Индикатор приближения

Это устройство в виде линейной диаграммы показывает степень приближения какого-то объекта или препятствия. Величина индицируемого расстояния зависит от индивидуальной настройки индикатора и световой чувствительности используемых в нем ИК-свето-диода и ИК-фото-приемника.

Принцип действия напоминает работу радара или локатора, но отличается тем, что здесь оценка расстояния производится не по времени полета волны туда и обратно, а по интенсивности (яркости) отраженного инфракрасного сигнала.

Измерительная часть схемы состоит из ИК-светодиода и ИК-фотоприемника от  систем дистанционного управления современных телевизоров. Такой фотоприемник представляет собой интегральную схему с логическим выходом, обладающую определенным порогом чувствительности к ИК-свету. То есть, логический ноль на выходе фотоприемника появится только если яркость поступающего на фотоприемник модулированного ИК-света будет выше определенного порога. Таким образом, порог световой чувствительности фотоприемника во время работы не меняется. Но, меняется яркость свечения ИК-светодиода (от нуля, и нарастает семью ступенями до максимума). То, на какой из этих ступеней яркости отраженный ИК-свет будет зарегистрирован интегральным фотоприемником, как раз и зависит от расстояния до препятствия, от которого происходит отражение. Ну а дальше, - представление номера этой ступени яркости наглядно, - в виде длины линейки из семи индикаторных светодиодов.
 

Принципиальная схема индикатора показана на рисунке 1. В основе схемы счетчик -генератор на микросхеме D1. Частота его мультивибратора установлена элементами C1-R1 на уровне 38 kHz. Это соответствует резонансной частоте интегрального фотоприемника FH1. При работе счетчика на выводах 14, 13 и 15 по кольцу изменяется двоичный код от «000» до «111». Частота изменения около 280 Hz. Этот нарастающий восемью ступенями двоичный код поступает на входы логических элементов «И» микросхемы D2. На другие входы данных элементов поступают импульсы частотой 38 kHz с выхода мультивибратора микросхемы D1 (с вывода 9). В результате, на выходах элементов D2 образуются пачки импульсов, заполненные частотой 38 kHz. Наличие данных пачек соответствует логическим единицах двоичного кода, снимаемого с выводов 14,13 и 15 D1. Эти пачки поступают на вход трех транзисторных ключей VT1-VT3, к коллекторам которых подключен    ИК-светодиод HL1 через токоограничительные резисторы R7-R9, величины сопротивлений которых находятся в соотношении весовых коэффициентов двоичного кода.
Таким образом, ИК-светодиод излучает ИК-свет, модулированный частотой 38 kHz. При этом, яркость излучаемого ИК-света изменяется по ступенчато-нарастающей характеристике, восемью ступенями, от нуля до некоторого максимального значения. Пределы этого изменения яркости, соответственно, пределы индикации расстояния до препятствия, можно установить при налаживании, подбором сопротивлений R7, R8, R9. При этом, желательно сохранять их соотношение.
Светодиод HL1 и фотоприемник FH1 направлены в одну сторону, а между ними установлена светонепроницаемая перегородка, исключающая прямое попадание света от HL1 на FH1.
Двоичный код с выходов счетчика D1 поступает на дешифратор D3, на выходе которого включены семь сверхярких индикаторных светодиодов HL2-HL8. Пока яркость отраженного света ниже порога чувствительности FH1, на его выходе присутствует логическая единица, которая блокирует индикацию подачей логической единицы на старший разряд дешифратора, смещая индикацию в неиспользуемую зону.
В процессе работы счетчика D1 яркость ИК-светодиода HL1 постепенно ступенчато нарастает, и, если препятствие находится в пределах чувствительности, в определенный момент яркость достигает такого уровня, что сила отраженного от препятствия света достигает и превышает порог чувствительности FH1. В этот момент на выходе FH1 уровень меняется и включается индикация, которая продолжается до окончания цикла.
Таким образом, чем ближе препятствие, расстояние до которого нужно измерить, тем большее число светодиодов HL2-HL8 будет зажигаться. Частота переключения этих светодиодов около 30 Hz, поэтому, зрительно приближение к препятствию воспринимается как удлинение линейки из горящих светодиодов.
Детали. Фотоприемник ILMS5380 можно заменить практически любым интегральным фотоприемником от систем управления телевидеотехники. Важно, чтобы он был со встроенным формирователем логического уровня и фильтром на частоту в пределах 27-50 kHz. Важно учесть, что мультивибратор микросхемы D1 должен быть настроен именно на частоту фильтра фотоприемника, и чем точнее эта настройка, тем лучше будет работать схема. Частоту фильтра фотоприемника обычно можно определить по маркировке, например, ILMS5380 - на 38 kHz, ILMS5360 - на 36 kHz, SFH506-32 - на 32 kHz, и так далее, либо найти по справочнику. При налаживании, частоту мультвибратора можно контролировать частотомером на выводе 9 D1, а добиться нужной её величины -подбором сопротивления R1.
Альтернативы микросхеме CD4060B нет, разве что другая «хх4060», например, MJN4060 или nPD4060. Впрочем, её аналог можно составить из двух микросхем, - счетчика типа К561ИЕ16 или К561ИЕ20 и мультивибратора на элементах микросхемы К561ЛЕ5 ИЛИ-К561ЛА7, К561ЛН2 и др.
Точной альтернативы микросхемы 74НС11 среди отечественных микросхем обнаружить не удалось, но её легко можно заменить вполне доступной микросхемой К155ЛА8, сделав выход на ИК-светодиод по схеме, показанной на рисунке 2. Правда, при этом сильно возрастет потребляемый ток.

Дешифратор К561ИД1 можно заменить любым аналогом серии К1561, К564, К176, CD и других серий.
Инфракрасный светодиод HL1 типа SFH485, но можно использовать любой ИК-светодиод для пультов дистанционного управления.
Светодиоды HL2-HL8 любые видимого света, но желательно сверхяркие и повышенной яркости, так как ток через них протекает небольшой.
Диапазон измерения расстояния устанавливают при налаживании, подбором сопротивлений R7-R9. При этом желательно сохранить их соотношения.

Радиоконструктор 12 - 2008        Новоселов М. В.