ИК-локатор

[Frensis]

Возникла необходимость в осуществлении некого ИК-локатора, сигнализирующего о возникновении препятствия, принцип действия должен быть на отраженных ИК лучах. Прочитал множество статей, ознакомился с подобными схемами. Вот хотел спросить. ИК излучающие диоды включают так, чтобы они генерировали последовательность импульсов; соответственно на фотоприемнике будет тоже принимаемая последовательность импульсов. Но почему именно так? Почему ИК излучающие диоды нельзя включить постоянно в цепь, чтобы они излучали не последовательность импульсов, а постоянно бы излучали ИК-излучение? Соответственно фотоприемник будет регистрировать это постоянное излучение, операционный усилитель усиливать и подавать усиленное напряжение на ключевые элементы. Фактически мне нужно срабатывание реле при приеме фотоприемником ИК-сигнала, отраженного от внезапно появившегося препятствия.... Можно обойтись без последовательности импульсов?

[vem566]

В этом случае приемник будет ловить все подряд. От лампочки, сигареты и т. п. Поэтому и делают модулированный сигнал, а приемник "видит" только эту модуляцию.

[Frensis]

Что-то не совсем понятно. Обоснуйте свой ответ. Как локатор может различать полезные это импульсы или помехи, если в нем нет контроллера, а все просто: сигнал с фотоприемника усиливается операционным усилителем?

Если и приходит на ум то, что доказывает Ваше утверждение, то только одно. Что операционный усилитель усиливает на самом деле разницу сигналов и охвачен местной ООС. Это означает, что какова бы не была световая помеха, будучи поступленной на вход ОУ вместе с полезной последовательностью импульсов, она будет устраняться ввиду наличия ООС...Или нет? Схему прикрепляю.

Scheme.JPG

(106.19 КБ) 995 скачиваний

[vem566]

В приведенной схеме конечно нет кодирования сигнала в чистом виде, но, тем не менее, есть простенькая система селекции сигнала.
На VT3 собран генератор, работающий на какой-то частоте (лень считать - утро 01.01.2014), а в обратной связи ОУ идет срез низких частот. Получается, что например лампочку (50 герц) система не увидит. Кроме того, генератор пищалки запустится с некоторой задержкой, которая не даст сработать при одиночной помехе. Так что хоть не шибко, но какая-то фильтрация есть. Кроме того, ИК светодиоды достаточно прожорливые по питанию и перевод их в импульсный режим экономит батарейки.

[Frensis]

Понятно. Собственно, меня беспокоят три вопроса:
1)Как в этой схеме реализуется удвоение напряжение, я что-то не очень понял. В статье написано:

Усиленный сигнал подается на выпрямитель, выполненный на диодах VD2, VD3 по схеме удвоения(сложения) напряжения. Выпрямленный сигнал сглаживается конденсатором С5 и поступает на управляемый генератор ЗЧ.

Зачем это нужно и как протекает ток? По цепи +GB1-->R6-->C7-->VD4-->R4-->VD2 или по цепи +GB1-->исток/стокVT1-->R4-->VD2, или как-то иначе?
2)Зачем нужен VD4?
3)Как поступить мне, если мне не нужен управляемый генератор ЗЧ на выходе, а я хочу регистрировать событие вкл/выкл лампочки. Где мне разорвать цепь? Я думаю, что взять сигнал с конденсатора С6. А сам кондер взять большей емкости, чтобы он не успевал разряжаться, чтобы не генерировать импульсы. Т.е. мне нужно стабильное напряжение на кондере, чтобы его подавать на транзистор для управления лампочкой. Так мне сделать? Заранее спасибо.

[vem566]

Цепи R6C7 и R5C6, это частотно задающие цепи для генераторов. При подключении однопереходного транзистора по ним течет пульсирующий ток, или никакой, при его отсутствии. Принцип генератора на однопереходном транзисторе описывать не буду - их навалом в инете. А для включения лампочки сигнал нужно снимать с С5, убрав элементы VT1, VT2, R5, C6, BF1 и XS1. Естественно нужен будет транзисторный ключ.

[Frensis]

Начинаю налаживать устройство. Мне нужно чтобы устройство работало так: при возникновении препятствия на расстоянии 1-1,5 м срабатывало устройство оповещения(пока неважно какое) на принципе отражения ИК лучей. Проблемы следующие:
1)Как я понял, мощности излучаемого ИК-сигнала недостаточно. Для проверки этого я пока начал с малого: не ставил ИК-светодиоды по одну сторону и не проверял на отражение, а ставил напротив друг друга. В качестве приемного светодиода я взял новый и просто к его концам приложился осциллографом. Разнеся передающие ИК-светодиоды и приемный на расстоянии 1 м, я не наблюдал никаких импульсов. Приблизив светодиоды на расстояние около 40 см, на приемном светодиоде появились импульсы амплитудой 10 мВ. Я не думаю, что осциллограф сажает сигнал на ИК-светодиоде, входное сопротивление 1 МОм, я считаю нормальным. И что же делать? Повышать мощность излучения? Или брать другие ИК-светодиоды. Но эти АЛ107, насколько я знаю, самые мощные из отечественных, у них излучение ок 50 мВт. Стоит ли присматриваться к более мощным иностранным? А в пультах какие стоят, может мне к ним приглядеться? Да раз уж автор написал, что устройство работает на отражение на расстоянии 1-1,5 м, я не думаю, что он будет бросаться словами. Может схема верная, и должна работать? На передающей части размах импульсов ок. 6 В на всех трех последовательно соединенных светодиодах--мерял осциллографом. Что же мне делать? Я не думаю, что сигнал менее 5-10мВ, операционный усилитель или полевик в приемной части способны "раскачать"/усилить. Поэтому я ограничиваюсь этими значениями. Или я не прав? Или то, что не видно осциллографом, еще можно все-таки усилить? У меня минимальная цена деления на осциллогафе-10 мВ/дел.
2) Операционный усилитель у меня самовозбуждается. Т.е. я отсоединяю приемный ИК-светодиод от его входа 3 и смотрю осциллографом, что у меня на выходе-6 ножке--а там импульсы...Как мне побороть это? Как изменить номиналы? Может резистор в обратной связи другого номинала выбрать?
Заранее спасибо.

[vem566]

Похоже, что мощности излучения маловато. Ток через светодиод может доходить в импульсе до 600 мА, а в схеме он в пределах 10-20 мА. Можно попробовать резко уменьшить R8. И попробовать. По вольт-амперной характеристике АЛ107 получается, что ток в 10 мА это начальный участок излучения. Так что плавно уменьшаем R8 и смотрим, что получается.
Что касается ОУ, то УД6 не был замечен в самовозбуждении при правильном монтаже и отсутствии провокаций. А при отключении приемного светодиода и подключенном R1 мы имеем усилитель с коэффициентом усиления больше 1000 и высокоомным входом, что есть провокация для усиления наводок, фона и прочей нечести.

[АлександрЛ]

Если не хочется "изобретать изобретённое", то можно воспользоваться вот такой штуковиной:
http://www.sharpsma.com/webfm_send/1203 ..
Правда - конкретно этот- до 80 см "видит", я с сыном на нём что- то типа "радиолокатора" делал... ну, ничего так, рисовал ближайшую сторону препятствия на экране...

вот ещё: SHARP-GP2Y0A02YK0F
http://robocraft.ru/blog/electronics/783.html до 150 см,
SHARP-GP2Y0A710K0F
http://robocraft.ru/blog/electronics/748.html до 5,5 метров....

[Frensis]

Если не хочется "изобретать изобретённое", то можно воспользоваться вот такой штуковиной:

Спасибо, буду иметь ввиду.

Похоже, что мощности излучения маловато. Ток через светодиод может доходить в импульсе до 600 мА, а в схеме он в пределах 10-20 мА. Можно попробовать резко уменьшить R8. И попробовать. По вольт-амперной характеристике АЛ107 получается, что ток в 10 мА это начальный участок излучения. Так что плавно уменьшаем R8 и смотрим, что получается.

С чего вы взяли, что в схеме ток в пределах 10-20 мА, как подсчитали? Я замерил амплитуду импульсов на каждом из светодиодов-она оказалась ок. 2 В, что совпадает с номинальным паспортным напряжением. А ток, потребляемый не от нас ведь ж зависит: это зависит от нагрузки при номинальном напряжении, вот я и думаю, что при таком напряжении светодиод берет столько тока сколько ему нужно. А вы как же хотите? Увеличить ток, уменьшив тем самым сопротивление R8? Ну что же, Вы правы, ток через диоды возрастет--Но какой ценой! Ценой увеличения напряжения на них, что недопустимо выходить за рамки 2 В

[ПУХ]

... в схеме ток в пределах 10-20 мА, как подсчитали? ....

Очень просто; имеем три ал107, прямое напряжение на них 2В получаем 6В, напряжение питания 10В из них вычитаем полученные на диодх 6В, получаем 4В. Если учесть что импульсный режим и сопротивлением К-Э транзистора можно пренебречь, делим имеющиеся 4В на величину сопротивления R8 получаем в импульсе теоретический максимум 20 мА. НО т.к. это только в теории, на практике: от 10 до 20 мА.
АЛ107 постоянное излучение А-6мВт Б-10мВт при токе 100мА; в импульсе А-30 мВт Б-50мВт, при токе до 800мА и они не самые мощные отечественные инфракрасные диоды, АЛ119 несколько мощнее 40мВт при постоянном токе 300мА. К тому же у АЛ 119 значительно стабильнее спектральная плотность излучения с изменением температуры, и если Вы хотите делать ИК локатор для слепых, то это не совсем последний параметр.
У меня тоже есть необходимость в изготовлении подобного, так что если ВЫ не против я присоединюсь к теме.

[vem566]

Почему то большинство на форуме, не только сейчас, забывают, или не знают, что светодиод это нелинейный элемент. Его характеристика напоминает стабилитрон, к стати, иногда так используется. Так что при росте напряжения будет расти ток через светодиод, а не напряжение на нем. Посмотрите вольт амперные характеристики любого светодиода.

[Frensis]

Почему то большинство на форуме, не только сейчас, забывают, или не знают, что светодиод это нелинейный элемент. Его характеристика напоминает стабилитрон, к стати, иногда так используется. Так что при росте напряжения будет расти ток через светодиод, а не напряжение на нем. Посмотрите вольт амперные характеристики любого светодиода.

При чем здесь стабилитрон? Этот прибор работает при обратном смещении в режиме пробоя и к данной теме отношения не имеет. ИК-светодиод как и любой диод включается в прямом направлении и в первом приближении его прямую ветвь ВАХ можно аппроксимировать линейной функцией. Тут я с вами согласен, что увеличение напряжения вызовет увеличение тока через прямосмещенный p-n-переход. Но мы не должны превышать то напряжение, прикладываемое к светодиоду, указанному в его паспорте. А что касается тока, то это от нас не зависит. Сколько нужно тока светодиоду, столько он и будет потреблять в зависимости от его сопротивления.

[vem566]

ИК-светодиод как и любой диод включается в прямом направлении и в первом приближении его прямую ветвь ВАХ можно аппроксимировать линейной функцией.

IR1.png

(11.82 КБ) 442 скачивания

Это ВАХ АЛ107.

можно аппроксимировать линейной функцией.

В каком месте?

[ПУХ]

....При чем здесь стабилитрон? ... что увеличение напряжения вызовет увеличение тока через прямосмещенный p-n-переход. Но мы не должны превышать то напряжение, прикладываемое к светодиоду, указанному в его паспорте. А что касается тока, то это от нас не зависит. Сколько нужно тока светодиоду, столько он и будет потреблять в зависимости от его сопротивления.

Frensis Я не хочу Вас обидеть, но дело с p-n переходом обстоит с точностью до наоборот. Изменение тока, в рабочем диапазоне, вызывает незначительное изменение напряжения и на его величину мы "не можем повлиять", а можем "влиять" только на величину тока, протекающего через переход. Это напряжение и есть паспортная величина, которая задаётся в справочниках и считается постоянной, как у стабилитрона, и отличается, у одного типа приборов незначительно, в зависимости от отличий технологии изготовления. Поэтому их иногда применяют в качестве стабилитронов, где необходимо низкое напряжение стабилизации.
Поэтому в схеме можно уменьшить величину R8 до значения 47 Ом, рабочий ток должен возрасти, мощность ипмпульса тоже и соответсвенно увеличиться дальность. И на сколько она вырастет Вы нам надеюсь напишете.
И ещё, я бы КТ312 заменил на другой, если говорить об отечественных, то на КТ3117, они как то "более импульсные".

[Frensis]

В каком месте?

Я прекрасно понимаю, что прямая ВАХ диода нелинейна и что с ростом приложенного напряжения дифференциальное сопротивление ИК-диода заметно снижается: ток начинает расти значительно быстрее
TO ПУХ: Судя по приведенному графику в точке 2 В(то бишь паспортная величина) ток изменяется не так круто...чем по сравнению с напряжениями>2 В...т.е. согласно вашему предположению напряжение стабилизации следовало считать с 3-4 В или даже больше...Ан нет, в справочнике приводится величина 2 Вольта. И мы не имеем права увеличивать напряжение приведенное в справочнике...хотя с другой стороны в справочнике указывается максимально допустимый постоянный ток-100мА, который, судя по схеме соответствует напряжению 2,5 В. Получается какое-то противоречие в самом справочнике. Что брать за основу в расчетах-напряжение или ток? А может схемка врет? ТО vem566: а вы откуда взяли ВАХ?
P.S: Если я на ИК-диод подам 2,5 В я не выведу его из строя?)

[EternalEngine]

Инфракрасный датчик расстояния на операционном усилителе

[vem566]

Frensis, ВАХ взята здесь: http://electrosad.narod.ru/Jornal/IR_SPower.htm. Это первая ссылка гугла по запросу. А светодиоды (обычно красные) в качестве стабилитронов используют при напряжении 2,2 - 2,4 вольта. И ничего не будет светодиоду при напряжении и 3 вольта, смотря сколько времени приложено напряжение. В справочнике указывается, что при прямом токе 100 мА напряжение на диоде 1,8 вольта. 2 вольта, это максимальное обратное напряжение. Однако, импульсный ток доходит до 600 мА, который можно получить только увеличением напряжения, которое нужно поднять до 3,5 вольт. К тому же все источники питания для светодиодов основной характеристикой имеют именно ток, а не напряжение.

[ПУХ]

Frensis, я редко пользуюсь информацией из интернета, когда идёт речь о советских деталях, предпочитаю пользоваться бумажными справочниками и бумага желтоватенькая - тёплая и достоверность выше. Поэтому специально для Вас сфотографировал фрагмент справочника, где приведена ВАХ светодиода АЛ107 . И в расчётах, где идёт речь о светодиодах необходимо брать за основу ток, а напряжение это вторичный, производный параметр.

P.S: Если я на ИК-диод подам 2,5 В я не выведу его из строя?)

Скорее всего он сгорит, или работать будет но не очень долго. В справочнике написано что это предельный параметр. И ещё почему Вы всё время пишите о статических режимах, схема которая у Вас импульсная и режимы для неё несколько отличаются, поэтому давайте обсуждать конкретную схему, а не светодиоды вообще.

EternalEngine, спасибо за ссылку, схема как раз не проблема, проблема в получении достоверной информации от датчика и последующей декодировке и обработке. Я заказал L7113PC3C и TSAL6100, а они в предновогодней неразберихе на почте где то застряли, думал перед Новым годом получу, ан фиг. А тут тема почти как у меня, дай думаю поучавствую пока "почта работает".

[EternalEngine]

Собирал датчик по приведённой выше схеме, никаких помех и ложных срабатываний замечено не было. В качестве ОУ использовал TL071 с биполярным питанием соответственно.