Ідея у використанні світлодіода, керованого другим мікроконтролером Другий мікроконтролер буде PIC16F628A (він, просто, є у мене)

Я і цю задачу хочу розбити на підзадачі: дослідження можливостей світлодіода і фотоприймача вибір рішення реалізація рішення В наявності у мене фотоприймач BPW41N і світлодіод АЛ115А Фотоприймач – це високочутливий фотодіод, у якого корпус є ІЧ-фільтром

Рис 531 Фотоприймач BPW41

Світлодіод призначений для роботи в якості джерела інфрачервоного випромінювання

Рис 532 Світлодіод АЛ115А

Максимальний прямий струм світлодіода 50 мА Максимальний імпульсний струм 600 мА при тривалості 50 мс і шпаруватості 36 Постійне пряме напруга при струмі 50 мА – 2 В

Фотоприймач, я підозрюю, досить чутливий, щоб «засвічуватися» стороннім світлом Але одна справа підозрювати, інша справа визначити це Якщо засвітка не заважатиме, то виникає ще один питання – чи вистачить світла від світлодіода, при постійному світінні з струмом, скажімо, 40 мА, щоб відбите світло від перешкоди давав хороший сигнал, розпізнаваний фотоприймачем Ось з відповіді на ці питання я і почну

Перший експеримент гранично простий: фотоприймач може генерувати напругу Я вимірюю це напруга мультиметром

Рис 533 Перший експеримент з фотоприймачем

Мультиметр має вхідний опір 10 МОм і показує напругу 0249 В, коли фотоприймач звернений від вікна, і 0310 В, коли повернуть до вікна Висновок з цього експерименту я можу зробити один – засвітка фотоприймача буде мати місце

Другий експеримент теж простий: світлодіод через резистор 75 Ом (струм я вибрав 40 мА, падіння напруги на діод 2 В, що живить напруга 5 В: (5 – 2) / 004 = 75) підключений до джерела живлення, фотоприймач «Ловить» відбите світло від світлодіода

Дослідним шляхом я хочу отримати уявлення про можливості (чи ні) використовувати таке просте рішення для своїх цілей Я хочу спостерігати за напругою, коли відбиває поверхня знаходиться далеко від фотоприймача і близько

Рис 534 Другий експеримент з світлодіодом і фотоприймачем

Фотоприймач я прибрав в металевий екран, залишивши відкритим тільки лицьову частину, і світлодіод я теж прибрав в екран, залишивши зовні тільки випромінює лінзу Ось таблиця результатів:

Напруга на фотоприймачі (мВ)

Відстань до поверхні, що відбиває (см)

273

немає

282

7

303

3

360

1

Отримані в цьому досвіді результати можна було б повторити для різних поверхонь, скажімо, білої та чорної Тоді б можна було сказати, що ми повторили датчики ROBOPICA, які дозволяють йому відстежувати шлях, позначений чорною смугою Але нас цікавить далекомір, а відстань навіть у 3 см – це занадто мало, навіть якщо б ми постаралися відрізнити його від 7 см з урахуванням зовнішнього засвічення, яка не відрізняється постійністю

Ми раніше говорили, що для боротьби із засвіченням і збільшення відстані дії світлодіода можна використовувати імпульсне живлення світлодіода Формування імпульсів можна покласти на мікроконтролер Які імпульси нам потрібні

Найчастіше пульти управління працюють з несучою частотою порядку 30 кГц Нам зараз не обовязково вибирати таку частоту, можна зупинитися на частоті 10 кГц Період повторення імпульсів у цьому випадку 100 мкс Виберемо наступні параметри: імпульс 30 мкс, пауза 70 мкс шпаруватість ~ 3

Зараз мені зручно формувати імпульси за допомогою мікроконтролера PIC16F628A Для нього легко написати програму формування імпульсів, але з урахуванням великого струму (для мікроконтролера) знадобиться ключовий транзистор на виході мікроконтролера Струм через світлодіод я маю намір обмежити за допомогою резистора 20 Ом, в цьому випадку струм через світлодіод при напрузі 5 В вийде близько 150 мА

Для експерименту з імпульсним харчуванням світлодіода використовуємо таку схему:

Рис 535 Схема формування імпульсної напруги для світлодіода

Залишилося написати програму для мікроконтролера Я не думаю, що 2 Кбайт не вистачить, тому використовую MicroC

void main() { TRISA = 0xFE

while (1) {

PORTAF0 = 1

Delay_us(30) PORTAF0 = 0

Delay_us(70)

}

}

Після трансляції програми її потрібно завантажити в мікроконтролер, який я використовую з вбудованим генератором і словом конфігурації 0x3f18, останнє задаю в програмі ICProg

Оскільки сигнал імпульсний, мультиметр мені не помічник І сигнал на виході фотоприймача я спостерігаю за допомогою осцилографа

Першу перевірку слід зробити, спостерігаючи імпульси на колекторі транзистора Зокрема, невелике навантаження в ланцюзі колектора може вимагати зменшення величини опору в ланцюзі бази транзистора Інакше транзистор буде погано відкриватися

Умови відображення дещо інші, якщо минулого разу я спостерігав за відображенням від темної поверхні, то зараз використовую досить світлу поверхню Не думаю, що це вплине разючим чином на результати, але, зізнаюся, слід було б в попередньому досвіді цей факт перевірити

Рис 536 Сигнал, спостережуваний за допомогою осцилографа

При різних відстанях подвійна амплітуда імпульсів коливається від 5 до 20 мВ Це небагато, але наступна ідея, звичайно, посилити сигнал Пізніше я хочу його випрямити за допомогою простого діодного випрямляча Щоб діод ефективно працював, мені потрібно напруга порядку 1 В Таким чином, мені потрібно посилити сигнал, наприклад, в 200 разів

Повертаючись до тих главам, де ми розглядали підсилювачі, можна вибрати кілька рішень Мені здається, що найпростіше рішення – це використовувати операційний підсилювач Для моделі LM358 є рекомендована виготовлювачем схема включення фотоприймача Є сенс почати перевірку ідеї з цієї схеми

Рис 537 Схема використання фотоприймача з LM358 при однополярному харчуванні Що можна попередньо сказати про цей експеримент

Я перевіряв роботу фотоприймача в режимі генерації напруги Однак у цій схемі фотоприймач включений з зворотним зміщенням Як це вплине на роботу фотоприймача, сказати відразу важко, але схема приваблює малою кількістю деталей, так що спробувати варто Випромінювач інфрачервоного сигналу, звичайно, залишається колишнім

Ось, що показав осцилограф при розміщенні перешкоди (світлих тонів) на відстані близько 10 см:

Рис 538 Вид відбитого сигналу на виході операційного підсилювача

Амплітуда сигналу дає надію, що сигнал можна випрямити, отримавши досить добре прочитуване постійна напруга Чи достатньо відстані в 10-15 см Для першого експерименту, мабуть, достатньо А для випрямлення напруги підійде схема детектора Ви памятаєте її

Рис 539 Схема детектора сигналу на виході операційного підсилювача

Перевіримо отримані моделюванням результати на макетної платі Сигнал на виході детектора при відсутності перешкоди:

Рис 5310 Осцилограма у відсутності відображення

Рис 5311 Осцилограма з перешкодою на відстані 10 см

І, як і колись, використовуючи мультиметр, я складу таблицю значень напруги в залежності від відстані до перешкоди

Відстань (см)

Напруга (В)

10

1,14

15

0,45

18

0,17

Без відбиває поверхні

0,038

10 (темна поверхня)

0,58

Що примітного в пророблених експериментах

По-перше, ми розбили задачу на підзадачі, і підзадачі успішно вирішили Якби відразу зібрали остаточну схему, то далеко не факт, що результат був би позитивним

По-друге, якщо ви забажаєте збільшити відстань до виявленого обєкта, то у вас є орієнтири для збільшення інтенсивності сигналу Наприклад, можна збільшити струм через випромінюючий світлодіод, міняючи шпаруватість сигналу

По-третє, ми переконалися, що використання імпульсного живлення світлодіода дає помітний виграш у відстані, на якому виявляється сигнал Ви, якщо вам це цікаво, можете пошукати звязок (залежність) між струмом, що протікає через світлодіод, і відстанню, на якому виявляється сигнал від нього

І, нарешті, проводячи досліди, я випробував в якості випромінюючого світлодіода звичайний червоний індикаторний світлодіод Він теж може працювати як джерело ІЧ-сигналу, гірше, згоден, але може Якщо ви задумаєте робити керування телевізором в сусідній кімнаті, то вам не потрібно буде видаляти випромінюючий світлодіод далі, ніж на 1-2 см, а в цьому випадку звичайний індикаторний світлодіод цілком виявляється придатний для управління

Макетна плата після ряду експериментів «обросла» деталями, але для робота я, швидше за все, використовую саме її:

Рис 5312 Макетна плата з саморобним вимірником відстані

Частина деталей на макетної платі зайва, але заважати вони не будуть І пора подумати, як за допомогою мікроконтролера PIC16F628A виконувати огляд праворуч від робота, як це було задумано на початку глави

Джерело: Гололобов ВН, – Самовчитель гри на паяльнику (Про електроніці для школярів і не тільки), – Москва 2012