Простой оптический сенсор приближения


Тут хочу описать один из вариантов создания простого оптического датчика на приближения или оптического конечного выключателя. Достоинство таких устройств, что они не имеют механического контакта с контролирующим объектом. На таких устройствах можно изготавливать, например,  выключатели освещения, датчики открытия дверей мебели и т.п. Основной проблемой таких устройств, это помехозащищённость, от посторонних источников света. Как решаются такие задачи? Первое это использовать свет не видимый для человеческого глаза, это как вариант ИК-диапазон.

Чтобы использовать такие устройства в зоне насыщенной паразитным ИК излучением (например, этим шалят люминесцентные газоразрядные источники света) необходимо использовать модуляцию источника сигнала и естественно приемник позволяющий избирательно реагировать на модулированный сигнал. Для этого есть простое решение, это фотоприёмники для ИК дистанционного управления. Но промодулировать сигнал на частоте работы фотоприёмника недостаточно. Большинство ИК фотоприёмников используют механизм подавления несущей. Что это такое? Если на вход фотоприёмника поступает сигнал длительностью более допустимой, то считается, что это помеха и приемник отключается от декодирования. Для восстановления работоспособности необходимо устранить помеху такого рода, прервать сигнал. В принципе на этом основано подавление ИК дистанционного управления, если использовать мощный ИК сигнал с непрерывной модуляцией, то легко подавить работу ИК пультов дистанционного управления. Но речь не об этом.

Для начала нам необходимо модулировать ИК сигнал на частоте работы фотоприёмника, а второе создать импульсы с такой длительностью, какую фотоприёмник будет воспринимать как нормальный сигнал. И последнее условие, это передавая импульс света, измерять длительность полученного импульса и сравнивать с заданной длительностью. Т.е. еще раз по порядку, мы формируем импульс заданной длительностью, модулируем этот импульс несущей заданной частоты, подаём сигнал на светодиод. Свет от светодиода излучается в контролируемое пространство и естественно отражается от разных объектов, но амплитуда будет зависит от расстояния до объектов. Когда в области появляется предмет, вблизи нашего датчика, отражённый свет имеет большую амплитуду, необходимую для нашего фотоприёмника для начала декодирования. На выходе приёмника мы получим восстановленный (без модуляции) наш импульс. Так как мы также можем таким образом получить такие же импульсы от другим источников, мы проверяем его временные параметры – длительность и синхронизацию с нашим передатчиком.

Достаточно для надёжности декодирования наличия объекта в области сенсора, это подсчитать последовательное совпадения нескольких передач импульсов, чтобы гарантировать функцию активации исполнительного механизма.

В проекте рассматривается принцип для формирования одиночного импульса и его проверки на достоверность и это достаточно в 99% задач. Но при необходимости можно сформировать последовательность импульсов, но это уже будет напоминать дистанционное ИК управление.

Начинаем с того, что выбираем МК на котором можно реализовать проект. Нам необходимо возможность сформировать несущию частоту заданого значения для нашего фотоприёмника, для этого подойдут устройства на борту которых есть NCO модуль. По выводам: – нам нужен один вход для ИК приёмника, один выход – для светодиода и один выход – для управления, например. реле. Т.е. контроллер с 6 выводами вполне подойдёт. И это будет старый и знакомый (как минимум для меня) PIC10F320.

Нарисуем схему устройства. Добавим немого Т.З. – питание от сети переменного тока 230 вольт (если у вас нет такой необходимости и у вас питание в проекте  – 5 вольт, то все вместе с стабилизатором можно исключить).

Схема.

По схеме в качестве фотоприёмника используется китайское чудо LF0038M, но можно применить любой с питанием 5 вольт. Он подключается через RC фильтр по питанию, это важно и чем лучше фильтр, тем надёжнее, некоторые фотоприёмники имеют экран, для пром. применения это еще надёжнее.

Светодиод выбирается на волновой диапазон применяемый с фотоприёмником, от этого будет зависит и чувствительность, обратите внимание, ИК светодиоды выпускаются в диапазоне от 820 и выше. И при применении не той длительности вы можете обнаружить, что с одним светодиодом у вас будет чувствительность устройства, например, на 2 метра и более, а на другом 5 см!!. При одном и том же токе через светодиод.

Еще одна особенность таких устройств которые всебе совмещают и передатчик и приёмник, ИК приёмники очень чувствительны к помехам, а особенно к несущей частоте. У нас и вход и силовой выход на светодиод буквально в одном миллиметре. Поэтому мои рекомендации светодиод подключаете на минимальном расстоянии от МК, чтобы длина цепи питания светодиода была минимальной.

Как это может быть реализовано на печатной плате.

МК стоит рядом с выводами самого светодиода. Тока управления от МК вполне достаточно, при необходимости возможно программное управлять силой светового потока. X1 это соединитель для программирования МК, его также необходимо расположить минимально близко и позаботьтесь, чтобы цепь сброса МК была также минимальной длины.

Больше в самой схемотехнике нет никаких особенностей, главное только одно, если вы будете собирать для работы в сети 230 вольт, то программирование выполняйте подключив устройство к изолированному источнику 5 вольт, а потом уже готовое изделие можно включать через его основной блок питания.

Напоминание для начинающих ! Не подключайте для программирование устройства подключённого к сети  230 вольт, это опасно для вас и для вашего ПК, одному будет пипец точно.

Проект.

Для программирования используем МСС, это проще и быстрее. Основные модули которые нам нужны NCO генератор, классная вещь можно не заморачиваясь получить любую требуемую частоту и таймер для измерения длительности импульсов.

Но естественно для начала надо начать с настройки системного генератора.

 

Частота 16 МГц, включён сторожевой таймер, низковольтное программирование отключено.

Выводы конфигурирование.

Выход NCO настраиваем на порт РА4, это выход управления светодиодом, вход ИК приёмника на вход РА0, выход управление реле настраиваем на вывод РА1. Выводы для реле и светодиода конфигурируем на выход:

По прерываниям, мы конфигурируем еще вход от ИК приёмника, для формирования при любом фронте.

У нас в прерываниях будет присутствовать обработка двух функций от таймера и от изменения состояния по входу:

 

Теперь по сути самого проекта, внем заложено в зависимости от требование создать три устройства:

  • Оптический конечный выключатель
  • Выключатель (влючено/выключено)
  • Выключатель с таймером авто-выключения через 2 часа

 

Первый вариант Оптический концевик – это функции есть объект в области обнаружения датчика, реле активировано, нет объекта реле деактивировано.  Второй вариант – выключатель, это вариант поднесли руку к сенсору реле включено, второй поднесли руку, реле включено. И тритий вариант, выключатель, но если вы забыли выключить свет, то он автоматически отключит реле через 2 часа.

Для этого вводим условие в проекте:

Для работы нашей системы создадим две функции которые будут вызываться через прерывания. Эти функции будут управлять нашим управляющим выводом к которому подключено к реле. За отключение реле будут отвечать другая функция и её необходимо поместить в прерывание таймера.

Функция отключения реле:

Функция включения реле:

Используя функции обратного вызова, внедрем наши функции в прерывания МК.

И активируем прерывания.

В основном цикле программы мы формируем импульс необходимой длительности, для управления светодиодом, формируется он включением и выключение NCO генератора:

Ну по программе все.


Возможный вариант реализации оптического концевика для промышленного применения.


Дополнительные материалы к проекту для его повторения:

Значок

Простой оптический сенсор приближения (проект) 0.00 KB 12 downloads

Microchip MPLABX v5.45 project. Пароль по просьбе ... пишите...

Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка) 603 Б 665 downloads

Прошивка версия оптического концевого выключателя. ...

Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, режим выключателя 2) 600 Б 650 downloads

Простой оптический сенсор приближения (прошивка,...
Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, режим выключателя) 0.00 KB 652 downloads

Простой оптический сенсор приближения (прошивка,...
Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, shutdown delay mode 2 sec.) 600 Б 647 downloads

Режим задержки отключения 2 сек. shutdown delay mode 2...
Значок

Простой оптический сенсор приближения 3D модель 2 МБ 656 downloads

3D модель прототипа концевого выключателя ...

Это может быть интересно


  • PIC32MZ – Core Timer (библиотека)PIC32MZ – Core Timer (библиотека)
    Переработанные файлы от Microchip, библиотека для работы с Core Timer. Метки:PIC32MZ
  • USB K-L-line адаптерUSB K-L-line адаптер
    USB K-L-line адаптер предназначен для связи персонального компьютера с диагностической шиной автомобиля – интерфейс ISO-9141. Этот проект предназначен для сборки недорого устройства с использованием специально для этой цели разработанной печатной …
  • Проект с использованием MCC часть 14Проект с использованием MCC часть 14
    С выводом данных на дисплей мы справились (но могу сразу сказать библиотеку графики к этой статьи пришлось доработать, поэтому в этом проекте она обновлена). У нас на текущем этапе имеется …
  • Индикатор кода – RC-5 Protocol PhilipsИндикатор кода – RC-5 Protocol Philips
    Индикатор кода – RC-5 Protocol Philips При конструировании дистанционного управления на инфракрасных лучах для контроля удобно иметь индикатор кодов передаваемых пультом. Плата ch-c3000 позволяет изготавливать устройства с возможностью установки фото …
  • ch-светомузыка и AK4113ch-светомузыка и AK4113
    Пришло время вернуться к светомузыке. На сегодня использование аналогового входа стало непрактичным, на сегодня необходимо использовать S/PDIF и Toslink. С этим надо было как то разобрать, что это такое, так …
  • Moving average – скользящее среднееMoving average – скользящее среднее
    Скользящая средняя, скользящее среднее (англ. moving average, MA) — общее название для семейства функций, значения которых в каждой точке определения равны среднему значению исходной функции за предыдущий период. Скользящие средние обычно используются с данными временных рядов для сглаживания краткосрочных колебаний …
  • LED драйвер TM1639LED драйвер TM1639
    TМ1639 позволяет работать на матрицу 8*8 или 8 семисегметных индикаторов. Может работать как на индикаторы с общим катодом, но и есть возможность подключать общим анодом. Для управления драйвером используется трех …
  • Проблемы классической светомузыкиПроблемы классической светомузыки
    Светомузыка – что это такое? Определение: Светомузыка  (жаргонное: цветомузыка)  — вид искусства, основанный на способности человека ассоциировать звуковые ощущения со световыми восприятиями. Такое явление в неврологии получило название – синестезии. …
  • Инфракрасный датчик движения, PIR-sensorИнфракрасный датчик движения, PIR-sensor
    Домашняя автоматика предполагает наличие датчиков движения, которые способны контролировать движения человека. Самым простым и доступным устройством позволяющие контролировать изменения ИК-излучения, это ПИР-сенсоры. На текущий момент доступны не дорогие модели D203B, D204B, D205B. Все они позволяют …
  • DIXELL XWEB500D-EVO + RUT900 или как пробить NAT-серверDIXELL XWEB500D-EVO + RUT900 или как пробить NAT-сервер
    Когда необходимо под какой нибудь контроллер имеющий вэб сервер в инет, то нужен статический IP, что оказалось проблемой при работе с операторами сотовых сетей, конкретно с оператором сети “Киевстар”. Их …



 

 

 

 

 

 

 

Поделись этим!

Catcatcat

catcatcat

Development of embedded systems based on Microchip microcontrollers.

4 комментария для “Простой оптический сенсор приближения

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.