Reflexní IR spínač
Spínače
Reflexní IR spínač se používá k sepnutí a vypnutí 12V - 24V LED osvětlení např. v koupelně ke spínání LED osvětlení zabudovaného v zrcadle apod.
K ovládání je použitý mikroprocesor PIC12F675, který má mimo jiné integrovaný komparátor, na kterém se trimrem na invertujícím vstupu nastavuje napětí, při kterém se komparátor překlopí z log.0 do log.1.
Senzory tvoří vysílač, IR dioda vlnové délky l940nm a přijímač, IR fototranzistor vlnové délky l940nm. Ovládá se přiblížením ruky k vysílací diodě.
Infra paprsek se odrazí od ruky. Ten přijme IR fototranzistor. IR fototranzistorem a odporem R3 prochází proud, který je závislý na osvětlení IR fototranzistoru. Při dopadu IR záření na fototranzistor se přivede napětí z kolektoru přes emitor fototranzistoru T2 na neinvert. vstup komparátoru.
Čím blíž je odrazová plocha k fototranzistoru, tím je na neinvert. vstupu komparátoru větší napětí. Jestli je napětí na neinvertujícím vstupu komparátoru větší jak na invertujícím vstupu nastavené trimrem, tak se výstup komparátoru překlopí z log.0 do log.1.
Mikroprocesor tento stav vyhodnotí a chová se jako bistabilní klopný obvod. Jestli byl výstup mikroprocesoru - GPIO.5 v log.0 tak se přepne do log.1 a naopak. Tím se sepne nebo vypne přes výstupní tranzistor T1 LED osvětlení.
Dokud se neoddálí ruka od senzorů, tak na výstupu komparátoru je stále log.1. Mikroprocesor čeká na oddálení ruky.
Oddálením ruky se výstup komparátoru překlopí zpět z log.1 do log.0. Červená LED slouží ke kontrole při nastavení vzdálenosti, kdy má sepnout výstupní tranzistor. Pokud někomu stačí ke kontrole sepnutí připojená zátěž ( LED osvětlení ), tak D2 a R2 není potřeba. Max. proud zátěže může být 3A.
Šířka ploš. spoje je na 3,15A.
Při napájecím napětí 24V by proud vysílací IR diody měl být maximálně 10mA. Je to z toho důvodu, že úbytek napětí na stabilizátoru napětí je 19V.
Když se připočítá odběr mikroprocesoru 2mA, tak je odběr 12mA. Ztrátový výkon na stabilizátoru napětí je 0,228mW.
Ten už se docela zahřívá. Pro větší proud vysílací IR diodou je potřeba použít stabilizátor napětí na větší proud, který snese větší ztrátový výkon.
IR dioda a IR fototranzistor nemají typové označení. U nás se prodávají v jednom obchodě jako IR přijímač a IR vysílač. V Číně to samé, nebo o průměru 3 mm jako TCRT5000 reflexní infračervený optický senzor. Ty mají menší dosah. Je lepší použít čidla o průměru 5mm. V porovnání s čidly průměru 3 mm
mají při stejném dosahu poloviční odběr proudu.
D1 zajistí ochranu proti přepólování elektroniky. Místo P1 se může použít napěťový dělič z rezistorů RX1 a RX2. Např. RX1 = 2k7, RX2 = 10k.
Viz. rozmístění součástek. Při těchto hodnotách napěťového děliče bude na invertujím vstupu komparátoru napětí kolem 1,07V.
Požadované napětí na invertujícím vstupu komparátoru je možné upravit podle příkladu.
Příklad:
výpočet napětí na odporovém děliči
RX2 = 10k, RX1 = 2k7, U = 5V = napájecí napětí, U1 = napětí na odporovém děliči
podle vzorce: U1 = U / ( RX2 / RX1 + 1 )
U1 = 5 / ( 10/2,7 + 1 ) = 1,063V
------------------------------------------
nebo výpočet RX1:
podle vzorce: RX1 = RX2 / (U / U1 - 1)
RX1 = 10 / ( 5/1,063 - 1 ) = 2k7
-----------------------------------------
Dosah se dá nastavit několika způsoby. Změnou R3, změnou R4 a trimrem P1. IR fototranzistor je citlivý na okolní osvětlení, které obsahuje IR záření.
Rezistorem R3 se nastavuje napětí, jaké bude na neinvert. vstupu komparátoru při okolním osvětlení fototranzistoru. Má vliv na dosah vzdálenosti.
Čím menší odpor, tím menší dosah. Hodnota R3 může být od 10k do 100k. ( Podle okolního osvětlení ).
Aby byla snížená citlivost na okolní osvětlení, tak na přijímací IR fototranzistor byla navléknutá černá smršťovací bužírka dlouhá asi 6mm - průměr 5 mm.
Viz. foto. Být tam nemusí. Potom by R3 měl mít 10k - 18k.
Rezistorem R4 se nastavuje proud, který prochází vysílací IR diodou. To má vliv na dosah vzdálenosti - větší proud = větší dosah.
Pokud se napájí z akumulátoru nebo baterií, tak na jejich životnost.
R4 = 100Ω - 560Ω. Při 100Ω je proud vysílací IR diodou kolem 30mA.
Max. proud vysílací IR diody při trvalém sepnutí může být 50mA.
Trimrem P1 se nastavuje napětí na invert. vstupu komparátoru v mikroprocesoru - dosah vzdálenosti.
Senzory je potřeba nasměrovat tak, aby na ně nesvítilo sluneční světlo. Infra paprsek se dobře odráží od lesklé plochy. Viz. tabulka.
Pro správnou činnost komparátoru musí být při nastavení na invertujícím vstupu větší napětí jak na neinvertujícím vstupu.
Modul je vložený v plastové krabičce KM 02A, ve které jsou provrtané otvory pro senzory, napájecí zdroj a přívodní kabely k zátěži.
Použití mikroprocesoru má tu výhodu, že je možné softwarově nastavit libovolný čas, po kterém se zátěž vypne.
Technická data:
nap. napětí - DC 12 - 24V - podle zátěže
proud v klidu - 13,8mA ( R3 - 100k, R4 - 390Ω )
max. proud zátěže - 3A
max. dosah - viz tabulka
ploš.spoj 42x37mm
Tabulka uvádí naměřené údaje.
| nastavené napětí na invert. vstupu - 1,0V | R3 - 100k | R4 - 390 | IR proud - 9,8mA | ||||||||
odrazová plocha | ruka | bílý papír | zrcadlo | ||||||||
dosah vzdálenosti | 15cm | 28cm | 68cm | ||||||||
Schéma zapojení:
Seznam součástek:
| R1 - 56 | C1, C3 - 100n / 50V | D1 - 1N4148 | IO1 - 78L05 | nap. konektor do pl. spoje 5,5/2,1mm |
| R2 - 1k5 | C2 - 10μ / 50V | D2 - LED / 2mA červená | IO2 - PIC12F675 naprogramovaný | sv1 - svorkovnice do pl. spoje RM 5mm v 10mm |
| R3 - 100k | C4 - 10μ / 25V | D3 - IR fotodioda 5mm vysílač | patice DIL 8 | plošný spoj - 42x37mm |
| R4 - 390 | T1 - IRLML6344 | krabička - KM 02A | ||
| P1 - trimr TP096 - 10k | T2 - IR fototranzistor 5mm přijímač |
Zapojení vývodů:
IR přijímač
IR vysílač
Rozmístění THT součástek na ploš. spoji:
Modře jsou označeny propojky.
Rozmístění SMD součástek
na ploš. spoji:
