01.04.21

[Домашняя]

Во многих системах бытовых и производственных, различных охранных системах применяются инфракрасные датчики, работающие на отражение или пересе­чение светового потока инфракрасного диапазона. Обычно такой датчик состоит из передатчика и приемника ИК-света. Если датчик работает на отражение они расположены так что они направлены в одну сторону, но так чтобы свет от ИК передатчика не попадал непосредственно на ИК-приемник. Достигается это устано­вкой бленд, светонепроницаемых перегородок или выбором оптимального взаимного расположения. При возникновении перед таким датчиком отражающей ИК-свет поверхности или, наоборот, при её исчезновении выход датчика меняет состояние. Если датчик работает на пересечение, приемник и передатчик располагаются напротив друг друга, так что бы между ними всегда был оптический контакт. Датчик реагирует на пересечение луча между нами. В любом случае система состоит из передатчика и приемника, а то как она работает зависит от взаимного расположения излучающего и принимающего элементов схемы. В радиолюбительских условиях удобнее использовать в качестве элементов приемника и передатчика детали от систем дистанционного управления бытовой аппаратурой, в частности, инфракрасные светодиоды и инфракрасные резонансные интегральные фотоприемники. На рисунке 1 показана схема ИК-датчика, выполненного на двух цифровых микросхемах - 74НС4060 и К561ЛП2.

Микросхема 74НС4060 является аналогом микросхемы CD4060, но более высокочастотная и с более мощными выходами и напряжением питания 5V. Излучателем ИК-света служит светодиод HL1, а приемником отраженного ИК-света является фотоприемник FL1 типа SFH5110-33. Это интегральный фото­приемник, кроме фотодиода и усилителя фототока он содержит фильтр настроенный на частоту 33 кГц, детектор и формирователь логических импульсов. Для опти­мальной работы с ним сигналы, излучаемые светодиодом HL1, должны быть модулированы импульсами частотой около 33 кГц. Микросхема D1 74НС4060, как CD4060, содержит 13-ти разрядный двоичный счетчик и инверторы для схемы мультивибратора. Внешние элементы мультивибратора - кварцевый резонатор Q1, а так же конденсаторы С1, С2, резисторы R1, R2. Частота мультивибратора задана и стабилизирована кварцевым резонатором Q1 4,43 МГц (это резонатор от видеотехники). При делении этой частоты счетчиком на 128 на выводе 6 D1 образуются импульсы частотой около 34,6 кГц. Это конечно не требующиеся 33 кГц, на которые настроен фильтр фотоприемника, но все еще в полосе фильтра фотоприемника, так что вполне подходит. Импульсы частотой 34,6 кГц с вывода 6 D1 поступают через резистор R3 на усилитель тока на транзисторе VT1. В его эмиттерной цепи включен ИК-светодиод HL1 через токоограничивающий резистор R4. Подбирая сопротивление этого резистора можно изменять ток через светодиод, а значит и дальность датчика. На выводе 1 D1 импульсы генератора делятся на 4096, что составляет 1080 Гц. Они через диод VD1 поступают на базу транзистора VT1 и периодически закрывают транзистор (при логическом нуле диод открывается и шунтирует базовую цепь VT1). В результате ИК-светодиод питается пачками импульсов, следующими с частотой 1080 Гц и заполненными частотой 34,6 кГц. Такой же характер носит и излучаемый светодиодом HL1 ИК- свет. Теперь о приемной части. SF1 - интегральный фотоприемник от телевизора. При приеме ИК-света модулированного частотой около 33 кГц (в данном случае 34,6 кГц) на его выходе устанавливается логический ноль. Вернее, открывается его выходной ключ. При отсутствии приема на выходе ключ закрыт, поэтому на выходе либо высокоомное состояние, либо, если есть подтягивающий резистор (R6), - логическая единица. Дальнейшая схема выполнена на микросхеме D2 типа К561ЛП2. Данная микросхема содержит четыре двухвходовых элемента «Исключающее ИЛИ». Если на входах такого элемента логические уровни одинаковы, то на его выходе будет ноль. Если входные уровни разные - на выходе единица. На один вход D2.3 поступают импульсы с выхода фотоприемника SF1, а на его другой вход, через инвертор D2.1 поступают импульсы с выхода Q11 счетчика D1. Смысл работы схемы на D2.3 в том, что при наличии оптической связи между светодиодом и фотоприемником логические уровни на входах элемента D2.3 одинаковы и на его выходе держится логический ноль. А при отсутствии оптической связи логические уровни на входах D2.3 различаются, и на его выходе появляются импульсы частотой 1080 Гц. Далее, сигнал с выхода D2.3 поступает через два инвертора и цепь R7-C4 на выход. Таким образом, при наличии оптической связи на выходе схемы ноль, при отсутствии оптической связи - импульсы частотой 1080 Гц. Эти импульсы можно через резистор подать на базу транзисторного ключа, в коллекторной цепи которого включить динамик. При прерывании оптической связи будет раздаваться звук. На рисунке 2 показан второй вариант данного датчика, в котором при наличии оптической связи на выходе схемы ноль, а при отсутствии оптической связи - логическая единица.

На выводе 3 D1 импульсы генератора делятся на 16384, что составляет 270 Гц. Они через диод VD1 поступают на базу транзистора VT1 и периодически закры­вают транзистор (при логическом нуле диод открывается и шунтирует базовую цепь VT1). В результате ИК-светодиод питается пачками импульсов, следующими с частотой 270 Гц и заполненными частотой 34,6 кГц. Такой же характер носит и излучаемый светодиодом HL1 ИК- свет. Дальнейшая схема выполнена на микро­схеме D2 типа К561ЛА7. Данная микросхема содержит четыре двухвходовых элемента «И-НЕ». На двух из них D2.2 и D2.3 собран RS-триггер. Особенность такого триггера в том, что один из его входов является приоритетным, то есть когда на нем есть управляющий уровень, состояние триггера не меняется управ­ляющим уровнем на другом входе. Здесь приоритетным является вывод 5 D2.2. На него поступают импульсы с выхода фотоприемника FL1. На второй вход триггера - вывод 9 D2.3 поступают импульсы с вывода 3 счетчика D1 через инвертор D2.1. Если есть оптическая связь, то, во время излучения HL1 на оба входа триггера поступают логические нули. Так как у триггера приоритет по выводу 5 на выходе элемента D2.2 устанавливается единица. В период блокировки (когда на выводе 3 D1 ноль) на оба входа триггера поступают единицы, что состояния триггера не меняет. Если отсутствует оптическая связь, то, во время излучения НИ на вывод 9 D2.3 поступает логический ноль, а на вывод 5 - единица. Это приводит к тому, что триггер переключается в состояние с логическим нулем на выходе D2.2. Таким образом, при наличии оптической связи на выходе элемента D2.4 имеется логический ноль, а при отсутствии оптической связи - единица. ИК-светодиод HL1 - любой ИК-светодиод для пультов дистанционного управления. Фотоприемник SFH5110-36 тоже можно заменить практически любым фотоприемником для дистанционного управления современных телевизоров или видеотехники (например, SFH506-33). Желательно чтобы он был на частоту в пределах ЗЗ-З6кГц, так как при резонаторе на 4,43 МГц с другой частотой работа будет хуже. Резонатор можно использовать и на другую частоту, но соответственно будет изменяться и частота модуляции.

Радиоконструктор №10 2014г стр. 29