مستشعر القرب من الأشعة تحت الحمراء هو جهاز يكتشف وجود كائن أو إنسان عندما يكون ضمن نطاق محدد مسبقًا من المستشعر ، من خلال حزم الأشعة تحت الحمراء المنعكسة.

تم شرح ثلاثة مفاهيم مفيدة لمستشعر القرب هنا ، يعتمد المفهوم الأول على opamp LM358 العادي ، والثاني يستخدم IC LM567 والذي يعمل مع مبدأ حلقة مغلقة الطور تضمن استجابة دقيقة للغاية للكشف. الدائرة الثالثة تعمل باستخدام IC 555 المنتشر في كل مكان. دعنا نتعلم كل واحدة مع شرح خطوة بخطوة.

ملخص

هناك قائمة طويلة من أجهزة الاستشعار المتوفرة في السوق اليوم.

أحد هذه المستشعرات هو مستشعر القرب.

في هذا المنشور ، نحن على وشك الكشف عن كيفية عمل مستشعر القرب وما الذي يوفر المعرفة اللازمة لجعل هذا المشروع في المنزل. كما يوحي الاسم ، تكتشف الوحدة ما إذا كان الكائن قريبًا أو بعيدًا عنه. يمكن تصميمها بطرق مختلفة.

لكن الطريقة الأكثر شيوعًا هي الطريقة على أساس الأشعة تحت الحمراء و OPAMP. يمكن رؤية بعض الاستخدامات الشائعة لهذا الجهاز في الهواتف المحمولة وأنظمة الشطف الأوتوماتيكي والصنابير الأوتوماتيكية ومجففات الأيدي والروبوتات التي لا تسقط أبدًا.

المكونات مطلوبة

1. بقيادة الأشعة تحت الحمراء : يصدر كل مصباح LED شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي عند تشغيله. من تجربتنا المنزلية ، عرفنا المصابيح التي تصدر الضوء المرئي.

ولكن ، هناك أيضًا بعض المصابيح الخاصة التي تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء. مثلما يمكن أن يكون هناك إضاءة مرئية بألوان مختلفة ، فإن مصباح الأشعة تحت الحمراء ينبعث أيضًا من أشعة بأطوال موجية مختلفة. يمكن أن تكون الأشعة تحت الحمراء ذات أطوال موجية مختلفة ويمكن أن تأخذ أي قيمة تنتمي إلى نطاق الموجة الخاص بها.

لذلك ، من المهم جدًا أن يكون الثنائي الضوئي المستخدم بالأشعة تحت الحمراء قادرًا على اكتشاف الطول الموجي المعين لـ INFRA RED الذي يقدمه IR led.

اثنين. صورة الأشعة تحت الحمراء : هو نوع خاص من الصمام الثنائي وهو متصل بالتحيز العكسي للكشف عن الأشعة تحت الحمراء . في حالة عدم وجود الأشعة تحت الحمراء ، تتمتع بمقاومة عالية جدًا ولا يمر عبرها أي تيار تقريبًا.

ولكن عندما تسقط الأشعة تحت الحمراء عليها ، تقل مقاومتها ويسمح بمرور تيار متناسب مع شدة الإشعاع.

تُستخدم خاصية الثنائي الضوئي هذه لتوليد إشارة كهربائية في مستشعر القرب عند حدوث الأشعة تحت الحمراء.

3. Op-amp (IC LM358) : Op-amp أو مكبر الصوت التشغيلي هو IC متعدد الأغراض ويحظى بتقدير كبير في عالم الإلكترونيات.

في هذا المشروع ، يتم استخدام المرجع أمبير كمقارن. يحتوي LM358 IC على مكبرين تشغيليين مما يعني أنه يمكننا عمل كاشفين عن قرب باستخدام دائرة متكاملة واحدة فقط. سبب استخدام op-amp في الدائرة هو تحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية.

Op-amp أو مكبر الصوت التشغيلي هو جهاز متعدد الأغراض

أربعة. المعد مسبقا : الإعداد المسبق هو في الأساس مقاوم له ثلاثة أطراف.

تتمثل وظيفة الضبط المسبق في تقسيم الجهد الإجمالي المتاح بطريقة يمكن للمستخدم الوصول إلى جزء منه. علينا فقط ضبط المحطة الوسطى على الموضع المناسب.

يحدد الإعداد المسبق جهد العتبة الذي يجب أن يتولد عنه جهد الخرج. يمكن ضبطه يدويًا على مقاومة أي قيمة عن طريق تدوير رأسه باستخدام مفك براغي مناسب.

الإعداد المسبق هو في الأساس مقاوم له ثلاثة أطراف

5. الصمام الأحمر : لقد استخدمت مصباحًا أحمر لمشروعي ولكن بشكل عام يمكن استخدام أي لون. إنه بمثابة إشارة مرئية لإظهار أن العائق قد اقترب بدرجة كافية.

6. المقاومات : اثنان 220 أوم وواحد 10 كيلو أوم.

7. مزود الطاقة : من 5 إلى 6 فولت.

كيف تعمل

المبدأ الكامن وراء عمل مستشعر القرب بسيط إلى حد ما. يحتوي المفهوم النموذجي على مصباحين متوازيين مع بعضهما البعض - الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء والثنائي الضوئي.

تعمل كزوج جهاز إرسال واستقبال. عندما يأتي عائق أمام أشعة الباعث ، فإنها تنعكس للخلف ويعترضها جهاز الاستقبال.

وفقًا لخصائص الثنائي الضوئي ، تقلل الأشعة تحت الحمراء التي تم اعتراضها من مقاومة الثنائي الضوئي ويتم إنشاء الإشارة الكهربائية الناتجة. هذه الإشارة في الممارسة العملية هي الجهد عبر المقاوم 10k الذي يتم تغذيته مباشرة إلى الطرف غير المقلوب من op-amp.

وظيفة op-amp هي مقارنة المدخلات المعطاة لها.

تُعطى الإشارة من الثنائي الضوئي إلى الدبوس غير المقلوب (الدبوس 3) ويتم إعطاء جهد العتبة من مقياس الجهد إلى الدبوس المقلوب (دبوس 2) إذا كان الجهد عند الدبوس غير العكسي أكبر من الجهد عند الطرف عكس دبوس الإخراج op-amp مرتفع وإلا يكون الناتج منخفضًا.

الكل في الكل ، يقوم op-amp بتحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية في هذه الدائرة.

المخرجات:

يمكن استخدام خرج المستشعر في شكلين: أنالوغ ورقمي.

يكون الإخراج الرقمي في شكل إما مرتفع أو منخفض. يمكن استخدام إشارة الخرج الرقمية لمستشعر القرب لإيقاف حركة الروبوت الذي يتجنب العقبات. بمجرد أن يقترب العائق بدرجة كافية ، يمكن تغذية الإشارة مباشرة إلى دبابيس الإدخال الخاصة بسائق المحرك لإيقاف المحركات.

الإخراج التناظري هو نطاق مستمر من القيم من الصفر إلى بعض القيم المحدودة. لا يمكن إعطاء هذه الإشارة مباشرة لسائقي المحركات وأجهزة التحويل الأخرى. أولاً ، يجب معالجتها بواسطة الميكروكونترولر وتحويلها إلى شكل رقمي من خلال ADC وبعض الترميز. يتطلب نموذج الإخراج هذا متحكمًا إضافيًا ولكنه يلغي استخدام op-amp.

ديجارام الدائرة الكاملة

دائرة استشعار القرب IR بسيطة باستخدام opamp

تحديث من مسؤل

يمكن أيضًا بناء تصميم الدائرة أعلاه باستخدام opamp أحادي عادي IC 741 ، كما هو موضح أدناه:

مستشعر القرب البسيط باستخدام LM 741 واحد

مقطع فيديو

2) دائرة كشف دقيقة للقرب (محصن ضد أشعة الشمس)

تشرح الوظيفة التالية دائرة كاشف تقارب دقيقة تعتمد على الأشعة تحت الحمراء (IR) والتي تتضمن IC LM567 لضمان عمليات موثوقة ومضمونة. هذه الدائرة محصنة ضد أشعة الشمس أو أي ضوء محيط آخر ، ولن تتأثر حتى يستقبل المستشعر الإشارات المنعكسة المضبوطة. يعمل التصميم أيضًا ككاشف للعقبات.

مفهوم الدائرة

لقد وجدت هذا التصميم على الشبكة أثناء البحث عن دائرة مستشعر تقارب دقيقة وموثوقة ولكنها رخيصة.

يمكن فهم الدائرة بمساعدة الوصف التالي:

بالإشارة إلى دائرة كاشف الحركة بالأشعة تحت الحمراء الموضحة أدناه ، نرى التصميم يتكون من مرحلتين رئيسيتين ، إحداهما تتضمن IC LM567 والأخرى مع IC555.

في الأساس IC LM567 يصبح قلب الدائرة التي تؤدي فقط وظائف توليد / إرسال تردد الأشعة تحت الحمراء وكذلك اكتشافها.

علاوة على ذلك ، يحتوي IC على دائرة دائرة مغلقة للطور الداخلي مما يجعلها موثوقة للغاية مع تطبيقات دائرة الكشف عن التردد.

هذا يعني أنه بمجرد أن يقرأ ترددًا معينًا ويثبته ، يتم قفل ميزة الكشف الخاصة به على هذا التردد ، وبالتالي فإن أي اضطراب طائش آخر ، بغض النظر عن مدى قوته ، لا يؤثر أو يزعج عمله.

تشغيل الدائرة

تردد مذبذب داخلي محدد بواسطة R3 ، يغذي C2 الصمام الثنائي IR D274 عبر مرحلة يتم التحكم فيها حاليًا تتكون من T1 ، R2. يحدد هذا التردد التردد المركزي للرقاقة.

مع الشروط المذكورة أعلاه ، يتم ضبط IC وتركز على التردد أعلاه ، مما يؤدي إلى توليد ارتفاع ثابت عند طرف الخرج رقم 8.

ينتظر طرف الإدخال رقم 3 في IC استقبال تردد قد يكون مساويًا تمامًا للتردد 'المركزي' أعلاه لـ IC.

يتم وضع مستقبل الأشعة تحت الحمراء أو المستشعر المتصل عبر الدبوس رقم 3 من IC لهذا الغرض بالضبط.

بمجرد أن تجد حزمة الأشعة تحت الحمراء من LD274 عقبة ، تنعكس شعاعها وتسقط على الصمام الثنائي للكشف المناسب BP104.

يمر تردد الأشعة تحت الحمراء من LD274 الآن إلى طرف الإدخال رقم 3 من IC ، نظرًا لأن هذا التردد سيكون بالضبط نفس التردد المركزي المحدد لـ IC ، يتعرف IC على هذا ويحول خرجه على الفور من مرتفع إلى منخفض.

يعمل المشغل المنخفض أعلاه في الدبوس رقم 2 في IC 555 والذي تم تكوينه على أنه ثابت أحادي بدوره ، على تبديل خرجه عاليًا ، مما يتسبب في انفجار الإنذار المتصل.

تستمر الحالة المذكورة أعلاه طالما استمر الانقطاع من مستشعر / كاشف الأشعة تحت الحمراء ويسمح للحزم بالانعكاس. مع تضمين R9 و C5 ، يُظهر خرج IC555 حالة تأخير معينة للجرس المتصل حتى بعد الحركة أو تحرك العائق بعيدًا.

لضبط تأثير التأخير ، يمكن تعديل R9 و C5 حسب التفضيل.

يمكن أيضًا استخدام الدائرة الموضحة أعلاه كدائرة كاشف تقارب ودائرة كاشف عائق.

مخطط الرسم البياني

دارة كاشف القرب الدقيق باستخدام LM567 باستخدام ميزة الحلقة المغلقة

دائرة الاختبار

توضح دائرة الاختبار التالية كيفية التحقق من النتائج من تصميم أساسي قائم على LM567 IR. يمكن رؤية التخطيطي أدناه:

كما ترى ، تم دمج مرحلة LM567 فقط في التصميم بينما تم إلغاء مرحلة IC 555 من أجل الحفاظ على إجراءات الاختبار الأساسية أبسط.

هنا يضيء مؤشر LED الأحمر في الطرف رقم 8 من IC ويظل مضاءًا طالما أن مصابيح LED IR متوازية مع بعضها البعض على مسافة 1 قدم.

إذا حاولت استبدال مؤشر LED الخاص بجهاز الإرسال بالأشعة تحت الحمراء Tx بمصدر خارجي آخر له تردد مختلف ، فإن LM567 يتوقف عن اكتشاف الإشارات وسيتوقف مؤشر LED الأحمر عن التوهج.

الثنائيات الضوئية ليست حاسمة ، يمكنك استخدام أي ثنائيات صور مماثلة أو قياسية لمصابيح LED الخاصة بجهاز الإرسال والاستقبال.

مقطع فيديو لإعداد الاختبار أعلاه:

3) تصميم آخر لمستشعر القرب يعتمد على IC 567

كما هو مذكور أعلاه ، فإن الميزة الاستثنائية فيما يتعلق بهذه الدائرة هي أنه لا يمكن تنشيطها أو هزها بواسطة الأشعة تحت الحمراء المباشرة ، وبدلاً من ذلك ، فإن إشعاع الأشعة تحت الحمراء المنعكس الذي يصيب الكاشف هو الذي سيطلق الدائرة.

يوجد في وسط الدائرة وحدة فك ترميز IC (U1) منفردة 567 نغمة تنفذ وظيفة مزدوجة: فهي تعمل كمحرك أساسي لجهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء وكمستقبل. يتم استخدام مكثف C1 والمقاوم R2 لإصلاح تردد مذبذب داخلي U1 إلى حوالي 1 كيلو هرتز.

يتم تطبيق خرج الموجة المربعة من U1 عند الطرف 5 على قاعدة Q1. تم إعداد الترانزستور Q1 كمضخم للباعث ، والذي يربط نبضة 20 مللي أمبير على أنود LED2.

يلتقط الترانزستور Q3 خرج الأشعة تحت الحمراء من LED2 ويوجه الإرسال إلى Q2 لمزيد من التضخيم. بعد التضخيم بواسطة Q2 ، يتم تطبيق الإشارة مرة أخرى على مدخل U1 عند الطرف 3 ، مما يؤدي إلى انخفاض السن 8 ، وتشغيل مؤشر LED1.

عند الحاجة ، يمكن استبدال LED1 بمقرن بصري لتبديل أي حمل يعمل بالتيار المتردد تقريبًا. نظرًا لأن الدائرة واضحة جدًا ، ستعمل أي خطة تصميم تقريبًا.

يجب تثبيت باعث الأشعة تحت الحمراء (LED1) والترانزستور الضوئي (03) تقريبًا ببوصة مفصولة داخل موضع جنبًا إلى جنب مع التركيز في نفس المسار بالضبط.

قد يكون مطلوبًا اختبار التباعد ووجهة نظر التثبيت لزوج من أجهزة الأشعة تحت الحمراء لمعرفة الموضع المثالي لأي نطاق معين بين الكاشف والباعث.

كقاعدة عامة ، تتيح فجوة البوصة بين زوج باعث / كاشف الأشعة تحت الحمراء لدائرة القرب اكتشاف هدف على بعد نصف بوصة إلى بوصة واحدة تقريبًا. تعكس الأهداف المظللة الفاتحة أفضل بكثير ويمكن أن تؤدي على مسافات أكبر من تلك التي تم إنشاؤها من عناصر أعمق. طالما أن مستشعر القرب يلتقط إشارات الأشعة تحت الحمراء المضبوطة ، تستمر الدائرة المتحكم فيها في التشغيل ، وبمجرد اختفاء الإشارة ، ينطفئ الخرج.

4) كاشف القرب باستخدام دائرة IC 555

في هذا التصميم الثالث ، نناقش دائرة كشف تقارب بسيطة تعتمد على IC 555 والتي يمكن استخدامها لاكتشاف التعدي على ممتلكات الغير من مسافة بعيدة.

“أمثلة على التيار المتردد والعاصمة ”

تشغيل الدائرة

يمكن اعتبار كاشف القرب بالأشعة تحت الحمراء من أكثر الدوائر قيمة والأكثر استخدامًا في نطاق تطبيقات الأتمتة الإلكترونية.

يمكننا أن نرى عادةً أنه يتم استخدامه في موزعات المياه الأوتوماتيكية ، ووحدات مجفف الأيدي الأوتوماتيكية ، ويمكن مشاهدة بعض المتغيرات المحددة في الأبواب الأوتوماتيكية للمتاجر.

مبدأ عمل دائرة كشف القرب المقترحة باستخدام IC 555

في التصميم ، يتم تنفيذ جيل من الاندفاعات السريعة لنبضات الجهد القصوى من IC LM555 بمعدل تردد أقل نسبيًا ، والذي يتم إرساله عبر مصباح LED للأشعة تحت الحمراء على شكل نفاثات من حزم الأشعة تحت الحمراء.

تركز هذه النبضات المرسلة على المنطقة المطلوب مراقبتها ، وتنعكس مرة أخرى عندما يتم اكتشاف موضوع أو دخيل عبر الصمام الثنائي الترانزستور الضوئي الموضوع بشكل استراتيجي لاستقبال هذه الإشارات المنعكسة.

بمجرد حدوث ذلك ، تمر الإشارات المستقبلة بالمعالجة من أجل تمكين آلية الترحيل المرفقة ومن ثم تنشيط جهاز الإنذار.

لاختبار التطبيق أعلاه ، يمكن إدخال كائن عبر منطقة حزم الأشعة تحت الحمراء ويمكن التحقق من الاستجابة عن طريق مراقبة عملية الترحيل ، مثل تحريك اليد في المنطقة المركزة ، على مسافة حوالي متر واحد.

عندما تصطدم الإشارات المنعكسة بالترانزستور الضوئي ، فإنه يطور فرقًا محتملًا عبر وعاء 1M (قابل للتعديل) ويطلق مرحلة دارلينجتون المرتبطة ، والتي بدورها تنشط مرحلة 555 على الجانب الأيمن والتي تم تكوينها كدائرة أحادية الاستقرار.

يتم تنشيط التتابع استجابة لذلك ويظل في وضع التشغيل اعتمادًا على التأخير الزمني الأحادي المحدد مسبقًا والذي تم تعيينه بواسطة مكثف 1M ومكثف 10 فائق التوهج.