Ένας αισθητήρας εγγύτητας υπερύθρων είναι μια συσκευή που ανιχνεύει την παρουσία ενός αντικειμένου ή ενός ανθρώπου όταν βρίσκεται εντός ενός προκαθορισμένου εύρους από τον αισθητήρα, μέσω ανακλώμενων υπέρυθρων ακτίνων.

Τρεις χρήσιμες έννοιες αισθητήρων εγγύτητας εξηγούνται εδώ, η πρώτη ιδέα βασίζεται σε ένα συνηθισμένο opamp LM358, το δεύτερο χρησιμοποιεί IC LM567 που λειτουργεί με μια αρχή κλειδώματος φάσης εξασφαλίζοντας πολύ ακριβή απόκριση για την ανίχνευση. Το τρίτο κύκλωμα λειτουργεί χρησιμοποιώντας το πανταχού παρόν IC 555. Ας μάθουμε το καθένα με μια βήμα προς βήμα εξήγηση.

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Υπάρχει ένα μεγάλη λίστα αισθητήρων που είναι διαθέσιμα στην αγορά σήμερα.

Ένας τέτοιος αισθητήρας είναι ο αισθητήρας εγγύτητας.

Σε αυτήν την ανάρτηση, πρόκειται να αποκαλύψουμε πώς λειτουργεί ένας αισθητήρας εγγύτητας και τι παρέχει τις απαραίτητες γνώσεις για να κάνει αυτό το έργο στο σπίτι. Όπως υποδηλώνει το όνομα, η μονάδα ανιχνεύει εάν ένα αντικείμενο βρίσκεται κοντά ή μακριά από αυτό. Μπορούν να σχεδιαστούν με διαφορετικούς τρόπους.

Όμως, η πιο κοινή μέθοδος είναι αυτή με βάση τις υπέρυθρες ακτίνες και OPAMP. Ορισμένες κοινές χρήσεις αυτής της συσκευής είναι ορατές σε κινητά τηλέφωνα, συστήματα αυτόματης έκπλυσης, αυτόματες βρύσες, στεγνωτήρια χεριών και ρομπότ που δεν πέφτουν ποτέ.

Απαιτούμενα στοιχεία

1. LED IR : Κάθε LED εκπέμπει κάποια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας όταν τροφοδοτείται. Από την οικιακή μας εμπειρία, έχουμε γνωρίσει led που εκπέμπουν ορατό φως.

Όμως, υπάρχουν επίσης μερικά ειδικά led που εκπέμπουν υπέρυθρες ακτίνες. Ακριβώς όπως μπορεί να υπάρχει ορατή λυχνία διαφορετικών χρωμάτων, η λυχνία IR εκπέμπει επίσης ακτίνες διαφορετικών μηκών κύματος. Οι ακτίνες υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να έχουν διαφορετικά μήκη κύματος και μπορούν να καταλάβουν οποιαδήποτε τιμή ανήκει στη ζώνη κύματός τους.

Επομένως, είναι πολύ σημαντικό η χρησιμοποιούμενη φωτοδίοδος IR να μπορεί να ανιχνεύει το συγκεκριμένο μήκος κύματος του INFRA RED που δίδεται από το IR led.

δύο. IR ΦΩΤΟΔΙΟΔΙΑ : Είναι ένας ειδικός τύπος δίοδος που συνδέεται με αντίστροφη μεροληψία για την ανίχνευση ακτίνων IR . Ελλείψει υπεριώδους ακτινοβολίας, έχει πολύ υψηλή αντίσταση και σχεδόν μηδενικό ρεύμα διέρχεται από αυτήν.

Αλλά όταν οι ακτίνες IR πέφτουν σε αυτήν, η αντίστασή της μειώνεται και ένα ρεύμα ανάλογο με την ένταση της ακτινοβολίας επιτρέπεται να περάσει από αυτήν.

Αυτή η ιδιότητα της φωτοδιόδου χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ηλεκτρικού σήματος στον αισθητήρα προσέγγισης κατά την εμφάνιση ακτίνων IR.

3. Op-amp (IC LM358) : Ο ενισχυτής λειτουργίας ή ο λειτουργικός ενισχυτής είναι ένα ic πολλαπλών χρήσεων και είναι πολύ σεβαστός στον κόσμο των ηλεκτρονικών.

Σε αυτό το έργο το op-amp χρησιμοποιείται ως συγκριτικό. Το LM358 IC έχει δύο op-amp που σημαίνει ότι μπορούμε να φτιάξουμε δύο ανιχνευτές εγγύτητας χρησιμοποιώντας μόνο ένα IC. Ο λόγος για να χρησιμοποιήσετε το op-amp στο κύκλωμα είναι να μετατρέψετε το αναλογικό σήμα σε ψηφιακό σήμα.

Το Op-amp ή ο λειτουργικός ενισχυτής είναι ένα ic πολλαπλών χρήσεων

Τέσσερις. Προεπιλογή : Το Preset είναι βασικά μια αντίσταση με τρία τερματικά.

Η λειτουργία μιας προκαθορισμένης ρύθμισης είναι να διαιρέσει τη συνολική διαθέσιμη τάση με τρόπο ώστε ο χρήστης να έχει πρόσβαση σε ένα κλάσμα αυτής. Πρέπει απλώς να ρυθμίσουμε το μεσαίο τερματικό σε κατάλληλη θέση.

Η προκαθορισμένη ρύθμιση ορίζει την τάση κατωφλίου πάνω από την οποία πρέπει να δημιουργηθεί η τάση εξόδου. Μπορεί να ρυθμιστεί χειροκίνητα σε αντίσταση οποιασδήποτε τιμής περιστρέφοντας την κεφαλή του χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλο κατσαβίδι.

Η προεπιλογή είναι βασικά μια αντίσταση που έχει τρία τερματικά

5. Κόκκινο led : Έχω χρησιμοποιήσει ένα κόκκινο led για το έργο μου, αλλά σε γενικές γραμμές μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε χρώμα. Λειτουργεί ως οπτικό σήμα για να δείξει ότι το εμπόδιο έχει φτάσει αρκετά κοντά.

6. Αντιστάσεις : Δύο 220 ohm και ένα 10k ohm.

7. Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος : 5 v έως 6v.

Πως δουλεύει

Η αρχή που βρίσκεται πίσω από τη λειτουργία ενός αισθητήρα εγγύτητας είναι αρκετά απλή. Μια τυπική ιδέα έχει δύο led παράλληλα μεταξύ τους - LED εκπομπής IR και μια φωτοδίοδο.

Λειτουργούν ως ζεύγος πομπού-δέκτη. Όταν ένα εμπόδιο έρχεται μπροστά από τις ακτίνες του πομπού, ανακλάται πίσω και αναχαιτίζεται από τον δέκτη.

Σύμφωνα με τις ιδιότητες της φωτοδιόδου, οι παρεμποδισμένες ακτίνες IR μειώνουν την αντίσταση της φωτοδιόδου και παράγεται το ηλεκτρικό σήμα που προκύπτει. Αυτό το σήμα στην πράξη είναι η τάση κατά μήκος της αντίστασης 10k που τροφοδοτείται απευθείας στο μη αναστρέψιμο άκρο του op-amp.

Η λειτουργία του op-amp είναι να συγκρίνει τις δύο εισόδους που του έχουν δοθεί.

Το σήμα από τη φωτοδίοδο δίνεται στον μη αναστρέψιμο πείρο (ακίδα 3) και η τάση κατωφλίου από το ποτενσιόμετρο δίνεται στον αντιστρεπτικό πείρο (ακίδα 2). Εάν η τάση στον μη αναστρέψιμο πείρο είναι μεγαλύτερη από την τάση στο ο αντιστρεπτικός πείρος η έξοδος op-amp είναι υψηλή, διαφορετικά η έξοδος είναι χαμηλή.

Συνολικά, το op-amp μετατρέπει το αναλογικό σήμα σε ψηφιακό σήμα σε αυτό το κύκλωμα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ:

Η έξοδος του αισθητήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δύο μορφές: ANALOG και DIGITAL.

Η ψηφιακή έξοδος έχει τη μορφή είτε υψηλή είτε χαμηλή. Το ψηφιακό σήμα εξόδου ενός αισθητήρα εγγύτητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σταματήσει η κίνηση ενός ρομπότ που αποφεύγει τα εμπόδια. Μόλις το εμπόδιο πλησιάσει αρκετά, το σήμα μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας στους ακροδέκτες εισόδου του οδηγού κινητήρα για να σταματήσουν οι κινητήρες.

Η αναλογική έξοδος είναι ένα συνεχές εύρος τιμών από μηδέν έως κάποια πεπερασμένη τιμή. Ένα τέτοιο σήμα δεν μπορεί να δοθεί απευθείας σε οδηγούς κινητήρα και άλλες συσκευές μεταγωγής. Πρώτα πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία από τους μικροελεγκτές και να μετατραπούν σε ψηφιακή μορφή μέσω ADC και κάποια κωδικοποίηση. Αυτή η φόρμα εξόδου απαιτεί έναν πρόσθετο μικροελεγκτή, αλλά εξαλείφει τη χρήση του op-amp.

Πλήρες κύκλωμα Digaram

απλό κύκλωμα αισθητήρα εγγύτητας IR χρησιμοποιώντας opamp

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ από διαχειριστής

Ο παραπάνω σχεδιασμός κυκλώματος θα μπορούσε επίσης να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα συνηθισμένο μονό opamp IC 741, όπως φαίνεται παρακάτω:

απλός αισθητήρας εγγύτητας χρησιμοποιώντας ένα μόνο LM 741

Βίντεο κλιπ

2) Ακριβές κύκλωμα ανιχνευτή εγγύτητας (ανοσία στο φως του ήλιου)

Η ακόλουθη δημοσίευση εξηγεί ένα ακριβές κύκλωμα ανιχνευτή εγγύτητας υπέρυθρων (IR) που ενσωματώνει το IC LM567 για την εξασφάλιση αξιόπιστων και ανθεκτικών λειτουργιών. Αυτό το κύκλωμα είναι απρόσβλητο από το φως του ήλιου ή οποιοδήποτε άλλο φως περιβάλλοντος και δεν θα επηρεαστεί, έως ότου ληφθούν από τον αισθητήρα τα συντονισμένα ανακλώμενα σήματα. Ο σχεδιασμός λειτουργεί επίσης ως ανιχνευτής εμποδίων.

Η έννοια του κυκλώματος

Βρήκα αυτό το σχέδιο στο διαδίκτυο αναζητώντας ένα ακριβές και αξιόπιστο αλλά φθηνό κύκλωμα αισθητήρα εγγύτητας.

Το κύκλωμα μπορεί να γίνει κατανοητό με τη βοήθεια της ακόλουθης περιγραφής:

Αναφερόμενοι στο παρακάτω κύκλωμα ανιχνευτή κίνησης υπέρυθρων (IR), βλέπουμε τον σχεδιασμό που αποτελείται από δύο κύρια στάδια, το ένα περιλαμβάνει το IC LM567 ενώ το άλλο με το IC555.

Βασικά το IC LM567 γίνεται η καρδιά του κυκλώματος που εκτελεί αποκλειστικά τις λειτουργίες της δημιουργίας / μετάδοσης της συχνότητας IR και επίσης ανιχνεύει την ίδια.

Επιπλέον, το IC διαθέτει κύκλωμα κλειστού βρόχου εσωτερικής φάσης που το καθιστά εξαιρετικά αξιόπιστο με εφαρμογές κυκλώματος ανίχνευσης συχνότητας.

Σημαίνει μόλις διαβάσει και ασφαλίσει σε μια δεδομένη συχνότητα, το χαρακτηριστικό ανίχνευσής του κλειδώνεται σε αυτήν τη συχνότητα και συνεπώς οποιαδήποτε άλλη αδέσποτη διαταραχή, ανεξάρτητα από το πόσο ισχυρό μπορεί να είναι, δεν επηρεάζει ή κτυπά τη λειτουργία της.

Λειτουργία κυκλώματος

Μια εσωτερική συχνότητα ταλαντωτή που καθορίζεται από τα R3, C2 τροφοδοτεί τη δίοδο IR D274 μέσω ενός τρέχοντος ελεγχόμενου σταδίου που αποτελείται από T1, R2. Αυτή η συχνότητα αποφασίζει την κεντρική συχνότητα του τσιπ.

Με τις παραπάνω συνθήκες, το IC ρυθμίζεται και επικεντρώνεται στην παραπάνω συχνότητα δημιουργώντας ένα σταθερό υψηλό στον ακροδέκτη εξόδου # 8.

Ο ακροδέκτης εισόδου # 3 του IC περιμένει να λάβει μια συχνότητα που μπορεί να είναι ακριβώς ίση με την παραπάνω «κεντραρισμένη» συχνότητα του IC.

Ο δέκτης υπερύθρων ή ο αισθητήρας που είναι συνδεδεμένος στον ακροδέκτη # 3 του IC τοποθετείται ακριβώς για το σκοπό αυτό.

Μόλις η ακτίνα IR από το LD274 βρει ένα εμπόδιο, η δέσμη της ανακλάται και πέφτει στην κατάλληλα τοποθετημένη δίοδο ανιχνευτή BP104.

Η συχνότητα υπερύθρων από το LD274 περνά τώρα στον ακροδέκτη εισόδου # 3 του IC, δεδομένου ότι αυτή η συχνότητα θα είναι ακριβώς ίδια με τη ρυθμισμένη κεντρική συχνότητα του IC, το IC το αναγνωρίζει αυτό και αλλάζει αμέσως την έξοδο από υψηλό σε LOW.

Η παραπάνω χαμηλή σκανδάλη στον πείρο # 2 του IC 555 που έχει διαμορφωθεί ως μονοσταθερή με τη σειρά της αλλάζει την έξοδο της, προκαλώντας το συναγερμό να εκραγεί.

Η παραπάνω κατάσταση παραμένει για όσο διάστημα η διακοπή από τον αισθητήρα / ανιχνευτή υπερύθρων παραμένει και επιτρέπει την ανάκλαση των δοκών. Με την συμπερίληψη των R9 και C5, η έξοδος του IC555 εμφανίζει μια ορισμένη συνθήκη καθυστέρησης για τον συνδεδεμένο βομβητή ακόμα και μετά την κίνηση ή το εμπόδιο απομακρυνθεί.

Για τη ρύθμιση του εφέ καθυστέρησης, τα R9 και C5 μπορούν να τροποποιηθούν σύμφωνα με τις προτιμήσεις.

Το παραπάνω εξηγημένο κύκλωμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως κύκλωμα ανιχνευτή εγγύτητας και κύκλωμα ανιχνευτή εμποδίων.

Διάγραμμα κυκλώματος

Κύκλωμα ανιχνευτή εγγύτητας ακριβείας με χρήση LM567 χρησιμοποιώντας λειτουργία κλειδώματος φάσης

Κύκλωμα δοκιμής

Το παρακάτω κύκλωμα δοκιμής δείχνει τον τρόπο επαλήθευσης των αποτελεσμάτων από μια βασική σχεδίαση με βάση το LM567 IR. Το σχηματικό φαίνεται παρακάτω:

Πώς το LM567 ανιχνεύει στόχους εγγύτητας

Όπως μπορείτε να δείτε, μόνο το στάδιο LM567 έχει ενσωματωθεί στο σχεδιασμό, ενώ το στάδιο IC 555 έχει εξαλειφθεί προκειμένου να διατηρηθούν οι βασικές διαδικασίες δοκιμών απλούστερες.

Εδώ η κόκκινη λυχνία LED στον ακροδέκτη # 8 του IC ανάβει και παραμένει φωτιζόμενη όσο τα LED LED παραμένουν παράλληλα μεταξύ τους σε απόσταση 1 ποδιού.

Εάν προσπαθήσετε να αντικαταστήσετε την κόκκινη λυχνία LED πομπού Tx με κάποια άλλη εξωτερική πηγή διαφορετικής συχνότητας, το LM567 σταματά να εντοπίζει τα σήματα και το κόκκινο LED θα σταματήσει να ανάβει.

Οι φωτοδίοδοι δεν είναι κρίσιμες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε παρόμοιες ή τυπικές φωτοδίοδους για τις συσκευές LED πομπού και δέκτη.

Κλιπ βίντεο για την παραπάνω ρύθμιση δοκιμής:

3) Ένας άλλος σχεδιασμός αισθητήρα προσέγγισης με βάση το IC 567

Όπως και παραπάνω, το εξαιρετικό χαρακτηριστικό αυτού του κυκλώματος είναι ότι δεν μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να κτυπηθεί από άμεση ακτινοβολία υπερύθρων, αλλά μόνο η ανακλώμενη ακτινοβολία IR που χτυπά τον ανιχνευτή θα ενεργοποιήσει το κύκλωμα.

Στο κέντρο του κυκλώματος βρίσκεται ένας μοναχικός αποκωδικοποιητής τόνου 567 (U1) που εκτελεί μια διπλή λειτουργικότητα: λειτουργεί τόσο ως βασικός οδηγός πομπού IR όσο και ως δέκτης. Ο πυκνωτής C1 και η αντίσταση R2 χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση της εσωτερικής συχνότητας ταλαντωτή του U1 σε περίπου 1 kHz.

Η έξοδος τετραγωνικού κύματος από το U1 στον ακροδέκτη 5 εφαρμόζεται στη βάση Q1. Το Transistor Q1 έχει ρυθμιστεί ως ενισχυτής emitter-follower, ο οποίος συνδέει έναν παλμό 20 mA στην άνοδο LED2.

Το τρανζίστορ Q3 λαμβάνει την έξοδο IR από το LED2 και κατευθύνει τη μετάδοση στο Q2 για περισσότερη ενίσχυση. Μετά την ενίσχυση από Q2, το σήμα εφαρμόζεται πίσω στην είσοδο του U1 στον ακροδέκτη 3, ενεργοποιώντας τον πείρο 8 να γίνει χαμηλός, ανάβοντας το LED1.

Όταν απαιτείται, το LED1 θα μπορούσε να αντικατασταθεί με έναν οπτικό ζεύκτη για εναλλαγή σχεδόν οποιουδήποτε φορτίου που λειτουργεί με AC. Επειδή το κύκλωμα είναι πολύ απλό, σχεδόν οποιοδήποτε σχέδιο σχεδίασης θα λειτουργήσει.

Ο πομπός IR (LED1) και ο φωτοτρανζίστορ (03) πρέπει να είναι εγκατεστημένοι περίπου ίντσες χωρισμένοι σε μια τοποθέτηση δίπλα-δίπλα και να εστιάζονται στο ίδιο ακριβώς κομμάτι.

Ίσως χρειαστεί να ελέγξετε την απόσταση και την άποψη εγκατάστασης ενός ζεύγους συσκευών υπερύθρων για να καταλάβετε την τέλεια θέση για οποιοδήποτε καθορισμένο εύρος μεταξύ του ανιχνευτή και του πομπού.

Κατά κανόνα, ένα διάκενο ίντσας μεταξύ του ζεύγους IR-emitter / ανιχνευτή καθιστά δυνατό για το κύκλωμα εγγύτητας να ανακαλύψει έναν στόχο που απέχει περίπου μισή έως 1 ίντσα. Οι ελαφρύτεροι σκιασμένοι στόχοι αντανακλούν πολύ καλύτερα και μπορούν να αποδώσουν σε αυξημένες αποστάσεις από αυτές που δημιουργούνται από βαθύτερα στοιχεία. Εφ 'όσον ο αισθητήρας εγγύτητας λαμβάνει τα συντονισμένα σήματα IR, το ελεγχόμενο κύκλωμα συνεχίζει να είναι ενεργοποιημένο και μόλις το σήμα εξαφανιστεί, η έξοδος απενεργοποιείται.

4) Ανιχνευτής εγγύτητας που χρησιμοποιεί κύκλωμα IC 555

Σε αυτήν την τρίτη σχεδίαση διαχέουμε ένα απλό κύκλωμα ανιχνευτή εγγύτητας βασισμένο στο IC 555, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση παραβιάσεων ανθρώπων από απόσταση.

“πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ ως διακόπτης ”

Λειτουργία κυκλώματος

Ένας ανιχνευτής εγγύτητας υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να θεωρηθεί ως ένα από τα πιο πολύτιμα και ευρέως χρησιμοποιούμενα κυκλώματα στην ηλεκτρονική γκάμα εφαρμογών αυτοματισμού.

Συνήθως μπορούμε να δούμε ότι χρησιμοποιείται σε αυτόματες συσκευές διανομής νερού, αυτόματες μονάδες στεγνωτηρίου χεριών και ορισμένες ειδικές παραλλαγές μπορεί να παρατηρηθούν στις αυτόματες πόρτες των πολυκαταστημάτων.

Αρχή λειτουργίας του προτεινόμενου κυκλώματος ανιχνευτή εγγύτητας με χρήση IC 555

Στον σχεδιασμό πραγματοποιείται μια ταχεία έκρηξη παλμών τάσης αιχμής από το IC LM555 με σχετικά χαμηλότερο ρυθμό συχνότητας, ο οποίος μεταδίδεται μέσω του υπέρυθρου LED ως πίδακες ακτίνων IR.

Αυτοί οι μεταδιδόμενοι παλμοί εστιάζονται προς την περιοχή που απαιτείται για παρακολούθηση και ανακλάται όταν ένα άτομο ή εισβολέας ανιχνεύεται πάνω από μια δίοδο φωτοτρανζίστορ τοποθετημένη στρατηγικά για τη λήψη αυτών των ανακλώμενων σημάτων.

Μόλις συμβεί αυτό, τα λαμβανόμενα σήματα υποβάλλονται σε επεξεργασία προκειμένου να ενεργοποιηθεί ένας συνδεδεμένος μηχανισμός ρελέ και στη συνέχεια να ενεργοποιηθεί μια συσκευή συναγερμού.

Για να ελέγξετε την παραπάνω υλοποίηση ένα αντικείμενο μπορεί να εισαχθεί σε όλη τη ζώνη των ακτίνων IR και η απόκριση μπορεί να ελεγχθεί παρακολουθώντας τη λειτουργία του ρελέ, όπως μετακινώντας το χέρι στην εστιασμένη περιοχή, σε απόσταση περίπου 1 μέτρου.

Όταν τα ανακλώμενα σήματα χτυπήσουν τον φωτοτρανζίστορ, αναπτύσσει μια πιθανή διαφορά σε ολόκληρη την κατσαρόλα 1Μ (ρυθμιζόμενη) και ενεργοποιεί το σχετικό στάδιο Darlington, το οποίο με τη σειρά του ενεργοποιεί τη δεξιά πλευρά 555 που έχει διαμορφωθεί ως μονοστατικό κύκλωμα.

Το ρελέ ενεργοποιείται σε απάντηση σε αυτό και παραμένει αναμμένο ανάλογα με τη μονοσταθερή προκαθορισμένη χρονική καθυστέρηση που έχει οριστεί από τον πυκνωτή 1Μ και 10uF.