Optozávora

Optozávora
Ivo Strašil
Infraèervené optozávory jsou jedním z nejpoužívanìjších senzorù v automatizaèní technice. Následující èlánek popisuje stavbu
mikroprocesorovì øízené dvojité optozávory s velkou odolností
proti rušení, vhodné i pro lehké prùmyslové použití.
Technické parametry
Napájecí ss napìtí:
Odbìr proudu:
Výstupy:
opticky oddìlené,
Rychlost odezvy:
Vnìjší rozmìry:
27 x
9 až 31 V.
asi 100 mA.
50 mA/35 V.
max. 50 ms.
97 x 45 mm.
Popis zapojení
Na obr. 1 je schéma zapojení
DPS modulu optozávory. Napájení je
pøivedeno do modulu pomocí svorkovnice K1 k filtraènímu èlenu L1/C1,
za nímž jsou odstranìny pøípadné
napìové špièky trisilem D1 s prahovým napìtím typ. 33 V. Odrušené
napájecí napìtí je stabilizováno pomocí IC2 s nezbytnými kondenzátory
C2, C3 na úroveò 5 V, kterou potøebuje zbytek obvodu ke své èinnosti.
Vysílací IR diody a fototranzistory
jsou pøipojeny ke konektorovým kolíkùm JP1, JP2 podle schématu.
Všechny funkce optozávory jsou
naprogramovány v mikrokontroléru
PIC12F675 (IC1), bìžícím na hodinové frekvenci 4 MHz, øízené interním
oscilátorem RC. Ten generuje signál
s mìnící se frekvencí v rozmezí 300
až 800 Hz a støídou 1 : 1, kterým jsou
buzeny v protifázi pomocí tranzistorù
Q1 a Q2 vysílací diody. Tranzistory
umožòují zvýšit proud diodami až na
100 mA zmenšením odporu rezistorù
R7, R8. Rezistor R6 umožòuje otevøení tranzistoru Q2 i v pøípadì, že je
vysílací dioda v kolektoru Q1 odpojená nebo pøerušená.
Kolektory pøijímacích fototranzistorù jsou pøipojeny na vstupy interního desetibitového pøevodníku A/D
IC1 a je jim udìlen závìrný proud rezistory R10, R11.
Mikrokontrolér svými výstupy ovládá
dvojici výstupních optoèlenù OK1A,
OK1B a spolu s nimi i indikaèní diody
LED1, LED2. Opticky oddìlený výstup zaøízení je poté vyveden na
svorkovnici K2; z dùvodu nedostatku místa pro další svorku není
emitor OK1A vyveden samostatnì,
ale lze jej pomocí jumperu J1 propojit
buï s emitorem OK1B, nebo se záporným pólem napájení modulu. Parametry výstupních tranzistorù optoèlenù jsou dostateèné i pro spínání
vìtšiny typù 24voltových relé (napø.
øady Finder 40xx), používaných v prùmyslových øídicích obvodech. Pøi pøipojení indukèní zátìže ovšem nesmíme
zapomenout pøipojit paralelnì k cívce
opaènì pólovanou diodu, jinak by se
brzy prorazil výstupní tranzistor optoèlenu.
Obr. 1.
Schéma
zapojení
Praktická elektronika A Radio - 06/2005
Trimrem R3 lze nastavit v širokých mezích citlivost modulu spoleènì pro oba vstupy. Jeho ponìkud divoké zapojení pøes rezistor R4 na
jinak výstupní vývod GP2 vyplývá
z nedostatku vývodù mikrokontroléru.
IC1 tedy musí každých asi 50 ms na
nìkolik set mikrosekund pøerušit generování signálu pro infradiody, pøepnout vývod GP2 na vstupní a zjistit
nastavenou citlivost zmìøením napìtí
na tomto vývodu. Tranzistory Q1 a
Q2 v tom okamžiku pracují v lineárním režimu.
Propojka J2 urèuje, kdy jsou výstupy modulu sepnuty: je-li na vývodu 4 mikrokontoléru log. 1, výstupy
jsou typu „light on“, tedy pokud není
èidlo zastínìno, je výstupní tranzistor
sepnut. Pøi pøipojení vývoduu 4 na
log. 0 mají výstupy opaènou logiku,
výstupní tranzistor spíná, když je èidlo zastínìno („dark on“). Bìhem nábìhu oscilátoru mikrokontroléru po
zapnutí napájecího napìtí (asi 100 ms)
jsou oba výstupní tranzistory spolehlivì rozepnuty.
Vlastní vyhodnocení stavu èidel
probíhá souèasnì pro oba vstupy.
Bìhem mìøicího cyklu, který trvá asi
50 ms, se 25krát rozsvítí a zhasnou
IR vysílací diody s postupnì se snižující frekvencí. Po každém rozsvícení se vzorkuje napìtí na kolektorech
fototranzistorù, a je-li snížení tohoto
napìtí oproti stavu se zhasnutou IR
diodou vìtší, než nastavená citlivost
(pøesnìji: než polovina napìtí na
jezdci R3), je zaznamenán stav „bez
pøekážek“. Pokud je tento stav zaznamenán v alespoò 80 % mìøení, je po
uplynutí mìøicího cyklu pøepnut pøíslušný výstup IC1 do stavu „bez pøekážek“.
Výsledkem tohoto zpùsobu mìøení s promìnnou modulaèní frekvencí
je dobré potlaèení rušení i od okolních optozávor, používajících stejný
systém, protože vzhledem k taktování IC1 vnitøním oscilátorem RC se
znaènou závislostí na napájecím napìtí a teplotì se prùbìhy vysílání infradiod od nìkolika kusù popisovaných modulù v praxi nemohou sejít.
Odolnost proti rušení od druhého èidla, pøipojeného ke stejnému modulu, je dosažena buzením jeho infradiody v protifázi - infraèervené záøení
z ní dopadající na „cizí“ pøijímací fototranzistor se naopak odeèítá od užiteèného signálu. Pøi zkratu èi pøerušení okruhu fototranzistoru pøejde
výstup vždy do stavu „zastínìno“.
13
Obr. 2.
Obr. 2 zachycuje prùbìh signálu
na kolektoru pomìrnì špatnì zamìøeného fototranzistoru, který zachycuje i velké množství svìtla od okolního elektrického osvìtlení (modulace
100 Hz) a další rušení od sousední
optozávory. Èervenì je zakreslen modulaèní signál pro vysílací infradiodu.
Program mikrokontroléru je chránìn proti „zatuhnutí“ vnitøním èasovaèem „watchdog“.
Konstrukce
Mechanická konstrukce je podøízena potøebou umístit modul na standardní lištì DIN, byla tedy použita
plastová krabièka typu WEB-B1 z nabídky GM Electronic. Samotný vyhodnocovací modul je zhotoven na
jednostranné DPS (viz obr. 3), èásteènì technologií SMT. Stabilizátor
IC2 opatøíme malým chladièem, IC1
umístíme do „precizní“ objímky, pøípadnì jej lze pøímo zapájet. Protože
použitá krabièka má prùhledné víèko,
indikaèní LED mùžeme pøipájet až na
doraz.
Zvenèí pøístupné konce DPS obsahují svorkovnice K1, K2, konektorové kolíky pro pøipojení èidel a miniaturní trimr R3.
Hotový modul je opatøen popisy
na bílé samolepící folii.
Modul lze použít jako klasickou
optozávoru s oddìlenì (proti sobì)
umístìnými vysílacími a pøijímacími
prvky - dosah v této konfiguraci je 3
až 4 m, retroreflektivní optozávoru
(s odrazkou - dosah asi 2 m) i jako
difuzní (pøijímací dioda zachycuje odraz od detekovaného objektu, napø.
pro detekci pøiblížení ruky v bezdotykových vodovodních bateriích - dosah
do 60 cm). Fototranzistor je v každém pøípadì vhodné chránit pøed dopadem okolního svìtla napøíklad navléknutím nìkolikacentimetrové èerné
bužírky.
Vhodná vysílací dioda je napø.
LD274, lze použít i výkonnìjší, ale
dražší SFH401-3. Jako pøijímaè mùžete použít napø. fototranzistory
SFH309-5, pøípadnì L-53P3BT. Všechny uvedené typy mají malé vyzaøovací úhly a proto není nutné používat žádné èoèky. Pro použití jako
difuzní snímaè mùže být efektivnìjší použít prvky s vìtšími vyzaøovacími úhly.
Optoprvky pøipojíme k modulu stínìnými kabely s konektory typu SPK
k nasazení na konektorové kolíky.
Oživení
Obr. 3. Deska s plošnými spoji a fotografie závory
Pøi peèlivé práci by mìl modul
bez problémù pracovat na první zapojení. Pokud se tak nestane, provìøíme napájecí napìtí a osciloskopem otestujeme pøítomnost a
prùbìh signálù na vysílacích a pøijímacích diodách.
Seznam souèástek
R1, R2
150 Ω, SMD 1206
R3
500 Ω, trimr CA6V
R4, R6
470 Ω, SMD 0805
R5, R10, R11 22 kΩ, SMD 1206
R7, R8
150 Ω, (204)
R9
2,2 kΩ, SMD 0805
C1
100 µF/50 V
C2, C3
100 nF
Q1
BC517
Q2
BC546B
D1
P6KE33A
IC1
PIC12F675I/P
IC2
7805
J1 jumper 3 vývody + propojka
JP1, JP2 jumper vývody 2x 2
K1
ARK550/2
14
Praktická elektronika A Radio - 06/2005
ñ
ñ
K2
ARK550/3
CHL
DO1A
L1
470 µH
LED1, LED2 LED 3 mm
OK1 PC827
krabièka WEB-B1 (GM Electronic kód
U-86.010.0053.0)
konektory SPK-2 4 ks
vysílací infradiody, fototranzistory viz
text
Pokud máte jakékoliv námìty,
dotazy nebo pøipomínky, kontaktujte
mì na [email protected]
Firmware pro IC1 (je také na
www. aradio.cz) a podklady pro
výrobu DPS jsou dostupné i na
www.egmedical.cz/istrasil
Literatura
[1] Archiv konference hw-news: listarchive.gin.cz/hw-news
[2] Microchip AN 657: Decoding Infrared
Remote Controls Using a PIC16C5X
Microcontroller (www.microchip.com)
Obr. 4.
Výpis programu
pro IC1
Staré
elektrolytické
kondenzátory
a datum výroby
Lze použít do nových zapojení
staré elektrolytické kondenzátory? Na
otázku ètenáøe, zda je možné pøi stavbì síového zdroje použít staré elektrolytické kondenzátory, které delší
dobu ležely (tazatel udával pøibližnì
deset let) a zda je možné z oznaèení
na kondenzátoru urèit jejich stáøí, odpovídá v rubrice MAILBOX redakce
známého nìmeckého èasopisu [1]
následovnì: ano, pravdìpodobnì lze.
Po tak dlouhé dobì je však vhodné kondenzátory regenerovat a to
tak, že se pøipojí pøes 1 MΩ po jistou
dobu na jmenovité napìtí. Po takovém formování jsou elektrolytické
kondenzátory opìt použitelné.
Druhá èást dotazu se týká stáøí
kondenzátorù, které lze zjistit z kódového oznaèení data výroby, používaného rùznými výrobci (uvádìn je Philips, nyní BCC) podle normy DIN
41314 a IEC 60062. Prvý znak je rok,
druhý pak mìsíc výroby:
F = 1995
H = 1996
J = 1997
K = 1998
:0C00
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1006
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:1007
:0E07
:0240
:0000
0000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
A000
B000
C000
D000
E000
F000
0000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
A000
B000
C000
D000
E000
F000
0E00
0001
8301
8312
AE0B
B000
8312
9F00
0000
B201
0800
8100
8312
8500
B10C
0B30
6400
3208
0515
A900
2D02
B200
B202
A10A
DB2B
B203
2602
851D
8312
0318
0318
CC31
FF
0030
AE00
232B
B00B
AE00
0730
462B
3308
8312
0130
2B23
0130
0310
8316
0511
A500
2308
0030
031D
2808
3208
2B08
2B08
2D08
031C
EE2B
2202
F42B
FC2B
B3
8A00
272B
0800
312B
B100
AF00
1E08
B107
8501
8312
8312
8312
B20C
8500
2308
0030
2023
3823
AD2B
B100
2502
2D02
B200
B202
A20A
1530
0512
8516
0516
0428
0530
8312
AF0B
0310
AF0B
B400
0318
8316
9F00
A101
2B23
B10C
1430
2023
3823
0130
3108
2808
2C08
031D
031D
2A08
3208
A30A
2102
0318
F52B
FD2B
L = 1999
M = 2000
N = 2001
P = 2002
R = 2003
S = 2004
T = 2005
U = 2006
V = 2007
W = 2008
1 = leden
2 = únor
3 = bøezen
4 = duben
5 = kvìten
6 = èerven
7 = èervenec
8 = srpen
9 = záøí
O = øíjen
N = listopad
D = prosinec
Poslední tøi písmenné znaky jsou
odvozeny ze jmen mìsícù (O - Oktober, N - November, D - Dezember).
Kondenzátor vyrobený v èervnu 1999
má oznaèení datem výroby L6.
A jak je tomu u našich kondenzátorù? Dvoupísmenné kódové oznaèení souèástek TESLA datem výroby
od roku 1947 do roku 1979 lze nalézt
v [2], pozdìjší oznaèení (zmìnìné od
roku 1983 na jednotný systém RVHP)
je uvedeno v [3]. Již v roce 1984 se
však pøešlo na oznaèování podle
ÈSN 35 8006 (na základì doporuèení
IEC 62), odpovídající výše uvedenému dvouznakovému kódu.
Praktická elektronika A Radio - 06/2005
8301
AF00
AE00
2F2B
B10D
432B
B301
B20A
9501
1730
A201
0230
3108
8312
0130
3108
3823
A600
2C02
B102
BF2B
C72B
B100
2702
2E30
8512
0516
8512
0512
592B
AF0B
0430
AE0B
0310
9F14
8316
3408
0B30
8316
0511
3823
AC00
A300
3823
AA00
3108
3208
0318
031C
3108
2A08
2C08
031D
2302
0318
FD2B
1530
6400
82
252B
AF00
2D2B
310D
9F1C
1E08
B207
8500
9F00
0F30
0310
3208
2308
3108
3208
A800
A700
C12B
B203
2402
2C02
B102
D92B
031C
8516
1530
8312
6A2B
8312
5330
0800
813E
4A2B
B100
8312
8F30
6430
8316
B20C
AD00
A000
A400
AB00
3208
2908
2908
2D08
031C
0318
031C
3108
862B
1530
2102
2202
66
92
E2
96
A5
DA
EB
43
69
31
6F
13
E3
49
88
97
8A
84
DC
06
DC
CF
85
EB
46
74
83
7F
Prvý znak kódu urèující rok je v [4]
uveden následovnì:
M = 1980
N = 1981
P = 1982
R = 1983
S = 1984
T = 1985
U = 1986
V = 1987
W = 1988
X = 1989
A = 1990
B = 1991
Uvádìný pøíklad znaèení: leden
1986 = U1. Jak je z obou tabulek vidìt, opakují se prvé znaky po dvaceti
letech, takže nelze datum výroby urèit
zcela jednoznaènì (T1 mùže být leden 1985 nebo 2005) a nutno vzít
v úvahu i druh a tvar souèástky, mìnící se v prùbìhu èasu (asi se nepoèítalo, že by se stejná souèástka
mohla vyrábìt déle než dvacet let).
Znaky uvedené v tabulce poslouží
k urèení stáøí nejen elektrolytických
kondenzátorù, nýbrž i dalších souèástek a pøístrojù z nich vyrobených.
JOM
Literatura
[1] Elektor 2005, è. 2, str. 9.
[2] Roèenka sdìlovací techniky 1979,
str. 144 až 152.
[3] Roèenka sdìlovací techniky 1985,
str. 110.
[4] Roèenka sdìlovací techniky 1986,
str. 126 až 128.
15