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 35 downloads

Прошивка версия оптического концевого выключателя. ...

Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, режим выключателя 2) 600 Б 23 downloads

Простой оптический сенсор приближения (прошивка,...
Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, режим выключателя) 0.00 KB 20 downloads

Простой оптический сенсор приближения (прошивка,...
Значок

Простой оптический сенсор приближения (прошивка, shutdown delay mode 2 sec.) 600 Б 20 downloads

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

Простой оптический сенсор приближения 3D модель 2 МБ 19 downloads

3D модель прототипа концевого выключателя ...

Это может быть интересно


  • Тестирование модуля генератораТестирование модуля генератора
      Тестирование модуля генератора Настройка, запуск и проверка рабочей частоты на примере PIC18F26K40. PIC18F26K40 Чтобы понять из-за чего зависит производительность микроконтроллера просто надо понять как работает его задающий тактовый генератор. …
  • Altium Designer – создание рисунков на печатной платеAltium Designer – создание рисунков на печатной плате
      Для создание рисунков на печатной платы в Altium Designer можно использовать возможность использовать в Altium Designer сторонних скриптов. Мне возможность эта очень понравилась и я решил её расшарить для электронщиков. …
  • Бегущие огни на WS2812BБегущие огни на WS2812B
    В настоящее время большой популярностью стали пользоваться светодиоды со встроенным драйвером WS2812B. Текущий проект предназначен показать возможность использования и управления этими светодиодами. Это и проект и исследование по работе с …
  • CCP модуль для декодирования ИК-кодов пультов ДУCCP модуль для декодирования ИК-кодов пультов ДУ
    Множество изготовителей для своих пультов дистанционного управления на ИК лучах используют принцип широтно-импульсной модуляции. В таких кодах бит единицы представляется импульсом большой длительности, а ноль импульсом короткой длительности. Внешний вид …
  • УКВ – радиоприем, часть 2УКВ – радиоприем, часть 2
    Пришло свободное время решил вторую часть проекта реализовать (правда есть мысль и третью с использование цветного OLED и функцией ch-светомузыки, но это только задумка… Для понимания функций интегрального приемника RDA5807FP читайте …
  • NeoPixel LED and PIC24NeoPixel LED and PIC24
    Популярность однопроводной шины для управления светодиода типа WS2812 не ослабевает, а новые типы светодиодов в корпусах 3,5*3,5мм, 2,0*2,0мм становяться все больше привлекательными. Построение дисплеев для анимации требуют все большей производительности …
  • Униполярный шаговый двигательУниполярный шаговый двигатель
        В приводах различных устройств часто применяются шаговые двигатели, Шаговый двигатели различают двух типов униполярные – когда обмотки коммутируются током текущим только в одну сторону, например при помощи обычных …
  • Проект с использованием MCC часть 11Проект с использованием MCC часть 11
    Можно несколько облагородить программу вынести наши процедуры обработки нажатия кнопок в отдельные функции. Но вы должны понимать, что это хоть и не значительно, но будет тормозить общую скорость работы проекта, …
  • Светодиоды со встроенным драйвером WS2812BСветодиоды со встроенным драйвером WS2812B
    Производитель http://www.world-semi.com Краткое описание продукции фирмы Каталог продукции” catcatcat_ws_19 catcatcat_ws_15 catcatcat_ws_11 catcatcat_ws_07 catcatcat_ws_03 catcatcat_ws_18 catcatcat_ws_14 catcatcat_ws_10 catcatcat_ws_06 catcatcat_ws_02 catcatcat_ws_05 catcatcat_ws_09 catcatcat_ws_13 catcatcat_ws_17 catcatcat_ws_16 catcatcat_ws_12 catcatcat_ws_08 catcatcat_ws_04 catcatcat_ws_01 This jQuery slider was …
  • Емкостной сенсорЕмкостной сенсор
    Изучаем изготовление емкостных сенсоров на PIC-микроконтроллере. Конструкция емкостных сенсоров имеет вид: Емкостные сенсоры строятся по схеме высокочастотного генератора, сам принцип основан на измерение частоты этого генератора. Частота зависит от емкости …



 

 

 

 

 

 

 

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.