Дальномер из подручных средств

May 28, 2014 by admin Комментировать »

Идея в использовании светодиода, управляемого вторым микроконтроллером Второй микроконтроллер будет PIC16F628A (он, просто, есть у меня)

Я и эту задачу хочу разбить на подзадачи: исследование возможностей светодиода и фотоприёмника выбор решения реализация решения В наличии у меня фотоприёмник BPW41N и светодиод АЛ115А Фотоприёмник – это высокочувствительный фотодиод, у которого корпус является ИК-фильтром

Рис 531 Фотоприёмник BPW41

Светодиод предназначен для работы в качестве источника инфракрасного излучения

Рис 532 Светодиод АЛ115А

Максимальный прямой ток светодиода 50 мА Максимальный импульсный ток 600 мА при длительности 50 мс и скважности 36 Постоянное прямое напряжение при токе 50 мА – 2 В

Фотоприёмник, я подозреваю, достаточно чувствительный, чтобы «засвечиваться» посторонним светом Но одно дело подозревать, другое дело определить это Если засветка не будет мешать, то возникает ещё один вопрос – хватит ли света от светодиода, при постоянном свечении с током, скажем, 40 мА, чтобы отражённый свет от препятствия давал хороший сигнал, распознаваемый фотоприёмником Вот с ответа на эти вопросы я и начну

Первый эксперимент предельно прост: фотоприёмник может генерировать напряжение Я измеряю это напряжение мультиметром

Рис 533 Первый эксперимент с фотоприёмником

Мультиметр имеет входное сопротивление 10 МОм и показывает напряжение 0249 В, когда фотоприёмник обращён от окна, и 0310 В, когда повёрнут к окну Вывод из этого эксперимента я могу сделать один – засветка фотоприёмника будет иметь место

Второй эксперимент тоже прост: светодиод через резистор 75 Ом (ток я выбрал 40 мА, падение напряжения на диоде 2 В, питающее напряжение 5 В: (5 – 2)/004 = 75) подключён к источнику питания, фотоприёмник «ловит» отражённый свет от светодиода

Опытным путём я хочу получить представление о возможности (или нет) использовать такое простое решение для своих целей Я хочу наблюдать за напряжением, когда отражающая поверхность находится далеко от фотоприёмника и близко

Рис 534 Второй эксперимент со светодиодом и фотоприёмником

Фотоприёмник я убрал в металлический экран, оставив открытым только лицевую часть, и светодиод я тоже убрал в экран, оставив наружи только излучающую линзу Вот таблица результатов:

Напряжение на фотоприёмнике (мВ)

Расстояние до отражающей поверхности (см)

273

нет

282

7

303

3

360

1

Полученные в этом опыте результаты можно было бы повторить для разных поверхностей, скажем, белой и чёрной Тогда бы можно было сказать, что мы повторили датчики ROBOPICA, которые позволяют ему отслеживать путь, обозначенный чёрной полосой Но нас интересует дальномер, а расстояние даже в 3 см – это слишком мало, даже если бы мы постарались отличить его от 7 см с учётом внешней засветки, которая не отличается постоянством

Мы ранее говорили, что для борьбы с засветкой и увеличения расстояния действия светодиода можно использовать импульсное питание светодиода Формирование импульсов можно возложить на микроконтроллер Какие импульсы нам нужны

Чаще всего пульты управления работают с несущей частотой порядка 30 кГц Нам сейчас не обязательно выбирать такую частоту, можно остановиться на частоте 10 кГц Период повторения импульсов в этом случае 100 мкс Выберем следующие параметры: импульс 30 мкс, пауза 70 мкс скважность ~3

Сейчас мне удобно формировать импульсы с помощью микроконтроллера PIC16F628A Для него легко написать программу формирования импульсов, но с учётом большого тока (для микроконтроллера) понадобится ключевой транзистор на выходе микроконтроллера Ток через светодиод я намерен ограничить с помощью резистора 20 Ом, в этом случае ток через светодиод при питающем напряжении 5 В получится порядка 150 мА

Для эксперимента с импульсным питанием светодиода используем следующую схему:

Рис 535 Схема формирования импульсного напряжения для светодиода

Осталось написать программу для микроконтроллера Я не думаю, что 2 Кбайт не хватит, поэтому использую MicroC

void main() { TRISA = 0xFE

while (1) {

PORTAF0 = 1

Delay_us(30) PORTAF0 = 0

Delay_us(70)

}

}

После трансляции программы её нужно загрузить в микроконтроллер, который я использую со встроенным генератором и словом конфигурации 0x3f18, последнее задаю в программе ICProg

Поскольку сигнал импульсный, мультиметр мне не помощник И сигнал на выходе фотоприёмника я наблюдаю с помощью осциллографа

Первую проверку следует сделать, наблюдая импульсы на коллекторе транзистора В частности, небольшая нагрузка в цепи коллектора может потребовать уменьшения величины сопротивления в цепи базы транзистора Иначе транзистор будет плохо открываться

Условия отражения несколько иные, если в прошлый раз я наблюдал за отражением от тёмной поверхности, то сейчас использую довольно светлую поверхность Не думаю, что это повлияет разительным образом на результаты, но, сознаюсь, следовало бы в предыдущем опыте этот факт проверить

Рис 536 Сигнал, наблюдаемый с помощью осциллографа

При разных расстояниях двойная амплитуда импульсов колеблется от 5 до 20 мВ Это немного, но следующая идея, конечно, усилить сигнал Позже я хочу его  выпрямить с помощью  простого диодного выпрямителя Чтобы диод эффективно работал, мне нужно напряжение порядка 1 В Таким образом, мне нужно усилить сигнал, например, в 200 раз

Возвращаясь к тем главам, где мы рассматривали усилители, можно выбрать несколько решений Мне кажется, что простейшее решение – это использовать операционный усилитель Для модели LM358 есть рекомендованная изготовителем схема включения фотоприёмника Есть смысл начать проверку идеи с этой схемы

Рис 537 Схема использования фотоприёмника с LM358 при однополярном питании Что можно предварительно сказать об этом эксперименте

Я проверял работу фотоприёмника в режиме генерации напряжения Однако в этой схеме фотоприёмник включён с обратным смещением Как это  повлияет на работу фотоприёмника, сказать сразу трудно, но схема привлекает малым количеством деталей, так что  попробовать стоит Излучатель инфракрасного сигнала, конечно, остаётся прежним

Вот, что показал осциллограф при размещении препятствия (светлых тонов) на расстоянии около 10 см:

Рис 538 Вид отражённого сигнала на выходе операционного усилителя

Амплитуда сигнала даёт надежду, что сигнал можно выпрямить, получив достаточно хорошо считываемое постоянное напряжение Достаточно ли расстояния в 10-15 см Для первого эксперимента, пожалуй, достаточно А для выпрямления напряжения подойдёт схема детектора Вы помните её

Рис 539 Схема детектора сигнала на выходе операционного усилителя

Проверим полученные моделированием результаты на макетной плате Сигнал на выходе детектора при отсутствии преграды:

Рис 5310 Осциллограмма в отсутствии отражения

Рис 5311 Осциллограмма с препятствием на расстоянии 10 см

И, как и прежде, используя мультиметр, я составлю таблицу значений напряжения в зависимости от расстояния до препятствия

Расстояние (см)

Напряжение (В)

10

1,14

15

0,45

18

0,17

Без отражающей поверхности

0,038

10 (темная поверхность)

0,58

Что примечательного в проделанных экспериментах

Во-первых, мы разбили задачу на подзадачи, и подзадачи успешно решили Если бы сразу собрали окончательную схему, то далеко не факт, что результат был бы положительным

Во-вторых, если вы задумаете увеличить расстояние до обнаруживаемого объекта, то у вас есть ориентиры для увеличения интенсивности сигнала Например, можно увеличить ток через излучающий светодиод, меняя скважность сигнала

В-третьих, мы убедились, что  использование импульсного  питания светодиода даёт заметный выигрыш в расстоянии, на котором обнаруживается сигнал Вы, если вам это интересно, можете поискать связь (зависимость) между током, протекающим через светодиод, и расстоянием, на котором обнаруживается сигнал от него

И, наконец, проводя опыты, я опробовал в качестве излучающего светодиода обычный красный индикаторный светодиод Он тоже может работать в качестве источника ИК-сигнала, хуже, согласен, но может Если вы задумаете делать управление телевизором в соседней комнате, то вам не нужно будет удалять излучающий светодиод далее, чем на 1-2 см, а в этом случае обычный индикаторный светодиод вполне оказывается пригоден для управления

Макетная плата после ряда экспериментов «обросла» деталями, но для робота я, скорее всего, использую именно её:

Рис 5312 Макетная плата с самодельным измерителем расстояния

Часть деталей на макетной плате лишняя, но мешать они не будут И пора подумать, как с помощью микроконтроллера PIC16F628A выполнять обзор справа от робота, как это было задумано в начале главы

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты