Zapojení reflexního čidla
Jak už jsem se zmínil v „Černá nebo bílá II.“, technické problémy se dají řešit různě. Dnes Vám ukážu jiné řešení reflexního čidla. V tomto zapojení odpadá jakákoli nerozhodnost čidla.
Výstup je buď vysoká a nebo nízká logická úroveň. Způsobuje to hystereze, o které se rozepíši dál.
Nejprve si řekněme, že zapojení jsou zde dvě. Jsou prakticky identická, jen s tím rozdílem, že jedno používá tranzistor PNP, druhé NPN. Proč dvě verze?
Zapojení s PNP tranzistorem má výhodu v tom, že dva vývody reflexního čidla OC1 jsou spojeny se zemí. Jeho výstupem je otevřený kolektor s pull-down rezistorem R5. Výstupní úroveň poskytuje tvrdou vysokou úroveň. Výstupní logická úroveň je vysoká ve stavu detekce odrazu.
Zapojení s NPN tranzistorem má dva vývody reflexního čidla OC1 spojeny se kladným napájecím napětím, což nemusí vždy vyhovovat. Jeho výstupem je otevřený kolektor s pull-up rezistorem R5. Výstupní úroveň poskytuje tvrdou nízkou úroveň, která je výhodná pro některé typy MCU, které mají trvale připojen pull-up na vstupu, příkladem klasické I8051. Výstupní logická úroveň je nízká ve stavu detekce odrazu.
Obě zapojení je možno připojit ke vstupu běžných MCU nebo CMOS logických integrovaných obvodů, obě poskytují bez zátěže úrovně lišící se od napájecího napětí maximálně v řádu desítek mV. Hodnoty součástek jsou uvedeny pro napájecí napětí 5V a 3,3V.
Obvod pracuje tak, že bez detekce odrazu LED v OC1 teče proud přibližně 5mA, tranzistor T1 je zavřen. Při detekci dojde k otevírání tranzistoru T1, ten zvyšuje proud tekoucí LED v OC1 a tím dochází k dalšímu otevírání fototranzistoru v OC1, dalšímu otevírání T1, LED v OC1 nyní protéká proud přibližně 20mA. Dojde tedy ke skokovému otevření T1, přes OC1 je zavedena kladná zpětná vazba. V okamžiku, kdy odraz IR světla pro OC1 zmizí, se tranzistor T1 zavírá a LED teče opět proud 5mA. Proud v klidovém stavu, oněch 5mA, je dán hodnotou rezistoru R4 a napájecím napětím, proto je jeho hodnota pro různá napájecí napětí různá. Proud ve stavu detekce odrazu je nastaven rezistorem R3, platí zde totéž co u R4. Zmíním ještě rezistory R1 a R2, které spolu vytváří napěťový dělič a určují citlivost zapojení k detekci odrazu. Zvýšením hodnoty R1 je detekce už při nižším odrazu IR světla, snížením naopak. Hodnoty jak jsou uvedeny byly v zapojení vyzkoušeny na černé elektroizolační pásce přilepené na na bílém papíře, a také na ringu pro soutěže MiniSumo. V obou případech pracuje zapojení bezchybně.
Určitě mnohé napadlo, proč výstup není vyveden z kolektoru fototranzistoru OC1 a co v zapojení dělá D1 a R5? Na kolektoru fototranzistoru v OC1 je napětí úměrné odrazu IR světla. Na kolektoru T1 napětí buď vysoké, nebo nízké, nic mezi. Bez D1 by výstupní napětí nedosahovalo rozkmitu celého napájecího napětí, LED v OC1 teče stále proud. D1 způsobí, že na výstupu je buď napětí z kolektoru T1, nebo je výstup zcela odpojen. Rezistor R5 při zavřeném T1 poskytne správnou logickou úroveň (nízkou nebo vysokou, podle volby zapojení s PNP nebo NPN tranzistorem).
Typ tranzistorů není přesně uveden, na jejich parametrech příliš nezáleží, použijte běžné univerzální. V zapojení jsem vyzkoušel tranzistory PNP typu BC556A a BC560C, NPN typu BC546B. Pokud je budete kupovat, kupte si BC546B (NPN) a BC556B (PNP), vyhoví v mnoha zapojeních, stojí pár haléřů a hodit se Vám budou ještě mnohokráte.
Otestovat hotové zapojení můžete tak, že OC1, zde QRD1114, pomalu přibližujete k bílemu kancelářskému papíru tak dlouho, až se na výstupu změní logická úroveň. Nyní OC1 od papíru oddalujete tak dlouho, až se na výstupu logická úroveň vrátí ke stavu bez detekce. Změna proběhne skokem, vzdálenost k přiblížení a oddálení se liší, což je právě zmíněná hystereze. Detekci kancelářského papíru můžete čekat odhadem ve vzdálenosti 5mm.