Цифровые инфракрасные датчики. Схемотехника и физические принципы получения информации.

Адрес документа	http://90.189.213.191:4422/temp/sibguti_datchiki_all/sibguti_datchiki_pz_v5/sibguti_datchiki_pz_v5.doc
Программа ИК-тхм	tahometr_ot_uarta_v1.zip

Разработано много схем на принципе приема и передачи инфракрасных (ИК) сигналов на лазерах и ИК диодах.

Варианты схем, отладку, оформление патента для данной реализации рассмотреть самостоятельно. Адрес1 Адрес2 Адрес3 Адрес4 Отладка Патент

Схема датчика вращения оборотов (тахометр) на ИК диода данной лабораторной работы приведена ниже.

Для измерения скорости вращения требуется фиксировать количество оборотов за фиксированный интервал времени. Например - в одну секунду.

Схема инфракрасного датчика фиксирует перемещение лопасти. Лопасть отражает фотопоток, датчик регистрирует это своим выходным напряжением. Есть фотопоток - напряжение на выходе высокое, нет фотопотока - напряжение низкое.

Для получения фиксированного интервала времени с учетом перемещений лопастей используется передача блока известных байтов (0xFF) и прием этого же блока байтов, но с модуляцией через логический элемент типа «исключающее ИЛИ» (сокращенно И-ИЛИ) от инфракрасного датчика.

Свойство логической функции «И-ИЛИ» выделять «разностный» код формирует на приеме тот же блок, но байты, которые попадают в интервал с фотопотоком, инвертируются (0x00).

Таким образом, принимаемый блок содержит информацию о количестве пересечений. Время измерения определяется умножением количества байт на скорость передачи байт.

Блок передается на «машинном уровне» компьютера, не прерывается другими подпрограммами USB интерфейса, и поэтому он точный по времени. Между блоками временной интервал может быть различный.

Для формирования функции «И-ИЛИ» применена распространенная микросхема 555ла3 с 4-мя элементами 2И-НЕ. Функцию «И-ИЛИ» формирует включение всех ее элементов. Вполне возможно использовать и микросхему 555лп5, которая содержит четыре элемента «И-ИЛИ». В этом случае задействуется один и не используется три элемента.

Питание всех компонентов выполняет шина USB компьютера. Потребляемый ток не более 100 миллиампер.

На рисунке ниже представлены диаграммы сигналов на входе и выходе И-ИЛИ при приеме данных пересечений фотопотока фотоприемником.

Сигнал 1 и 2 диаграммы - это передаваемый блок в точке TXD UART.

Сигнал 3 диаграммы - принимаемый сигнал от фотоприемника D0, поступает на входы 1 и 13 микросхемы U1.

Сигнал 4 и 5 - сигнал с модуляцией по «И-ИЛИ» с вывода 6 микросхемы U1 поступает на вход RXD UART.

Сигналы 1,2 и 4,5 одинаковые и даны в разных масштабах для уточнения метода преобразования. Стрелками указано место увеличенного масштаба отображения.

На диаграмме не приводятся краевые искажения отклонения начала сигнала фотоприемника и передаваемого блока. Это один байт в интервале от 0…до 0xFE, и можно его считать как начало или окончание сигнала фотодатчика. Этот байт учитывается программно.

Внешний вид ИК-тахометра приведен ниже:

Контрольные вопросы:

• Рассказать о частотном диапазоне ИК диодов. Определить границы быстродействия ИК диодов
• Рассказать о динамическом (мощности сигналов) диапазоне ИК диодов;

Задание по лабораторной работе:

Изучить подключение и настройку компьютера к USB-устройству ИК-тахометр.

Последовательность выполнения

1. Подключить ИК-адаптер к USB разъему через удлинительный кабель usb-a.

2. Установить драйверы на «неизвестное новое устройство»

3. Определить через диспетчер устройств подключенный порт и устройство.

4. Распаковать и включить программу измерения тахометра tahometr_ot_uarta_v1.zip

5. Провести контрольное измерение путем создания препятствия перед излучателем и приемником.

6. Провести контрольное измерение скорости вращения на лабораторном двигателе.

Оценка 3:

• Представление в отчете установленных драйверов и работающей программы с USB-ИК-тахометром. . Отчет должен содержать файлы:
• Титульный лист, скан диспетчера устройств, где показано подключение, скан программы с правильно работающим ИК-тахометром.

Оценка 4: ( дополнительно к =3)

• Фото измерения скорости вращения на контрольном двигателе. Не более 2х фотографий, подтверждающих работу тахометра. Ракурс и фон должны максимально подтверждать работу измерителя.

Оценка 5: (дополнительно к =3/4)

• Выполнить измерение на двигателе с переменной скоростью вращения. Показать на графике зависимость скорости вращения от напряжения питания и от внешних физических факторов (например, ограничения воздушного приходящего или уходящего потока). Адаптер получить у преподавателя.

Автор - Шабронов Андрей Анатольевич тс. +7-913-905-8839 e_mail - shabronov@ngs.ru

ред.2022-11-9 Успехов и здоровья!