Оптический датчик своими руками
Обновлено: 04.07.2024
Детектор поклевки нужен для информирования рыболова о натяжении лески с помощью звукового сигнала.
Описываемый ниже оптический способ детектирования позволяет обнаружить малейшее перемещение лески как вперед, так и назад. Корпус детектора имеет прорезь для лески и может служить подставкой для удочки.
Предлагаемый детектор основан на оптическом принципе обнаружения перемещения лески. Ролик используется в качестве привода механической части датчика. В данном случае на его оси установлен легкий диск с отверстиями. При вращении он периодически прерывает инфракрасный луч в зазоре оптрона с открытым оптическим каналом щелевого типа. Между выводами Е и + смонтирован излучающий диод, а напротив него — фотоприемник, соединенный с выводами D и +. Подобные оптические датчики использовались в старых компьютерных дисководах для позиционирования головки. (Подобное устройство можно изготовить из дискретных компонентов. Для этого нужно подобрать светодиод и фотодиод, работающие в одном спектральном диапазоне.) Если инфракрасное излучение светодиода не встречает препятствия на пути к фототранзистору, последний находится в открытом состоянии и на его коллекторе присутствует логический 0.
При каждом прерывании луча фототранзистор закрывается и на его выходе появляется высокий логический уровень. Возникающий во время вращения диска периодический сигнал через конденсатор поступает на базу маломощного транзистора, управляющего включением электронного зуммера (обратите внимание на то, что здесь применен акустический излучатель со встроенным низкочастотным генератором). Положительный импульс, появляющийся на коллекторе фототранзистора, при необходимости выводится на один из четырех входов центрального блока сигнализации. В качестве зуммера можно собрать простейший звуковой генератор из раздела СИГНАЛИЗАТОРЫ.
Питание на фотодиод подается через резистор R1 с плюсовой шины источника напряжения. Величина этого резистора определяет потребление энергии схемы.
В режиме покоя и при указанном значении сопротивления R1 составляет примерно 10 мА. Ток, потребляемый устройством в режиме сигнализации, не превышает 15 мА. Фотоприемником оптрона Н21В1 является составной фототранзистор. Подстроечный резистор R2 в коллекторной цепи фототранзистора позволяет регулировать чувствительность детектора. Сигнал с выхода фототранзисторного ключа может подаваться на внешнее устройство сигнализации. При каждом прерывании ИК луча на коллекторе фототранзистора появляется положительный потенциал.
Через резистор R4 короткий положительный импульс с дифференцирующей цепи CI — R3 поступает на базу выходного транзисторного ключа VT1, что приводит к его отпиранию. Диод VD1 замыкает на общую шину импульсы отрицательной полярности.
При открывании транзистора VT1 на пьезоакустическом зуммере появляется напряжение, близкое к напряжению батареи. Так как НЧ генератор смонтирован внутри зуммера, регулировка тона сигнала в данной схеме не предусмотрена. Электролитический конденсатор большой емкости С2 выполняет функцию накопителя энергии, заставляя зуммер подавать звуковой сигнал в течение некоторого времени после окончания импульса, вызванного поклевкой.
Применение конденсатора С2 позволяет получить продолжительный звуковой сигнал и без устройства задержки. Кроме того, сигнал имеет оригинальное звучание, имитирующее звон колокольчика. Это связано с изменением частоты звукового генератора при постепенном уменьшении напряжения на конденсаторе.
Устройство по своей функции представляет из себя инфракрасный локатор.
Излучаемые им пачки импульсов с частотой около 38 кГц отражаются от поверхности приближающегося объекта и принимаются его же фотоприёмником.
Так же понадобится IR-фотоприёмник в интегральном исполнении типа TSOP1738 с наибольшей чувствительностью в районе 38 кГц, или фотоприёмники других производителей, но так же с максимальным усилением в полосе частот 38 кГц. Я пробовал применять фотоприёмники разных типов с разных плат телевизоров, все они работали в этой схеме удовлетворительно. Светодиод HL1 - любой инфракрасного спектра излучения (такие применяются в пультах ДУ). При желании можно сделать регулятор расстояния до объекта, добавив переменный резистор порядка 1 ком последовательно с резистором R5, им можно будет добиваться уменьшения зоны чувствительности прибора. Реле Rel_1 - любое на 12 вольт с током включения 15 ма и с контактами, рассчитанными на ток предполагаемой нагрузки. Если релейный выход не нужен, то элементы Т2, Rel_1, R6 и VD2 из схемы можно исключить, а о срабатывании устройства судить по состоянию светодиода индикатора HL2.
В качестве выходного транзистора инфракрасного излучателя VT1 применён полевой N-канальный транзистор, причем желательно с такими характеристиками, чтобы он открывался полностью от TTL-уровня, который мы получаем на выходе микроконтроллера (такие транзисторы можно найти на неисправных материнских платах). Я применил IRFR024N. Вместо полевого транзистора можно применить и биполярный транзистор NPN-структуры средней мощности, например, зарубежный 2SC1213 или отечественный КТ503, подав на его базу сигнал с 5-й ножки микроконтроллера через резистор 1 ком. Микросхема стабилизатора напряжения - 78L05, можно применить 7805 или отечественную КР142ЕH5 с напряжением стабилизации 5 вольт. Питается устройство от +12 вольт и потребляет ток приблизительно 60 ма (с разными элементами схемы ток потребления разный).
Чем мощнее сигнал излучателя, тем дальше схема будет распознавать объект. Правильная работа схемы во многом зависит от оптического оформления конструкции излучателя и расположения фотоприёмника: надо принять меры для хорошего экранирования фотоприёмника от засветки непосредственно излучателем. Я применял трубку из алюминиевой фольги диаметром 6 мм и длиной 5 см, изолировав внутреннюю поверхность, чтобы избежать случайного замыкания выводов светодиода. Внутрь этой трубки поместил инфракрасный светодиод.
Зажигание с оптическим датчиком и коммутатором ВАЗ своими руками. ⇐ Sambar, Libero, Domingo. Электрика
Модератор: Sanchez 84
Откуда: Юрга, Кемеровская область. Авто: Subaru Domingo, 1990, 1.2 L 4WD, Subaru Domingo 94 FA8 CVT, 4WD Возраст: 37
Приветствую. В данной теме хочу разместить материал по замене штатного коммутатора и индукционного датчика, в случае их некорректной работы, или выхода из строя. Просьба не вдаваться в философские рассуждения по поводу того, что родная система зажигания надежна и работает безупречно десятки лет, а у кого не работает - тот косорукий рукожоп. Бывает и так, а бывает и не так. Лично на нашем Доминго (распределитель со центробежным и вакуумным регулятором, встроенный коммутатор) были проблемы с искрой и заменив все компоненты, мы не добились улучшения ситуации. Прикол еще и в том, что мы даже заменили и сам коммутатор (был с другого распределителя зажигания, работоспособность его была под сомнением) и симптомы не поменялись. Все было также. А конкретно - подергивания двигателя, если пытаться ему на холостых плавно дать оборотов, когда обороты достигали примерно 2500 - двигатель начинало трясти. Напомню, что вибрация двигателя на каких-то неизменных оборотах является чисто проблемой зажигания, карбюратор так себя не ведет.
Особенно нас дезориентировала замена родного коммутатора на такой же. Симптомы остались те же. "Ну не бывает так, что 2 коммутатора имеют одинаковую неисправность с одинаковыми симптомами" - рассуждали мы.
Оказалось, что БЫВАЕТ. Потому как после того, как мы переделали зажигание под ВАЗовский коммутатор, использовав заодно оптический датчик, вместо индукционного (оптика надежнее и точнее), и выставили опережение по мануалу в 5 градусов до ВМТ, то проблемы с зажиганием ушли полностью. Холостой стал ровнейший, никаких подергиваний и пропусков, ну просто не до чего "докопаться". Сложно передать моральное удовлетворение от переделки. Опишу коротко - зажигание стало "идеальным"
Далее прилагаю видеоролик с пояснениями как изготавливать и как настраивать все это дело, просьба ко всем по-возможности посмотреть ролик полностью, тогда не будет вопросов.
Далее выкладываю схему, которую нужно спаять, чтобы оптический датчик работал с ВАЗовским коммутатором, а также прилагаю файл, по которому любой сможет распечатать себе готовую шторку. Останется только спрессовать с вала распределителя зажигания родной модулятор ( "фиговина" с тремя выступами), напрессовать новую шторку и закрепить на поворотной пластине оптический датчик. В видеоролике я все подробно поясняю.
Файл для распечатки "шторки" на 3D принтере я выложу позже. Схему подключения описывать не буду - подключается все согласно распиновке ВАЗовского коммутатора. Коммутатор ВАЗ 2108. Схем в инете полно.
Видеорлик:
Скважность "шторки" 60% - 72 градуса накопление и 48 - "отдых". Это минимально достаточная скважность. Если сделать больше, то будет греться коммутатор.
Четырехконтактный оптический датчик от принтера
Даже два на одной платке (всего в принтере их было 3)
Залили эпоксидкой и прикрутили винтом к поворотной площадке. Вы можете закрепить свой датчик и любым другим удобным вам способом, лишь бы было надежно. Наш способ не является рекомендацией. Другой ракурс. Впоследствии мы дополнительно посадили датчик на поксипол и притянули винтом. Просверлили штатную уплотнительную резинку и вставили туда провода от влагозащитного разъема, потом припаяли провода от датчика. Ничего сложного.
Если для какого-то проекта требуется бесконтактный датчик уровня жидкости, то есть несколько способов сделать это, хотя самый простой – поставить оптический датчик уровня. Именно такой датчика уровня воды будет задействован для проекта автоматического полива сада.
Для тестов и последующего использования выбран дешевый китайский датчик, который использует оптическую технологию комбинации одного инфракрасного излучателя и приемника для достижения бесконтактного определения уровня жидкости. Сам датчик не оснащен схемой электронного интерфейса – он просто содержит один инфракрасный светодиод и один фототранзистор внутри.
Конструкция оптического датчика уровня
Его можно установить в любом направлении, и установка может занять всего несколько минут, поскольку нет процедуры калибровки. Рекомендуется устанавливать датчик сбоку или снизу резервуара с жидкостью для получения лучших результатов. Обратите внимание, что на работу будут отрицательно влиять другие отражающие поверхности в непосредственной близости от головки датчика.
Электрическая схема подключения модуля
Типовая электрическая схема для работы от БП 5 В.
Кабель выступает из герметичного узла датчика и имеет на конце небольшой 4-контактный (2-парный) проводной разъем. Одна пара этих проводов присоединена к светодиоду (световому излучателю) внутри, а другая – к фототранзистору (светоприемнику). Вот типовая схема подключения оптического датчика уровня жидкости.
Хотя приведенная выше схема дает общую идею подключения, рекомендуем перед испытанием проверить цветовой код проводов, так как неправильное подключение может привести к повреждению электроники.
Принцип работы оптического датчика уровня
Датчик содержит инфракрасный светодиод и фототранзистор. Поскольку свет от LED передается на оптическую головку, фототранзистор получает нулевой свет (или меньше света), когда датчик погружен в жидкость – проходящий световой луч будет преломляться. Если жидкости нет, проходящий свет будет возвращаться на фототранзистор непосредственно через оптическую головку. Поэтому если датчик определяет уровень жидкости, он выдает сигнал низкого уровня.
На рисунке ниже несколько вариантов по установке датчика в различные ёмкости.
Тут может потребоваться изменить значение R1 (минимум 390 Ом) и R2 (максимум 10 кОм), чтобы получить приемлемые результаты. Элемент BS170 (T1) представляет собой малосигнальный МОП-транзистор с N-каналом, 500 мА, 60 В, доступный в корпусе TO-92, но не с логическим уровнем.
Модернизация схемы измерителя уровня
На этот раз всё основано на популярном шестнадцатеричном инвертирующем буфере и преобразователе CD4049UB (IC1). Микросхема имеет стандартизованные симметричные выходные характеристики, широкий диапазон рабочего напряжения от 3 В до 18 В и рекомендуется для устройств, не требующих высокого тока или преобразования напряжения.
Здесь схема на основе CD4049UB обеспечивает одноточечное определение уровня жидкости через TTL-совместимый двухтактный выход, но можно добавить больше оптических датчиков уровня, чтобы реализовать свой собственный расширяемый, многоканальный, совместимый с микроконтроллером модуль определения уровня жидкости.
Итоги тестов и реальная работа
При тестировании обнаружено, что ложных срабатываний нет, даже когда он установлен внутри небольшого прозрачного резервуара для воды при ярком дневном свете. Если погрузить наконечник датчика (прозрачную призму) в воду, он работает как надо.
В общим этот оптический датчик уровня не имеет движущихся частей и идеально подходит для измерения предельного уровня воды. Он выдает выходной сигнал, который может сказать о наличии или отсутствии жидкости. Подобный компактный и недорогой оптический датчик уровня жидкости – хороший выбор, особенно там где точность измерения не имеет важного значения.
Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.
 |
Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.
Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.
Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.
В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.
Спектр
Кроме типа прибора у него еще есть рабочий спектр. Например, фотодетектор заточенный на инфракрасный спектр (а их большинство) практически не реагирует на свет зеленого или синего светодиода. Плохо реагирует на лампу дневного света, но хорошо реагирует на лампу накаливания и красный светодиод, а уж про инфракрасный и говорить нечего. Так что не удивляйся если у тебя фотодатчик плохо реагирует на свет, возможно ты со спектром ошибся.
Подключение
Теперь пора показать как это подключить к микроконтроллеру. С фоторезистором все понятно, тут заморочек нет никаких — берешь и подцепляешь как по схеме.
С фотодиодом и фототранзистором сложней. Надо определить где у него анод/катод или эмитер/коллектор. Делается это просто. Берешь мультиметр, ставишь его в режим прозвонки диодов и цепляешься на свой датчик. Мультиметр в этом режиме показывает падение напряжения на диоде/транзисторе, а падение напряжения тут в основном зависит от его сопротивления U=I*R. Берешь и засвечиваешь датчик, следя за показаниями. Если число резко уменьшилось, значит ты угадал и красный провод у тебя на катоде/коллекторе, а черный на аноде/эмитторе. Если не изменилось, поменяй выводы местами. Если не помогло, то либо детектор дохлый, либо ты пытаешься добиться реакции от светодиода (кстати, светодиоды тоже могут служить детекторами света, но там не все так просто. Впрочем, когда будет время я покажу вам это технологическое извращение).
Теперь о работе схемы, тут все элементарно. В затемненном состоянии фотодиод не пропускает ток в обратном направлении, фототранзистор тоже закрыт, а у фоторезистора сопротивление весьма высоко. Сопротивление входа близко к бесконечности, а значит на входе будет полное напряжение питания aka логическая единица. Стоит теперь засветить диод/транзистор/резистор как сопротивление резко падает, а вывод оказывается посажен наглухо на землю, ну или весьма близко к земле. Во всяком случае сопротивление будет куда ниже 10кОмного резистора, а значит напряжение резко пропадет и будет где то на уровне логического нуля. В AVR и PIC можно даже резистор не ставить, вполне хватит внутренней подтяжки. Так что DDRx=0 PORTx=1 и будет вам счастье. Ну а обратывать это как обычную кнопку. Единственная сложность может возникнуть с фоторезистором — у него не настолько резко падает сопротивление, поэтому до нуля может и не дотянуть. Но тут можно поиграть величиной подтягивающего резистора и сделать так, чтобы изменения сопротивления хватало на переход через логический уровень.
Если надо именно измерять освещенность, а не тупо ловить светло/темно, то тогда надо будет подцеплять все на АЦП и подтягивающий резистор делать переменным, для подстройки параметров.
Есть еще продвинутый тип фотодатчиков — TSOP там встроенный детектор частоты и усилитель, но о нем я напишу чуть попозже.
З.Ы.
У меня тут некоторые запарки, поэтому сайт будет сильно тупить с обновлением, думаю это до конца месяца. Дальше надеюсь вернуться в прежний ритм.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
Читайте также: