Статья по созданию схемы инфракрасного (ИК) датчика приближения с подробным объяснением принципа работы схемы. Чувствительность или дальность обнаружения также можно регулировать с помощью потенциометра.
[Схема подключения инфракрасного датчика приближения приведена в конце статьи]
Требуемые компоненты
Микросхема LM 358
1 пара инфракрасных светодиодов и фотодиодов
Резисторы: 2 x 270 Ом, 10 кОм
Потенциометр: 10 кОм
Макетная плата
Источник питания: (3–12) В
Несколько проводов для макетной платы
Объяснение принципа работы схемы
Чувствительным компонентом в этой схеме является ИК-фотодиод. Чем больше инфракрасного света попадает на ИК-фотодиод, тем больший ток через него проходит. (Энергия ИК-волн поглощается электронами в p-n-переходе ИК-фотодиода, что приводит к возникновению тока)
Этот ток, проходя через резистор сопротивлением 10 кОм, вызывает появление разности потенциалов (напряжения). Величина этого напряжения определяется законом Ома: V = IR. Поскольку сопротивление резистора постоянно, напряжение на резисторе прямо пропорционально величине протекающего тока, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна количеству инфракрасных волн, попадающих на ИК-фотодиод.
Таким образом, когда какой-либо объект приближается к ИК-светодиоду и паре фотодиодов, количество ИК-лучей, отражённых от ИК-светодиода и попадающих на ИК-фотодиод, увеличивается, а значит, увеличивается и напряжение на резисторе (согласно выводам в предыдущем абзаце).
Мы сравниваем это изменение напряжения (чем ближе объект, тем больше напряжение на резисторе 10 кОм / ИК-фотодиоде) с фиксированным опорным напряжением (созданным с помощью потенциометра).
Здесь для сравнения напряжения датчика и опорного напряжения используется микросхема LM358 (компаратор/операционный усилитель). Положительный вывод фотодиода (это точка, в которой напряжение изменяется пропорционально расстоянию до объекта) подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а опорное напряжение подключено к инвертирующему входу операционного усилителя.
Операционный усилитель
Операционный усилитель работает следующим образом: когда напряжение на неинвертирующем входе превышает напряжение на инвертирующем входе, выход включается.
Когда рядом с ИК-датчиком приближения нет никаких объектов, нам нужно, чтобы светодиод был выключен. Поэтому мы настраиваем потенциометр так, чтобы напряжение на инвертирующем входе было выше, чем на неинвертирующем.
Когда какой-либо объект приближается к инфракрасному датчику приближения, напряжение на фотодиоде увеличивается, и в какой-то момент напряжение на неинвертирующем входе становится больше, чем на инвертирующем входе, что приводит к включению светодиода на операционном усилителе.
Точно так же, когда объект удаляется от ИК-датчика приближения, напряжение на неинвертирующем входе снижается и в какой-то момент становится меньше напряжения на инвертирующем входе, что приводит к выключению светодиода операционным усилителем.
Принципиальная схема
[Примечание: при напряжении питания 9 В и более используйте резистор 1 кОм для светодиода и 470 Ом для инфракрасного (ИК) светодиода.]
Руководство по устранению неполадок
Перепроверьте все соединения, сверяясь со схемой.
Проверьте, правильно ли работают светодиоды. (Цифровые камеры могут распознавать инфракрасный свет, поэтому вы можете проверить, работает ли инфракрасный светодиод, с помощью любой цифровой камеры)
Инфракрасный фотодиод, использованный в этом видео, белый, а инфракрасный светодиод — чёрный. Но в вашем случае может быть и наоборот. Вы можете определить, какой из них является светодиодом/фотодиодом, подключив диод и пару фотодиодов по отдельности к источнику питания (через резистор на 220 Ом) и посмотрев, какой из них светится, с помощью цифровой камеры.
В одном крайнем положении ручки потенциометра светодиод должен быть выключен, а в другом крайнем положении — включен. Теперь можно начать поворачивать ручку потенциометра из крайнего положения, в котором светодиод включен, до тех пор, пока он не выключится. Теперь инфракрасный датчик приближения должен работать правильно.
Если у вас есть вопросы или предложения, не стесняйтесь оставлять их в комментариях к этой статье. До новых встреч.