Ein IR-Näherungssensor ist ein Gerät, das die Anwesenheit eines Objekts oder eines Menschen erkennt, wenn es sich durch reflektierte Infrarotstrahlen in einem vorbestimmten Bereich vom Sensor befindet.

Hier werden drei nützliche Näherungssensorkonzepte erläutert. Das erste Konzept basiert auf einem gewöhnlichen Operationsverstärker LM358, das zweite auf dem IC LM567, der mit einem Phasenregelkreisprinzip arbeitet und eine sehr genaue Reaktion für die Erkennung gewährleistet. Die dritte Schaltung arbeitet mit dem allgegenwärtigen IC 555. Lassen Sie uns jede mit einer schrittweisen Erklärung lernen.

Überblick

Da ist ein lange Liste von Sensoren die heute auf dem Markt erhältlich sind.

Ein solcher Sensor ist ein Näherungssensor.

In diesem Beitrag wollen wir herausfinden, wie ein Näherungssensor funktioniert und welche Kenntnisse erforderlich sind, um dieses Projekt zu Hause durchzuführen. Wie der Name schon sagt, erkennt das Gerät, ob sich ein Objekt in der Nähe oder in der Ferne befindet. Sie können auf verschiedene Arten gestaltet werden.

Die gebräuchlichste Methode ist jedoch die basierend auf INFRAROT-Strahlen und OPAMP. Einige häufige Anwendungen dieses Geräts sind Mobiltelefone, automatische Spülsysteme, automatische Wasserhähne, Händetrockner und niemals fallende Roboter.

Erforderliche Komponenten

1. Infrarot-LED : Jede LED sendet beim Einschalten elektromagnetische Strahlung aus. Aus unserer Haushaltserfahrung kennen wir LEDs, die sichtbares Licht emittieren.

Es gibt aber auch einige spezielle LEDs, die Infrarotstrahlen aussenden. So wie es sichtbare LEDs unterschiedlicher Farben geben kann, senden IR-LEDs auch Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen aus. Infrarotstrahlen können unterschiedliche Wellenlängen haben und jeden Wert annehmen, der zu ihrem Wellenbereich gehört.

Daher ist es sehr wichtig, dass die verwendete IR-Fotodiode in der Lage sein muss, die bestimmte Wellenlänge von INFRA RED zu erfassen, die von der IR-LED ausgegeben wird.

zwei. IR-FOTODIODE : Es ist ein spezieller Diodentyp die in Sperrrichtung für die Erkennung von IR-Strahlen angeschlossen ist . In Abwesenheit von IR-Strahlung hat es einen sehr hohen Widerstand und es fließt praktisch kein Strom durch ihn.

Wenn jedoch die IR-Strahlen darauf fallen, nimmt ihr Widerstand ab und ein Strom, der proportional zur Intensität der Strahlung ist, kann durch ihn hindurchtreten.

Diese Eigenschaft der Fotodiode wird verwendet, um beim Einfall von IR-Strahlen ein elektrisches Signal im Näherungssensor zu erzeugen.

3. Operationsverstärker (IC LM358) : Operationsverstärker oder Operationsverstärker sind vielseitig einsetzbar und werden in der Elektronikwelt sehr geschätzt.

In diesem Projekt wird der Operationsverstärker als Komparator verwendet. Der LM358 IC verfügt über zwei Operationsverstärker, was bedeutet, dass wir mit nur einem IC zwei Näherungsdetektoren herstellen können. Der Grund für die Verwendung eines Operationsverstärkers in der Schaltung besteht darin, ein analoges Signal in ein digitales Signal umzuwandeln.

Der Operationsverstärker oder Operationsverstärker ist ein Mehrzweck-IC

Vier. Voreinstellung : Preset ist im Grunde ein Widerstand mit drei Anschlüssen.

Die Funktion eines Presets besteht darin, die verfügbare Gesamtspannung so zu teilen, dass der Benutzer auf einen Bruchteil davon zugreifen kann. Wir müssen nur das mittlere Terminal auf eine geeignete Position einstellen.

Die Voreinstellung legt die Schwellenspannung fest, über der die Ausgangsspannung erzeugt werden soll. Sie kann manuell auf einen beliebigen Widerstand eingestellt werden, indem Sie den Kopf mit einem geeigneten Schraubendreher drehen.

Preset ist im Grunde ein Widerstand mit drei Anschlüssen

5. Rot führte : Ich habe für mein Projekt eine rote LED verwendet, aber im Allgemeinen kann eine LED in jeder Farbe verwendet werden. Es dient als visuelles Signal, um anzuzeigen, dass das Hindernis nahe genug gekommen ist.

6. Widerstände : Zwei 220 Ohm und ein 10 kOhm.

7. Stromversorgung : 5 V bis 6 V.

Wie es funktioniert

Das Prinzip, das hinter der Arbeit eines Näherungssensors liegt, ist ziemlich einfach. Ein typisches Konzept besteht aus zwei parallel zueinander liegenden LEDs - einer IR-emittierenden LED und einer Fotodiode.

Sie wirken als Sender-Empfänger-Paar. Wenn ein Hindernis vor Emitterstrahlen kommt, werden sie vom Empfänger zurückreflektiert und abgefangen.

Gemäß den Eigenschaften der Fotodiode verringern die abgefangenen IR-Strahlen den Widerstand der Fotodiode und das resultierende elektrische Signal wird erzeugt. Dieses Signal ist in der Praxis die Spannung über dem 10k-Widerstand, die direkt dem nicht invertierenden Ende des Operationsverstärkers zugeführt wird.

Die Funktion des Operationsverstärkers besteht darin, die beiden ihm zugewiesenen Eingänge zu vergleichen.

Das Signal von der Fotodiode wird an den nichtinvertierenden Pin (Pin 3) und die Schwellenspannung vom Potentiometer an den invertierenden Pin (Pin 2) gegeben. Wenn die Spannung am nichtinvertierenden Pin größer ist als die Spannung am Invertierender Pin Der Ausgang des Operationsverstärkers ist hoch, andernfalls ist der Ausgang niedrig.

Insgesamt wandelt der Operationsverstärker in dieser Schaltung ein analoges Signal in ein digitales Signal um.

AUSGÄNGE:

Der Sensorausgang kann in zwei Formen verwendet werden: ANALOG und DIGITAL.

Der digitale Ausgang ist entweder hoch oder niedrig. Das digitale Ausgangssignal eines Näherungssensors kann verwendet werden, um die Bewegung eines Hindernis vermeidenden Roboters zu stoppen. Sobald das Hindernis nahe genug kommt, kann das Signal direkt an die Eingangsstifte des Motortreibers geleitet werden, um die Motoren anzuhalten.

Der Analogausgang ist ein kontinuierlicher Wertebereich von Null bis zu einem endlichen Wert. Ein solches Signal kann nicht direkt an Motortreiber und andere Schaltgeräte weitergegeben werden. Zuerst müssen sie von den Mikrocontrollern verarbeitet und durch ADC und einige Codierungen in digitale Form umgewandelt werden. Diese Ausgabeform erfordert einen zusätzlichen Mikrocontroller, macht jedoch die Verwendung eines Operationsverstärkers überflüssig.

Vollkreis Digaram

einfache IR-Näherungssensorschaltung mit Opamp

UPDATE von Administrator

Das obige Schaltungsdesign könnte auch unter Verwendung eines gewöhnlichen Einzelopamp-IC 741 aufgebaut sein, wie unten gezeigt:

einfacher Näherungssensor mit einem einzigen LM 741

Videoclip

2) Genaue Näherungsdetektorschaltung (immun gegen Sonnenlicht)

Im folgenden Beitrag wird eine genaue Infrarot (IR) -basierte Näherungsdetektorschaltung erläutert, die den IC LM567 enthält, um zuverlässige und kinderleichte Vorgänge zu gewährleisten. Dieser Stromkreis ist immun gegen Sonnenlicht oder anderes Umgebungslicht und wird erst beeinträchtigt, wenn die abgestimmten reflektierten Signale vom Sensor empfangen werden. Das Design funktioniert auch als Hindernisdetektor.

Das Schaltungskonzept

Ich fand dieses Design im Internet, als ich nach einer genauen und zuverlässigen, aber billigen Näherungssensorschaltung suchte.

Die Schaltung kann mit Hilfe der folgenden Beschreibung verstanden werden:

Unter Bezugnahme auf die unten gezeigte Infrarot (IR) -Bewegungsdetektorschaltung sehen wir das Design, das aus zwei Hauptstufen besteht, von denen eine den IC LM567 und die andere den IC555 betrifft.

Grundsätzlich die IC LM567 wird das Herzstück der Schaltung, die ausschließlich die Funktionen des Erzeugens / Sendens der IR-Frequenz und auch deren Erfassung ausführt.

Darüber hinaus verfügt der IC über eine interne Phasenregelkreisschaltung, die ihn bei Frequenzerfassungsschaltungsanwendungen sehr zuverlässig macht.

Sobald es eine bestimmte Frequenz liest und einrastet, wird seine Erkennungsfunktion an diese Frequenz gebunden, und daher beeinflusst oder rasselt jede andere Streustörung, egal wie stark sie sein mag, ihre Funktion nicht.

Schaltungsbetrieb

Eine durch R3, C2 bestimmte interne Oszillatorfrequenz speist die IR-Diode D274 über eine stromgesteuerte Stufe, die aus T1, R2 besteht. Diese Frequenz bestimmt die Mittenfrequenz des Chips.

Unter den obigen Bedingungen wird der IC auf die obige Frequenz eingestellt und zentriert, wodurch an seinem Ausgangspin Nr. 8 ein konstantes Hoch erzeugt wird.

Der Eingangspin Nr. 3 des IC wartet auf den Empfang einer Frequenz, die genau der obigen 'zentrierten' Frequenz des IC entsprechen kann.

Der IR-Empfänger oder der Sensor, der über Pin 3 des IC angeschlossen ist, ist genau für diesen Zweck positioniert.

Sobald der IR-Strahl vom LD274 ein Hindernis findet, wird sein Strahl reflektiert und fällt auf die entsprechend positionierte Detektordiode BP104.

Die IR-Frequenz vom LD274 geht nun zum Eingangspin Nr. 3 des IC über, da diese Frequenz genau der eingestellten Mittenfrequenz des IC entspricht. Der IC erkennt dies und schaltet seinen Ausgang sofort von hoch auf niedrig.

Der obige niedrige Trigger an Pin 2 des IC 555, der wiederum als monostabil konfiguriert ist, schaltet seinen Ausgang hoch, wodurch der angeschlossene Alarm ausgelöst wird.

Der obige Zustand bleibt so lange bestehen, wie die Unterbrechung des IR-Sensors / Detektors anhält und die Strahlen reflektiert werden. Unter Einbeziehung von R9 und C5 weist der Ausgang des IC555 eine bestimmte Verzögerungsbedingung für den angeschlossenen Summer auf, selbst nachdem sich die Bewegung oder das Hindernis entfernt hat.

Zum Einstellen des Verzögerungseffekts können R9 und C5 nach Belieben angepasst werden.

Die oben erläuterte Schaltung kann auch als Näherungsdetektorschaltung und Hindernisdetektorschaltung verwendet werden.

Schaltplan

Präzisionsnäherungsdetektorschaltung mit LM567 mit Phasenregelkreis

Testschaltung

Die folgende Testschaltung zeigt, wie die Ergebnisse eines grundlegenden IR-basierten LM567-Designs überprüft werden. Das Schema ist unten zu sehen:

Wie Sie sehen können, wird nur die LM567-Stufe in das Design einbezogen, während die IC 555-Stufe weggelassen wurde, um die grundlegenden Testverfahren zu vereinfachen.

Hier leuchtet die rote LED an Pin 8 des IC auf und bleibt beleuchtet, solange die IR-LEDs in einem Abstand von 1 Fuß parallel zueinander gehalten werden.

Wenn Sie versuchen, die rote Tx-Infrarot-Sender-LED durch eine andere externe Quelle mit einer anderen Frequenz zu ersetzen, erkennt der LM567 die Signale nicht mehr und die rote LED leuchtet nicht mehr.

Die Fotodioden sind nicht entscheidend. Sie können ähnliche oder Standard-Fotodioden für die Sender- und Empfänger-LEDs verwenden.

Videoclip für den obigen Testaufbau:

3) Ein weiteres IC 567-basiertes Proximity Sensor Design

Wie oben ist das außergewöhnliche Merkmal dieser Schaltung, dass sie nicht durch direkte IR-Strahlung aktiviert oder erschüttert werden kann, sondern nur reflektierte IR-Strahlung, die auf den Detektor trifft, die Schaltung auslöst.

In der Mitte der Schaltung befindet sich ein einzelner 567-Tondecoder-IC (U1), der eine doppelte Funktionalität ausführt: Er läuft sowohl als grundlegender IR-Sendertreiber als auch als Empfänger. Der Kondensator C1 und der Widerstand R2 werden verwendet, um die interne Oszillatorfrequenz von U1 auf etwa 1 kHz festzulegen.

Der Rechteckwellenausgang von U1 an Pin 5 wird an die Q1-Basis angelegt. Der Transistor Q1 ist als Emitterfolgerverstärker eingerichtet, der einen 20-mA-Impuls an der LED2-Anode anschließt.

Der Transistor Q3 nimmt den IR-Ausgang von LED2 auf und leitet die Übertragung zur weiteren Verstärkung an Q2 weiter. Nach der Verstärkung durch Q2 wird das Signal an Pin 3 wieder an den Eingang von U1 angelegt, wodurch Pin 8 auf Low gesetzt wird und die LED1 eingeschaltet wird.

Bei Bedarf kann LED1 durch einen Optokoppler ersetzt werden, um praktisch jede mit Wechselstrom betriebene Last umzuschalten. Da die Schaltung sehr einfach ist, funktioniert fast jeder Entwurfsplan.

Der IR-Emitter (LED1) und der Fototransistor (03) müssen in einem Abstand von ungefähr 1 cm nebeneinander installiert und auf genau dieselbe Spur fokussiert werden.

Es kann erforderlich sein, den Abstand und den Installationsstandpunkt eines Paares von IR-Geräten zu testen, um die perfekte Position für jeden zugewiesenen Bereich zwischen dem Detektor und dem Emitter herauszufinden.

Als Faustregel gilt, dass ein Zollabstand zwischen dem IR-Emitter / Detektor-Paar es der Näherungsschaltung ermöglicht, ein Ziel zu entdecken, das ungefähr einen halben bis 1 Zoll voneinander entfernt ist. Hell schattierte Ziele reflektieren viel besser und können in größeren Entfernungen als solche aus tieferen Elementen ausgeführt werden. Solange der Näherungssensor die abgestimmten IR-Signale aufnimmt, bleibt der Regelkreis eingeschaltet, und sobald das Signal verschwindet, wird der Ausgang ausgeschaltet.

4) Näherungsdetektor mit IC 555-Schaltung

In diesem dritten Entwurf diskutieren wir eine einfache IC 555-basierte Näherungsdetektorschaltung, die zum Erkennen von menschlichem Eindringen aus der Ferne verwendet werden kann.

“Arten von Flüssigkristallanzeigen ”

Schaltungsbetrieb

Ein Infrarot-Näherungsdetektor kann als eine der wertvollsten und am weitesten verbreiteten Schaltungen im Anwendungsbereich der elektronischen Automatisierung angesehen werden.

Wir können normalerweise sehen, dass es in automatischen Wasserspendern, automatischen Händetrocknern und einigen spezifischen Varianten in den automatischen Türen von Kaufhäusern verwendet wird.

Funktionsprinzip der vorgeschlagenen Näherungsdetektorschaltung unter Verwendung des IC 555

Bei dem Entwurf wird eine Erzeugung schneller Bursts von Spitzenspannungsimpulsen vom IC LM555 mit einer relativ niedrigeren Frequenzrate implementiert, die über die Infrarot-LED als Strahlen von IR-Strahlen übertragen werden.

Diese übertragenen Impulse werden auf den Bereich fokussiert, der überwacht werden muss, und werden reflektiert, wenn ein Subjekt oder Eindringling über einer Fototransistordiode erfasst wird, die strategisch positioniert ist, um diese reflektierten Signale zu empfangen.

In diesem Fall werden die empfangenen Signale verarbeitet, damit ein angeschlossener Relaismechanismus und anschließend ein Alarmgerät aktiviert werden können.

Um die obige Implementierung zu testen, kann ein Objekt über die Zone der IR-Strahlen eingeführt werden, und die Reaktion kann durch Überwachen des Relaisbetriebs überprüft werden, beispielsweise durch Bewegen der Hand in dem fokussierten Bereich innerhalb eines Abstands von etwa 1 Meter.

Wenn die reflektierten Signale auf den Fototransistor treffen, entwickelt er eine Potentialdifferenz über dem 1M-Topf (einstellbar) und löst die zugehörige Darlington-Stufe aus, die wiederum die als monostabile Schaltung konfigurierte Stufe 555 auf der rechten Seite aktiviert.

Das Relais wird als Reaktion darauf aktiviert und bleibt abhängig von der monostabilen vorgegebenen Zeitverzögerung, die vom 1M- und 10uF-Kondensator eingestellt wird, eingeschaltet.