Un sensor de proximidad IR es un dispositivo que detecta la presencia de un objeto o un humano cuando se encuentra dentro de un rango predeterminado desde el sensor, a través de rayos infrarrojos reflejados.
Aquí se explican tres conceptos útiles de sensores de proximidad, el primer concepto se basa en un opamp ordinario LM358, el segundo utiliza IC LM567 que funciona con un principio de bucle de bloqueo de fase que garantiza una respuesta muy precisa para la detección. El tercer circuito funciona utilizando el omnipresente IC 555. Aprendamos cada uno con una explicación paso a paso.
Visión general
Hay un larga lista de sensores que están disponibles en el mercado hoy.
Uno de esos sensores es el sensor de proximidad.
En este post, estamos a punto de desentrañar cómo funciona un sensor de proximidad y qué aportan los conocimientos necesarios para realizar este proyecto en casa. Como sugiere el nombre, la unidad detecta si un objeto está cerca o lejos de él. Pueden diseñarse de diferentes formas.
Pero, el método más común es el basado en rayos INFRARROJOS y OPAMP. Algunos usos comunes de este dispositivo se pueden ver en teléfonos celulares, sistemas de descarga automática, grifos automáticos, secadores de manos y robots que nunca caen.
Componentes requeridos
1. LED IR : Cada LED emite algún tipo de radiación electromagnética cuando se enciende. Desde nuestra experiencia doméstica, hemos conocido leds que emiten luz visible.
Pero, también hay algunos leds especiales que emiten rayos infrarrojos. Así como puede haber led visibles de diferentes colores, los led IR también emiten rayos de diferentes longitudes de onda. Los rayos infrarrojos pueden tener diferentes longitudes de onda y pueden tomar cualquier valor perteneciente a su banda de ondas.
Por lo tanto, es muy importante que el fotodiodo IR utilizado sea capaz de detectar la longitud de onda particular de INFRA ROJO emitida por el led IR.
2. FOTODIODO IR : Es un tipo especial de diodo que está conectado en polarización inversa para la detección de rayos IR . En ausencia de radiación IR, tiene una resistencia muy alta y prácticamente no pasa corriente a través de él.
Pero cuando los rayos IR caen sobre él, su resistencia disminuye y se deja pasar una corriente proporcional a la intensidad de la radiación.
Esta propiedad del fotodiodo se utiliza para generar una señal eléctrica en el sensor de proximidad en la incidencia de los rayos IR.
3. Amplificador operacional (IC LM358) : Op-amp o amplificador operacional es un ic multipropósito y es muy venerado en el mundo de la electrónica.
En este proyecto, el amplificador operacional se utiliza como comparador. El LM358 IC tiene dos amplificadores operacionales, lo que significa que podemos hacer dos detectores de proximidad usando solo un IC. La razón para usar amplificador operacional en el circuito es convertir la señal analógica en señal digital.
4. Preestablecido : El preajuste es básicamente una resistencia que tiene tres terminales.
La función de un preajuste es dividir el voltaje total disponible de manera que el usuario pueda acceder a una fracción del mismo. Solo tenemos que colocar el terminal del medio en una posición adecuada.
El preajuste establece el voltaje umbral por encima del cual se debe generar el voltaje de salida. Puede ajustarse manualmente a la resistencia de cualquier valor girando su cabeza con un destornillador adecuado.
5. Led rojo : He utilizado un led rojo para mi proyecto pero en general se pueden utilizar led de cualquier color. Actúa como una señal visual para mostrar que el obstáculo se ha acercado lo suficiente.
6. Resistencias : Dos de 220 ohmios y uno de 10k ohmios.
7. Fuente de alimentación : 5 v a 6 v.
Como funciona
El principio que subyace al funcionamiento de un sensor de proximidad es bastante simple. Un concepto típico tiene dos leds paralelos entre sí: led emisor de infrarrojos y un fotodiodo.
Actúan como un par de transmisor-receptor. Cuando un obstáculo se acerca a los rayos del emisor, estos se reflejan y el receptor los intercepta.
Según las propiedades del fotodiodo, los rayos IR interceptados disminuyen la resistencia del fotodiodo y se genera la señal eléctrica resultante. En la práctica, esta señal es el voltaje a través de la resistencia de 10k que se alimenta directamente al extremo no inversor del amplificador operacional.
La función del amplificador operacional es comparar las dos entradas que se le dan.
La señal del fotodiodo se envía al pin no inversor (pin 3) y el voltaje umbral del potenciómetro se da al pin inversor (pin 2) .Si el voltaje en el pin no inversor es mayor que el voltaje en el pin de inversión la salida del amplificador operacional es alta; de lo contrario, la salida es baja.
Con todo, el amplificador operacional convierte la señal analógica en señal digital en este circuito.
SALIDAS:
La salida del sensor se puede utilizar de dos formas: ANALÓGICA y DIGITAL.
La salida digital tiene la forma de alta o baja. La señal de salida digital de un sensor de proximidad se puede utilizar para detener el movimiento de un robot que evita obstáculos. Tan pronto como el obstáculo se acerque lo suficiente, la señal se puede alimentar directamente a los pines de entrada del controlador del motor para detener los motores.
La salida analógica es un rango continuo de valores desde cero hasta algún valor finito. Dicha señal no puede transmitirse directamente a los controladores de motor y otros dispositivos de conmutación. Primero, deben ser procesados por los microcontroladores y convertirse a formato digital mediante ADC y algo de codificación. Esta forma de salida requiere un microcontrolador adicional pero elimina el uso de amplificador operacional.
Digaram de circuito completo
ACTUALIZAR desde Administración
El diseño de circuito anterior también podría construirse utilizando un solo opamp IC 741 ordinario, como se muestra a continuación:
Clip de vídeo
2) Circuito detector de proximidad preciso (inmune a la luz solar)
La siguiente publicación explica un circuito detector de proximidad basado en infrarrojos (IR) preciso que incorpora el IC LM567 para garantizar operaciones confiables e infalibles. Este circuito es inmune a la luz solar o cualquier otra luz ambiental y no se verá afectado hasta que el sensor reciba las señales reflejadas sintonizadas. El diseño también funciona como detector de obstáculos.
El concepto de circuito
Encontré este diseño en la red mientras buscaba un circuito de sensor de proximidad preciso, confiable pero económico.
El circuito se puede entender con la ayuda de la siguiente descripción:
En referencia al circuito detector de movimiento infrarrojo (IR) que se muestra a continuación, vemos el diseño que consta de dos etapas principales, una que involucra al IC LM567 y la otra al IC555.
Básicamente el IC LM567 se convierte en el corazón del circuito que únicamente realiza las funciones de generar / transmitir la frecuencia IR y también detectar la misma.
Además, el IC tiene un circuito de bucle de bloqueo de fase interno que lo hace altamente confiable con aplicaciones de circuito de detección de frecuencia.
Significa que una vez que lee y se engancha a una frecuencia determinada, su función de detección se bloquea en esa frecuencia y, por lo tanto, cualquier otra perturbación perdida, sin importar lo fuerte que sea, no influye ni perturba su funcionamiento.
Operación del circuito
Una frecuencia de oscilador interna determinada por R3, C2 alimenta el diodo IR D274 a través de una etapa controlada por corriente que consta de T1, R2. Esta frecuencia decide la frecuencia central del chip.
Con las condiciones anteriores, el IC se establece y se centra en la frecuencia anterior generando un alto constante en su pin de salida # 8.
El pin de entrada # 3 del IC espera recibir una frecuencia que puede ser exactamente igual a la frecuencia 'centrada' anterior del IC.
El receptor de infrarrojos o el sensor conectado a través del pin n. ° 3 del IC se coloca exactamente para este propósito.
Tan pronto como el rayo IR del LD274 encuentra un obstáculo, su rayo se refleja y cae sobre el diodo detector BP104 posicionado apropiadamente.
La frecuencia IR del LD274 ahora pasa al pin de entrada # 3 del IC, ya que esta frecuencia será exactamente la misma que la frecuencia central establecida del IC, el IC lo reconoce e instantáneamente cambia su salida de alta a BAJA.
El disparador bajo anterior en el pin # 2 del IC 555 que está configurado como monoestable a su vez cambia su salida a alto, haciendo que la alarma conectada suene.
La condición anterior persiste mientras la interrupción del sensor / detector de infrarrojos permanezca y permita que los rayos se reflejen. Con la inclusión de R9 y C5, la salida de IC555 exhibe una cierta condición de retardo de apagado para el zumbador conectado incluso después de que el movimiento o el obstáculo se aleja.
Para ajustar el efecto de retardo, R9 y C5 pueden modificarse según sus preferencias.
El circuito explicado anteriormente también se puede utilizar como circuito detector de proximidad y circuito detector de obstáculos.
Diagrama de circuito
Circuito de prueba
El siguiente circuito de prueba muestra cómo verificar los resultados de un diseño básico basado en IR LM567. El esquema se puede ver a continuación:
Como puede ver, solo la etapa LM567 está incorporada en el diseño, mientras que la etapa IC 555 se ha eliminado para simplificar los procedimientos de prueba fundamentales.
Aquí, el LED rojo en el pin # 8 del IC se enciende y permanece iluminado mientras los LED IR se mantengan paralelos entre sí a una distancia de 1 pie.
Si intenta reemplazar el LED rojo del transmisor de infrarrojos Tx con otra fuente externa que tenga una frecuencia diferente, el LM567 dejará de detectar las señales y el LED rojo dejará de brillar.
Los fotodiodos no son cruciales, puede utilizar cualquier fotodiodo similar o estándar para los LED del transmisor y del receptor.
Videoclip para la configuración de prueba anterior:
3) Otro diseño de sensor de proximidad basado en IC 567
Al igual que lo anterior, la característica excepcional de este circuito es que no se puede activar o vibrar por radiación IR directa, sino que solo la radiación IR reflejada que golpea el detector activará el circuito.
En el centro del circuito hay un decodificador de 567 tonos IC (U1) que ejecuta una funcionalidad doble: funciona como controlador básico de transmisor de infrarrojos y como receptor. El condensador C1 y la resistencia R2 se emplean para fijar la frecuencia del oscilador interno de U1 en alrededor de 1 kHz.
La salida de onda cuadrada de U1 en el pin 5 se aplica a la base Q1. El transistor Q1 está configurado como un amplificador seguidor de emisor, que conecta un pulso de 20 mA en el ánodo LED2.
El transistor Q3 capta la salida de infrarrojos del LED2 y dirige la transmisión a Q2 para una mayor amplificación. Después de la amplificación por Q2, la señal se aplica de nuevo a la entrada de U1 en el pin 3, lo que activa el pin 8 para que se vuelva bajo y encienda el LED1.
Cuando sea necesario, el LED1 podría sustituirse por un optoacoplador para alternar prácticamente cualquier carga accionada por CA. Debido a que el circuito es muy sencillo, casi cualquier plan de diseño funcionará.
El emisor de infrarrojos (LED1) y el fototransistor (03) deben instalarse aproximadamente a una pulgada de distancia dentro de una ubicación lado a lado y enfocados exactamente en la misma pista.
Puede ser necesario probar el punto de vista de la separación y la instalación de un par de dispositivos IR para determinar la posición perfecta para cualquier rango asignado entre el detector y el emisor.
Como regla general, un espacio de una pulgada entre el par de emisor / detector de infrarrojos hace posible que el circuito de proximidad descubra un objetivo con una separación de aproximadamente media a 1 pulgada. Los objetivos sombreados más claros reflejan mucho mejor y pueden funcionar a mayores distancias que los creados a partir de elementos más profundos. Siempre que el sensor de proximidad capte las señales IR sintonizadas, el circuito controlado continúa encendido y tan pronto como la señal desaparece, la salida se apaga.
4) Detector de proximidad con circuito IC 555
En este tercer diseño, analizamos un circuito detector de proximidad basado en IC 555 simple que se puede utilizar para detectar intrusiones humanas a distancia.
Operación del circuito
Un detector de proximidad por infrarrojos puede considerarse como uno de los circuitos más valiosos y más utilizados en la gama de aplicaciones de automatización electrónica.
Por lo general, podemos ver que se utiliza en dispensadores de agua automáticos, unidades de secado de manos automáticas y algunas variantes específicas se pueden ver en las puertas automáticas de los grandes almacenes.
Principio de funcionamiento del circuito detector de proximidad propuesto utilizando IC 555
En el diseño, se implementa una generación de ráfagas rápidas de pulsos de voltaje máximo del IC LM555 a una tasa de frecuencia relativamente más baja, que se transmite a través del LED infrarrojo como chorros de rayos IR.
Estos pulsos transmitidos se enfocan hacia el área que se requiere monitorear, y se reflejan cuando se detecta un sujeto o intruso a través de un diodo fototransistor ubicado estratégicamente para recibir estas señales reflejadas.
Una vez que esto sucede, las señales recibidas se procesan para permitir que se active un mecanismo de relé adjunto y, posteriormente, un dispositivo de alarma.
Para probar la implementación anterior, se puede introducir un objeto a través de la zona de los rayos IR y la respuesta se puede verificar monitoreando la operación del relé, como moviendo la mano en el área enfocada, dentro de una distancia de aproximadamente 1 metro.
Cuando las señales reflejadas golpean el fototransistor, se desarrolla una diferencia de potencial en el potenciómetro de 1M (ajustable) y activa la etapa Darlington asociada, que a su vez activa la etapa 555 del lado derecho configurada como un circuito monoestable.
El relé se activa en respuesta a esto y permanece ENCENDIDO dependiendo del retardo de tiempo predeterminado monoestable establecido por el capacitor de 1M y 10uF.
Diagrama de circuito
Lista de piezas del circuito detector de proximidad IR basado en IC 555 propuesto.
2-- IC LM 555
2-- Tomas IC de 8 pines
1-- relé 12 V 5 pines
1-- Fototransistor infrarrojo de uso general
1-- Diodo infrarrojo de uso general
3-- BC547
2-- condensadores. 10 uF / 50 V
1-- diodo 1N4148
1-- led rojo de 5 mm
1-- 68 H
1-- 1K5
2-- 10K
1-- 100.000
1-- 470 R H Todos 1/2 W
1-- Resistencia de 10k 1/4 w para conectar entre el cable central preestablecido de 1M y el par BC547
Configuración de pines IC 555
Anterior: Haga este convertidor Buck usando Arduino Siguiente: Controlador de bomba basado en SMS con apagado automático de funcionamiento en seco
