роботы
робототехника
микроконтроллеры
Главная
Как сделать робота
Новости
Спорт
Статьи
Wiki
Форум
Downloads
Ссылки
Контакты  

Универсальный "ИК-бампер" myTSOPer.

В статье "Всё об ИК-приёмнике "TSOP"" мы ознакомились с работой приёмников ИК-сигналов типа "TSOP". В конце статьи кратко была затронута тема создания безконтактного датчика на основе TSOP. Теперь рассмотрим одну из возможных схем такого датчика, который можно будет использовать в качестве ИК-бампера на простейшем роботе.

Для начала ещё раз вспомним требования для правильной и безотказной работы TSOP-приёмников:
- Инфра-красное излучение должно производится на "родной" частоте TSOP приёмника.
- ИК-свет должен излучаться пачками примерно по 20 импульсов.
- Из документации на TSOP-приёмник известно, что он должен быть запитан через RC-фильтр.
- Длина волны ИК-излучения должна соответствовать длине волны TSOP-приёмника.

На основе этих требований составим сначала блок схему, а затем и принципиальную схему безконтактного бампера на ИК-лучах.

Блок-схема ИК-бампера.

При составлении любой электронной схемы нужно постараться разбить её на более мелкие взаимодействующие части.


Рис. 1. Генераторы.

Основные блоки нашей схемы - это генератор импульсов "родной" (или "несущей") частоты ИК-излучения и генератор, формирующий пачки мипульсов. Обозначим их условно прямоугольниками (Рис. 1). Частота генерируемых импульсов несущей частоты должна быть равна "родной" частоте выбранного TSOP-приёмника. Формирующий генератор пачек имеет импульсы, длина которых должна быть в 20 раз длиньше периода импульсов несущей частоты; на практике частоту формирующего генератора можно выбрать около 1200 Герц (на слух такая частота воспринимается как писк средней высоты). С помощью этих вдух генераторов мы будем формировать пачки мипульсов ИК-излучения.

Из статьи "Всё об ИК-приёмнике "TSOP"" можно узнать, что при появлении в зоне чувствительности TSOP-приёмника ИК-излучения в виде пачек импульсов, на выходе TSOP-приёмника будут появляться импульсы, которые представляют собой демодулированные пачки ИК-импульсов.


Рис. 2. Одновибратор.

Но для обработки сигнала с датчика препятствия лучше всего подходят два устойчивых состояния сигнала: сигнал "есть препятствие" и сигнал "нет препятствия". Поэтому необходимо каким то образом преобразовать последовательность импульсов на выходе TSOP-приёмника в устойчивый логический уровень, то есть нужно расширить импульсы. Для этого применяют расширитель импульсов или по-другому - одновибратор.

Одновибратор - электронная схема (устройство) для вырабатывания запускающим действием одиночного импульса с заданной длительностью.
Одновибратором ещё называют "ждущий мультивибратор" (устар.)

Рис. 3. Фронт и спад импульса.

Запускаюшим действием для одновибратора может быть короткий импульс или лишь переход одного логического состояния в другое, то есть одновибратор будет запускаться фронтом или спадом ипульса (Рис.3). Существуют схемы с управляющим входом разрешения работы одновибратора и с "перезапуском" - когда формирование импульса перезапускается до его окончания по-новому. Длина формируемого одновибратором ипульса должна быть немного дольше периода частоты пачек импульсов, что бы перезапуск одновибратора произошёл ещё до окончания одного импульса.

Теперь соберём все части блок-схемы вместе и добавим коммутатор, который будет коммутировать (включать и выключать) импульсы несущщей частоты в такт с импульсами генератора пачек (Рис.4).


Рис. 4. Блок-схема ИК-бампера.


Так как запуск одновибратора по спаду импульса на выходе TSOP может происходить лишь в моменты отправки пачки ИК-импульсов, то разрешение запуска одновибратора можно взять от генератора пачек. Таким образом запуск одновибратора произойдёт лишь в тот момент, когда будет послана только для него предназначенная пачка ИК-импульсов, и ложные срабатывания бампера значительно сократятся.

После того как блок схема составлена, можно перейти к составлению принципиальной электрической схемы.

Принципиальная схема ИК-бампера.

Для начала выберем детали схемы, которые бы подошли для поставленной задачи.
Для генераторов можно взять микросхему универсального таймера NE555 (Отечественный аналог КР1006ВИ1). Но так как в схеме требуется два генератора, то лучше взять микросхему NE556, которая представляет собой сдвоенную версию NE555.
Так как выходной ток у таймера NE555/NE556 может достигать 200 мА, то никаких усилительных транзисторов для ИК-светодиодов не требуется.
ИК-светодиоды в нашей схеме мы включим между выходами генератора несещей частоты и выходом генератора пачек. Такая схема включения называется мостовой. При этом надобность в отдельном коммутаторе отпадёт.
Блок одновибратора с перезапуском можно построить на микросхеме К155АГ3/К555АГ3 (аналог 74LS123). В этой микросхеме содержится сразу два иденетичных одновибратора с возможностью перезапуска и комплиментарным выходом (имеется как прямой, так и инверсный выход).

Так как часто ИК-бамперы используются по два, для распознавания препятствия с двух сторон, стоит сразу же создавать сдвоенный бампер препятствий. Тем более, что применённые микросхемы это позволяют, и не требуется много дополнительных деталей.
Начертим теперь полную схему получившегося ИК-бампера, Рис. 5:


Рис. 5. Принципиальная схема сдвоенного ИК-бампера.
Список деталей:
R1* - 68 Ом
R2, R12 - 27 k
R3 - 5,1 k
R4, R8 - 1 k
R5, R6 - 80..150 Ом
R7* - 16 k
R9 - 75 Ом
C1 - 0,01 мкФ
C5, C11, C12 - 0,1 мкФ
C2 - 1000 пФ
С3, C4 - 4,7..5 мкФ / 10В
C6 - 20..50 мкФ / 15В
IC1 - NE556
IC2 - 74LS123 (K555АГ3)
TSOP1, TSOP2 - TSOP4840, TSOP4836, TSOP4838
LED1A, .. LED2B - TSAL6200 или аналогичные
(R1*, R7*, R9* - элементы для настройки)


Для увеличения ширины зоны "действия" ИК-бампера применены по два ИК-светодиода для каждого канала.
Генератор несущей частоты (40 кГц) собран на элементах R4, R7 , C2 и на половинке микросхемы NE556, на второй половинке этой микросхемы и на R3, R8, C1 собран генератор для формирования пачек импульсов (1,3 кГц). Резистором R7 необходимо настроить несущую частоту на использумые TSOP-приёмники. Резисторами R1 и R9 можно точно настроить "дальность" действия левого или правого бампера.

Всю схему можно собрать на печатной плате размером 100х25 мм (Рис. 6).


Рис. 6. Собранная конструкция сдвоенного ИК-бампера myTSOPer.



Для робота с двумя моторами потребуется лишь драйвер мотора (например L293D, или даже на двух транзисторах) для того, что бы заставить робота избегать препятствий:

Видео 1. Простейший робот с ИК-бампером myTSOPer.

Смелых и Удачных Экспериментов!!!


Дополнения и файлы:

Автор: nest

Размещение этой статьи на других сайтах как полностью, так и частично разрешено только после согласования с администрацией myROBOT.RU

Мой робот Wiki

Открытое информационное пространство по робототехнике, электронике, программированию микроконтроллеров, в рамках которого любой участник может добавлять или редактировать материалы сайта.

  1. Проекты
  2. Статьи
  3. Библиотека кодов
  4. Компоненты
  5. Эксперименты
  6. Советы и хитрости