Een IR-naderingssensor is een apparaat dat de aanwezigheid van een object of een mens detecteert wanneer deze zich binnen een vooraf bepaald bereik van de sensor bevindt, via gereflecteerde infraroodstralen.

Hier worden drie nuttige benaderingssensorconcepten uitgelegd, het eerste concept is gebaseerd op een gewone opamp LM358, het tweede gebruikmakend van IC LM567 die werkt met een phase-locked loop-principe dat een zeer nauwkeurige respons voor de detectie garandeert. Het derde circuit werkt met de alomtegenwoordige IC 555. Laten we ze allemaal leren met een stapsgewijze uitleg.

Overzicht

Er is een lange lijst met sensoren die vandaag op de markt verkrijgbaar zijn.

Een dergelijke sensor is een naderingssensor.

In deze post gaan we ontrafelen hoe een naderingssensor werkt en wat de nodige kennis oplevert om dit project thuis te maken. Zoals de naam al doet vermoeden, detecteert het apparaat of een object er dichtbij of ver van verwijderd is. Ze kunnen op verschillende manieren worden ontworpen.

Maar de meest gebruikelijke methode is die gebaseerd op INFRAROOD-stralen en OPAMP. Enkele veelvoorkomende toepassingen van dit apparaat zijn te zien in mobiele telefoons, automatische spoelsystemen, automatische kranen, handdrogers en nooit vallende robots.

Vereiste componenten

1. IR geleid : Elke led zendt een of andere vorm van elektromagnetische straling uit wanneer deze wordt ingeschakeld. Uit onze huishoudelijke ervaring hebben we leds gekend die zichtbaar licht uitstralen.

Maar er zijn ook enkele speciale leds die infraroodstralen uitstralen. Net zoals er zichtbare led van verschillende kleuren kan zijn, zendt IR led ook stralen van verschillende golflengten uit. Infraroodstralen kunnen verschillende golflengten hebben en kunnen elke waarde opnemen die tot hun golfband behoort.

Het is dus erg belangrijk dat de gebruikte IR-fotodiode in staat moet zijn om de specifieke golflengte van INFRA RED te detecteren die wordt afgegeven door de IR-led.

twee. IR FOTODIODE : Het is een speciaal type diode die in tegengestelde richting is aangesloten voor detectie van IR-stralen Bij afwezigheid van IR-straling heeft het een zeer hoge weerstand en gaat er praktisch geen stroom doorheen.

Maar wanneer de IR-stralen erop vallen, neemt de weerstand af en laat een stroom evenredig met de intensiteit van de straling erdoorheen.

Deze eigenschap van fotodiode wordt gebruikt om een elektrisch signaal te genereren in de nabijheidssensor bij het invallen van IR-stralen.

3. Op-amp (IC LM358) : Op-amp of operationele versterker is een multifunctionele ic en wordt zeer vereerd in de elektronica-wereld.

In dit project wordt op-amp gebruikt als vergelijker. De LM358 IC heeft twee op-amps, wat betekent dat we twee naderingsdetectoren kunnen maken met slechts één IC. De reden om op-amp in het circuit te gebruiken, is om analoog signaal om te zetten in digitaal signaal.

Op-amp of operationele versterker is een multifunctionele ic

Vier. Vooraf ingesteld : Preset is in feite een weerstand met drie aansluitingen.

De functie van een preset is om de totale beschikbare spanning zo te verdelen dat de gebruiker er een fractie van heeft. We hoeven alleen de middelste terminal op een geschikte positie te zetten.

De preset stelt de drempelspanning in waarboven de uitgangsspanning moet worden gegenereerd. Het kan handmatig worden ingesteld op weerstand van elke waarde door de kop te draaien met een geschikte schroevendraaier.

Vooraf ingesteld is in feite een weerstand met drie aansluitingen

5. Rode led : Ik heb een rode led gebruikt voor mijn project, maar over het algemeen kan led van elke kleur worden gebruikt. Het fungeert als een visueel signaal om te laten zien dat het obstakel dichtbij genoeg is gekomen.

6. Weerstanden : Twee 220 ohm en één 10k ohm.

7. Stroomvoorziening : 5 v tot 6 v.

Hoe het werkt

Het principe achter de werking van een naderingssensor is vrij eenvoudig. Een typisch concept heeft twee leds parallel aan elkaar - IR-emitterende led en een fotodiode.

Ze fungeren als een zender-ontvangerpaar. Wanneer een obstakel voor de emitterstralen komt, worden deze teruggekaatst en onderschept door de ontvanger.

Volgens de eigenschappen van de fotodiode verlagen de onderschepte IR-stralen de weerstand van de fotodiode en wordt het resulterende elektrische signaal gegenereerd. Dit signaal is in de praktijk de spanning over de 10k-weerstand die direct wordt toegevoerd aan het niet-inverterende uiteinde van de op-amp.

De functie van de op-amp is om de twee ingangen die eraan worden gegeven te vergelijken.

Het signaal van de fotodiode gaat naar de niet-inverterende pin (pin 3) en de drempelspanning van de potentiometer wordt naar de inverterende pin (pin 2) gestuurd. Als de spanning op de niet-inverterende pin groter is dan de spanning op de omkerende pin de op-amp-output is hoog, anders is de output laag.

Al met al zet op-amp in dit circuit analoog signaal om in digitaal signaal.

UITGANGEN:

De sensoruitgang kan in twee vormen worden gebruikt: ANALOOG en DIGITAAL.

Digitale output is in de vorm van hoog of laag. Digitaal uitgangssignaal van een naderingssensor kan worden gebruikt om de beweging van een obstakelvermijdende robot te stoppen. Zodra het obstakel dichtbij genoeg komt, kan het signaal rechtstreeks naar de ingangspennen van de motoraandrijving worden gestuurd om de motoren te stoppen.

Analoge output is een continu bereik van waarden van nul tot een eindige waarde. Een dergelijk signaal kan niet rechtstreeks aan motordrivers en andere schakelapparatuur worden gegeven. Eerst moeten ze door de microcontrollers worden verwerkt en via ADC en wat codering in digitale vorm worden omgezet. Dit uitvoervorm vereist een extra microcontroller, maar elimineert het gebruik van op-amp.

Digaram met volledig circuit

eenvoudig IR-naderingssensorcircuit met opamp

UPDATE van beheerder

Het bovenstaande circuitontwerp zou ook kunnen worden gebouwd met behulp van een gewone enkele opamp IC 741, zoals hieronder weergegeven:

eenvoudige naderingssensor met een enkele LM 741

Videoclip

2) Nauwkeurig circuit van de naderingsdetector (immuun voor zonlicht)

Het volgende bericht legt een nauwkeurig infrarood (IR) gebaseerd naderingsdetectorcircuit uit dat de IC LM567 bevat om betrouwbare en waterdichte operaties te garanderen. Dit circuit is immuun voor zonlicht of ander omgevingslicht en zal niet worden beïnvloed totdat de afgestemde gereflecteerde signalen door de sensor worden ontvangen. Het ontwerp werkt ook als obstakeldetector.

Het circuitconcept

Ik vond dit ontwerp op het net toen ik op zoek was naar een nauwkeurig en betrouwbaar maar toch goedkoop circuit voor naderingssensor.

Het circuit kan worden begrepen met behulp van de volgende beschrijving:

Verwijzend naar het hieronder getoonde infrarood (IR) bewegingsdetectorcircuit, zien we dat het ontwerp bestaat uit twee hoofdfasen, een met de IC LM567 en de andere met de IC555.

In feite de IC LM567 wordt het hart van het circuit dat alleen de functies vervult van het genereren / verzenden van de IR-frequentie en deze ook detecteert.

Bovendien heeft het IC een intern circuit met fasevergrendelde lus, wat het zeer betrouwbaar maakt bij toepassingen met frequentiedetectiecircuits.

Het betekent dat als het eenmaal een bepaalde frequentie leest en vergrendelt, de detectiefunctie op die frequentie wordt vergrendeld en dat daarom elke andere strooistoring, hoe sterk deze ook is, de werking ervan niet beïnvloedt of ratelt.

Circuitwerking

Een interne oscillatorfrequentie bepaald door R3, C2 voedt de IR-diode D274 via een stroomgestuurde trap bestaande uit T1, R2. Deze frequentie bepaalt de middenfrequentie van de chip.

Met de bovenstaande voorwaarden wordt de IC ingesteld en gecentreerd op de bovenstaande frequentie en genereert een constant hoog op zijn uitgangspen # 8.

Input pin # 3 van de IC wacht op het ontvangen van een frequentie die exact gelijk kan zijn aan de bovenstaande 'gecentreerde' frequentie van de IC.

De IR-ontvanger of de sensor die op pin # 3 van het IC is aangesloten, is precies voor dit doel gepositioneerd.

Zodra de IR-straal van de LD274 een obstakel vindt, wordt zijn straal gereflecteerd en valt op de correct geplaatste detectordiode BP104.

De IR-frequentie van de LD274 gaat nu naar de ingangspen # 3 van de IC, aangezien deze frequentie exact hetzelfde zal zijn als de ingestelde middenfrequentie van de IC, herkent de IC dit en schakelt de uitvoer onmiddellijk van hoog naar laag.

De bovenstaande lage trigger op pin # 2 van de IC 555, die is geconfigureerd als een monostabiel, schakelt op zijn beurt de output hoog, waardoor het aangesloten alarm gaat klinken.

De bovenstaande toestand blijft bestaan zolang de onderbreking van de IR-sensor / detector blijft bestaan en de stralen kunnen worden gereflecteerd. Met de toevoeging van R9 en C5, vertoont de uitgang van IC555 een bepaalde vertragingsvoorwaarde voor de aangesloten zoemer, zelfs nadat de beweging of het obstakel is verwijderd.

Voor het aanpassen van het delay-off-effect kunnen R9 en C5 naar wens worden aangepast.

Het hierboven toegelichte circuit kan ook worden gebruikt als een nabijheiddetectorcircuit en een obstakeldetectorcircuit.

Schakelschema

Precisie naderingsdetectorcircuit met behulp van LM567 met fasevergrendelde lusfunctie

Test Circuit

Het volgende testcircuit laat zien hoe de resultaten van een basis LM567 IR-gebaseerd ontwerp kunnen worden geverifieerd. Het schema is hieronder te zien:

Zoals u kunt zien, is alleen de LM567-trap in het ontwerp opgenomen, terwijl de IC 555-trap is geëlimineerd om de fundamentele testprocedures eenvoudiger te houden.

Hier licht de rode LED op pin # 8 van het IC op en blijft branden zolang de IR-LED's parallel aan elkaar worden gehouden binnen een afstand van 1 voet.

Als u de Tx infrarood rode zender-LED probeert te vervangen door een andere externe bron met een andere frequentie, stopt de LM567 met het detecteren van de signalen en stopt de rode LED met gloeien.

De fotodiodes zijn niet cruciaal, u kunt gelijkaardige of standaard fotodiodes gebruiken voor de zender- en ontvanger-LED's.

Videoclip voor de bovenstaande testopstelling:

3) Nog een op IC 567 gebaseerd naderingssensorontwerp

Net als hierboven is het uitzonderlijke kenmerk van dit circuit dat het niet kan worden geactiveerd of gerammeld door directe IR-straling, maar alleen gereflecteerde IR-straling die de detector raakt, zal het circuit activeren.

In het midden van het circuit bevindt zich een solitaire 567-toondecoder IC (U1) die een dubbele functionaliteit uitvoert: hij werkt zowel als een basis IR-zenderstuurprogramma als als een ontvanger. Condensator C1 en weerstand R2 worden gebruikt om de interne oscillatorfrequentie van U1 vast te leggen op ongeveer 1 kHz.

De blokgolfuitvoer van U1 op pin 5 wordt toegepast op de Q1-basis. Transistor Q1 is opgezet als een emittervolgerversterker, die een 20 mA-puls op de LED2-anode aansluit.

Transistor Q3 pikt de IR-output van LED2 op en stuurt de transmissie naar Q2 voor meer versterking. Na versterking door Q2 wordt het signaal teruggevoerd naar de ingang van U1 op pin 3, waardoor pin 8 laag wordt en LED1 wordt ingeschakeld.

Indien nodig kan LED1 worden vervangen door een optocoupler om vrijwel elke AC-aangedreven belasting om te schakelen. Omdat het circuit heel eenvoudig is, werkt bijna elk ontwerpplan.

De IR-emitter (LED1) en de fototransistor (03) moeten ongeveer 2,5 cm van elkaar verwijderd worden binnen een zij-aan-zij plaatsing en gefocusseerd in exact dezelfde track.

Het kan nodig zijn om de afstand en het installatie-gezichtspunt van de a paar IR-apparaten te testen om de perfecte positie voor elk toegewezen bereik tussen de detector en de zender te bepalen.

Als vuistregel geldt dat een opening van 2,5 cm tussen het IR-zender / detector-paar het mogelijk maakt dat het naderingscircuit een doel ontdekt dat ongeveer een halve tot 2,5 cm van elkaar verwijderd is. Lichter gearceerde doelen reflecteren veel beter en kunnen op grotere afstanden presteren dan doelen die zijn gemaakt van diepere elementen. Zolang de naderingssensor de afgestemde IR-signalen oppikt, blijft het bestuurde circuit ingeschakeld en zodra het signaal verdwijnt, wordt de uitvoer uitgeschakeld.

4) Nabijheidsdetector met IC 555-circuit

In dit derde ontwerp bespreken we een eenvoudig op IC 555 gebaseerd naderingsdetectorcircuit dat kan worden gebruikt voor het detecteren van het betreden van mensen op afstand.

“wat is een nic? ”

Circuitwerking

Een infrarood naderingsdetector kan worden beschouwd als een van de meest waardevolle en meest gebruikte circuits in het toepassingsbereik van elektronische automatisering.

We zien het meestal worden gebruikt in automatische waterdispensers, automatische handdrogers en sommige specifieke varianten kunnen worden gezien in de automatische deuren van warenhuizen.

Werkingsprincipe van het voorgestelde naderingsdetectorcircuit met behulp van IC 555

In het ontwerp wordt een generatie van snelle bursts van piekspanningspulsen van de IC LM555 geïmplementeerd met een relatief lagere frequentie, die wordt verzonden via de infrarood-LED als stralen van IR-stralen.

Deze uitgezonden pulsen worden gefocust op het gebied dat moet worden bewaakt, en worden teruggekaatst wanneer een onderwerp of indringer wordt gedetecteerd via een fototransistordiode die strategisch is gepositioneerd voor het ontvangen van deze gereflecteerde signalen.

Zodra dit gebeurt, worden de ontvangen signalen verwerkt om een aangesloten relaismechanisme en vervolgens een alarmapparaat te activeren.

Om de bovenstaande implementatie te testen, kan een object worden geïntroduceerd over de zone van de IR-stralen en de respons kan worden gecontroleerd door de relaiswerking te volgen, bijvoorbeeld door de hand in het gefocusseerde gebied te bewegen, binnen een afstand van ongeveer 1 meter.

Wanneer de gereflecteerde signalen de fototransistor raken, ontwikkelt deze een potentiaalverschil over de 1M pot (instelbaar) en triggert de bijbehorende Darlington-trap, die op zijn beurt de rechter 555-trap activeert die is geconfigureerd als een monostabiel circuit.

Het relais wordt geactiveerd als reactie hierop en blijft AAN, afhankelijk van de monostabiele vooraf bepaalde tijdsvertraging die is ingesteld door de 1M en de 10uF condensator.