เซ็นเซอร์ความใกล้เคียง IR เป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุหรือมนุษย์เมื่ออยู่ในระยะที่กำหนดไว้ล่วงหน้าจากเซ็นเซอร์ผ่านลำแสงอินฟราเรดสะท้อน

มีการอธิบายแนวคิดเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดที่มีประโยชน์สามประการที่นี่แนวคิดแรกขึ้นอยู่กับ opamp ธรรมดา LM358 ซึ่งเป็นแนวคิดที่สองใช้ IC LM567 ซึ่งทำงานด้วยหลักการเฟสล็อกลูปเพื่อให้ตอบสนองการตรวจจับได้แม่นยำ วงจรที่สามทำงานโดยใช้ IC ที่แพร่หลาย 555 เรามาเรียนรู้กันพร้อมคำอธิบายทีละขั้นตอน

ภาพรวม

มี รายการเซ็นเซอร์ยาว ๆ ที่มีจำหน่ายในตลาดปัจจุบัน

หนึ่งในเซ็นเซอร์ดังกล่าวคือเซ็นเซอร์ความใกล้ชิด

ในโพสต์นี้เรากำลังจะเปิดเผยวิธีการทำงานของเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดและสิ่งที่ให้ความรู้ที่จำเป็นในการสร้างโครงการนี้ที่บ้าน ตามชื่อที่แนะนำหน่วยจะตรวจจับว่าวัตถุอยู่ใกล้หรือไกลจากวัตถุนั้น สามารถออกแบบได้หลายแบบ

แต่วิธีการที่พบมากที่สุดคือวิธีหนึ่ง ขึ้นอยู่กับรังสีอินฟราเรด และ OPAMP การใช้งานทั่วไปของอุปกรณ์นี้สามารถพบเห็นได้ในโทรศัพท์มือถือระบบล้างอัตโนมัติก๊อกน้ำอัตโนมัติเครื่องเป่ามือและหุ่นยนต์ที่ไม่เคยล้ม

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. IR นำ : ไฟ LED ทุกดวงจะปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาบางรูปแบบเมื่อเปิดเครื่อง จากประสบการณ์ในครัวเรือนของเราเรารู้จักไฟ LED ที่เปล่งแสงที่มองเห็นได้

แต่ยังมีไฟ LED พิเศษบางตัวที่ปล่อยรังสีอินฟาเรด เช่นเดียวกับที่สามารถมองเห็น led ที่มีสีต่างกัน IR led ยังปล่อยรังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกัน รังสีอินฟาเรดอาจมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันและสามารถรับค่าใด ๆ ที่เป็นของคลื่นความถี่ได้

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่โฟโตไดโอด IR ที่ใช้จะต้องสามารถตรวจจับความยาวคลื่นเฉพาะของ INFRA RED ที่ได้รับจาก IR led

สอง. IR PHOTODIODE : เป็นไดโอดชนิดพิเศษ ซึ่งเชื่อมต่อแบบอคติย้อนกลับสำหรับการตรวจจับรังสี IR . ในกรณีที่ไม่มีรังสี IR จะมีความต้านทานสูงมากและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเป็นศูนย์

แต่เมื่อรังสี IR ตกลงมาความต้านทานของมันจะลดลงและอนุญาตให้กระแสที่เป็นสัดส่วนกับความเข้มของรังสีผ่านได้

คุณสมบัติของโฟโตไดโอดนี้ใช้เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าในเซ็นเซอร์ความใกล้เคียงกับอุบัติการณ์ของรังสี IR

3. ออปแอมป์ (IC LM358) : Op-amp หรือแอมพลิฟายเออร์สำหรับใช้งานเป็นไอซีอเนกประสงค์และเป็นที่เคารพอย่างมากในโลกอิเล็กทรอนิกส์

ในโปรเจ็กต์นี้ใช้ op-amp เป็นตัวเปรียบเทียบ LM358 IC มีออปแอมป์สองตัวซึ่งหมายความว่าเราสามารถสร้างเครื่องตรวจจับความใกล้เคียงได้สองตัวโดยใช้ IC เพียงตัวเดียว เหตุผลที่ต้องใช้ op-amp ในวงจรคือการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล

Op-amp หรือแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการเป็นไอซีเอนกประสงค์

สี่. ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า : ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเป็นตัวต้านทานที่มีสามขั้ว

ฟังก์ชันของค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าคือการหารแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่มีอยู่ในลักษณะที่ผู้ใช้สามารถเข้าถึงเศษของมันได้ เราก็ต้องตั้งขั้วกลางให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจะกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้เหนือซึ่งควรสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออก สามารถตั้งค่าความต้านทานของค่าใดก็ได้ด้วยตนเองโดยการหมุนหัวโดยใช้ไขควงที่เหมาะสม

5. ไฟ LED สีแดง : ฉันใช้ไฟ led สีแดงสำหรับโปรเจ็กต์ของฉันแล้ว แต่โดยทั่วไปแล้ว led ของสีใดก็ได้ ทำหน้าที่เป็นสัญญาณภาพเพื่อแสดงว่าสิ่งกีดขวางนั้นเข้ามาใกล้เพียงพอแล้ว

6. ตัวต้านทาน : 220 โอห์มสองตัวและ 10k โอห์มหนึ่งตัว

7. แหล่งจ่ายไฟ : 5 v ถึง 6v.

วิธีการทำงาน

หลักการที่อยู่เบื้องหลังการทำงานของเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดนั้นค่อนข้างง่าย แนวคิดทั่วไปมีไฟ LED สองดวงขนานกัน - IR เปล่งนำและโฟโตไดโอด

พวกเขาทำหน้าที่เป็นคู่เครื่องส่ง - รับ เมื่อสิ่งกีดขวางมาด้านหน้าของรังสีตัวปล่อยพวกมันจะสะท้อนกลับและถูกดักจับโดยเครื่องรับ

ตามคุณสมบัติของโฟโตไดโอดรังสี IR ที่ถูกดักจับจะลดความต้านทานของโฟโตไดโอดและสัญญาณไฟฟ้าที่เป็นผลลัพธ์จะถูกสร้างขึ้น สัญญาณนี้ในทางปฏิบัติคือแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทาน 10k ซึ่งป้อนโดยตรงไปยังจุดสิ้นสุดของ op-amp ที่ไม่กลับด้าน

หน้าที่ของ op-amp คือการเปรียบเทียบอินพุตทั้งสองที่กำหนดให้

สัญญาณจากโฟโตไดโอดจะถูกกำหนดให้กับพินที่ไม่กลับด้าน (พิน 3) และแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จากโพเทนชิออมิเตอร์จะถูกกำหนดให้กับพินกลับด้าน (พิน 2) หากแรงดันไฟฟ้าที่พินที่ไม่กลับด้านมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ กลับขาเอาต์พุต op-amp จะสูงมิฉะนั้นเอาต์พุตจะต่ำ

สรุปแล้ว op-amp จะแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลในวงจรนี้

เอาท์พุท:

เอาต์พุตเซนเซอร์สามารถใช้ได้สองรูปแบบ: ANALOG และ DIGITAL

เอาต์พุตดิจิตอลอยู่ในรูปแบบสูงหรือต่ำ สัญญาณเอาท์พุตดิจิตอลของพร็อกซิมิตีเซ็นเซอร์สามารถใช้เพื่อหยุดการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ที่หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางได้ ทันทีที่สิ่งกีดขวางเข้ามาใกล้เพียงพอสัญญาณจะถูกป้อนโดยตรงไปยังขาอินพุตของตัวขับมอเตอร์เพื่อหยุดมอเตอร์

เอาต์พุตแบบอะนาล็อกคือช่วงของค่าที่ต่อเนื่องกันตั้งแต่ศูนย์ถึงค่า จำกัด บางค่า ไม่สามารถส่งสัญญาณดังกล่าวให้กับไดรเวอร์มอเตอร์และอุปกรณ์สวิตชิ่งอื่น ๆ ได้โดยตรง ก่อนอื่นพวกเขาต้องได้รับการประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอร์และแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัลผ่าน ADC และการเข้ารหัส รูปแบบเอาต์พุตนี้ต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เพิ่มเติม แต่ไม่ต้องใช้ op-amp

Digaram เต็มวงจร

วงจรเซ็นเซอร์ความใกล้เคียง IR อย่างง่ายโดยใช้ opamp

อัปเดตจาก ธุรการ

การออกแบบวงจรข้างต้นสามารถสร้างได้โดยใช้ opamp IC 741 ตัวเดียวตามที่แสดงด้านล่าง:

พร็อกซิมิตีเซ็นเซอร์อย่างง่ายโดยใช้ LM 741 ตัวเดียว

คลิปวิดีโอ

2) วงจรตรวจจับความใกล้เคียงที่แม่นยำ (ภูมิคุ้มกันต่อแสงแดด)

โพสต์ต่อไปนี้อธิบายวงจรเครื่องตรวจจับความใกล้เคียงที่ใช้อินฟราเรด (IR) ที่แม่นยำซึ่งรวมเอา IC LM567 เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการทำงานที่เชื่อถือได้และไม่สามารถป้องกันความผิดพลาดได้ วงจรนี้ไม่ได้รับผลกระทบจากแสงแดดหรือแสงโดยรอบและจะไม่ได้รับผลกระทบจนกว่าเซ็นเซอร์จะได้รับสัญญาณสะท้อนที่ปรับแต่งแล้ว การออกแบบยังใช้เป็นเครื่องตรวจจับสิ่งกีดขวาง

แนวคิดวงจร

ฉันพบการออกแบบนี้ในเน็ตขณะค้นหาวงจรเซ็นเซอร์ความใกล้เคียงที่แม่นยำและเชื่อถือได้ แต่ราคาถูก

อาจเข้าใจวงจรด้วยความช่วยเหลือของคำอธิบายต่อไปนี้:

จากวงจรตรวจจับการเคลื่อนไหวอินฟราเรด (IR) ที่แสดงด้านล่างเราจะเห็นการออกแบบที่ประกอบด้วยสองขั้นตอนหลักโดยหนึ่งเกี่ยวข้องกับ IC LM567 ในขณะที่อีกวงจรหนึ่งมี IC555

โดยทั่วไป ไอซี LM567 กลายเป็นหัวใจสำคัญของวงจรซึ่งทำหน้าที่เพียงอย่างเดียวในการสร้าง / ส่งความถี่ IR และยังตรวจจับแบบเดียวกัน

ยิ่งไปกว่านั้น IC ยังมีวงจรลูปล็อกเฟสภายในซึ่งทำให้มีความน่าเชื่อถือสูงด้วยการใช้งานวงจรตรวจจับความถี่

หมายความว่าเมื่อมันอ่านและล็อกไปยังความถี่ที่กำหนดคุณสมบัติการตรวจจับของมันจะถูกล็อคไว้ที่ความถี่นั้นดังนั้นสิ่งรบกวนอื่น ๆ ไม่ว่ามันจะแรงแค่ไหนก็ไม่ส่งผลกระทบหรือสั่นสะเทือนการทำงานของมัน

การทำงานของวงจร

ความถี่ออสซิลเลเตอร์ภายในที่กำหนดโดย R3, C2 ฟีดไดโอด IR D274 ผ่านขั้นตอนที่ควบคุมปัจจุบันซึ่งประกอบด้วย T1, R2 ความถี่นี้จะกำหนดความถี่กลางของชิป

ด้วยเงื่อนไขข้างต้น IC จะถูกตั้งค่าและอยู่กึ่งกลางที่ความถี่ข้างต้นทำให้เกิดค่าคงที่สูงที่ขาเอาต์พุต # 8

ขาอินพุต # 3 ของ IC รอรับความถี่ซึ่งอาจเท่ากับความถี่ 'ศูนย์กลาง' ด้านบนของ IC

ตัวรับสัญญาณ IR หรือเซ็นเซอร์ที่เชื่อมต่อผ่านพิน # 3 ของ IC อยู่ในตำแหน่งที่ตรงตามวัตถุประสงค์นี้

ทันทีที่ลำแสง IR จาก LD274 พบสิ่งกีดขวางลำแสงของมันจะสะท้อนและตกลงบนไดโอดตรวจจับตำแหน่งที่เหมาะสม BP104

ตอนนี้ความถี่ IR จาก LD274 จะส่งผ่านไปยังขาอินพุต # 3 ของ IC เนื่องจากความถี่นี้จะตรงกับความถี่ศูนย์ที่ตั้งไว้ของ IC IC จะรับรู้สิ่งนี้และเปลี่ยนเอาต์พุตจากสูงเป็นต่ำทันที

ทริกเกอร์ต่ำด้านบนที่พิน # 2 ของ IC 555 ซึ่งกำหนดค่าเป็นโมโนสเตเบิลในทางกลับกันจะเปลี่ยนเอาต์พุตสูงทำให้สัญญาณเตือนที่เชื่อมต่อระเบิด

เงื่อนไขข้างต้นยังคงมีอยู่ตราบเท่าที่การหยุดชะงักจากเซ็นเซอร์ / ตัวตรวจจับ IR ยังคงอยู่และทำให้ลำแสงสะท้อนได้ ด้วยการรวม R9 และ C5 เอาต์พุตของ IC555 จะแสดงเงื่อนไขการปิดการหน่วงเวลาบางอย่างสำหรับกริ่งที่เชื่อมต่อแม้ว่าจะมีการเคลื่อนไหวหรือสิ่งกีดขวางจะเคลื่อนออกไป

สำหรับการปรับเอฟเฟกต์การหน่วงเวลา R9 และ C5 อาจได้รับการปรับแต่งตามความต้องการ

วงจรที่อธิบายข้างต้นอาจใช้เป็นวงจรตรวจจับความใกล้เคียงและวงจรตรวจจับสิ่งกีดขวาง

แผนภูมิวงจรรวม

วงจรตรวจจับความใกล้เคียงที่แม่นยำโดยใช้ LM567 โดยใช้คุณสมบัติเฟสล็อกลูป

วงจรทดสอบ

วงจรทดสอบต่อไปนี้แสดงวิธีการตรวจสอบผลลัพธ์จากการออกแบบพื้นฐาน LM567 IR แผนผังสามารถดูได้ด้านล่าง:

LM567 ตรวจจับเป้าหมายที่ใกล้เคียงกันได้อย่างไร

อย่างที่คุณเห็นมีเพียงเวที LM567 เท่านั้นที่รวมอยู่ในการออกแบบในขณะที่ขั้นตอน IC 555 ได้ถูกตัดออกเพื่อให้ขั้นตอนการทดสอบพื้นฐานง่ายขึ้น

ที่นี่ไฟ LED สีแดงที่ขา # 8 ของ IC จะสว่างขึ้นและยังคงส่องสว่างตราบเท่าที่ LED IR วางขนานกันในระยะ 1 ฟุต

หากคุณลองเปลี่ยน LED ตัวส่งสัญญาณอินฟราเรดสีแดง Tx กับแหล่งภายนอกอื่น ๆ ที่มีความถี่ต่างกัน LM567 จะหยุดตรวจจับสัญญาณและไฟ LED สีแดงจะหยุดเรืองแสง

ไดโอดภาพถ่ายไม่สำคัญคุณสามารถใช้ไดโอดภาพถ่ายที่คล้ายกันหรือมาตรฐานสำหรับ LED ของเครื่องส่งและตัวรับ

คลิปวิดีโอสำหรับการตั้งค่าการทดสอบข้างต้น:

3) การออกแบบพร็อกซิมิตีเซนเซอร์ที่ใช้ IC 567 อีกตัวหนึ่ง

เช่นเดียวกับข้างต้นคุณสมบัติพิเศษเกี่ยวกับวงจรนี้คือไม่สามารถเปิดใช้งานหรือสั่นด้วยการแผ่รังสี IR โดยตรง แต่เฉพาะการสะท้อนรังสี IR ที่กระทบกับเครื่องตรวจจับเท่านั้นที่จะกระตุ้นวงจร

ตรงกลางของวงจรเป็น IC ตัวถอดรหัสเสียง 567 โทนเดี่ยว (U1) ที่รันฟังก์ชันการทำงานแบบคู่: ทำงานเป็นทั้งไดรเวอร์ตัวส่งสัญญาณ IR พื้นฐานและเป็นตัวรับ ตัวเก็บประจุ C1 และตัวต้านทาน R2 ถูกใช้เพื่อแก้ไขความถี่ออสซิลเลเตอร์ภายในของ U1 ให้อยู่ที่ประมาณ 1 kHz

เอาท์พุทคลื่นสี่เหลี่ยมจาก U1 ที่พิน 5 ถูกนำไปใช้กับฐาน Q1 ทรานซิสเตอร์ Q1 ถูกตั้งค่าเป็นแอมพลิฟายเออร์ emitter-follower ซึ่งเชื่อมต่อพัลส์ 20 mA บนแอโนด LED2

ทรานซิสเตอร์ Q3 รับเอาต์พุต IR จาก LED2 และสั่งการส่งไปยัง Q2 เพื่อการขยายที่มากขึ้น หลังจากขยายโดย Q2 สัญญาณจะถูกนำกลับไปใช้กับอินพุตของ U1 ที่พิน 3 กระตุ้นให้ขา 8 ต่ำลงและเปิด LED1

เมื่อจำเป็น LED1 สามารถแทนที่ด้วยออปโตคัปเปลอร์เพื่อสลับโหลดที่ทำงานด้วย AC แทบทุกชนิด เนื่องจากวงจรตรงไปตรงมามากแผนการออกแบบเกือบทั้งหมดจะทำงานได้

ต้องติดตั้งตัวส่งสัญญาณ IR (LED1) และโฟโต้ทรานซิสเตอร์ (03) โดยห่างกันประมาณนิ้วภายในตำแหน่งวางเคียงข้างกันและโฟกัสในแทร็กเดียวกัน

อาจจำเป็นต้องทดสอบมุมมองระยะห่างและการติดตั้งของอุปกรณ์ IR คู่หนึ่งเพื่อหาตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบสำหรับช่วงที่กำหนดระหว่างอุปกรณ์ตรวจจับและตัวปล่อย

ตามกฎทั่วไปช่องว่างระหว่างคู่ตัวปล่อย IR / ตัวตรวจจับทำให้เป็นไปได้ที่วงจรความใกล้เคียงจะค้นพบเป้าหมายที่ห่างกันประมาณครึ่งถึง 1 นิ้ว เป้าหมายสีเทาที่เบากว่าจะสะท้อนได้ดีกว่ามากและสามารถทำงานได้ในระยะทางที่เพิ่มขึ้นมากกว่าเป้าหมายที่สร้างจากองค์ประกอบที่ลึกกว่า ตราบเท่าที่พร็อกซิมิตีเซ็นเซอร์รับสัญญาณ IR ที่ปรับแล้ววงจรควบคุมจะยังคงเปิดอยู่และทันทีที่สัญญาณหายไปเอาต์พุตจะดับลง

4) เครื่องตรวจจับความใกล้เคียงโดยใช้วงจร IC 555

ในการออกแบบครั้งที่สามนี้เราแยกวงจรเครื่องตรวจจับความใกล้เคียงที่ใช้ IC 555 ซึ่งสามารถใช้สำหรับตรวจจับการบุกรุกของมนุษย์จากระยะไกล

“นิยามการ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่าย nic ”

การทำงานของวงจร

เครื่องตรวจจับความใกล้เคียงอินฟราเรดถือได้ว่าเป็นหนึ่งในวงจรที่มีค่าและใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงการใช้งานระบบอัตโนมัติอิเล็กทรอนิกส์

โดยทั่วไปเราจะเห็นมันถูกใช้ในตู้กดน้ำอัตโนมัติเครื่องเป่ามืออัตโนมัติและรูปแบบเฉพาะบางอย่างอาจพบเห็นได้ตามประตูอัตโนมัติของห้างสรรพสินค้า

หลักการทำงานของวงจรเครื่องตรวจจับความใกล้เคียงที่เสนอโดยใช้ IC 555

ในการออกแบบการสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าสูงสุดอย่างรวดเร็วจาก IC LM555 ถูกนำไปใช้ในอัตราความถี่ที่ค่อนข้างต่ำกว่าซึ่งส่งผ่าน LED อินฟราเรดเป็นไอพ่นของลำแสง IR

พัลส์ที่ส่งผ่านเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่พื้นที่ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบและจะสะท้อนกลับเมื่อตรวจพบวัตถุหรือผู้บุกรุกผ่านไดโอดโฟโตทรานซิสเตอร์ที่อยู่ในตำแหน่งเชิงกลยุทธ์เพื่อรับสัญญาณสะท้อนเหล่านี้ ..

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นสัญญาณที่ได้รับจะต้องผ่านการประมวลผลเพื่อเปิดใช้งานกลไกรีเลย์ที่เชื่อมต่อและต่อมาอุปกรณ์เตือนภัยเพื่อเปิดใช้งาน

ในการทดสอบการใช้งานข้างต้นอาจมีการนำวัตถุข้ามโซนของลำแสง IR และการตอบสนองอาจได้รับการตรวจสอบโดยการตรวจสอบการทำงานของรีเลย์เช่นการขยับมือในบริเวณที่โฟกัสภายในระยะประมาณ 1 เมตร

เมื่อสัญญาณสะท้อนไปกระทบโฟโตทรานซิสเตอร์มันจะพัฒนาความต่างศักย์ในหม้อ 1M (ปรับได้) และทริกเกอร์สเตจดาร์ลิงตันที่เกี่ยวข้องซึ่งจะเปิดใช้งานสเตจ 555 ด้านขวามือที่กำหนดค่าเป็นวงจรโมโนสเตจ

รีเลย์ได้รับการทำงานตามการตอบสนองต่อสิ่งนี้และยังคงเปิดอยู่ขึ้นอยู่กับการหน่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าแบบ monostable ที่กำหนดโดยตัวเก็บประจุ 1M และ 10uF