Главная » Обзоры
Призовой фонд
на ноябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
4. 200 руб.
От пользователей

Инфракрасный датчик препятствия на компараторе LM393

В данном обзоре мы рассмотрим и протестируем модуль инфракрасного датчика препятствия с обозначением MH-B. Модуль построен на сдвоенном компараторе LM393. 

Заказ производился в китайском интернет-магазине Алиэкспресс. Датчик стоит ~20 рублей:

Товар на Алиэкспресс

В Грузию товар был доставлен бесплатно компанией "4PX Singapore Post OM Pro" в стандартном пакете:

Товар в пакете

Плата модуля была герметично запечатана в антистатический пакет и обвернута полиэтиленом с пупырышками:

Обёртка с пупырышками

Модуль в антистатическом пакете

С одной стороны платы имеются штырьки для подачи питания и снятия сигнала, а с противоположной стороны параллельно друг другу установлены инфракрасный светодиод и фотодиод, которые нужно направлять в сторону препятствия для определения его наличия:

Плата модуля снизу

Все контакты подписаны и будет очень легко подключиться к модулю:

  •   На VCC подаётся напряжение питания;
  •   Вывод GND - общий;
  •   С вывода OUT снимается сигнал.

С другой стороны платы написано +OUT, но это не совсем так, и об этом мы поговорим позже:

Плата модуля сверху

Кроме микросхемы и светодиода с фотодиодом из радиоэлементов на модуле имеются:

  •   светодиод индикации питания;
  •   светодиод индикации сигнала;
  •   два гасящих резистора для светодиодов на 1 кОм;
  •   гасящий резистор инфракрасного светодиода на 100 Ом
  •   два резистора смещения по 10 кОм;
  •   подстроечный резистор на 10 кОм
  •   два шунтирующих конденсатора по 0,1 мкФ;

 Принципиальная схема модуля инфракрасного датчика препятствия

Как уже говорилось модуль основан на сдвоенном компараторе LM393. Коротко рассмотрим документацию на эту микросхему:

Технические характеристики LM393

Серия LM393 представляет собой двойные независимые прецизионные компараторы напряжения, способные работать с одиночным или раздельным питанием. Эти устройства спроектированы таким образом, чтобы обеспечить общий режим от одного до другого с одним режимом питания. Спецификации смещения входного напряжения до 2,0 мВ делают это устройство отличным выбором для многих применений в потребительской, автомобильной и промышленной электронике. Особенности компаратора LM393:

  • Широкий диапазон питания постоянного тока с одним источником(от 2,0 В  до 36 В);
  • Диапазон двуполярного питания от 1,0 В до 18 В постоянного тока;
  • Очень низкий ток покоя, независящий от напряжения питания(0,4 мА);
  • Низкий синфазный входной ток смещения(25 нА);
  • Низкий дифференциальный входной ток смещения(5 нА);
  • Низкое входное напряжение смещения(5,0 мВ макс.);
  • Дифференциальное входное напряжение, равное напряжению питания;
  • Выходное напряжение, совместимое с логическими уровнями DTL, ECL, TTL, MOS и CMOS;
  • Температура окружающей среды от 0 ° C до 70 ° C.

У микросхемы восемь выводов, два из которых общий(4) и плюс питания(8), два других выходы: 1 - выход компаратора A, 7 - выход компаратора B. Выводы 2 и 3 соответственно инверсный и прямой вход компаратора A, а выводы 5 и 6 соответственно прямой и инверсный входы компаратора B. Представляю так же внутреннюю схему одного из компараторов:

Внутренняя схема компаратора

Как видно из схемы выход компаратора представляет из себя каскад на транзисторе с открытым коллектором. 

Весь модуль в собранном виде не больше длины спичинки и легко может уместится в небольшом пространстве:

Сравнение размера модуля со спичинкой

Перейдем к проверке и для этого нам понадобится:

  1. блок питания небольшой мощности на 5 Вольт;
  2. разъём для подключения к штырькам модуля;
  3. светодиод для индикации сигнала на выходе;
  4. токоограничительный резистор для светодиода на сопротивление 220 Ом;
  5. ну и собственно сам модуль разумеется

блок питания небольшой мощности на 5 Вольт разъёмы для подключения к штырькам модуля   светодиод для индикации сигнала на выходе токоограничительный резистор для светодиодa

Проверять мы будем самым простым способом, без всяких контроллеров, и все это мы соединим по следующей схеме:

Схема проверки модуля

В описании к модулю говорится что он будет работать при напряжении от 3 В до 5 В и мы будем проверять с напряжением питания 5 В. Хочу отметить одну особенность - в начале я говорил, что на штырьке выхода подписано +OUT и что это не совсем так. Из внутренней схемы компаратора, на котором собран модуль, видно что коллектор выходного транзистора никуда не подключён и на нём никак не может быть "+", хотя на плате модуля установлен резистор смещения между выходом и плюсом питания на 10 кОм, но в некоторых случаях этого может быть недостаточным, и при этом получается что выход работает инверсно: при срабатывании датчика на выходе будет логический "0". Это нужно учесть при конструировании некоторых поделок. Сначала я все же поверил надписи на плате и подключил светодиод между выходом и общим проводом, но светодиод начинал светится сразу при подаче питания без препятствия перед модулем, а во время срабатывания при поднесении препятствия на 3 см. он наоборот гаснет:

Неправильная схема подключения модуля

Светодиод светится без препятствия перед модулем

При срабатывании модуля светодиод гаснет

Пришлось подключить светодиод между выходом и плюсом питания. Собираем правильную схему и подаём напряжение питания:

Правильная схема подключения модуля

Видим что без препятствия светодиод не светится.

Замеряем ток и видим что без препятствия в режиме покоя ток потребления 36 мА:

Ток потребления без препятствия перед датчиком

После срабатывания светится светодиод индикации наличия сигнала и потребляемый ток увеличивается до 47 мА:

Ток потребления после срабатывания датчика

Изменяя сопротивление подстроечного резистора я замерил стабильное минимально И максимально возможное расстояние срабатывания датчика. При вращении оси подстроечного резистора против часовой стрелки расстояние срабатывания уменьшается и минимально возможное расстояние составило 1 см.:

Минимальное расстояние срабатывания датчика

При вращении же оси подстроечного резистора по часовой стрелке расстояние срабатывания датчика увеличивается и максимальное надёжное расстояние срабатывания датчика составило около 12 см.:

Максимальное надёжное расстояние срабатывания датчика

В темноте хорошо заметно, что срабатывание датчика происходит не резко скачком, а плавно. При приближении препятствия к датчику выходное напряжение возрастает постепенно, и так же постепенно уменьшается при удалении препятствия от датчика. Это говорит о невысоком качестве датчика, но оно оправдано весьма низкой его стоимостью:

Проверка датчика в темноте постепенным приближением и удалением препятствия Проверка датчика в темноте постепенным приближением и удалением препятствия Проверка датчика в темноте постепенным приближением и удалением препятствия Проверка датчика в темноте постепенным приближением и удалением препятствия

 
Я специально произвел проверку модуля без контроллера подручными и доступными средствами, чтобы все было просто и наглядно. Не малую роль так же играет повторяемость.

Хочу добавить, что я собираюсь использовать этот модуль в автономной конструкции и меня не устраивает такой большой ток потребления. Это был просто обзор и проверка работоспособности, а что можно сделать для уменьшения потребляемого тока я расскажу в другой статье. 

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (14) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
-1
Hepo #
Начнемс.
В схеме нет резисторов смещения только токо ограничивающие. Один резистор ограничивает ток протекающий через транзистор оптопары, второй ограничивает ток на выходе компоратора. В норамальном режиме при приближении загорается светодиод. Инверсности быть не может. Единственно ток на ноге OUT не может быть больше 0,5мА. Для контроллера этого будет достаточно а вот для других девайсов может быть не достаточно.
коллектор выходного транзистора никуда не подключён

Учитесь читать схемы прежде чем писать.
Далее вам еще повезло что не спалили 393 своим светодиодом поскольку вы подали ток на него практически на грани допустимого компаратора.
На лицо полная техническая безграмотность и не знание электротехники.
Ответить
0

[Автор]
andro #
В первую очередь спасибо за критику, но к сожалению последнее написанное можно сказать только про Вас. Токоограничивающий резистор транзистора оптопары задаёт смещение на входе компаратора, а второй резистор совсем ничего не ограничивает, он является подтягивающим для нагрузочного устройства и тем самым задаёт смещение на его входе при закрытом выходном транзисторе компаратора, а не компОратора как Вы написали. А вот на счёт тока на ноге "Out" - это смотря как снимать сигнал. По схеме видно, что индикаторный светодиод включён между выходом и +VCC, а максимальный нагрузочный ток компаратора в таком случае равен 20 мА. Смотрите справочную информацию на LM393. И чем писать такую путаницу и вводить читателя в заблуждение, лучше сами научитесь читать документацию и принципиальные схемы. А статьи я всегда пишу из того, что было на самом деле, с фото и видеоматериалом, и не привожу пустых доводов с воздуха, как Вы в данном случае!
Ответить
-1
Hepo #
Еще раз напишу для особо грамотных. Резистор в коллекторе транзистора ограничивает ток протекающий через транзистор оптопары. Для школьников, при закрытом транзисторе напряжение на компараторе будет равно напряжению питания, после открытия транзистора оптопары, напряжение на входе компаратора будет равно напряжению насыщения транзистора оптопары.
Индикаторный светодиод только 3мА через резистор 0.5мА и через ваш светодиод 16мА в итоге через компаратор тек ток в 19.5мА. что на пределе возможности компаратора.
Далее про вашу безграмотность. Коллектор "выходного" транзистора как раз таки подключен к ноге +OUT, а эммитер подключен к общему проводу.
не привожу пустых доводов с воздуха
Как раз таки это и получается. Прежде чем переводить стрелки необходимо понимать о чем Вы пишете.
Отредактирован 03.11.2017 12:56
Ответить
0

[Автор]
andro #
Я искренне хочу Вам помочь. Транзистор оптопары таки не открывается/закрывается и не насыщается, а вместе с резистором образует делитель напряжение, с которого смещение подаётся на прямой вход компаратора и сравнивается с установленным подстроечным резистором напряжением смещения на инверсном входе компаратора. Это напряжение смещения меняется плавно, а не так, как Вы себе представляете - транзистор оптопары не насыщается! На счёт коллектора выходного транзистора - взгляните на внутреннюю схему компаратора и там всё видно, о чём и шла речь: выход компаратора представляет из себя транзистор с открытым коллектором, если Вы понимаете что это значит. И откуда Вы взяли эти цифры про токи??? Ток через индикаторный светодиод модуля
I~(5V-3V)/1k=0,2 mA
Ток через подключённый мною светодиод
I~(5V-3V)/0,22k=9,1 mA
Плюс ток через резистор 10 кОм и в итоге получается 9,8 мА, и это без учёта падения напряжения на выходном транзисторе компаратора. Данный ток не составляет даже половину максимального допустимого тока компаратора! Если не понятно, то 5В это напряжение питания, 3В среднее падение напряжения на светодиоде.
Так что если Вы порядочный человек, лучше принесите свои извинения...
Ответить
0
Hepo #
Для начала проясним какой светодиод вы используете? У красных светодиодов обычно напряжение 1,6-2В, откуда 3В? Это у белых порядка 3В.
транзистор с открытым коллектором
Прекрасно понимаю, по этому и написал что весь ток будет стекать через компаратор.
ЗЫ. Компаратор применен в данной схеме для того чтобы получить на выходе полные 5В, в отличие от операционного усилителя, и напряжение смещения здесь ни при чем. установленный резистор не позволит задавать напряжение с такой точностью.
Ответить
0

[Автор]
andro #
А если вдруг на выходе будет 4,9 В?
Ответить
0
Hepo #
Проблема то не в 4.9В, а у того же LM358 напряжение на выходе может быть только Vdd-1.5В.
В итоге получим только 3.5В. Таким напряжение нельзя управлять полевиком логического уровня и даже контроллер может не отработать, а применять R2R операционник увеличит стоимость раза в 2 и больше.
Ответить
0
MACTEPok #
Собирал ИК выключатель подсветки по принципу реакции на препятствие. Столкнулся с непонятным для меня явлением. Т.к. ИК транзистор был непосредственно за светильником, для предотвращения засветки, надел черную термоусадку на транзистор. В итоге после отключения светильника, схема снова отрабатывала включение. Осциллограмма показала, что при полной темноте ИК транзистор выдавал лог. "0", несмотря на подтяжку к +5В. По мере увеличения освещенности появлялась подтяжка к +5В и далее нормальная реакция лог. "0" при засветке транзистора.
Ответить
0
Hepo #
Давно как-то тоже купил DIY ИК выключатель с китая. Собрал. А он постоянно включается. По замерам засвечен транзистор. Одел по термоусадке на приемник и излучатель, всеравно засвечен. И только когда разделил их непрозрачным пластиком засветка пропала. Если схема была собрана подобно этой то может кондесатор паралельно транзистору великоват и система не успевала отрабатывать? Хотя странно. Источник внешнего ИК излучения(пульт или другой источник ИК.) я полагаю можно исключить?
Ответить
0
MACTEPok #
Попробовать выпаять ИК излучатель и контролировать уровень напряжения на коллекторе ИК транзистора от полной темноты до засветки. Должно быть: от +5 плавно снижается, затем скачок в 0. Было у меня: 0, затем по мере засветки в +5, далее аналогично как должно быть.
Подбор номинала резистора между +5 и коллектором ничего не бал. Экспериментировал на L-3DP3C.
Ответить
0
MACTEPok #
Да, косяк в засветке фотодатчика излучателем. Пробивает сквозь 4 мм фанеры, когда приемник и излучатель рядом, на расстоянии уже норм.
Ответить
+1
Hepo #
что можно сделать для уменьшения потребляемого тока
Здесь не так много вещей которыми можно пожертвовать. Выкинуть светодиоды это 4мА.
И если необходима не вся дальность срабатывания то снизить ток излучателя. Если я угадал излучатель то его ток порядка 30мА. Что вполне можно порезать.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Вот это уже другое дело.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Квадрокоптер Syma X11
Квадрокоптер Syma X11
Мультиметр Mastech MS8268 Мини гравер 125 Ватт
вверх