odbijane z powrotem, gdy podmiot lub intruz zostanie wykryty przez diodę fototranzystorową umieszczoną strategicznie w celu odbierania tych odbitych sygnałów.
Gdy to nastąpi, odebrane sygnały są przetwarzane, aby umożliwić aktywację podłączonego mechanizmu przekaźnikowego, a następnie urządzenia alarmowego.
Aby przetestować powyższą implementację, można wprowadzić obiekt w poprzek strefy wiązek podczerwieni, a odpowiedź można sprawdzić monitorując działanie przekaźnika, np. Przesuwając dłoń w obszarze ogniskowania, na odległość około 1 metra.
Kiedy odbite sygnały uderzają w fototranzystor, rozwija on różnicę potencjałów na potencjometrze 1M (regulowanym) i wyzwala powiązany stopień Darlingtona, który z kolei aktywuje prawy stopień 555 skonfigurowany jako obwód monostabilny.
Przekaźnik jest aktywowany w odpowiedzi na to i pozostaje włączony w zależności od monostabilnego z góry określonego opóźnienia czasowego ustawionego przez 1M i kondensator 10uF.
Schemat obwodu
Lista części proponowanego obwodu czujnika zbliżeniowego IR opartego na IC 555.
2 - IC LM 555
2 - 8-pinowe gniazda IC
1 - przekaźnik 12 V 5 pinów
1-- Fototranzystor na podczerwień ogólnego przeznaczenia
1-- Dioda podczerwieni ogólnego przeznaczenia
3 - BC 547
2-- kondensatory. 10 uF / 50 V.
1-- 1N4148 dioda
1-- czerwona dioda 5mm
1--68 godz
1-- 1K5
2--10 tys
1 - 100 tys
1-- 470 R H Wszystkie 1/2 W.
Rezystor 1--10k 1/4 W do podłączenia między przewodem środkowym 1M a parą BC547
Układ styków IC 555
Poprzedni: Utwórz ten konwerter Buck za pomocą Arduino Dalej: Sterownik pompy oparty na wiadomości SMS z automatycznym wyłączaniem na sucho
