Un sensore di prossimità IR è un dispositivo che rileva la presenza di un oggetto o di una persona quando si trova entro un raggio predeterminato dal sensore, attraverso raggi infrarossi riflessi.

Qui vengono spiegati tre utili concetti di sensori di prossimità, il primo concetto si basa su un normale opamp LM358, il secondo utilizza IC LM567 che funziona con un principio di anello ad aggancio di fase garantendo una risposta molto accurata per il rilevamento. Il terzo circuito funziona utilizzando l'onnipresente IC 555. Impariamo ciascuno con una spiegazione passo passo.

Panoramica

C'è un lungo elenco di sensori che sono disponibili oggi sul mercato.

Uno di questi sensori è il sensore di prossimità.

In questo post, stiamo per svelare come funziona un sensore di prossimità e cosa fornisce le conoscenze necessarie per realizzare questo progetto a casa. Come suggerisce il nome, l'unità rileva se un oggetto è vicino o lontano da esso. Possono essere progettati in diversi modi.

Ma il metodo più comune è quello basato sui raggi INFRAROSSI e OPAMP. Alcuni usi comuni di questo dispositivo possono essere visti in telefoni cellulari, sistemi di lavaggio automatico, rubinetti automatici, asciugamani e robot che non cadono mai.

Componenti richiesti

1. Led IR : Ogni led emette una qualche forma di radiazione elettromagnetica quando viene acceso. Dalla nostra esperienza familiare, abbiamo conosciuto LED che emettono luce visibile.

Ma ci sono anche alcuni led speciali che emettono raggi infrarossi. Così come possono essere visibili led di diversi colori, anche i led IR emettono raggi di diverse lunghezze d'onda. I raggi infrarossi possono avere lunghezze d'onda variabili e possono assumere qualsiasi valore appartenente alla loro banda d'onda.

E 'quindi molto importante che il fotodiodo IR utilizzato sia in grado di rilevare la particolare lunghezza d'onda dell'INFRA ROSSO emessa dal led IR.

Due. FOTODIODO IR : È un tipo speciale di diodo che è collegato in polarizzazione inversa per il rilevamento dei raggi IR . In assenza di radiazioni IR, ha una resistenza molto elevata e la corrente praticamente zero lo attraversa.

Ma quando i raggi IR cadono su di esso, la sua resistenza diminuisce e una corrente proporzionale all'intensità della radiazione viene lasciata passare attraverso di essa.

Questa proprietà del fotodiodo viene utilizzata per generare un segnale elettrico nel sensore di prossimità sull'incidenza dei raggi IR.

3. Amplificatore operazionale (IC LM358) : L'amplificatore operazionale o amplificatore operazionale è un circuito integrato multiuso ed è molto venerato nel mondo dell'elettronica.

In questo progetto l'amplificatore operazionale viene utilizzato come comparatore. LM358 IC ha due amplificatori operazionali, il che significa che possiamo realizzare due rilevatori di prossimità utilizzando un solo IC. Il motivo per utilizzare l'amplificatore operazionale nel circuito è convertire il segnale analogico in segnale digitale.

Quattro. Preset : Preset è fondamentalmente un resistore con tre terminali.

La funzione di un preset è quella di dividere la tensione totale disponibile in modo che l'utente possa accedervi una frazione di essa. Dobbiamo solo impostare il terminale centrale in una posizione appropriata.

L'impostazione predefinita imposta la tensione di soglia al di sopra della quale deve essere generata la tensione di uscita. Può essere impostato manualmente su resistenze di qualsiasi valore ruotando la sua testa con un apposito cacciavite.

Preset è fondamentalmente un resistore con tre terminali

5. Led rosso : Ho usato un led rosso per il mio progetto ma in generale si possono usare led di qualsiasi colore. Agisce come un segnale visivo per mostrare che l'ostacolo si è avvicinato abbastanza.

6. Resistenze : Due da 220 ohm e uno da 10k ohm.

7. Alimentazione elettrica : Da 5 V a 6 V.

Come funziona

Il principio alla base del funzionamento di un sensore di prossimità è abbastanza semplice. Un concetto tipico ha due LED paralleli tra loro: un LED che emette IR e un fotodiodo.

Agiscono come una coppia trasmettitore-ricevitore. Quando un ostacolo si trova davanti ai raggi emettitori, questi vengono riflessi e intercettati dal ricevitore.

Secondo le proprietà del fotodiodo, i raggi IR intercettati diminuiscono la resistenza del fotodiodo e viene generato il segnale elettrico risultante. Questo segnale in pratica è la tensione ai capi del resistore da 10k che viene alimentato direttamente all'estremità non invertente dell'amplificatore operazionale.

La funzione dell'amplificatore operazionale è quella di confrontare i due ingressi forniti.

Il segnale dal fotodiodo è dato al pin non invertente (pin 3) e la tensione di soglia dal potenziometro è data al pin invertente (pin 2) .Se la tensione al pin non invertente è maggiore della tensione al pin invertente l'uscita dell'amplificatore operazionale è alta altrimenti l'uscita è bassa.

Tutto sommato, l'amplificatore operazionale converte il segnale analogico in segnale digitale in questo circuito.

USCITE:

L'uscita del sensore può essere utilizzata in due forme: ANALOGICA e DIGITALE.

L'uscita digitale è sotto forma di alta o bassa. Il segnale di uscita digitale di un sensore di prossimità può essere utilizzato per arrestare il movimento di un robot che evita ostacoli. Non appena l'ostacolo si avvicina abbastanza, il segnale può essere inviato direttamente ai pin di ingresso del driver del motore per arrestare i motori.

L'uscita analogica è un intervallo continuo di valori da zero a un valore finito. Tale segnale non può essere fornito direttamente ai driver del motore e ad altri dispositivi di commutazione. Per prima cosa devono essere elaborati dai microcontrollori e convertiti in formato digitale tramite ADC e alcuni codici. Questa forma di uscita richiede un microcontrollore aggiuntivo ma elimina l'uso dell'amplificatore operazionale.

Digaram a circuito completo

semplice circuito sensore di prossimità IR utilizzando opamp

AGGIORNAMENTO da Admin

Il design del circuito sopra potrebbe anche essere costruito utilizzando un normale amplificatore operazionale IC 741, come mostrato di seguito:

semplice sensore di prossimità utilizzando un singolo LM 741

Video clip

2) Circuito rilevatore di prossimità accurato (immune alla luce solare)

Il seguente post spiega un accurato circuito di rilevamento di prossimità basato a infrarossi (IR) che incorpora l'IC LM567 per garantire operazioni affidabili e infallibili. Questo circuito è immune alla luce solare oa qualsiasi altra luce ambientale e non ne verrà influenzato fino a quando i segnali riflessi sintonizzati non saranno ricevuti dal sensore. Il design funziona anche come rilevatore di ostacoli.

Il concetto di circuito

Ho trovato questo progetto in rete mentre cercavo un circuito sensore di prossimità accurato, affidabile ma economico.

Il circuito può essere compreso con l'aiuto della seguente descrizione:

Facendo riferimento al circuito del rilevatore di movimento a infrarossi (IR) mostrato di seguito, vediamo il design costituito da due fasi principali, una che coinvolge l'IC LM567 mentre l'altra con l'IC555.

Fondamentalmente il file IC LM567 diventa il cuore del circuito che svolge esclusivamente le funzioni di generazione / trasmissione della frequenza IR e anche di rilevazione della stessa.

Inoltre l'IC ha un circuito ad anello ad aggancio di fase interno che lo rende altamente affidabile con applicazioni di circuiti di rilevamento della frequenza.

Significa che una volta che legge e si aggancia a una determinata frequenza, la sua funzione di rilevamento viene bloccata su quella frequenza e quindi qualsiasi altro disturbo vagante, non importa quanto forte possa essere, non influenza o scuote il suo funzionamento.

Funzionamento del circuito

Una frequenza di oscillatore interna determinata da R3, C2 alimenta il diodo IR D274 tramite uno stadio controllato in corrente costituito da T1, R2. Questa frequenza decide la frequenza centrale del chip.

Con le condizioni di cui sopra l'IC viene impostato e centrato alla frequenza di cui sopra generando un alto costante sul suo pin di uscita # 8.

Il pin di ingresso n. 3 dell'IC attende di ricevere una frequenza che può essere esattamente uguale alla frequenza 'centrata' sopra dell'IC.

Il ricevitore IR o il sensore collegato al pin 3 dell'IC è posizionato esattamente a questo scopo.

Non appena il raggio IR proveniente dall'LD274 trova un ostacolo, il suo raggio viene riflesso e cade sul diodo rivelatore BP104 opportunamente posizionato.

La frequenza IR dall'LD274 passa ora al pin di ingresso n. 3 dell'IC, poiché questa frequenza sarà esattamente la stessa della frequenza centrale impostata dell'IC, l'IC lo riconosce e commuta istantaneamente la sua uscita da alta a BASSA.

Il trigger basso sopra al pin # 2 dell'IC 555 che è configurato come un monostabile a sua volta commuta la sua uscita alta, provocando l'allarme collegato.

La condizione di cui sopra persiste fintanto che permane l'interruzione dal sensore / rivelatore IR e consente la riflessione dei raggi. Con l'inclusione di R9 e C5, l'uscita di IC555 mostra una certa condizione di ritardo disattivato per il buzzer collegato anche dopo che il movimento o l'ostacolo si allontana.

Per regolare l'effetto delay-off, R9 e C5 possono essere regolati secondo le preferenze.

Il circuito sopra spiegato può anche essere usato come circuito rivelatore di prossimità e circuito rivelatore di ostacoli.

Schema elettrico

Circuito rilevatore di prossimità di precisione che utilizza LM567 con funzione di anello ad aggancio di fase

Circuito di prova

Il seguente circuito di prova mostra come verificare i risultati di un progetto basato su LM567 IR di base. Lo schema può essere visto di seguito:

Come LM567 rileva i target di prossimità

Come puoi vedere, solo lo stadio LM567 è incorporato nel progetto mentre lo stadio IC 555 è stato eliminato per mantenere più semplici le procedure di test fondamentali.

Qui il LED rosso al pin n. 8 dell'IC si accende e rimane illuminato finché i LED IR sono tenuti paralleli tra loro entro una distanza di 1 piede.

Se si tenta di sostituire il LED rosso del trasmettitore a infrarossi Tx con un'altra sorgente esterna avente una frequenza diversa, l'LM567 smetterà di rilevare i segnali e il LED rosso smetterà di illuminarsi.

I fotodiodi non sono cruciali, è possibile utilizzare fotodiodi simili o standard per i LED del trasmettitore e del ricevitore.

Video clip per la configurazione di prova di cui sopra:

3) Un altro design del sensore di prossimità basato su IC 567

Proprio come sopra, la caratteristica eccezionale di questo circuito è che non può essere attivato o scosso dalla radiazione IR diretta, ma solo la radiazione IR riflessa che colpisce il rilevatore attiverà il circuito.

Al centro del circuito c'è un IC (U1) decodificatore di toni 567 solitario che esegue una doppia funzionalità: funziona sia come driver di base del trasmettitore IR che come ricevitore. Il condensatore C1 e il resistore R2 sono impiegati per fissare la frequenza dell'oscillatore interno di U1 a circa 1 kHz.

L'uscita ad onda quadra da U1 al pin 5 è applicata sulla base Q1. Il transistor Q1 è configurato come un amplificatore inseguitore di emettitore, che collega un impulso da 20 mA sull'anodo del LED2.

Il transistor Q3 raccoglie l'uscita IR dal LED2 e dirige la trasmissione su Q2 per una maggiore amplificazione. Dopo l'amplificazione da parte di Q2, il segnale viene riapplicato all'ingresso di U1 al pin 3, facendo scattare il pin 8 a diventare basso, accendendo il LED1.

Quando necessario, il LED1 può essere sostituito con un fotoaccoppiatore per attivare praticamente qualsiasi carico azionato in CA. Poiché il circuito è molto semplice, quasi tutti i piani di progettazione funzioneranno.

L'emettitore IR (LED1) e il fototransistor (03) devono essere installati a una distanza di circa pollici all'interno di un posizionamento fianco a fianco e focalizzati nella stessa identica traccia.

Potrebbe essere necessario testare la distanza e il punto di vista dell'installazione di una coppia di dispositivi IR per determinare la posizione perfetta per qualsiasi intervallo assegnato tra il rilevatore e l'emettitore.

Come regola generale, uno spazio di pollice tra la coppia emettitore IR / rivelatore consente al circuito di prossimità di rilevare un bersaglio a circa mezzo pollice di distanza. I bersagli ombreggiati più chiari riflettono molto meglio e possono funzionare a distanze maggiori rispetto a quelli creati da elementi più profondi. Finché il sensore di prossimità rileva i segnali IR sintonizzati, il circuito controllato continua ad essere acceso e non appena il segnale svanisce l'uscita si spegne.

4) Rilevatore di prossimità che utilizza il circuito IC 555

In questo terzo progetto discusiamo un semplice circuito rivelatore di prossimità basato su IC 555 che può essere utilizzato per rilevare l'intrusione umana a distanza.

“tutorial sul convertitore da digitale ad analogico ”

Funzionamento del circuito

Un rilevatore di prossimità a infrarossi può essere considerato uno dei circuiti più preziosi e ampiamente utilizzati nella gamma di applicazioni di automazione elettronica.

In genere possiamo vederlo utilizzato in distributori automatici di acqua, unità asciuga mani automatiche e alcune varianti specifiche possono essere osservate nelle porte automatiche dei grandi magazzini.

Principio di funzionamento del circuito del rilevatore di prossimità proposto che utilizza IC 555

Nella progettazione viene implementata una generazione di impulsi rapidi di picchi di tensione dall'IC LM555 a una frequenza relativamente inferiore, che viene trasmessa tramite il LED a infrarossi come getti di raggi IR.

Questi impulsi trasmessi sono focalizzati verso l'area che deve essere monitorata e vengono riflessi quando un soggetto o un intruso viene rilevato su un diodo a fototransistor posizionato strategicamente per ricevere questi segnali riflessi.

Una volta che ciò accade, i segnali ricevuti passano attraverso l'elaborazione per abilitare un meccanismo di relè collegato e successivamente un dispositivo di allarme per attivarsi.

Per testare l'implementazione di cui sopra, un oggetto può essere introdotto attraverso la zona dei raggi IR e la risposta può essere controllata monitorando il funzionamento del relè, ad esempio muovendo la mano nell'area focalizzata, entro una distanza di circa 1 metro.

Quando i segnali riflessi colpiscono il fototransistor, sviluppa una differenza di potenziale attraverso il potenziometro 1M (regolabile) e attiva lo stadio Darlington associato, che a sua volta attiva lo stadio 555 sul lato destro configurato come circuito monostabile.

Il relè si attiva in risposta a questo e rimane ON a seconda del ritardo di tempo predeterminato monostabile impostato dal condensatore 1M e 10uF.