Датчики приближения и контроля. Извещатели пересечения линии Инфракрасный датчик пересечения луча 2 кгц

!
В данной статье автор канала "Make Your OWN Creation" покажет Вам как сделать активный инфракрасный датчик, реагирующий на пересечение условной линии. Например при проходе через дверной проем или на небольшом расстоянии от него.

Данный датчик будет полезен например для хозяев магазинов, он позволит вовремя услышать о пересечении определенной зоны покупателем. Он является беспроводным и автономным. Может быть установлен в любом нужном месте. Так же не требует установки зеркал, как лазерные системы. Принцип работы заключается в излучении и приеме контроллером отраженного сигнала от объекта. Для этого у него на плате установлены передающий инфракрасный светодиод и принимающий фотодиод.

Дальность действия луча регулируется.
Прочитав эту статью, практически любой самоделкин, который хоть немного умеет пользоваться паяльником сможет повторить это устройство.

Количество необходимых деталей минимально.

1. Инфракрасный модуль ссылочка на него .

2. Buzzer, или пищалка, напряжением 5В .

3. Резистор 4,7Ом.

4. Транзистор BC558.

5. Батарейный разъем.

6. Аккумуляторная сборка напряжением 5В, такую можно взять от радиотелефона. Так же ее можно заменить любой другой батареей, например, самой популярной 18650.

7. Кнопка включения питания (автор ее не использовал, вероятно каждый раз ему придется отключать разъем от батареи).
P.S. все компоненты можно приобрести на радиорынке или магазине электронных компонентов.

Из инструментов и расходников будут нужны:
1. Паяльник и припой.
2. Бокорезы.
3. Отвертка крестовая, небольшой саморез.
4. Двусторонний скотч.
5. Небольшой кусочек вспененного пластика.

Итак, процесс сборки .
Укорачивает ножку резистора, припаивает его к контакту OUT (выход) на плате, так же обрезает лишнее.

Теперь, укоротив среднюю ножку транзистора, базу, припаивает ее к резистору.

Правую, или третью ножку, эмиттер, (ВНИМАНИЕ на положение транзистора!) припаивает к минусовому контакту платы GND.

Плюсовой контакт пищалки паяет к положительному контакту на плате VCC.

Отрицательный контакт пищалки - к коллектору транзистора, первая, левая ножка.

Теперь очередь разъема питания. Плюсовой провод - соответственно к VCC платы, минусовой - к GND платы.

Подключает батарею и настраивает чувствительность при помощи подстроечного резистора, рукой изменяя дальность.

Проковыряв отверткой небольшое отверстие в пластике, вкручивает саморез, фиксируя плату.

Далее, к пластику клеит двусторонний скотч и соединяет с аккумулятором, проверяет работоспособность.

И снова при помощи скотча монтирует устройство на стену.

Датчики приближения разделяются по типу работы:
— индукционные датчики РСТИ
— емкостные датчики РСТЕ
— магнитные датчики РСТМ
— лазерные датчики на пересечение луча РСТЛ
это аналог дорогостоящих датчиков XUB LAPCN M12R и др. фирмы Telemecanique
— оптические датчики на отражение луча РСТО (отлично зарекомендовали вместо индукционных и ёмкостных)

Предлагаем датчики приближения индукционного типа, датчики приближения магнитного типа, датчики приближения емкостного типа. Так же производим лазерные и оптические датчики. Все датчики применяются для работы промышленного оборудования. Мы производим несколько типов датчиков которые охватывают 95% всех потребностей предприятий.

Особо стоит отметить, что лучшей заменой датчиков XUBLAPCNM12R являются наши лазерные датчики РСТЛ. Они работают значительно надежнее как по электрическим характеристикам, так и по механическим параметрам; наши датчики металлические.

Специалистам, знающим сферу применения датчиков для оборудования, необходимо выбрать датчик согласно своим параметрам:
— тип датчика (индукционный, магнитный, емкостной, лазерный, оптический)
— выходной канал PNP или NPN и состояние выхода: закрытый или открытый
— диаметр и конструкцию датчика (резьбовой или плоский)

Детальнее представим все типы производимых датчиков:

Индукционные датчики РСТИ срабатывающие на приближение металла:
Стоимость = 1 416 рублей с НДС
Напряжение входное: 10-30В
Защита от переполюсовки

Сфера применения: конвейеры, станки, транспортеры, дробеструйные аппараты, ленточные пилы, механизмы опрокидывателей и сталкивателей, механизмы подающих агрегатов, контроль наличия деталей

Ёмкостные датчики срабатывающие на приближение любого предмета:
Напряжение входное: 10-30В
Защита от переполюсовки
Исполнение: Резьбовое в металлическом корпусе, диаметры 8мм, 12мм, 18мм
Сфера применения: конвейеры, станки, транспортеры, дробеструйные аппараты, ленточные пилы, механизмы опрокидывателей,
механизмы подающих агрегатов, контроль наличия деталей

Магнитные датчики РСТМ срабатывающие на приближение магнита:
Напряжение входное: 10-30В
Защита от переполюсовки
Исполнение: В паз или с креплением сверху
Сфера применения: пневмоцилиндры, пневмоаппаратура, гидроцилиндры с узлами механизации, шток с магнитным кольцом
Датчик полностью герметичен. Имеет встроенный светодиод состояния.

Лазерные датчики РСТЛ срабатывающие на пересечение луча: Стоимость = 5 310 рублей с НДС

Параметры датчиков:
— диаметр 12мм или 18мм в металлическом корпусе
— напряжение питания 10 … 30В
— потребляемый ток 50мА …100мА
— дальность луча от 5 до 20метров
— Угол приема луча приёмником = 20 градусов от оси. (принимает луч под углом)
— Выходной ток = 150мА
— Защита пот переполюсовки

На передатчик подается напряжение питания. Т.е. 2 провода.
На приемник подается напряжение питания и снимается выходной сигнал. Т.е. 3 провода.
Сфера применения лазерных датчиков: транспортеры, перекладчики, подвижные механизмы, механизмы вращения, ограничителя хода механизмов, контроль наличия деталей.
В комплекте идет излучатель и приёмник.
Датчик срабатывает на пересечение луча между излучателем и приёмником.
В датчик встроен светодиодный индикатор состояния.
Кроме того датчик М18 можно включить в режим как PNP так и NPN т.е. применить в любом типе контроллеров и оборудования.

Оптические датчики РСТО срабатывающие на отражение света от поверхности:
Стоимость = 4 484 рублей с НДС
Напряжение входное: 10-30В
Защита от переполюсовки
Исполнение: Резьбовое в металлическом корпусе диаметром М18

Применяется в том случае когда необходимо контролировать пересечение объектом условной линии либо приближение объекта к датчику ближе установленного.
Сфера применения: Контроль положения объектов, контроль механизмов, контроль наличия деталей

Оптический датчик срабатывает при отражении луча от поверхности детали, объекта.
Один из самых практичных и удобных датчиков т.к. сам датчик можно спрятать от воздействия
на него механизмов, которые могут повредить корпус датчика.
Дальность срабатывания регулируется в зависимости от типа поверхности:
Отражающая, серебристая, зеркальная: от 10см до 100см
Серая матовая, черная матовая: от 3см до 50см
В корпус датчика встроен регулятор расстояния срабатывания и светодиодный индикатор состояния.
Кроме того датчик можно включить в режим как PNP так и NPN т.е. применить в любом типе контроллеров и оборудования.

Рекомендуем оптические датчики применять вместо индукционных и ёмкостных и ваша система станет работать стабильней.
Причина в следующем: для индукционных и ёмкостных датчиков важно расстояние до объекта, а так как из-за
подвижной механизации и люфтов в оборудовании порой бывает сложно обеспечить стабильное перемещение 2-5мм то возникают моменты когда датчик не срабатывает из-за недосягаемого расстояния до объекта или флажка.
Оптическому датчику не страшны люфты и колебания механизмов, он работает на любой настроенный просвет.

Выходные провода имеют разные цвета, поэтому запутаться крайне сложно:
Синий (Blue) — Минус питания
Красный (Brown) - Плюс
Чёрный (Black) - Выход
Белый (White) - Режим PNP — NPN

Схемы подключений датчиков, в зависимости от типа PNP или NPN:

Датчики применяют в промышленности для контроля объектов и механизмов.
Сигналы с датчиков поступают в контроллеры, которые обрабатывают эти данные и отрабатывают в соответствии с сигналом от датчика.
От качества работы датчиков на 90% зависит качество и бесперебойность работы оборудования.
Об этом знают все электрики и энергетики.

Порой нестабильная работа датчика может привести к поломке механизма оборудования, а это в свою очередь приводит к выходу из строя электродвигателей управляющих механизмами или к повреждению пневмо или гидро системы. Кроме того нужно учесть что и сама продукция, обрабатывающаяся на оборудовании, так же может пострадать. Т.е. именно датчики, в 80%случаев, виновны в поломке оборудования. А там где есть поломка там автоматически начинаются простои оборудования и порой его дорогостоящий ремонт.

ВАЖНО чтобы датчики выбирал опытный, ответственный персонал. Иначе из-за неправильно выбранного датчика так же может происходить сбой в работе оборудования и его поломка. Приведем простой пример поломки конвейерной линии:
электрик выбрал для контроля перемещения каретки индукционный датчик, который должен срабатывать на наличие металлического флажка. Установил. Месяц отработало нормально. В процессе обслуживания механизмов кто то, по неосторожности, накинул рукавицу на флажок перемещения, в итоге когда подьехал конвейер к ограничительной перегородке то датчик не распознал наличие металла т.к. расстояние до металла было около 20мм. Соответственно датчик не подал сигнал о том что каретка подошла на исходную позицию.
В результате напряжение с двигателя каретки не снялось и механизм уперся в металлическую перегородку. Двигатель простоял на «упоре» около 5 минут и задымил. В итого имеем:
1. Сгоревший двигатель
2. Простой оборудования
3. Потеря времени и денег на восстановление работоспособности оборудования

Вывод такой, что в данном случае нужно было применять один из следующих вариантов:
— либо простой механический концевик
— либо датчик емкостной
— либо датчик лазерный на пересечение луча

Важно правильно выбрать тип датчика, если хотите добиться бесперебойной работы оборудования.

Для охраны периметра, а также дверей, окон и незащищенных проходов широко используются активные инфракрасные извещатели, работающие на пересечение луча. Извещатель состоит из двух основных компонентов: передатчика и приемника, которые должны находиться в зоне прямой взаимной видимости. Датчик формирует тревожное извещение при прерывании нарушителем луча, попадающего в приемное устройство. Практически все ИК-лучевые охранные извещатели объединяют в одном корпусе несколько лучей в синхронную систему. Может быть два, четыре и более луча. Это делается для увеличения высоты лучевого барьера, а также для повышения надежности работы, так как ложные срабатывания – одна из основных проблем использования подобных датчиков. Многолучевая система помогает решить проблему ложных срабатываний при попадании в зону луча прежде всего относительно мелких посторонних объектов, таких как птицы, падающие листья и т. п. Также большая проблема лучевых ИК-охранных датчиков – ложные срабатывания при неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, снегопад, туман), уменьшающих прозрачность среды. Надежность в таких случаях обеспечивают за счет многократного превышения энергии луча над минимальным пороговым значением, необходимым для срабатывания датчика. Источником помех может быть также прямая засветка приемника солнечными лучами. Чаще всего это случается на закате или рассвете, когда солнце стоит низко над горизонтом. Согласно российским стандартам датчик должен сохранять работоспособность при естественной освещенности не менее 10000 лк и не менее 500 лк – от электрических осветительных приборов. Большинство современных лучевых извещателей имеют специальные средства фильтрации фонового излучения и с засветкой, в общем-то, справляются. Однако для обеспечения высокой помехозащищенности от фоновой засветки очень важно правильно юстировать датчик при его настройке. Что касается нашей задачи, то использование ИК-лучевых охранных извещателей может быть затруднено в силу конструктивных особенностей монтажа на объекте. Передатчик и приемник необходимо крепить на стенах внутри шлюза. Соответственно, оборудование будет работать в условиях постоянной высокой влажности. Кроме того, не исключен физический контакт находящегося в шлюзе судна со стенами. Понятно, что датчик при этом будет попросту раздавлен. Занявшись поисками подходящего конструктивного исполнения, мы обратили внимания на аналогичные устройства, применяемые в автоматизации производства.

Бесконтактные датчики положения объекта. Мир автоматизации гораздо богаче и разнообразнее систем безопасности, если сравнивать их по номенклатуре всевозможных датчиков и исполнительных устройств. Наш выбор пал на оптические датчики положения. Они предназначены для бесконтактного определения наличия/отсутствия объекта в контролируемом пространстве.
Используются для автоматизации любых промышленных процессов, в робототехнике, системах контроля, обработки и монтажа. Фотоэлектрический датчик может быть использован для обнаружения объектов на расстоянии от нескольких миллиметров до нескольких десятков или даже сотен метров. Регистрация любых объектов и большая дальность действия отличает фотодатчик от других типов подобных устройств: например, индуктивных, емкостных или ультразвуковых. Оптический датчик состоит из источника (излучателя) и приемника оптического излучения, которые могут располагаться в одном корпусе (моноблочные датчики) или в разных корпусах (двухблочные датчики). Источник датчика создает оптическое излучение в заданном пространстве, приемник реагирует на отраженный от объекта световой поток или на прерывание его.

Датчики на инфракрасных лучах широко применяются во многих охранныхустройствах, в автоматике, их преимущества по сравнению с оптическими реагирующими на видимый свет и емкостными очевидны.

Инфракрасные лучи невидимы, они ни кому и ничему не мешают, а в случае с охранной системой, обеспечивают необходимую скрытность размещения датчика. Важный фактор и высокая стабильность, почти независящая от состояния окружающей среды (ИК-излучение хорошо проходит и через воду). На сайте сайт уже не раз публиковались подобные схемы ИК-датчиков, эта схема отличается простотой и не большим количеством деталей.

На рисунке приведена схема ИК-датчика, который может работать на отражение или на пересечение луча. Благодаря использованию модуляции излучения и частотной селекции принимаемого излучения датчик хорошо защищен от помех инфракрасного излучения различных тепловых приборов и пультов дистанционного управления аппаратурой.

Схема датчика

В основе схемы микросхема тонального декодера LM567 (Л.1). В ней есть мультивибратор, частота которого зависит от RC-цепи на выводах 5 и 6, и селективный усилитель с ФАПЧ (в составе которого работает этот мультивибратор).

Рис. 1. Принципиальная схема датчика пересеяения на инфракрасных лучах.

Если частоту с выхода мультивибратора подать на ИК-светодиод, а на входе микросхемы включить фототранзистор, то микросхема будет реагировать (логическим нулем на выходе) исключительно на свет этого светодиода.

Ключ на транзисторах VТ1 и VТ2 усиливает по мощности импульсы, поступающие с вывода 5 А1, так чтобы яркость ИК-светодиода HL1 была достаточной для приема его излучения фототранзистором FT1 с расстояния в несколько метров. Чувствительность фототранзистора устанавливается подстроечным резистором R1 так чтобы получилась необходимая дальность.

Как только препятствие, расположенное перед датчиком данной платы (датчик состоит из фототранзистора FT1 и ИК-светодиода HL1) оказывается на достаточном расстоянии, ИК-свет, излученный ИК-светодиодом HL1 от него отражается и попадает на светочувствительную поверхность фототранзистора FT 1. Это приводит к тому, что на выводе 8 микросхемы А1 возникает логический ноль. На базу транзистора VТЗ через резистор R7 поступает открывающий ток.

Транзистор VТЗ открывается, и открывает транзистор VТ4, в коллекторной цепи которого включена обмотка реле К1. Обмотка данного реле рассчитана на напряжение 5V. Диод VD1 защищает транзистор от повреждения выбросами ЭДС самоиндукции обмотки реле.

Детали и печатная плата

Если препятствие отдаляется на расстояние больше предела чувствительности, то реле выключается. Фототранзистор взят от неисправной механической компьютерной мыши. Он обладает достаточной чувствительностью. Его можно заменить любым другим фототранзистором.

Но использовать интегральные фотоприемники от систем дистанционного управления нельзя, так как они настроены на определенную частоту и имеют встроенный формирователь логических импульсов.

Рис. 2. Печатная плата для схемы датчика.

ИК-светодиод, - любой инфракрасный светодиод, применяемый в пультах дистанционного управления. На рисунке приводится разводка печатной платы для датчика, работающего на отражение.

ИК-светодиод на плате расположен со стороны печатных проводников, а плата служит светонепроницаемой перегородкой исключающей прямое попадание света от него на фототранзистор. Для обеспечения непрозрачности платы в этом месте есть большой непротравленный участок фольги.

Этот участок желательно закрасить черным маркером, чтобы он был черного цвета. Для работы на пересечение луча ИК-светодиод располагают далеко за пределами платы, и устанавливают его напротив, нацелив на фототранзистор.

Практическое применение датчика, -охранные системы, устройства бытовой и производственной автоматики, а так же, в качестве пожарного датчика задымления. В этом случае, при возникновении задымления окружающая датчик среда становится малопрозрачной из-за частиц дыма и оптическая связь нарушается.

Наумов А. И. РК-2017-01.

Литература:

1. Справочник. - Тональный декодер LM567. РК-06-2006.
2. Наумов А.И. - Инфракрасный датчик. РК-09-2006.