IR senzor přiblížení je zařízení, které detekuje přítomnost předmětu nebo člověka, když je v předem stanoveném rozsahu od senzoru, prostřednictvím odražených infračervených paprsků.

Zde jsou vysvětleny tři užitečné koncepty senzorů přiblížení, první koncept je založen na běžném operačním zesilovači LM358, druhý s využitím IC LM567, který funguje na principu smyčky fázového závěsu zajišťující velmi přesnou odezvu na detekci. Třetí obvod pracuje s všudypřítomným IC 555. Naučme se každý z nich s vysvětlením krok za krokem.

Přehled

Tady je dlouhý seznam senzorů které jsou dnes dostupné na trhu.

Jedním z takových snímačů je snímač přiblížení.

V tomto příspěvku se chystáme rozluštit, jak senzor přiblížení funguje a co poskytuje potřebné znalosti, aby byl tento projekt doma. Jak název napovídá, jednotka detekuje, zda je předmět blízko nebo daleko od něj. Mohou být navrženy různými způsoby.

Nejběžnější metoda je však ta na základě infračervených paprsků a OPAMP. Některá běžná použití tohoto zařízení lze vidět v mobilních telefonech, automatických splachovacích systémech, automatických kohoutcích, sušičích rukou a nikdy neklesajících robotech.

Požadované komponenty

1. IR vedl : Každá LED vydává při zapnutí nějakou formu elektromagnetického záření. Z našich zkušeností v domácnosti známe LED, která vyzařují viditelné světlo.

Existují však také některé speciální LED diody, které vyzařují infračervené paprsky. Stejně jako mohou být viditelné LED různé barvy, IR LED také vyzařuje paprsky různých vlnových délek. Infračervené paprsky mohou mít různé vlnové délky a mohou přijímat jakoukoli hodnotu patřící k jejich vlnovému pásmu.

Je tedy velmi důležité, aby použitá infračervená fotodioda dokázala detekovat konkrétní vlnovou délku INFRA ČERVENÉ dané infračervenou LED.

dva. IR FOTODIODA : Jedná se o speciální typ diody který je připojen v obráceném předpětí pro detekci IR paprsků . Při absenci infračerveného záření má velmi vysoký odpor a prochází jím prakticky nulový proud.

Ale když na něj dopadají infračervené paprsky, jeho odpor klesá a nechá se jím procházet proud úměrný intenzitě záření.

Tato vlastnost fotodiody se používá ke generování elektrického signálu v senzoru přiblížení při dopadu infračervených paprsků.

3. Operační zesilovač (IC LM358) : Operační zesilovač nebo operační zesilovač je víceúčelový integrovaný obvod a ve světě elektroniky je vysoce ceněný.

V tomto projektu se operační zesilovač používá jako komparátor. LM358 IC má dva operační zesilovače, což znamená, že můžeme vyrobit dva detektory přiblížení pomocí jediného IC. Důvodem pro použití operačního zesilovače v obvodu je převod analogového signálu na digitální signál.

Operační zesilovač nebo operační zesilovač je víceúčelový ic

Čtyři. Přednastavení : Předvolba je v podstatě rezistor se třemi svorkami.

Funkce předvolby je rozdělit celkové dostupné napětí tak, aby měl uživatel přístup k jeho zlomku. Musíme jen nastavit střední terminál do vhodné polohy.

Předvolba nastavuje prahové napětí, nad kterým by mělo být generováno výstupní napětí. Lze jej ručně nastavit na odpor libovolné hodnoty otočením hlavy pomocí vhodného šroubováku.

Předvolba je v podstatě rezistor se třemi svorkami

5. Červená vedla : Pro svůj projekt jsem použil červenou LED, ale obecně lze použít LED libovolné barvy. Funguje jako vizuální signál, který ukazuje, že překážka je dostatečně blízko.

6. Rezistory : Dva 220 ohmů a jeden 10 k ohmů.

7. Zdroj napájení : 5 až 6 v.

Jak to funguje

Princip činnosti snímače přiblížení je poměrně jednoduchý. Typický koncept má dvě LED paralelně vedle sebe - LED emitující IR a fotodiodu.

Působí jako pár vysílač-přijímač. Když překážka přijde před paprsky vysílače, odrazí se zpět a zachytí je přijímač.

Podle vlastností fotodiody zachycené infračervené paprsky snižují odpor fotodiody a je generován výsledný elektrický signál. Tento signál v praxi představuje napětí na 10k rezistoru, které je přímo přiváděno na neinvertující konec operačního zesilovače.

Funkce operačního zesilovače je porovnat dva vstupy, které mu byly přiděleny.

Signál z fotodiody se přivádí neinvertujícímu kolíku (kolík 3) a prahové napětí z potenciometru se dává invertujícímu kolíku (kolík 2). Pokud je napětí na neinvertujícím kolíku větší než napětí na invertující pin je výstup operačního zesilovače vysoký, jinak je výstup nízký.

Operační zesilovač v tomto obvodu převádí analogový signál na digitální signál.

VÝSTUPY:

Výstup senzoru lze použít ve dvou formách: ANALOGOVÝ a DIGITÁLNÍ.

Digitální výstup je ve formě vysokého nebo nízkého signálu. Digitální výstupní signál snímače přiblížení lze použít k zastavení pohybu robota vyhýbajícího se překážkám. Jakmile se překážka dostatečně přiblíží, lze přímo přivést signál na vstupní kolíky ovladače motoru a zastavit tak motory.

Analogový výstup je spojitý rozsah hodnot od nuly po určitou konečnou hodnotu. Takový signál nelze přímo předat řidičům motorů a jiným spínacím zařízením. Nejprve je třeba je zpracovat mikrokontroléry a převést do digitální podoby pomocí ADC a nějakého kódování. Tato výstupní forma vyžaduje další mikrokontrolér, ale vylučuje použití operačního zesilovače.

Celý obvod digaramu

jednoduchý obvod infračerveného snímače přiblížení pomocí operační zesilovače

AKTUALIZACE z Správce

Výše uvedený návrh obvodu lze také postavit pomocí běžného jediného zesilovače IC 741, jak je znázorněno níže:

jednoduchý snímač přiblížení pomocí jediného LM 741

Videoklip

2) Přesný obvod detektoru přiblížení (imunní vůči slunečnímu světlu)

Následující příspěvek vysvětluje přesný infračervený (IR) obvod detektoru přiblížení, který obsahuje IC LM567 pro zajištění spolehlivých a spolehlivých operací. Tento obvod je imunní vůči slunečnímu záření nebo jakémukoli jinému okolnímu světlu a nebude ovlivněn, dokud senzor nepřijme vyladěné odražené signály. Konstrukce funguje také jako detektor překážek.

Koncept okruhu

Našel jsem tento design na internetu při hledání přesného a spolehlivého, ale levného obvodu snímače přiblížení.

Obvod lze pochopit pomocí následujícího popisu:

S odkazem na níže zobrazený obvod infračerveného (IR) detektoru pohybu vidíme design skládající se ze dvou hlavních stupňů, přičemž jeden zahrnuje IC LM567, zatímco druhý s IC555.

V zásadě IC LM567 se stává srdcem obvodu, který vykonává pouze funkce generování / vysílání IR frekvence a také její detekci.

Kromě toho má IC vnitřní obvody smyčky fázového závěsu, díky nimž je vysoce spolehlivý s aplikacemi obvodů detekujících frekvenci.

To znamená, že jakmile načte a zablokuje se na danou frekvenci, její detekční funkce se uzamkne na danou frekvenci, a proto jakékoli další rozptýlené rušení bez ohledu na to, jak silné může být, neovlivňuje ani nehraje jeho fungování.

Obvodový provoz

Interní frekvence oscilátoru určená R3, C2 napájí IR diodu D274 přes proudově řízený stupeň skládající se z T1, R2. Tato frekvence rozhoduje o střední frekvenci čipu.

S výše uvedenými podmínkami se IC nastaví a vystředí na výše uvedenou frekvenci a na svém výstupním kolíku # 8 vytvoří konstantní maximum.

Vstupní pin # 3 IC čeká na přijetí frekvence, která se může přesně rovnat výše uvedené „středové“ frekvenci IC.

IR přijímač nebo senzor připojený přes pin # 3 IC je umístěn přesně pro tento účel.

Jakmile IR paprsek z LD274 najde překážku, jeho paprsek se odrazí a dopadne na vhodně umístěnou detektorovou diodu BP104.

IR frekvence z LD274 nyní přechází na vstupní pin # 3 IC, protože tato frekvence bude přesně stejná jako nastavená střední frekvence IC, IC to rozpozná a okamžitě přepne svůj výstup z vysokého na LOW.

Výše uvedená nízká spoušť na pinu # 2 IC 555, který je konfigurován jako monostabilní, přepíná jeho výstup vysoko, což způsobí, že připojený alarm zazní.

Výše uvedený stav přetrvává tak dlouho, dokud přerušení IR senzoru / detektoru přetrvává a umožňuje odraz paprsků. Se zahrnutím R9 a C5 vykazuje výstup IC555 určitou podmínku zpoždění vypnutí pro připojený bzučák i po pohybu nebo překážce vzdaluje.

Pro nastavení efektu zpoždění mohou být R9 a C5 vylepšeny podle preferencí.

Výše vysvětlený obvod lze také použít jako obvod detektoru blízkosti a obvodu detektoru překážek.

Kruhový diagram

Přesný obvod detektoru přiblížení využívající LM567 využívající funkci smyčky fázového závěsu

Zkušební obvod

Následující testovací obvod ukazuje, jak ověřit výsledky základního designu založeného na LM567 IR. Schéma je vidět níže:

Jak vidíte, do návrhu je začleněna pouze fáze LM567, zatímco fáze IC 555 byla odstraněna, aby se zjednodušily základní testovací postupy.

Zde se rozsvítí červená LED na kolíku # 8 IC a zůstane svítit, pokud jsou IR LED drženy paralelně k sobě ve vzdálenosti 1 stopy.

Pokud se pokusíte vyměnit infračervenou červenou vysílací LED diodu Tx za jiný externí zdroj, který má jinou frekvenci, přestane LM567 detekovat signály a červená LED přestane svítit.

Foto diody nejsou rozhodující, pro diody LED vysílače a přijímače můžete použít jakékoli podobné nebo standardní foto diody.

Videoklip k výše uvedenému testu:

3) Další design snímače přiblížení založený na IC 567

Stejně jako výše je výjimečnou vlastností tohoto obvodu to, že jej nelze aktivovat nebo chrastit přímým IR zářením, spouští obvod pouze odražené IR záření dopadající na detektor.

Ve středu obvodu je osamělý 567 tónový dekodér IC (U1), který vykonává dvojitou funkci: běží jak jako základní ovladač IR vysílače, tak jako přijímač. K fixaci frekvence interního oscilátoru U1 na přibližně 1 kHz se používají kondenzátor C1 a rezistor R2.

Výstup obdélníkové vlny z U1 na pinu 5 je aplikován na základnu Q1. Tranzistor Q1 je nastaven jako zesilovač emitor-sledovač, který spojuje 20 mA puls na anodě LED2.

Transistor Q3 snímá IR výstup z LED2 a směruje přenos na Q2 pro další zesílení. Po zesílení pomocí Q2 se signál přivede zpět na vstup U1 na kolíku 3, čímž se aktivuje kolík 8 na nízkou úroveň a rozsvítí se LED1.

V případě potřeby lze LED1 nahradit optočlenem pro přepínání prakticky jakékoli zátěže napájené střídavým proudem. Protože je obvod velmi přímočarý, bude fungovat téměř jakýkoli návrhový plán.

IR zářič (LED1) a fototranzistor (03) musí být nainstalovány přibližně v palcích odděleně v umístění vedle sebe a zaměřeny na přesně stejnou stopu.

Může být nutné otestovat rozteč a hledisko instalace dvojice infračervených zařízení, aby se zjistila dokonalá poloha pro jakýkoli přiřazený rozsah mezi detektorem a emitorem.

Pravidlem je, že palcová mezera mezi párem IR-vysílač / detektor umožňuje blízkému obvodu objevit cíl přibližně od poloviny do 1 palce od sebe. Světlejší stínované cíle odrážejí mnohem lépe a mohou fungovat na větší vzdálenosti než ty, které byly vytvořeny z hlubších prvků. Dokud snímač přiblížení zachytí naladěné infračervené signály, řízený obvod se nadále zapíná a jakmile signál zmizí, výstup se vypne.

4) Proximity Detector using IC 555 Circuit

V tomto třetím návrhu pojednáme o jednoduchém obvodu detektoru přiblížení založeném na IC 555, který lze použít k detekci překročení vzdálenosti člověka.

“jak fungují displeje z tekutých krystalů ”

Obvodový provoz

Infračervený bezdotykový detektor lze považovat za jeden z nejcennějších a nejpoužívanějších obvodů v rozsahu aplikací elektronické automatizace.

Typicky můžeme vidět, že se používá v automatických dávkovačích vody, automatických sušičích rukou a některé konkrétní varianty mohou být svědky v automatických dveřích obchodních domů.

Princip fungování navrhovaného obvodu detektoru přiblížení pomocí IC 555

V návrhu je implementována generace rychlých dávek špičkových napěťových pulzů z IC LM555 při relativně nižší frekvenci, která je přenášena přes infračervenou LED jako paprsky IR paprsků.

Tyto vysílané impulsy jsou zaměřeny směrem k oblasti, která má být monitorována, a odrážejí se zpět, když je subjekt nebo vetřelec detekován přes fototranzistorovou diodu strategicky umístěnou pro příjem těchto odražených signálů.

Jakmile k tomu dojde, přijaté signály procházejí zpracováním, aby bylo možné aktivovat připojený reléový mechanismus a následně výstražné zařízení.

Pro otestování výše uvedené implementace může být objekt zaveden přes zónu infračervených paprsků a odezvu lze zkontrolovat monitorováním činnosti relé, například pohybem ruky v zaostřené oblasti, ve vzdálenosti asi 1 metr.

Když odražené signály dopadnou na fototranzistor, vyvine se potenciální rozdíl napříč 1M potenciometrem (nastavitelný) a spustí se související Darlingtonův stupeň, který následně aktivuje pravý 555 stupeň nakonfigurovaný jako monostabilní obvod.

Relé se aktivuje v reakci na to a zůstane zapnuto v závislosti na monostabilním předem stanoveném časovém zpoždění nastaveném kondenzátorem 1M a 10uF.