적외선 근접 센서는 반사 된 적외선 빔을 통해 물체 나 사람이 센서로부터 미리 정해진 범위 내에있을 때 물체 나 사람의 존재를 감지하는 장치입니다.

세 가지 유용한 근접 센서 개념이 여기에 설명되어 있습니다. 첫 번째 개념은 일반 opamp LM358을 기반으로하고 두 번째 개념은 위상 고정 루프 원리로 작동하여 감지에 대한 매우 정확한 응답을 보장하는 IC LM567을 사용합니다. 세 번째 회로는 유비쿼터스 IC 555를 사용하여 작동합니다. 단계별 설명을 통해 각 회로를 배우겠습니다.

개요

이있다 긴 센서 목록 오늘날 시장에서 구할 수 있습니다.

이러한 센서 중 하나는 근접 센서입니다.

이 게시물에서 우리는 근접 센서가 어떻게 작동하는지, 그리고이 프로젝트를 집에서 만드는 데 필요한 지식을 제공하는 방법을 밝히려고합니다. 이름에서 알 수 있듯이 장치는 물체가 가까이 있는지 또는 멀리 있는지 감지합니다. 다양한 방식으로 설계 할 수 있습니다.

그러나 가장 일반적인 방법은 적외선을 기반으로 및 OPAMP. 이 장치의 일반적인 용도는 휴대폰, 자동 세척 시스템, 자동 탭, 핸드 드라이어 및 절대 떨어지지 않는 로봇에서 볼 수 있습니다.

필요한 구성 요소

1. IR 주도 : 모든 LED는 전원을 켤 때 일정한 형태의 전자기 방사선을 방출합니다. 우리 가정의 경험을 통해 우리는 가시 광선을 방출하는 LED를 알고 있습니다.

그러나 적외선을 방출하는 특수 LED도 있습니다. 다른 색상의 가시적 LED가있는 것처럼 IR led도 다른 파장의 광선을 방출합니다. 적외선은 다양한 파장을 가질 수 있으며 파장 대역에 속하는 모든 값을 취할 수 있습니다.

따라서 사용 된 IR 포토 다이오드가 IR LED가 제공하는 INFRA RED의 특정 파장을 감지 할 수 있어야한다는 것이 매우 중요합니다.

두. IR 광 다이오드 : 특수한 유형의 다이오드입니다. IR 광선 감지를 위해 역방향 바이어스로 연결됩니다. . IR 방사가 없을 경우 저항이 매우 높고 거의 제로 전류가 통과합니다.

그러나 IR 광선이 떨어지면 저항이 감소하고 복사 강도에 비례하는 전류가 통과 할 수 있습니다.

이 광 다이오드의 특성은 적외선 입사시 근접 센서에서 전기 신호를 생성하는 데 사용됩니다.

삼. 연산 증폭기 (IC LM358) : 연산 증폭기 또는 연산 증폭기는 다목적 IC이며 전자 분야에서 높은 평가를 받고 있습니다.

이 프로젝트에서 연산 증폭기는 비교기로 사용됩니다. LM358 IC에는 연산 증폭기가 2 개 있습니다. 즉, 하나의 IC를 사용하여 2 개의 근접 감지기를 만들 수 있습니다. 회로에서 연산 증폭기를 사용하는 이유는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해서입니다.

네. 사전 설정 : 프리셋은 기본적으로 3 개의 단자가있는 저항입니다.

사전 설정의 기능은 사용자가 일부에 액세스 할 수있는 방식으로 사용 가능한 총 전압을 나누는 것입니다. 중간 터미널을 적절한 위치에 설정하기 만하면됩니다.

사전 설정은 출력 전압이 생성되어야하는 임계 전압을 설정합니다. 적절한 스크루 드라이버를 사용하여 헤드를 회전하여 모든 값의 저항으로 수동으로 설정할 수 있습니다.

5. 레드 LED : 프로젝트에 빨간색 LED를 사용했지만 일반적으로 모든 색상의 LED를 사용할 수 있습니다. 장애물이 충분히 가까워 졌음을 보여주는 시각적 신호 역할을합니다.

6. 저항기 : 220 옴 2 개와 10k 옴 1 개.

7. 전원 공급 : 5v ~ 6v.

작동 원리

근접 센서의 작동 원리는 매우 간단합니다. 일반적인 개념은 IR 방출 LED와 포토 다이오드라는 두 개의 LED가 서로 평행합니다.

이들은 송신기-수신기 쌍으로 작동합니다. 이미 터 광선 앞에 장애물이 들어 오면 반사되어 수신기에 의해 차단됩니다.

광 다이오드의 특성에 따라 차단 된 IR 광선은 광 다이오드의 저항을 감소시키고 그에 따른 전기 신호가 생성됩니다. 실제로이 신호는 연산 증폭기의 비 반전 끝단에 직접 공급되는 10k 저항 양단의 전압입니다.

연산 증폭기의 기능은 주어진 두 입력을 비교하는 것입니다.

포토 다이오드의 신호는 비 반전 핀 (핀 3)에 전달되고 전위차계의 임계 전압은 반전 핀 (핀 2)에 전달됩니다. 비 반전 핀의 전압이 반전 핀 연산 증폭기 출력은 높고 그렇지 않으면 출력은 낮습니다.

대체로 연산 증폭기는이 회로에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환합니다.

출력 :

센서 출력은 ANALOG 및 DIGITAL의 두 가지 형식으로 사용할 수 있습니다.

디지털 출력은 높음 또는 낮음의 형태입니다. 근접 센서의 디지털 출력 신호를 사용하여 장애물 회피 로봇의 움직임을 중지 할 수 있습니다. 장애물이 충분히 가까워지면 모터 드라이버의 입력 핀에 신호를 직접 공급하여 모터를 정지시킬 수 있습니다.

아날로그 출력은 0에서 유한 값까지의 연속적인 값 범위입니다. 이러한 신호는 모터 드라이버 및 기타 스위칭 장치에 직접 제공 할 수 없습니다. 먼저 마이크로 컨트롤러에 의해 처리되고 ADC 및 일부 코딩을 통해 디지털 형식으로 변환되어야합니다. 이 출력 형식은 추가 마이크로 컨트롤러가 필요하지만 연산 증폭기를 사용하지 않습니다.

풀 서킷 디 가람

에서 업데이트 관리자

위의 회로 설계는 아래와 같이 일반 단일 opamp IC 741을 사용하여 구축 할 수도 있습니다.

비디오 클립

2) 정확한 근접 감지기 회로 (태양 광에 대한 내성)

다음 게시물은 신뢰할 수 있고 완벽한 작동을 보장하기 위해 IC LM567을 통합하는 정확한 적외선 (IR) 기반 근접 감지기 회로를 설명합니다. 이 회로는 햇빛이나 기타 주변 광에 영향을받지 않으며 센서가 조정 된 반사 신호를 수신 할 때까지 영향을받지 않습니다. 이 디자인은 장애물 탐지기로도 작동합니다.

회로 개념

정확하고 신뢰할 수 있지만 저렴한 근접 센서 회로를 검색하면서이 디자인을 인터넷에서 찾았습니다.

회로는 다음 설명을 통해 이해할 수 있습니다.

아래 표시된 적외선 (IR) 동작 감지기 회로를 참조하면 두 개의 주요 단계로 구성된 설계를 볼 수 있습니다. 하나는 IC LM567을 포함하고 다른 하나는 IC555를 포함합니다.

기본적으로 IC LM567 IR 주파수를 생성 / 전송하고이를 감지하는 기능 만 수행하는 회로의 핵심이됩니다.

또한 IC에는 내부 위상 고정 루프 회로가있어 주파수 감지 회로 애플리케이션에서 높은 신뢰성을 제공합니다.

즉, 주어진 주파수를 읽고 래치하면 감지 기능이 해당 주파수에 고정되므로 아무리 강해도 기능에 영향을 미치거나 흔들리지 않습니다.

회로 작동

R3, C2에 의해 결정된 내부 발진기 주파수는 T1, R2로 구성된 전류 제어 단계를 통해 IR 다이오드 D274에 공급됩니다. 이 주파수는 칩의 중심 주파수를 결정합니다.

위의 조건에서 IC는 출력 핀 # 8에서 일정한 하이를 생성하는 위의 주파수에서 설정되고 중앙에 위치합니다.

IC의 입력 핀 # 3은 IC의 위 '중앙'주파수와 정확히 일치 할 수있는 주파수를 수신하기 위해 대기합니다.

IR 수신기 또는 IC의 3 번 핀에 연결된 센서는이 목적을 위해 정확히 배치됩니다.

LD274의 IR 빔이 장애물을 찾으면 빔이 반사되어 적절하게 배치 된 검출기 다이오드 BP104에 떨어집니다.

LD274의 IR 주파수는 이제 IC의 입력 핀 # 3으로 전달됩니다.이 주파수는 IC의 설정된 중심 주파수와 정확히 동일하기 때문에 IC는이를 인식하고 즉시 출력을 high에서 LOW로 전환합니다.

단 안정으로 구성된 IC 555의 핀 # 2에있는 위의 로우 트리거는 출력을 하이로 전환하여 연결된 알람을 발생시킵니다.

위의 조건은 IR 센서 / 감지기의 중단이 유지되고 빔이 반사 될 수있는 한 지속됩니다. R9 및 C5를 포함하면 IC555의 출력은 동작 또는 장애물이 멀리 이동 한 후에도 연결된 부저에 대해 특정 지연 오프 상태를 나타냅니다.

Delay-off 효과를 조정하기 위해 R9 및 C5를 선호도에 따라 조정할 수 있습니다.

상기 설명 된 회로는 또한 근접 검출기 회로 및 장애물 검출기 회로로 사용될 수있다.

회로도

위상 고정 루프 기능을 사용하는 LM567을 사용하는 정밀 근접 감지기 회로

테스트 회로

다음 테스트 회로는 기본 LM567 IR 기반 설계의 결과를 확인하는 방법을 보여줍니다. 회로도는 아래에서 볼 수 있습니다.

보시다시피 LM567 스테이지 만 설계에 통합되고 IC 555 스테이지는 기본 테스트 절차를 더 간단하게 유지하기 위해 제거되었습니다.

여기에서 IC의 8 번 핀에있는 빨간색 LED가 켜지고 IR LED가 1 피트 거리 내에서 서로 평행하게 유지되는 한 계속 켜져 있습니다.

Tx 적외선 적색 송신기 LED를 주파수가 다른 다른 외부 소스로 교체하려고하면 LM567이 신호 감지를 중지하고 빨간색 LED가 더 이상 켜지지 않습니다.

포토 다이오드는 중요하지 않습니다. 송신기 및 수신기 LED에 유사하거나 표준 포토 다이오드를 사용할 수 있습니다.

위 테스트 설정을위한 비디오 클립 :

3) 또 다른 IC 567 기반 근접 센서 설계

위와 마찬가지로이 회로의 예외적 인 특징은 직접 IR 방사에 의해 활성화되거나 덜컹 거리는 것이 아니라 감지기에 닿는 반사 된 IR 방사 만 회로를 트리거한다는 것입니다.

회로의 중앙에는 2 개의 기능을 실행하는 단일 567 톤 디코더 IC (U1)가 있습니다.이 IC는 기본 IR 송신기 드라이버와 수신기로 모두 실행됩니다. 커패시터 C1과 저항 R2는 U1의 내부 발진기 주파수를 약 1kHz로 고정하는 데 사용됩니다.

핀 5에서 U1의 구형파 출력은 Q1베이스에 적용됩니다. 트랜지스터 Q1은 LED2 양극에 20mA 펄스를 연결하는 이미 터 팔로워 증폭기로 설정됩니다.

트랜지스터 Q3는 LED2에서 IR 출력을 선택하고 더 많은 증폭을 위해 전송을 Q2로 보냅니다. Q2에 의해 증폭 된 후 신호는 핀 3에서 U1의 입력에 다시 적용되어 핀 8이 로우가되고 LED1을 켭니다.

필요한 경우 LED1을 옵토 커플러로 대체하여 거의 모든 AC 작동 부하를 토글 할 수 있습니다. 회로가 매우 간단하기 때문에 거의 모든 설계 계획이 작동합니다.

IR 이미 터 (LED1)와 포토 트랜지스터 (03)는 나란히 배치되어 정확히 동일한 트랙에 초점이 맞춰져 약 인치 간격으로 설치되어야합니다.

감지기와 이미 터 사이에 할당 된 범위에 대한 완벽한 위치를 파악하기 위해 한 쌍의 IR 장치의 간격 및 설치 관점을 테스트해야 할 수 있습니다.

일반적으로 IR 방출기 / 검출기 쌍 사이에 인치 간격이 있으면 근접 회로가 약 0.5 ~ 1 인치 간격으로 대상을 발견 할 수 있습니다. 더 밝은 음영 처리 된 타겟은 더 깊은 요소에서 생성 된 타겟보다 훨씬 더 잘 반사되고 더 먼 거리에서 수행 할 수 있습니다. 근접 센서가 조정 된 IR 신호를 감지하는 한 제어 회로는 계속 켜져 있고 신호가 사라지는 즉시 출력이 꺼집니다.