not

Černá nebo bílá II.

Zapojení reflexního čidla

Reflexní čidla, pracující v infračervené (IR) části světelného spektra se v robotice používají k odlišení odrazivého povrchu od neodrazivého. Příkladem použití mohou být roboty pro soutěže MiniSumo, kde se tato čidla používají k detekci okrajové části arény, která je pro IR světlo odrazivá, kdežto zbytek arény IR světlo neodráží.  Zde je jedna z variant, jak reflexní čidlo zapojit.

Abyste pochopili výhody tohoto zapojení, čtěte následující řádky pozorně; z prvního pohledu do schématu nemusí být princip zcela patrný.

Základem zapojení je klasický proudový zdroj, sestavený z tranzistorů T1 a T2, a rezistorů R1 a R2. Bez dalších součástek by přes LED reflexního čidla OC1 tekl konstantní proud o velikosti, dané poměrem Vbe/R1. V tomto případě ale, díky zapojení T3 a díky hodnotě rezistoru R2, se proud tekoucí LED mění ve značném rozsahu podle stavu, ve kterém se právě nachází fototranzistor v OC1. Pokud není detekován odraz, fototranzistor v OC1 je uzavřen, rezistorem R2 teče proud z R3 přes bázi T3 a tím se následně přivírá tranzistor T2. Při předepsaných hodnotách součástek je proud LED při zavřeném fototranzistoru v OC1 necelých 5 mA, podle použitých tranzistorů se bude lišit v desetinách mA. V okamžiku detekce odrazu IR světla se fototranzistor v OC1 otevírá, kolektorem T3 protéká proud, proud, tekoucí z báze T3 do R2 značně poklesne, T2 se otevírá a proud tekoucí LED v OC1 vzroste na hodnotu přibližně 25 mA. Tím, že při detekci odrazu narůstá proud LED, se tranzistor v OC1 ještě více otevírá. Tento tranzistor má v kolektoru zapojen proudový zdroj, dodávající proud zhruba 1 mA (T3 se stává při otevřeném fototranzistoru v OC1 proudovým zrcadlem). Díky tomuto proudovému zdroji má fototranzistor v OC1 snahu být buď zcela otevřen, nebo zcela uzavřen. Abych byl ale přesný, otevíráním fototranzistoru v OC1 roste i proud kolektorem T3 až do velikosti přibližně 1 mA a tím je popsaný efekt přibrzděn. Zóna neurčitosti detekce u tohoto zapojení tedy existuje, ale je velice úzká a při vhodném umístění čidel na robotu nebude problémem.

Pokud bychom popsaný efekt nepožadovali, stačí změnit hodnotu rezistoru R2 na 1k, proud tekoucí LED v OC1 pak bude stále téměř konstantní. Změnou hodnoty rezistoru R1 pak lze nastavit požadovanou velikost proudu.

Zapojení může pracovat s různými napajecími napětími, hodnoty součástek jsou zde popsány pro běžná napájecí napětí 3,3 V a 5 V. Jak vidíte, v tomto rozsahu napětí se mění jen velikost rezistoru R2 tak, aby v obou případech pracovalo zapojení s proudy LED v OC1 přibližně 5 mA a 25 mA. Bylo vyzkoušeno, že při proudu 5 mA, tekoucím přes LED v OC1 typu QRD1114, je detekce bílého papíru do vzdálenosti zhruba 5 mm naprosto bezproblémová.

Tranzistory T1, T2 a T3 jsou libovolné univerzální PNP. Pro svůj klid, že nekážu bludy, jsem v zapojení vyzkoušel tranzistory BC556A a BC560C, tedy typy s velice rozdílným proudovým zesilovacím činitelem. V obou případech se zapojení chovalo obdobně, proudy, tekoucí LED v OC1 se lišily jen nepatrně, řádově v desetinách mA.

Výstup, označený Out, poskytuje (bez zatížení) napětí 200 mV při detekci odrazu, bez detekce se blíží napájecímu napětí V+ (-150 mV). Takovýto výstup je tedy možno přímo spojit s digitálním vstupem běžných MCU.

Shrňme si, co jsme získali: solidní detekci odrazu infračerveného světla, přičemž celé zapojení ve stavu bez odrazu odebírá mnohem menší proud, aniž by bylo nutno čidla pro úsporu energie vypínat.

Pro ty, kteří tvrdí, že jim vždy k tomuto účelu stačily jen dva rezistory, mám stručný vzkaz. Technické problémy lze často řešit více způsoby, a je mnohdy jen na Vás, který způsob zvolíte.

Referenci na původní zdroj tohoto zapojení neuvedu z prostého důvodu, prostě mě to v nestřeženém okamžiku jen tak napadlo :).

Pokračování: „Černá nebo bílá III.