4 enkla närhetssensorkretsar - använder IC LM358, IC LM567, IC 555

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





En IR-närhetssensor är en anordning som detekterar närvaron av ett föremål eller en människa när det är inom ett förutbestämt område från sensorn, genom reflekterade infraröda strålar.

Tre användbara närhetssensorkoncept förklaras här, det första konceptet är baserat på en vanlig opamp LM358, den andra som använder IC LM567 som fungerar med en faslåst slingprincip som säkerställer mycket exakt svar för detekteringen. Den tredje kretsen fungerar med den allestädes närvarande IC 555. Låt oss lära oss var och en med en steg för steg-förklaring.



Översikt

Det finns en lång lista med sensorer som finns på marknaden idag.

En sådan sensor är närhetssensor.



I det här inlägget håller vi på att avslöja hur en närhetssensor fungerar och vad som ger den kunskap som krävs för att göra detta projekt hemma. Som namnet antyder upptäcker enheten om ett objekt ligger nära eller långt ifrån det. De kan utformas på olika sätt.

Men den vanligaste metoden är den baserat på INFRARÖDA strålar och OPAMP. Några vanliga användningar av denna enhet kan ses i mobiltelefoner, automatiska spolsystem, automatiska kranar, handtorkar och aldrig fallande robotar.

Komponenter krävs

1. IR-ledd : Varje ledning avger någon form av elektromagnetisk strålning när den slås på. Från vår hushållserfarenhet har vi känt lysdioder som avger synligt ljus.

Men det finns också några speciella lysdioder som avger infraröda strålar. Precis som det kan finnas synliga led i olika färger, avger IR-led också strålar med olika våglängder. Infraröda strålar kan ha olika våglängder och kan ta upp vilket värde som helst som hör till deras våglängd.

Så det är mycket viktigt att den använda IR-fotodioden måste kunna detektera den speciella våglängden för INFRA RED som ges ut av IR-ledningen.

IR-ledd

två. IR FOTODIODE : Det är en speciell typ av diod som är ansluten i omvänd förspänning för IR-stråldetektering . I frånvaro av IR-strålning har den ett mycket högt motstånd och praktiskt taget noll ström passerar genom den.

Men när IR-strålarna faller på den minskar dess motstånd och en ström som är proportionell mot strålningens intensitet får passera genom den.

Denna egenskap hos fotodiod används för att generera en elektrisk signal i närhetssensorn vid infall av IR-strålar.

IR FOTODIODE

3. Op-amp (IC LM358) : Op-amp eller operationsförstärkare är en multifunktionell IC och är mycket vördad i elektronikvärlden.

I detta projekt används op-amp som en jämförare. LM358 IC har två op-förstärkare vilket innebär att vi kan skapa två närhetsdetektorer med bara en IC. Anledningen till att använda op-amp i kretsen är att konvertera analog signal till digital signal.

Op-amp (IC LM358) Op-amp eller operationsförstärkare är en multifunktionell IC

Fyra. Förinställa : Förinställning är i grunden ett motstånd som har tre terminaler.

Funktionen för en förinställning är att dela den totala tillgängliga spänningen på ett sätt som användaren kan komma åt en bråkdel av den. Vi måste bara ställa in mittterminalen i en lämplig position.

Förinställningen ställer in tröskelspänningen över vilken utspänningen ska genereras. Det kan ställas in manuellt på valfritt värde genom att vrida huvudet med en lämplig skruvmejsel.

Förinställning är i grunden ett motstånd som har tre terminaler

5. Röd led : Jag har använt en röd led för mitt projekt men i allmänhet kan led av vilken färg som helst användas. Det fungerar som en visuell signal för att visa att hindret har kommit tillräckligt nära.

Röd led

6. Motstånd : Två 220 ohm och en 10k ohm.

7. Strömförsörjning : 5 v till 6 v.

Hur det fungerar

Principen bakom arbetet hos en närhetssensor är ganska enkel. Ett typiskt koncept har två lysdioder parallellt med varandra - IR-avgivande led och en fotodiod.

De fungerar som ett sändar-mottagarpar. När ett hinder kommer framför sändarstrålar reflekteras de tillbaka och fångas upp av mottagaren.

Enligt fotodiodens egenskaper minskar de avlyssnade IR-strålarna fotodiodens motstånd och den resulterande elektriska signalen genereras. Denna signal är i praktiken spänningen över 10k-motståndet som matas direkt till den icke-inverterande änden av op-amp.

Hur fungerar en närhetssensor

Op-förstärkarens funktion är att jämföra de två ingångarna som ges till den.

Signalen från fotodioden ges till den icke-inverterande stiftet (stift 3) och tröskelspänningen från potentiometern ges till den inverterande stiftet (stift 2). Om spänningen vid den icke-inverterande stiftet är större än spänningen vid inverterande stift, op-amp-utgången är hög annars är utdata låg.

Sammantaget konverterar op-amp analog signal till digital signal i denna krets.

UTGÅNGAR:

Sensorutgången kan användas i två former: ANALOG och DIGITAL.

Digital utgång är i form av antingen hög eller låg. Den digitala utsignalen från en närhetssensor kan användas för att stoppa rörelsen hos en hinder-undvikande robot. Så snart hindret kommer tillräckligt nära kan signalen matas direkt till motorförarens ingångsstift för att stoppa motorerna.

Analog utgång är ett kontinuerligt intervall av värden från noll till något ändligt värde. Sådan signal kan inte ges direkt till motorförare och andra kopplingsenheter. Först måste de bearbetas av mikrokontroller och konverteras till digital form via ADC och viss kodning. Denna utgångsform kräver en extra mikrokontroller men eliminerar användningen av op-amp.

Full Circuit Digaram

enkel IR-sensorkrets med hjälp av opamp

UPPDATERING från Administration

Ovanstående kretsdesign kan också byggas med användning av en vanlig enda opamp IC 741, som visas nedan:

enkel närhetssensor med en enda LM 741

Videoklipp

2) Exakt närhetsdetektorkrets (immun mot solljus)

Följande inlägg förklarar en exakt infraröd (IR) baserad närhetsdetektorkrets som innehåller IC LM567 för att säkerställa tillförlitliga och idiotsäkra operationer. Denna krets är immun mot solljus eller annat omgivande ljus och påverkas inte förrän de avstämda reflekterade signalerna tas emot av sensorn. Designen fungerar också som en hinder detektor.

Circuit-konceptet

Jag hittade den här designen på nätet när jag letade efter en exakt och pålitlig men ändå billig närhetssensorkrets.

Kretsen kan förstås med hjälp av följande beskrivning:

Med hänvisning till den nedan visade infraröda (IR) rörelsedetektorkretsen ser vi designen bestående av två huvudsteg, ett som involverar IC LM567 medan det andra med IC555.

I grund och botten IC LM567 blir hjärtat i kretsen som enbart utför funktionerna för att generera / sända IR-frekvensen och också detektera densamma.

Dessutom har IC en intern faslåst krets som gör den mycket tillförlitlig med frekvensdetekterande kretsapplikationer.

Det betyder att när det läser och låses till en viss frekvens, blir dess detekteringsfunktion låst till den frekvensen och därför påverkar inte någon annan avvikande störning, oavsett hur stark den är, dess funktion.

Kretsdrift

En intern oscillatorfrekvens bestämd av R3, C2 matar IR-dioden D274 via ett strömstyrt steg bestående av T1, R2. Denna frekvens bestämmer chipets mittfrekvens.

Med ovanstående förhållanden blir IC inställd och centrerad vid ovanstående frekvens och genererar en konstant hög vid dess utgångsstift # 8.

Ingångsstift nr 3 på IC väntar på att ta emot en frekvens som kan vara exakt lika med ovanstående 'centrerade' frekvens för IC.

IR-mottagaren eller sensorn ansluten över stift nr 3 på IC: n är placerad exakt för detta ändamål.

Så snart IR-strålen från LD274 hittar ett hinder, reflekteras dess stråle och faller på den korrekt placerade detektordioden BP104.

IR-frekvensen från LD274 passerar nu till ingångsstiftet # 3 på IC, eftersom denna frekvens kommer att vara exakt samma som den inställda mittfrekvensen för IC, IC känner igen detta och växlar omedelbart sin utgång från hög till LÅG.

Ovanstående låga utlösare vid stift nr 2 på IC 555 som är konfigurerad som en monostabil i sin tur växlar sin utgång högt, vilket får det anslutna larmet att blåsa.

Ovanstående tillstånd kvarstår så länge avbrottet från IR-sensorn / detektorn stannar och låter strålarna reflekteras. Med inkluderingen av R9 och C5 uppvisar utsignalen från IC555 ett visst fördröjningsförhållande för den anslutna summern även efter att rörelsen eller hindret rör sig bort.

För att justera fördröjningseffekten kan R9 och C5 justeras enligt önskemål.

Ovanstående förklarade krets kan också användas som en närhetsdetektorkrets och hinderdetektorkrets.

Kretsschema

Precision närhetsdetektorkrets med LM567 med faslåst slingfunktion

Testkrets

Följande testkrets visar hur man verifierar resultaten från en grundläggande LM567 IR-baserad design. Schemat kan ses nedan:

Hur LM567 upptäcker närhetsmål

Som du kan se är endast LM567-steget införlivat i konstruktionen medan IC 555-steget har eliminerats för att hålla de grundläggande testförfarandena enklare.

Här tänds den röda lysdioden vid stift nr 8 på IC och förblir tänd så länge IR-lysdioderna hålls parallella med varandra inom ett avstånd av 1 fot.

Om du försöker byta ut den infraröda sändare-lysdioden Tx mot någon annan extern källa som har en annan frekvens, slutar LM567 att upptäcka signalerna och den röda lysdioden slutar lysa.

Fotodioderna är inte avgörande, du kan använda alla liknande eller vanliga fotodioder för sändarens och mottagarens lysdioder.

Videoklipp för ovanstående testuppsättning:

3) Ytterligare en IC 567-baserad närhetssensordesign

Precis som ovan är det exceptionella med avseende på denna krets att den inte kan aktiveras eller skramlas av direkt IR-strålning, utan bara reflekterad IR-strålning som träffar detektorn kommer att utlösa kretsen.

I mitten av kretsen finns en ensam 567-tonavkodare IC (U1) som utför en tvillingfunktion: den körs både som en grundläggande IR-sändardrivrutin och som mottagare. Kondensator C1 och motstånd R2 används för att fixera U1: s interna oscillatorfrekvens till cirka 1 kHz.

Kvadratvågsutsignalen från U1 vid stift 5 appliceras på Q1-basen. Transistor Q1 är inställd som en emitter-follower-förstärkare, som ansluter en 20 mA-puls på LED2-anoden.

Transistor Q3 plockar upp IR-utgången från LED2 och styr överföringen till Q2 för mer förstärkning. Efter förstärkning med Q2 appliceras signalen tillbaka till ingången till U1 vid stift 3, vilket gör att stift 8 blir lågt och slår PÅ LED1.

Vid behov kan LED1 ersättas med en optokopplare för att växla praktiskt taget vilken AC-manövrerad last som helst. Eftersom kretsen är väldigt enkel kommer nästan alla designplaner att fungera.

IR-sändaren (LED1) och fototransistorn (03) måste installeras ungefär tum separerade i en sida vid sida-placering och fokuseras i exakt samma spår.

Det kan krävas att testa avståndet och installationsvinkeln för ett par IR-enheter för att räkna ut det perfekta läget för alla tilldelade intervall mellan detektorn och sändaren.

Som en tumregel gör ett mellanrum mellan IR-emitter / detektorparet det möjligt för närhetskretsen att upptäcka ett mål som ligger ungefär en halv till en tum från varandra. Lättare skuggade mål reflekterar mycket bättre och kan prestera på ökade avstånd än de som skapats av djupare element. Så länge närhetssensorn hämtar de avstämda IR-signalerna fortsätter den kontrollerade kretsen att vara påslagen och så snart signalen försvinner stängs utgången av.

4) Närhetsdetektor med IC 555-krets

I denna tredje design diskuterar vi en enkel IC 555-baserad närhetsdetektorkrets som kan användas för att detektera mänsklig överträdelse på avstånd.

Kretsdrift

En infraröd närhetsdetektor kan betraktas som en av de mest värdefulla och mest använda kretsarna inom applikationsområdet elektronisk automatisering.

Vi ser vanligtvis att den används i automatiska vattendispensrar, automatiska handtorkar och vissa specifika varianter kan ses i varuhusens automatiska dörrar.

Arbetsprincip för den föreslagna närhetsdetektorkretsen med IC 555

I konstruktionen implementeras en generation av snabba sprickor av toppspänningspulser från IC LM555 med en relativt lägre frekvens som sänds via den infraröda lysdioden som strålar av IR-strålar.

Dessa sända pulser är fokuserade mot det område som krävs för att övervakas och reflekteras tillbaka när ett ämne eller inkräktare detekteras över en fototransistordiod placerad strategiskt för mottagning av dessa reflekterade signaler.

När detta händer går de mottagna signalerna igenom för att möjliggöra att en ansluten relämekanism och därefter aktiveras en larmanordning.

För att testa ovanstående implementering kan ett objekt införas över IR-strålarnas zon och svaret kan kontrolleras genom att övervaka reläfunktionen, såsom genom att röra handen i det fokuserade området, inom ett avstånd av cirka 1 meter.

När de reflekterade signalerna träffar fototransistorn utvecklar den en potentialskillnad över 1M-potten (justerbar) och utlöser det associerade Darlington-steget, vilket i sin tur aktiverar höger 555-steg konfigurerat som en monostabil krets.

Reläet aktiveras som svar på detta och förblir PÅ beroende på den monostabila förutbestämda tidsfördröjningen inställd av 1M och 10uF kondensatorn.

Kretsschema

IC 555 närhetssensor larmkrets

Dellista från den föreslagna IC 555-baserade IR-närhetskretsen.

2-- IC LM 555
2-- IC-uttag 8 stift
1-- relä 12 V 5 stift
1 - Infraröd fototransistor Allmänt

1 - Infraröd diod för allmänt ändamål

3-- BC547
2-- kondensatorer. 10 uF / 50 V.
1-- 1N4148-diod
1-- röd led 5mm
1--68 H
1-- 1K5
2--10K
1-- 100K
1--470 R H Alla 1/2 W

1-- 10k 1/4 w motstånd som ska anslutas mellan 1M förinställd mittkabel och BC547-paret

IC 555 Pinouts

IC 555 pinout-detaljer, jord, Vcc, återställning, tröskel, urladdning, styrspänning


Tidigare: Gör denna Buck Converter med Arduino Nästa: SMS-baserad pumpregulator med automatisk avstängning av torrkörning