За основу была взята микросхема ИК-приёмника фирмы Vishay Semiconductors – TSOP4836.
На рисунке ниже представлена структурная схема TSOP4836.
C PIN-диода принятый сигнал поступает на усилитель, коэффициент усиления которого может меняться автоматически (АРУ). Затем усиленный сигнал фильтруется и поступает на демодулятор, который управляет выходом.
Просто засвечивать микросхему ИК-диодом и получить какой-либо полезный сигнал на выходе не получится. Для исключения помех, полезный сигнал накладывается на несущую частоту, на которую настроен фильтр и демодулятор микросхемы, в данном случае 36кГц. Информация передаётся пачками импульсов. Есть пачка – выход TSOP4836 подтянут к нулю, нет пачки – выход подтянут к единице.
Казалось бы, для организации барьера достаточно зажигать и гасить ИК-светодиод, направленный на датчик TSOP-4836, с частотой 36кГц, а на выходе датчика наблюдать логический ноль и при пересечении луча ИК-диода человеком, наблюдать логическую единицу. Но есть одна особенность, не явная на первый взгляд — нельзя слать несущую частоту непрерывным потоком так как при этом АРУ начинает занижать коэффициент усиления и в итоге приём данных прекращается через несколько секунд. Это сделано для того, чтобы датчик не забивался периодическим шумом частотой близкой к несущей.
Для того, чтобы передача не прерывалась, сигнал должен удовлетворять следующим условиям:
Передатчик.
Соберём генератор импульсов, удовлетворяющий выше следующим условиям. (Схемы будут приложены в формате pdf в конце статьи).
Два генератора прямоугольных импульсов собраны на логической микросхеме CD4093BE – четыре 2И-НЕ с триггером Шмидта на выходе.
Пусть мы только включили схему и конденсатор C1 у нас разряжен. Вход 1 микросхемы всегда подтянут к логической единице, а на входе 2 у нас логический ноль так как конденсатор еще разряжен. Тогда на выходе 3 микросхемы у нас буде логическая единица ведь: “1” и “0” = “0”, а на выходе стоит инвертор: не “0” = “1”. Конденсатор С1 начнет заряжаться до напряжения логической единицы через резисторы R1 и R2. Когда он полностью зарядится, на входе 2 появится логическая единица, что приведёт к переключению уровня выхода 3 с логической единицы до логического нуля: “1” и “1” = “1”, далее: не “1” = “0”. И конденсатор С1 начнёт разряжаться через R1, так как в цепи резистора R2 стоит диод. Резистор R1 много больше R2 значит длительность заряда будет в разы короче длительности разряда.
На втором 2И-НЕ элементе собран генератор несущей частоты. Частота зависит от цепочки R3, R4, С2. Потенциометр R4 позволяют подстраивать частоту. Работает он точно также как и первый с той лишь разницей, что скважность сигнала будет равна 50%. На 5-ый вход микросхемы подаётся сигнал с 3-го выхода, это означает, что на выходе второго генератора будут импульсы только тогда, когда на выходе 3 будет логическая единица.
Приёмник.
Полученные импульсы с приёмника TSOP4836 инвертируем на элементе D1A микросхемы CD4093BE. Моменты, когда сигнал находится в нуле, соответствуют принятым пачкам с передатчика.
Далее инвертированный сигнал подаём на интегрирующую цепочку C1, R3, R4 которая, одновременно, является фильтром от «дребезга» – случайного пересечения луча, например от быстрых махов рукой. Время реакции можно менять путём изменения ёмкости конденсатора С1.
Когда луч между передатчиком и приёмником не перекрыт, благодаря наличию диода VD1 в цепи резистора R4 и разнице сопротивлений резисторов R3 и R4 на два порядка, конденсатор C1 заряжен практически до напряжения питания. На выходе D1B микросхемы CD4093BE будем наблюдать логический ноль.
Если перекрыть луч, ножка вывода микросхемы TSOP4836 будет притянута к логической единице, соответственно на выходе D1A будет логический ноль. И конденсатор С1 начнёт разряжаться через резистор R3. Когда напряжение на конденсаторе С1 упадёт ниже порогового входного уровня единицы D1B выход D1B инвертируется и встанет в логическую единицу, что сигнализирует о пересечении луча.
Сборка прототипа.
Собраны прототип приёмника и передатчика.
Далее на рисунке представлена осциллограмма напряжения на базе транзистора VT1 передающего устройства. Видим, как сформировались «пачки».
На следующем рисунке представлены: осциллограмма напряжения после D1A (видим принятые «пачки») и осциллограмма напряжения после интегрирующей цепочки перед входом D1B.
Если передатчик и приёмник направить друг на друга, и пересекать луч, то на выходе 4 микросхемы D1B будем наблюдать изменение уровня с нуля до 5 вольт, которые можно обрабатывать микроконтроллером.
Ссылка на скачивание принципиальной схемы приёмника и передатчика: https://drive.google.com/file/d/17lhEljlE1AlEF8dL_ba2l-P65uoWu9-C/view?usp=sharing