Принципиальная схема универсального оптического датчика на ИК лучах

Устройство предназначено для включения или переключения чего-либо при поднесении к датчику руки или другой отражающей поверхности. Чувствительность можно регулировать в широких пределах, при этом дальность срабатывания изменяется от нескольких метров до нескольких сантиметров.

Идея, в общем-то не новая, — ИК-светодиод светит вперед, свет отражается от препятствия и попадает на фотоприемник. Реле переключается, и остается в таком состоянии все время, что есть отражение, плюс еще некоторое время, которое можно регулировать.

Принципиальная схема

Схема показана на рисунке 1. Датчик состоит из инфракрасного светодиода HL1, такого как в пультах дистанционного управления теле-видео-аудиоаппаратуры, и аналогичного по назначению интегрального фотоприемника HF1. Так как фотоприемник имеет четко выраженный порог чувствительности, чувствительность датчика регулируется не на приеме, а на передаче, регулировкой силы тока через ИК-светодиод с помощью обычного подстроечного резистора R3.

Как известно, стандартные интегральные фотоприемники с целью помехозащищенности имеют встроенный полосовой фильтр, пропускающий сигналы, модулированные только частотой в пределах его полосы. В данном случае, это 33 кГц. Поэтому на светодиод HL1 поступает не постоянный ток, а импульсный частотой 33 кГц.

Частоту генерирует мультивибратор на логических элементах D1.1-D1.2. Если применить фотоприемник на другую частоту, нужно и этот мультивибратор соответственно перестроить.

Рис.1. Принципиальная схема оптического датчика на ИК-лучах.

И так, в исходном состоянии, когда перед датчиком в зоне его действия нет отражающей поверхности, свет от HL1 не поступает на HF1. Поэтому на выходе HF1 логическая единица. Конденсатор C3 заряжен через резистор R5 до уровня напряжения логической единицы. На выходе триггера Шмитта D1.3-D1.3 тоже логическая единица.

Транзистор VT2 закрыт, ток на обмотку реле К1 не поступает.

Если свет HL1 отражается и попадает на HF1, имея при этом достаточную силу, на выходе HF1 устанавливается логический ноль. При этом открывается диод VD1 и через резистор R6 происходит ускоренная разрядка конденсатора C3. Напряжение на C3 падает до логического нуля, и на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4 устанавливается напряжение логического нуля.

Транзистор VT2 открывается и через него поступает ток на обмотку реле К1.

После того как отражение прекращается диод VD1 закрывается и конденсатор C3 начинается заряжаться через резистор R5. Как только напряжение на нем достигает логической единицы на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4 тоже устанавливается напряжение логической единицы. Транзистор VT2 закрывается и ток на обмотку реле К1 более не поступает.

Сколько времени нужно на зарядку C3 до напряжения логической единицы зависит от сопротивления R5. Резистор R5 сделан подстроечным чтобы с его помощью можно было регулировать задержку выключения реле после того как отражение прекращается.

Частоту модуляции ИК-излучения можно регулировать подбором сопротивления резистора R2. Как уже сказано выше, эта частота должна быть равна частоте полосового фильтра фотоприемника (обычно указано в его маркировке двумя цифрами, в данном случае «SFH506-33». частота 33 кГц).

Чувствительность датчика регулируется подстроечным резистором R3, включенным последовательно светодиоду.

Детали и монтаж

На месте светодиода HL1 можно установить любой светодиод инфракрасного излучения, предназначенный для пультов дистанционного управления теле-видео-аудиоаппаратуры. Фотоприемник SFH506-33 можно заменить любым аналогичным, соответственно изменив настройку мультивибратора D1.1-D1.2 под его частоту полосового фильтра.

Рис.2. Печатная плата для оптического сигнализатора.

Реле К1 типа TRU05VDCSBCD с обмоткой на напряжение 5V. Сейчас есть очень много аналогичных реле, вернее даже, идентичных реле, совпадающих по размерам, параметрам и цоколевке. Микросхему К561ЛЕ5 можно заменить на К561ЛА7, К176ЛЕ5, К176ЛА7, а также зарубежными аналогами 4001 или 4011.

Монтаж выполнен на печатной плате, показанной на рисунке 2. Фотоприемник расположен со стороны размещения деталей, а светодиод — со стороны печатных проводников. Плата является перегородкой между ними, исключающей прямое попадание света от светодиода на фотоприемник. В этом месте плату нужно покрасить густой черной краской, например, битумным лаком.

Трифонов П.А. РК-2016-01.

Оптические датчики: описание и особенности эксплуатации бесконтактных выключателей СЕНСОР. КИП-Сервис: промышленная автоматика

Оптический бесконтактный выключатель (ВБО) (оптический датчик) имеет собственный излучатель и приемник оптического излучения. В изделиях ВБО (оптические датчики) марки «СЕНСОР» используют кодированное излучение инфракрасного диапазона. Функциональная схема ВБО приведена ниже.

Функциональная схема оптического датчика ВБО

В данном разделе применяются следующие термины из ГОСТ Р 50030.5.2.

• Излучатель оптического датчика
  Устройство, состоящее из источника оптического излучения, линз и необходимой электрической схемы, создающее оптический луч.
• Приемник оптического датчика
  Устройство, состоящее из чувствительного элемента, линз и необходимой электрической схемы, воспринимающее оптический луч от излучающего устройства.
• Отражатель оптического датчика
  Специальное устройство, применяемое для отражения оптического луча к приемному устройству в оптических выключателях типа R.
• Зона чувствительности (S_d)
  Зона, в пределах которой может быть установлено расстояние срабатывания. Она ограничивается максимальным и минимальным расстоянием срабатывания.
• Минимальное расстояние срабатывания
  Нижний предел зоны чувствительности бесконтактного оптического выключателя.
• Максимальное расстояние срабатывания
  Верхний предел зоны чувствительности бесконтактного оптического выключателя.
• Слепая зона
  Зона от активной поверхности выключателя до минимального расстояния срабатывания. В слепой зоне объект воздействия не обнаруживается.
• Посторонняя подсветка для оптического выключателя
  Свет, поступающий в приемник оптического выключателя не от собственного излучателя.

Зона чувствительности оптических датчиков

Определение зоны чувствительности оптического датчика производится при перемещении стандартного объекта воздействия вдоль относительной оси.

Замеры с помощью оптического бесконтактного выключателя ВБО производятся при нормированной посторонней подсветке и без нее.

В соответствии с ГОСТ Р 50030.5.2 оптические бесконтактные выключатели (ВБО) классифицируются на три группы:

• тип Т — с приемом прямого луча от излучателя;
• тип R — с приемом луча, возвращенного от отражателя;
• тип D — с приемом луча, рассеянно отраженного от объекта.

---

Оптический датчик типа Т

Оптический бесконтактный выключатель ВБО типа Тхарактеризуется тем, что излучатель и приемник размещены в отдельных корпусах. Прямой оптический луч идет от излучателя к приемнику и может быть перекрыт объектом воздействия. При определении зоны чувствительности S_d в качестве стандартного объекта воздействия используется приемник.

Зона чувствительности ВБО типа Т

Излучатель и приемник могут получать напряжение питания от различных источников питания. Индикатор излучателя сигнализирует о подаче напряжения питания. Индикатор приемника сигнализирует о срабатывании приемника. Элемент коммутации расположен в приемнике.

---

Оптические датчики типа R

ВБО типа R размещен в одном корпусе и имеет как излучатель, так и приемник. Приемник принимает луч излучателя, отраженный от специального отражателя. При этом возможны два варианта использования этих изделий:

• объект воздействия прерывает луч при неподвижно закрепленном отражателе,
• отражатель закрепляется на подвижном объекте.

Для ВБО типа R зона чувствительности Sd определяется между ВБО и отражателем.

Зона чувствительности ВБО типа R

При поставке ВБО типа R отражатели входят в комплект поставки.

---

Тип D

ВБО типа D размещен в одном корпусе, имеет излучатель и приемник.

Приемник принимает луч, рассеянно отраженный от объекта воздействия. Объект может перемещаться как вдоль относительной оси, так и под углом к ней.

Зона чувствительности ВБО типа D

Для определения нормированных расстояний срабатывания должен быть использован стандартный объект воздействия:

• при S_max до 400 мм — белая бумага с отражающей способностью 90%, размером 100х100 мм.
• при S_max более 400 мм — белая бумага с отражающей способностью 90%, размером 200х200 мм.

При применении объекта воздействия, отличающегося от стандартного, реальные максимальные расстояния срабатывания могут не соответствовать нормированным. Можно использовать следующие поправочные коэффициенты для грубой корректировки расстояний срабатывания в зависимости от материала объекта:

Материал	Коэффициент
Бумага белая	1,0
Бумага черная матовая	0,1
Металл полированный	1,2…1,6
Дерево	0,4

В качестве примера приведены графики реальных границ срабатывания ВБО типа D при движении стандартного объекта воздействия перпендикулярно относительной оси.

ВБО-М18-76С-3111-СВБО-М18-76С-5111-СА

---

Оптические защитные барьеры

К оптическим бесконтактным выключателям типа Т относится серия многолучевых оптических защитных барьеров ВБО-Э20-…

Оптические защитные барьеры СЕНСОР

Расположенные в ряд с шагом 20 мм светодиоды излучателя барьера и соответствующие фотодиоды приемника формируют параллельные лучи, расположенные в одной плоскости.

Высота контролируемой плоскости определяется типоразмером защитного барьера (до 1 м), а ширина — разнесением излучателя и приемника (до 16 м).

При проникновении через контролируемую плоскость объекта (например, руки человека) происходит срабатывание коммутационного элемента защитного барьера.

Устройство управления барьером исключает срабатывание выходного коммутационного элемента при случайном кратковременном пересечении лучей.

Особенности эксплуатации ВБО определяются особенностями распространения инфракрасного излучения. Наличие факторов, ухудшающих его, ведет к уменьшению расстояния воздействия. Такими факторами могут быть пыль, дым, атмосферные осадки и т. п. Для компенсации влияния фоновых объектов и подстройки под реальные условия эксплуатации часть ВБО имеет регулировку чувствительности.

Для повышения помехоустойчивости в ВБО используется кодированное излучение.

Чтобы точнее направлять луч излучателя изделий ВБО-У25-… на поверхность отражателя (тип R) или активную поверхность приемника (тип Т), рекомендуется применять элемент крепления ПВ-КУ-025 с возможностью регулировки положения изделия.

Оптические защитные барьеры ВБО-Э20-… имеют кронштейны, обеспечивающие механическую регулировку положения излучателя и приемника.

ВБО-У25-… с напряжением питания 60—250 В переменного тока имеют реле на выходе коммутационного элемента, что расширяет возможности применения этих изделий.

Оптопереключатели

Google Ads

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Распознавание переключателей с оптоуправлением.
• Опишите применение типичных оптических переключателей:
• • Щелевые оптические переключатели.
• • Светоотражающие оптические переключатели.
• Разработка простых схем с использованием оптических переключателей:

Рис. 5.4.1 Щелевой оптический переключатель (a)

и датчик отражающих объектов (b)

На рис. 5.4.1 показаны два типичных оптоактивируемых переключателя. Пример (а) представляет собой щелевой переключатель, в котором луч инфракрасного света от светодиода освещает фототранзистор, заставляя его проводить. Когда объект перемещается в щель между светодиодом и фототранзистором, свет прерывается, и фототранзистор выключается. Переключатели с оптической активацией обычно работают в режиме насыщения, чтобы обеспечить определенные сигналы включения и выключения.

Другим распространенным применением щелевых переключателей является наличие вращающегося диска с прорезями или отверстиями по его краю, чтобы вращаться в пределах светового пути переключателя, тем самым создавая серию импульсов включения / выключения, которые можно использовать для индикации (и в электронном виде). контроль) скорость вращающегося диска.

В датчике отражающих объектов, показанном на рис. 5.4.1(b), инфракрасный светодиод и фототранзистор установлены рядом на узком конце переключателя. Здесь луч инфракрасного света излучается светодиодом под углом, и если на расстоянии от 3 до 4 мм от датчика разместить какой-либо отражающий материал, луч света от светодиода отражается обратно на фототранзистор, заставляя его проводить и производить выходной сигнал. Текущий. Такое расположение часто используется в качестве датчика приближения.

Фототранзистор в датчиках приближения также работает в «режиме насыщения», когда фототранзистор либо выключен (не пропуская ток), либо включен (полностью насыщен, пропуская максимальный ток) под действием отраженного инфракрасного света.

Пример щелевого оптического переключателя

Рис. 5.4.3 Щелевой оптический переключатель

Цепь

Простой пример щелевого оптического переключателя показан на рис. 5.4.2, а его принципиальная схема — на рис. 5.4.3. Когда такой объект, как билет или небольшой выступ, являющийся частью какой-либо механической системы, помещается в слот датчика, луч инфракрасного света от светодиода к фототранзистору блокируется, выключая фототранзистор. Его эмиттерный вывод, который находился под высоким напряжением около 4,8 В, поскольку фототранзистор был в состоянии насыщения и, следовательно, имел большую проводимость, отключается, и напряжение эмиттера падает до низкого значения около 0,8 В.

Это отключает 2N3904, из-за чего его эмиттер падает примерно до 0,3 В. Это выглядит как логический 0 на выводе 1 IC2 (вход одного из 6 инверторов Шмитта в IC), а его выход на выводе 2 меняется на логическую 1, зажигая зеленый светодиод 5V. Удаление объекта из щелевого переключателя позволяет инфракрасному свету достигать основания фототранзистора, заставляя его проводить и снова насыщаться, напряжение на эмиттере которого теперь составляет около 5 В. Это включает 2N3904, вызывая появление логической 1 (напряжение более 2 В) на его эмиттере и на входе инвертора Шмитта. Это включает красный светодиод и выключает зеленый светодиод.

 

Рис. 5.4.2 Щелевой оптический переключатель в работе

Рис. 5.4.2 Щелевой оптический переключатель Обнаружение билета имеет максимальный номинальный ток 50 мА, а лист данных для OPB370 показывает, что при 20 мА прямое напряжение светодиода будет около 1,3 В. Чтобы обеспечить достаточно яркое освещение от светодиода, он управляется через R1 с ПЧ около 37 мА.

Целью этой конструкции является управление одним входом инверторного затвора HCT Schmitt, который в конечном итоге будет отвечать за обеспечение выхода, который будет иметь очень быстрое время нарастания и спада и стандартные параметры напряжения и тока HCT.

Как видно из таблицы 5.4.1, вентиль Шмитта HCT распознает напряжение выше 2,0 В (VIH) как логическую 1, а низкое напряжение (VIL) ниже 0,8 В — как логический 0. Выходной ток 2N3904 также должен достаточно для управления входом инвертора HCT, и будет достаточно всего от 1 мкА до 4 мА.

R1 в схеме является токоограничивающим резистором для входного светодиода и выбран здесь для обеспечения тока около 37 мА через инфракрасный входной светодиод. Также обратите внимание, что используемые здесь дополнительные светодиоды на 5 В (D1 и D2) имеют внутренний резистор ограничения тока, но также можно использовать «обычный» светодиод с соответствующим внешним резистором ограничения тока.

Хотя фототранзисторные оптопары производят во много раз больше тока, чем фотодиодные типы, выходной сигнал фототранзистора все еще очень мал и поэтому дополнительно усиливается 2N39. 04. Кроме того, инвертор 7414 Schmitt обеспечивает дополнительное преобразование, чтобы сделать время нарастания и спада выходного сигнала очень быстрым, а уровни напряжения и тока идеальными для управления цифровыми схемами HCT. Напряжения, показанные на рис. 5.4.4, были взяты из примера рабочего макета, показанного на рис. 5.4.2.

Рис. 5.4.4 Цепь оптического датчика приближения

Датчик отражения объекта (приближения)

Эти оптические датчики работают аналогично щелевому оптодатчику, но полагаются на инфракрасный свет, отраженный от объекта (например, листа бумаги). в принтере) размещают на расстоянии от 2 до 8 мм от датчика для получения вывода. Ток, создаваемый датчиком, даже меньше, чем выходные токи щелевого переключателя, и поэтому его также необходимо усиливать транзисторным буферным каскадом, как показано на рис. 5.4.4.

Инвертор Шмитта также добавлен к выходу для обеспечения быстрых изменений логического уровня при обнаружении отражающего объекта в пределах диапазона обнаружения. Чтобы избежать ошибок считывания, эти датчики лучше всего работают при низком уровне окружающего освещения, когда фототранзистор воспринимает только свет, отраженный от инфракрасного светодиода.

Также обратите внимание, что в обеих этих схемах переключения используется только один источник питания, поскольку гальваническая развязка между входом и выходом обычно менее важна. На вход этих датчиков поступает свет, а не какое-то электрическое свойство. Выход представляет собой логику HCT, что делает его подходящим для ввода во многие компьютерные приложения или логические схемы. Типичные напряжения показаны на рис. 5.4.4, а значения тока в таблице 5.4.2

Работа цепи датчика приближения

Рис. 5.4.5 Оптодатчик приближения

Компоновка макетной платы

R1 — токоограничивающий резистор для инфракрасного светодиода, который устанавливает ток светодиода (I _F ) примерно на уровне 20 мА. Создаваемый инфракрасный свет отражается от объекта (в тестах использовалась обычная белая бумага для принтера) и в диапазоне обнаружения от 2 мм до 8 мм создает ток через R2 примерно до 64 мкА, падающий почти до нуля при отсутствии объекта. (и низкий уровень окружающего освещения).

Этого тока достаточно для включения транзистора буферного усилителя 2N3904, и напряжение на его коллекторе падает с почти Vcc до почти 0V.

Эти изменения зависят от количества света, отраженного в датчике, поэтому могут не быть быстрыми для изменения и могут иметь переменную амплитуду, однако инвертор Шмитта обеспечивает очень быстрый переход от низкого уровня к высокому или от высокого к низкому в любое время. напряжение коллектора транзистора 2N3904 превышает пороговые значения инвертора.

Если требуется только один датчик, использование только 1 из 6 инверторов в ИС 7414 может показаться расточительным. Схема будет работать без инвертора 7414, но переключение гораздо менее четкое, а выходной сигнал высокий без присутствия отражающего объекта и низкий, когда происходит отражение.

В целях тестирования использовался красный светодиод 5 В (с внутренним токоограничивающим резистором), чтобы четко отображать работу схемы. Однако это можно опустить, если цепь используется в качестве входа для другой цепи, так как это значительно уменьшит требуемый ток питания, как показано в таблице 5.4.2.

Исходная тестовая схема показана на рис. 5.4.5. Обратите внимание, что обычно невидимый инфракрасный красный светодиод отображается как видимый (фиолетовый) свет на цифровой камере. Также обратите внимание, что поскольку используется только инвертор, подключенный между контактами 5 и 6 IC, все пять других неиспользуемых входов IC 7414 подключены к 0 В, чтобы предотвратить введение в схему чрезмерных помех.

Детектор приближения в работе

Детектор приближения в работе

Начало страницы

Опторефлекторный датчик | Доступна подробная принципиальная схема

— Реклама —

Вот схема простого оптоотражающего датчика на основе модуля TCRT5000. Он идеально подходит для таких проектов, как робототехника, определение положения, определение близости, обнаружение отражающих материалов и многое другое. Его диапазон составляет от 2 мм до 10 мм, а лучший диапазон отклика составляет 5 мм.

Схема оптоотражающего датчика

В схеме используется модуль оптоотражающего датчика, который имеет инфракрасный (ИК) светодиод и фототранзистор в общем корпусе. ИК-светодиод является передатчиком, а фототранзистор — приемником. TCRT5000 в схеме представляет собой высокочувствительный модуль оптоотражающего датчика, который имеет множество применений в схемах обнаружения приближения. Он дает два типа выходных сигналов (аналоговый и цифровой) в зависимости от интенсивности отраженных ИК-лучей, попадающих на фототранзистор.

Аналоговый выход соответствует напряжению постоянного тока. Это означает, что когда фототранзистор не получает отраженные ИК-лучи, выходная мощность низкая, а когда фототранзистор получает отраженные ИК-лучи, выходное напряжение увеличивается с низкого до примерно 3 В в зависимости от интенсивности отраженного света.

— Реклама —

Датчик отражения тоже имеет цифровой выход. Это означает, что когда на фототранзистор не попадают отраженные ИК-лучи, на выходе остается логический 0 (низкий уровень), а когда на него попадает отраженный свет, на выходе устанавливается логическая 1 (высокий уровень). Авторский прототип показан на рис. 1.

Рис. 1: Авторский прототип

Принципиальная схема отражательного датчика показана на Рис. 2. Выход отражательного датчика (IC1) используется для запуска моностабильной схемы, построенной на таймере NE555 (IC2.)

Принципиальная схема

Рис. 2: Принципиальная схема опторефлекторного датчика

Резистор R1 ограничивает ток через внутренний ИК-светодиод сенсорного модуля. В режиме ожидания ИК-светодиод непрерывно излучает ИК-лучи. Фототранзистор остается непроводящим, поскольку он не получает ИК-лучи.

Схема таймера, построенная на микросхеме IC2, также остается отключенной, поскольку ее триггерный вывод 2 удерживается высоким уровнем через резистор R4. Когда перед сенсорным модулем IC1 появляется отражающий объект, фототранзистор внутри модуля проводит. Это приводит к тому, что транзистор T1 открывается, и напряжение на его коллекторе приближается к потенциалу земли, в результате чего триггерный вывод 2 микросхемы IC2 также замыкается на землю.

Это запускает IC2, и его выходной контакт 3 становится высоким примерно на одну секунду в зависимости от значений резистора R5 и конденсатора C1. LED1 указывает на срабатывание таймера и наличие объекта перед светоотражающим датчиком. Когда на выходе IC2 появляется высокий уровень, транзистор T2 открывается и звучит пьезоизлучатель.

Изготовление и тестирование

Односторонняя схема печатной платы для оптоотражающего датчика показана на рис. 3, а расположение компонентов — на рис. 4. Соберите схему на печатной плате. Используйте разъем CON1 для подключения батареи и разъем CON2 (показан на рис. 4) для подключения сенсорного модуля TCRT5000.

Рис. 3: Печатная плата оптоотражающего датчикаРис. 4: Компоновка компонентов печатной платы

Загрузите PDF-файлы компоновки печатных плат и компонентов: нажмите здесь

Используйте 9-вольтовую батарею PP3 или подходящий источник питания постоянного тока.