0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой датчик приближения

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).

Фотоприемник мы построим в трех вариантах:

  1. простой фотоприемник — только для того, чтобы объяснить принцип работы фототранзистора;
  2. фотоприемник с усилителем в виде PNP-транзистора;
  3. фотоприемник с системой защиты от окружающего света.

Фототранзистор можно представить в качестве связующего звена, который становится проводником, когда на него попадает инфракрасный свет и изолятором когда свет отсутствует. Это, конечно. некоторое упрощение, поскольку фототранзисторы не работают в цифровом режиме (ноль/единица). Поэтому лучше будет сказать, что с увеличением интенсивности инфракрасного света, через фототранзистор будет протекать больший ток.

В нашей схеме мы используем 5 мм NPN ИК-фототранзистор в корпусе с инфракрасным фильтром. Помните, что ток, который может протекать через фототранзистор, составляет всего 3 мА. В нашем случае этого достаточно, чтобы слабо засветился светодиод.

Возьмем синий 5 мм светодиод, подключим его последовательно с резистором с сопротивлением 220 Ом и фототранзистором. Таким образом, у нас получился простой, но работающий ИК-приемник.

Теперь, когда все собрано, направьте фототранзистор и ИК-светодиод вертикально вверх, и включите источник питания с напряжением 5В.

Синий светодиод будет слегка светиться, но когда вы поднесете руку к передатчику и приемнику, то светодиод загорится сильнее! Если светодиод горит постоянно, то выключите все лампы на вашем рабочем столе, в частности галогенные лампы, и прикройте окна, если солнечная погода.

Это простая, но работающая схема датчика приближения. Однако у этого варианта есть недостатки, которые мы должны устранить, чтобы получить практичное устройство. Но об этом мы поговорим уже в следующей статье.

Индикатор приближения человека или животного

Схема данного индикатора способна улавливать приближение человека или животного на расстоянии до 0,5 м, а также его можно использовать в качестве охранного устройства, определения действующей скрытой проводки или просто для развлечения.

Читать еще:  Самый простой металлоискатель с дискриминацией металлов «Малыш FM»

Принцип его работы – увеличение наводки переменного напряжения в антенне при приближении к ней объекта с последующей индикацией, с помощью мигающего светодиода.

Описание работы устройства

В качестве датчика приближения служит антенна WA1 – отрезок провода длиной около 30 см, согнутого в форме знака вопроса. Пока наводка в антенне мала (а в жилых помещениях она всегда есть от сетевой проводки), сопротивление канала полевого транзистора VT1 составляет несколько десятков килоом и конденсатор С1 разряжен. Сопротивление канала VT2 велико и мигающий светодиод HL1 погашен.

При приближении человека в антенне наводится переменное напряжение, которое одной полуволной еще больше закрывает VT1, а другой открывает. В момент закрытия транзистора напряжение на конденсаторе С1 увеличивается и он начинает заряжаться. В то время, когда VT1 открывается, разрядиться через него конденсатору С1 мешает диод VD1. После нескольких таких циклов конденсатор зарядится настолько, что откроется транзистор VT2 и включит мигающий светодиод «Тревога». Если объект отойдет от антенны, VT1 перестанет закрываться и подпитывать конденсатор С1, который через некоторое время разрядится через резистор R2. VT2 закроется, сигнал тревоги погаснет.

Принципиальная схема

Устройство достаточно экономично и в режиме ожидания потребляет ток около 17 мкА, поэтому в качестве источника питания можно использовать любую батарею соответствующего напряжения – к примеру, «Корунд» или «Крона».

Настройка индикатора

Устройство достаточно просто и налаживание его сводится к размеру антенны «по месту». Если в месте установки естественные наводки слишком велики, то размеры антенны уменьшают, но при этом чувствительность прибора уменьшится. Если позволяют условия, то антенну увеличивают. Поскольку работа прибора основана на сетевых наводках, он, конечно, не будет работать вдали от электрических сетей, скажем, в поле, если рядом не проходит линия электропередач.

На месте VT1 будет работать КП103Д, 2П103Д. Зарубежный аналог КП504А — BS170P. Мигающий светодиод можно заменить обычным маломощным, но последовательно с ним придется поставить токоограничивающий резистор номиналом около 500-800 Ом.

Источник: «Радио» № 6, 2007 г.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Сегодня всё чаще стали устанавливать различные системы безопасности. Одна из них охранно-пожарная сигнализация. Благодаря ей можно вовремя выявить очаг возгорания.

Противопожарное оборудование довольно дорогое удовольствие, поэтому мы сейчас рассмотрим простое решение этого вопроса.

Для начинающих радиолюбителей можно предложить схему простого металлодетектора на одной интегральной микросхеме TDA0161.

В её основу вложена специально разработанная схема для детектирования металлических предметов.

Схема достаточно простая, т.к. в основном все собрано в микросхеме и немного деталей вокруг неё.

Схема прибора, приведенного на рисунке ниже, предназначен для измерения силы начального и обратного токов коллектора и статического коэффициента передачи тока маломощных транзисторов структуры р—п—р и п—р—п. Измерение коэффициента передачи тока производится при фиксированной силе тока транзистора. Подробнее…

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:

Читать еще:  Дачная полка для обуви

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

Схема. Емкостный датчик приближения

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 30.11.2017 · Обновлено 16.03.2018

Работа ёмкостных датчиков обычно основана на регистрации изменений параметров генератора, в колебательную систему которого входит ёмкость контролируемого объекта. Простейшие из таких датчиков [1,2] содержат один LC-генератор на полевом транзисторе и работают по принципу возрастания потребляемого тока или уменьшения напряжения при увеличении ёмкости. Такие устройства при максимальной дальности обнаружения приближающегося объекта не более 0,1 м обладают весьма низкой стабильностью и малой помехоустойчивостью. Более высокие характеристики имеют ёмкостные датчики, схема которых выполнена на основе двух генераторов и работающие по принципу сравнения частоты или фазы колебаний образцового и перестраиваемого (измерительного) генераторов. Например, описанный в [3]. Лучшие из них способны почувствовать приближение человека на расстоянии 2 м. Однако при выполнении на дискретных элементах они получаются слишком громоздкими, а при использовании специализированных микросхем — слишком дорогими.

В предлагаемой статье рассматривается схема ёмкостного датчика, с высокой чувствительностью на микросхеме тонального декодера NJM567 [4]. Эта микросхема и её аналоги (например, NE567) широко используются для обнаружения узкополосных сигналов в диапазоне от 10 Гц до 500 кГц. Они применялись и в системах автоподстройки частоты вращения блока видеоголовок бытовых видеомагнитофонов. Использование встроенного в тональный декодер RC-генератора упрощает схему ёмкостного датчика, а внутренняя петля ФАПЧ этого генератора обеспечивает стабильность и помехоустойчивость датчика.
Дальность обнаружения приближающегося человека — не менее 0,5 м (при длине антенны датчика 1 м), что значительно больше, чем, например, у прибора, выполненного по схеме [5]. В устройстве отсутствуют намоточные изделия (катушки индуктивности), что упрощает его повторение.

Схема ёмкостного датчика изображена на рис. 1. Частотозадающие элементы находящегося в микросхеме DA2 генератора — резистор R6 и конденсатор С5. Сигнал генератора частотой около 15 кГц с вывода 5 микросхемы DA2 подан на фазосдвигающую цепь, образованную подстроечным резистором R5, антенной WA1, конденсатором СЗ и резистором R3. С неё через истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1, усилитель на транзисторе VT2 и конденсатор С4 сигнал поступает на вход IN (вывод 3) микросхемы DA2. К выводу 2 этой микросхемы подключён конденсатор С8 фильтра фазового детектора системы ФАПЧ, от ёмкости которого зависит ширина её полосы захвата. Чем ёмкость больше, тем уже полоса.

На второй фазовый детектор микросхемы образцовое напряжение подаётся от генератора с фазовым сдвигом на 90 относительно поступающего на фазовый детектор ФАПЧ. Напряжение на выводе 1 микросхемы (выходе второго детектора), подаваемое на встроенный в неё компаратор напряжения, зависит от фазового сдвига между входным сигналом и сигналом генератора, вносимого рассмотренной выше цепью, которая включает в себя антенну WA1. С7 — конденсатор выходного фильтра фазового детектора. Резистор R8, включённый между выводами 1 и 8 микросхемы, создаёт в характеристике переключения компаратора гистерезис, необходимый для повышения помехоустойчивости. Цепь R7C6 — нагрузка выхода OUT, выполненного по схеме с открытым коллектором.

Читать еще:  Как сделать простой подручный пистолет из бумаги для «офисных войн»!

Далее по схеме ёмкостного датчика сигнал через диод VD2 поступает на цепь из резистора R9 и конденсатора С9 и на вход логического элемента DD1.1. Цепь R10C10 формирует импульс, блокирующий ложное срабатывание датчика в момент включения питания. С выхода элемента DD1.1 сиг- нал поступает через диод VD4 на цепь R11C11, обеспечивающую длительность выходного сигнала датчика не менее заданной, и на соединённые последовательно элементы DD1.2 и DD1.3, формирующие взаимно инверсные выходные сигналы датчика на линиях “Вых. 1” и “Вых. 2”. Высокий уровень сигнала на линии “Вых. 2” и включённый светодиод HL1 свидетельствуют, что в чувствительной зоне находится человек.

Узел питания ёмкостного датчика собран на интегральном стабилизаторе LM317LZ, выходное напряжение которого установлено равным 5 В с помощью резисторов R1 и R2. Входное напряжение может находиться в пределах 10…24 В. Диод VD1 защищает датчик от неправильной полярности источника этого напряжения.
Все детали датчика смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой изображён на рис. 2. Резисторы R1 и R2 — для поверхностного монтажа. Их монтируют на плату со стороны печатных проводников. Подстроечный резистор R5 — СПЗ-19а или его импортный аналог.

Микросхему NJM567D можно заменить на NE567, KIA567, LM567 с различными буквенными индексами, означающими тип корпуса. Если он типа DIP8 (как у NJM567D) или круглый металлический, печатную плату корректировать не придётся. Аналог микросхемы К561ЛЕ5 — CD4001A. Транзистор КП303Е заменяется на BF245, КТ3102Е —на ВС547.
Антенна WA1 — отрезок одножильного изолированного провода сечением 0,5мм2 и длиной 0,3…1,5м. Короткая антенна обеспечивает меньшую чувствительность. Следует иметь в виду, что необходимая ёмкость конденсатора СЗ зависит от собственной ёмкости антенны, а значит, от её длины. Указанная на схеме ёмкость оптимальна для антенны длиной около метра. Чтобы работать с антенной длиной 0,3 м, ёмкость необходимо уменьшить до 30 пф.

Налаживать ёмкостный датчик следует, установив его и антенну там, где предполагается их эксплуатация. При этом следует учитывать, что на порог срабатывания влияет и расположение антенны относительно заземлённых предметов и проводов.
Первоначально движок подстроечного резистора R5 устанавливают в положение максимального сопротивления. После включения питания светодиод HL1 должен оставаться погашенным. В работоспособности датчика можно убедиться по включению этого светодиода в случае прикосновения к антенне рукой. Если ёмкость конденсатора СЗ выбрана правильно, то при переводе движка подстроечного резистора R5 в положение минимального сопротивления светодиод должен включиться и без касания антенны.

Убедившись в работоспособности схемы ёмкостного датчика, его налаживание продолжают по общеизвестной методике, добиваясь требуемого порога срабатывания плавным перемещением движка подстроечного резистора. Желательно делать это с помощью диэлектрической отвёртки, оказывающей минимальное влияние на фазосдвигающие цепи.
Оптимальная настройка соответствует включению светодиода при приближении человека к антенне метровой длины на расстояние 0,5 м, а выключение — при его удалении до 0,6 м. Укорочение антенны до 0,3 м уменьшит эти значения примерно на треть.

Следует заметить, что если ёмкость конденсатора СЗ слишком велика, светодиод HL1 может светиться и в крайнем левом положении движка, а при касании антенны рукой — гаснуть. Это объясняется тем, что устройство работает по балансному принципу и при необходимости можно отрегулировать его на срабатывание при удалении охраняемого объекта из чувствительной зоны.

ЛИТЕРАТУРА
1. Табунщиков В. Волшебное реле. — Моделист-конструктор, 1991, № 1, с. 23.
2. Нечаев И. Ёмкостное реле. — Радио, 1992, №9, с. 48—51.
3. Ершов М. Ёмкостный датчик. — Радио, 2004, №3, с. 41,42.
4. NJM567 Tone Decoder / Phase Locked Loop. www.pdf.datasheet.su/njr/njm567d.pdf
5. Соломеин В. Ёмкостное реле. -Радио, 2010, № 5, с. 38, 39.

В. ТУШНОВ, г. Луганск, Украина
“Радио” №12 2012г.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector