4 circuits senzills de sensor de proximitat: mitjançant IC LM358, IC LM567, IC 555

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Un sensor de proximitat IR és un dispositiu que detecta la presència d’un objecte o d’un ésser humà quan es troba dins d’un rang predeterminat des del sensor, a través de feixos d’infraroig reflectits.

Aquí s’expliquen tres conceptes útils de sensor de proximitat, el primer concepte es basa en un opamp ordinari LM358, el segon utilitza IC LM567 que funciona amb un principi de bucle bloquejat de fase que garanteix una resposta molt precisa per a la detecció. El tercer circuit funciona amb l'omnipresent IC 555. Aprenem cadascun amb una explicació pas a pas.



Visió general

Hi ha un llarga llista de sensors que estan disponibles al mercat avui en dia.

Un d’aquests sensors és el sensor de proximitat.



En aquest post, estem a punt de desvetllar com funciona un sensor de proximitat i què proporcionen els coneixements necessaris per fer aquest projecte a casa. Com el seu nom indica, la unitat detecta si un objecte està a prop o lluny d'ell. Es poden dissenyar de diferents maneres.

Però, el mètode més comú és l’únic basat en raigs INFRARROJOS i OPAMP. Alguns usos habituals d’aquest dispositiu es poden veure en telèfons mòbils, sistemes de rentat automàtic, aixetes automàtiques, assecadors de mans i robots que no cauen mai.

Components necessaris

1. IR led : Tots els leds emeten alguna forma de radiació electromagnètica quan s’alimenten. Per la nostra experiència domèstica, hem conegut leds que emeten llum visible.

Però també hi ha leds especials que emeten rajos infrarojos. De la mateixa manera que hi pot haver led visible de diferents colors, el led IR també emet rajos de diferents longituds d'ona. Els rajos infrarojos poden tenir longituds d'ona variables i poden prendre qualsevol valor pertanyent a la seva banda d'ona.

Per tant, és molt important que el fotodiode IR utilitzat hagi de ser capaç de detectar la longitud d’ona particular d’INFRA RED que emet el led IR.

IR led

2. FOTODIODE IR : És un tipus especial de díode que es connecta en polarització inversa per a la detecció de rajos IR . En absència de radiació IR, té una resistència molt alta i hi passa corrent pràcticament nul.

Però quan els raigs IR hi cauen, la seva resistència disminueix i es deixa passar per ell un corrent proporcional a la intensitat de la radiació.

Aquesta propietat del fotodiode s'utilitza per generar un senyal elèctric en el sensor de proximitat en la incidència de rajos IR.

FOTODIODE IR

3. Amplificador operatiu (IC LM358) : L’amplificador d’operacions o amplificador operacional és un ic polivalent i és molt venerat al món de l’electrònica.

En aquest projecte s'utilitza amplificador operatiu com a comparador. LM358 IC té dos amplificadors operatius, cosa que significa que podem fabricar dos detectors de proximitat amb només un CI. La raó per utilitzar op-amp al circuit és convertir el senyal analògic en senyal digital.

Amplificador operatiu (IC LM358) L’amplificador d’operacions o amplificador operacional és un ic polivalent

4. Preset : El preset és bàsicament una resistència que té tres terminals.

La funció d’un preajustat és dividir el voltatge total disponible de manera que l’usuari pugui accedir a una fracció d’aquest. Només hem d’establir el terminal mitjà en una posició adequada.

El valor predeterminat estableix el voltatge llindar per sobre del qual s'hauria de generar el voltatge de sortida. Es pot configurar manualment a resistències de qualsevol valor girant el cap mitjançant un tornavís adequat.

El predefinit és bàsicament una resistència que té tres terminals

5. Led vermell : He utilitzat un led vermell per al meu projecte, però en general es pot utilitzar led de qualsevol color. Actua com un senyal visual per demostrar que l’obstacle s’ha apropat prou.

Led vermell

6. Resistències : Dos 220 ohms i un 10k ohm.

7. Font d'alimentació : De 5 a 6v.

Com funciona

El principi que s’amaga darrere del funcionament d’un sensor de proximitat és bastant senzill. Un concepte típic té dos leds paral·lels entre si: led emissor IR i un fotodiode.

Actuen com un parell transmissor-receptor. Quan un obstacle arriba davant dels rajos emissors, es reflecteixen cap enrere i són interceptats pel receptor.

Segons les propietats del fotodiode, els raigs IR interceptats disminueixen la resistència del fotodiode i es genera el senyal elèctric resultant. Aquest senyal a la pràctica és el voltatge a través de la resistència de 10 k que s’alimenta directament a l’extrem no inversor de l’amplificador operacional.

Com funciona un sensor de proximitat

La funció de l’ampli operatiu és comparar les dues entrades que se li donen.

El senyal del fotodiode es dóna al pin no inversor (pin 3) i la tensió llindar del potenciòmetre es dóna al pin inversor (pin 2). Si la tensió del pin no inversor és superior a la tensió del pin d'inversió, la sortida de l'amplificador operatiu és alta en cas contrari, la sortida és baixa.

Amb tot, l’ampli operatiu converteix el senyal analògic en senyal digital d’aquest circuit.

SORTIDES:

La sortida del sensor es pot utilitzar de dues formes: ANALOGGICA i DIGITAL.

La sortida digital té la forma alta o baixa. El senyal de sortida digital d’un sensor de proximitat es pot utilitzar per aturar el moviment d’un robot que evita obstacles. Tan bon punt l’obstacle s’acosta prou, es pot alimentar directament el senyal als pins d’entrada del controlador del motor per aturar els motors.

La sortida analògica és un rang continu de valors des de zero fins a algun valor finit. Aquest senyal no es pot donar directament als conductors de motors i altres dispositius de commutació. Primer, han de ser processats pels microcontroladors i convertir-los en forma digital mitjançant ADC i alguna codificació. Aquest formulari de sortida requereix un microcontrolador addicional, però elimina l'ús d'amplificadors operatius.

Circuit complet Digaram

senzill circuit de sensor de proximitat IR amb opamp

ACTUALITZACIÓ de Administrador

El disseny del circuit anterior també es podria construir utilitzant un IC opamp únic ordinari 741, com es mostra a continuació:

senzill sensor de proximitat amb un sol LM 741

Clip de vídeo

2) Circuit precís del detector de proximitat (immune a la llum solar)

El següent missatge explica un circuit detector de proximitat basat en infrarojos (IR) precís que incorpora l’IC LM567 per garantir operacions fiables i a prova d’enfons. Aquest circuit és immune a la llum solar o a qualsevol altra llum ambiental i no es veurà afectat fins que el sensor no rebi els senyals reflectits sintonitzats. El disseny també funciona com a detector d’obstacles.

El concepte de circuit

He trobat aquest disseny a la xarxa mentre cercava un circuit de sensor de proximitat precís i fiable, però econòmic.

El circuit es pot entendre amb l'ajut de la següent descripció:

En referència al circuit del detector de moviment per infrarojos (IR) que es mostra a continuació, veiem el disseny que consta de dues etapes principals, una que inclou l'IC LM567 i l'altra amb l'IC555.

Bàsicament el IC LM567 es converteix en el cor del circuit que realitza únicament les funcions de generar / transmetre la freqüència IR i també detectar-ne la mateixa.

A més, l'IC té un circuit intern de bucle bloquejat de fase que el fa molt fiable amb aplicacions de circuits de detecció de freqüència.

Vol dir que, una vegada que llegeix i es fixa a una freqüència determinada, la seva funció de detecció queda bloquejada a aquesta freqüència i, per tant, qualsevol altra pertorbació perduda, per molt forta que sigui, no influeix ni trenca el seu funcionament.

Funcionament del circuit

Una freqüència d’oscil·lador intern determinada per R3, C2 alimenta el díode IR D274 a través d’una etapa controlada per corrent que consisteix en T1, R2. Aquesta freqüència decideix la freqüència central del xip.

Amb les condicions anteriors, l'IC es fixa i se centra a la freqüència anterior generant una màxima constant al seu pin de sortida # 8.

El pin d'entrada núm. 3 del CI espera a rebre una freqüència que pot ser exactament igual a la freqüència 'centrada' anterior del CI.

El receptor IR o el sensor connectat a través del pin núm. 3 del CI es col·loquen exactament amb aquest propòsit.

Tan bon punt el feix IR del LD274 troba un obstacle, el feix es reflecteix i cau sobre el díode detector BP104 posicionat adequadament.

La freqüència IR del LD274 passa ara al pin d'entrada # 3 de l'IC, ja que aquesta freqüència serà exactament igual a la freqüència central establerta per l'IC, l'IC ho reconeix i canvia instantàniament la seva sortida d'alt a BAIX.

El disparador inferior anterior al pin núm. 2 de l'IC 555, que al seu torn està configurat com a monoestable, canvia la seva sortida fins que fa sonar l'alarma connectada.

La condició anterior es manté mentre es mantingui la interrupció del sensor / detector IR i permeti que els feixos quedin reflectits. Amb la inclusió de R9 i C5, la sortida de l'IC555 presenta una certa condició de retard per al brunzidor connectat fins i tot després que el moviment o l'obstacle s'allunyi.

Per ajustar l’efecte de retard, R9 i C5 es poden modificar segons les preferències.

El circuit explicat anteriorment també es pot utilitzar com a circuit de detecció de proximitat i de detector d’obstacles.

Esquema de connexions

Circuit de detecció de proximitat de precisió mitjançant LM567 mitjançant la funció de bucle bloquejat de fase

Circuit de proves

El següent circuit de prova mostra com verificar els resultats d'un disseny bàsic basat en IR LM567. L’esquema es pot veure a continuació:

Com LM567 detecta objectius de proximitat

Com podeu veure, només s’incorpora l’etapa LM567 al disseny, mentre que l’etapa IC 555 s’ha eliminat per tal de simplificar els procediments fonamentals de proves.

Aquí s’encén el LED vermell del pin número 8 de l’IC i roman il·luminat sempre que els LEDs IR es mantinguin paral·lels entre si a una distància d’1 peu.

Si proveu de substituir el LED del transmissor infraroig Tx vermell per una altra font externa que tingui una freqüència diferent, el LM567 deixarà de detectar els senyals i el LED vermell deixarà de brillar.

Els díodes fotogràfics no són crucials, podeu utilitzar qualsevol díode fotogràfic similar o estàndard per als LED del transmissor i del receptor.

Configuració del videoclip per a la prova anterior:

3) Un altre disseny de sensor de proximitat basat en IC 567

Igual que l'anterior, la característica excepcional d'aquest circuit és que no es pot activar ni trencar amb la radiació IR directa, sinó que només la radiació IR reflectida que colpeja el detector activarà el circuit.

Al centre del circuit hi ha un solitari descodificador de to 567 IC (U1) que executa una doble funcionalitat: funciona tant com a controlador bàsic de transmissor IR com a receptor. El condensador C1 i la resistència R2 s’utilitzen per fixar la freqüència de l’oscil·lador intern d’U1 a 1 kHz.

La sortida d'ona quadrada d'U1 al pin 5 s'aplica a la base Q1. El transistor Q1 es configura com un amplificador seguidor emissor, que connecta un pols de 20 mA a l’ànode LED2.

El transistor Q3 recull la sortida IR del LED2 i dirigeix ​​la transmissió a Q2 per obtenir més amplificació. Després de l'amplificació per Q2, el senyal s'aplica de nou a l'entrada d'U1 al pin 3, activant el pin 8 per baixar, encenent el LED1.

Quan es requereixi, el LED1 es podria substituir per un optoacoblador per canviar pràcticament qualsevol càrrega accionada per CA. Com que el circuit és molt senzill, gairebé qualsevol pla de disseny funcionarà.

L’emissor IR (LED1) i el fototransistor (03) s’han d’instal·lar aproximadament polzades separats dins d’una ubicació col·locada i enfocats a la mateixa pista.

Pot ser que calgui provar l’espaiat i el punt de vista d’instal·lació d’un parell de dispositius IR per esbrinar la posició perfecta per a qualsevol rang assignat entre el detector i l’emissor.

Com a regla general, una bretxa entre polzades entre el parell emissor / detector d’IR fa que el circuit de proximitat pugui descobrir un objectiu separat aproximadament de mig a 1 polzada. Els objectius amb ombres més clars reflecteixen molt millor i poden funcionar a distàncies augmentades que els creats a partir d’elements més profunds. Mentre el sensor de proximitat capta els senyals IR sintonitzats, el circuit controlat continua encès i tan bon punt el senyal desapareix, la sortida s'apaga.

4) Detector de proximitat mitjançant circuit IC 555

En aquest tercer disseny discutim un circuit senzill de detector de proximitat basat en IC 555 que es pot utilitzar per detectar la transgressió humana a distància.

Funcionament del circuit

Un detector de proximitat per infrarojos es pot considerar com un dels circuits més valuosos i àmpliament utilitzats en la gamma d'aplicacions d'automatització electrònica.

Normalment, podem veure que s’utilitza en dispensadors automàtics d’aigua, assecadors automàtics de mans i algunes variants específiques es poden veure a les portes automàtiques dels grans magatzems.

Principi de funcionament del circuit de detecció de proximitat proposat mitjançant IC 555

En el disseny, s’implementa una generació de ràfegues ràpides d’impulsos de màxima tensió de l’IC LM555 a una velocitat de freqüència relativament inferior, que es transmet a través del LED d’infrarojos com a dolls de feixos IR.

Aquests polsos transmesos estan enfocats cap a l'àrea que cal controlar i es reflecteixen quan es detecta un subjecte o un intrús sobre un díode de fototransistor posicionat estratègicament per rebre aquests senyals reflectits.

Un cop succeït això, els senyals rebuts passen pel processament per tal d’activar un mecanisme de relé connectat i, posteriorment, un dispositiu d’alarma.

Per provar la implementació anterior es pot introduir un objecte a través de la zona dels feixos IR i es pot comprovar la resposta mitjançant el control del funcionament del relé, com ara movent la mà a la zona enfocada, a una distància aproximada d'1 metre.

Quan els senyals reflectits impacten contra el fototransistor, desenvolupa una diferència de potencial a través del pot 1M (ajustable) i desencadena l’etapa Darlington associada, que al seu torn activa l’etapa 555 de la part dreta configurada com un circuit monoestable.

El relé s'activa en resposta a això i es manté activat en funció del temps de retard predeterminat monoestable establert pel condensador 1M i 10uF.

Esquema de connexions

Circuit d

Llista de peces del circuit de detecció de proximitat IR basat en IC 555 proposat.

2 - IC LM 555
2 - Preses IC de 8 pins
1-- relé 12 V 5 pins
1 - Propòsit general del fototransistor d'infrarojos

1 - Propòsit general de díodes infrarojos

3-- BC547
2-- condensadors. 10 uF / 50 V
1-- 1N4148 díode
1-- led vermell de 5 mm
1- 68 H
1-- 1K5
2-10K
1-- 100K
1-- 470 R H Tot 1/2 W

1-10k resistència de 1/4 w per connectar entre 1M preset central i el parell BC547

IC 555 Pinouts

Detalls de pinout IC 555, terra, Vcc, restabliment, llindar, descàrrega, tensió de control


Anterior: Feu aquest convertidor Buck amb Arduino Següent: Controlador de bomba basat en SMS amb tancament automàtic de funcionament en sec