Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Fototranzystor - Czujnik linii

09 Lip 2016 10:16 2550 22
  • Poziom 5  
    Witam
    Mam pytanie odnośnie fototranzystorów i ich zastosowanie do robota typu follow line.
    Mianowicie, zbudowałem sobie robota opartego na fotorezystorach 5-10kOhm, komparatorze LM393 i tranzystorach PNP ( pierwsza konstrukcja ;) ).

    Fototranzystor - Czujnik linii Fototranzystor - Czujnik linii
    Fototranzystor - Czujnik linii

    Fototranzystor - Czujnik linii Fototranzystor - Czujnik linii Fototranzystor - Czujnik linii

    Zrobiłem to na płytce uniwersalnej, a teraz chciałbym:
    1. Zrobić to na płytce PCB
    2. Wykorzystując stabilizator napięcia. Obecnie zasilanie na całość jest z baterii 9V.
    3. Podmienić fotorezystory na fototranzystory bo czytałem, że działają szybciej. Fototranzystory które chce użyć to L-53P3C.

    I właśnie z tym ostatnim mam problem. Zbudowałem układ na płytce stykowej, aby sprawdzić czy moja nowa koncepcja będzie działać. Zrobiłem na płytce układ z komparatorem i dwoma diodami zamiast podłączać tranzystory PNP, diody i silniki jak to będzie ostatecznie.

    Fototranzystor - Czujnik linii Fototranzystor - Czujnik linii

    Pierwszym "problemem" jest stan nieustalony, mógłbym to tak określić. W momencie braku oświetlenia fototranzystorów obie diody się świeciły. Komparator zapewne nie była w stanie porównać napięć bo są tak blisko 0 ( tranzystory nie przewodzą ). W moim robocie efektem była by jazda robota na wprost za pomocą dwóch silników naraz. W konstrukcji z fotorezystorami taki stan był mało realny do uzyskania. Tutaj to może być norma. Zastanawiam się jak to rozwiązać, czy jest sens się tym ogólnie martwić, czy przyjąć, że normalnie taki stan nie wystąpi ?

    Drugi zdecydowanie większy problem to brak odpowiedniej czułości fototranzystorów, chyba inaczej tego nie mogę określić. Świecąc latarką, wszystko fajnie było widać, że działa, jedna dioda gaśnie druga świeci w zależności na którą parę fototranzystorów się świeci. Problem gdy zamiast latarki obróciłem płytkę i przesuwałem nad białą kartką, gdzie była narysowana czarna linia. W takim wypadku stwierdzam brak jakiejkolwiek reakcji ( cały czas świecą się dwie diody ). Dodałem do płytki stykowej po jednej diodzie białej, aby sprawdzić reakcję przy oświetlonej trasie. Przy każdej parze fototranzystorów tak jak to było na robocie, choć tam było w sumie 5 diod oświetlających podłoże. Niestety to też nie pomogło. Podmieniłem diody białe na diody IR, też nie pomogło. Nie widziałem diody IR, aby się świeciły, ale zmierzony przepływ prądu 16-17 mA utwierdził mnie, że diody działają ( chyba że się mylę ? ). Po tej zamianie czerwone diody świeciły równocześnie, co oznacza dla mnie brak działania fototranzystorów.

    I teraz moje pytanie.
    Czy jest możliwa zamiana fotorezystorów na fototranzystory bez większych zmian w układzie pierwotnym ? Nie oszukuję się, że po zmontowaniu na podwoziu robota będzie to działać, więc potrzebowałbym pomocy.
    Może zmienić rezystory no większe ? Zauważyłem, że im większy rezystor w układzie z fotorezystorem tym większa czułość na światło, choć nie wiem dlaczego. Być może potrzebują obudowy, osłony przed światłem zewnętrznym ? Tutaj nie mam pewności bo gdyby światła było za dużo to miałbym przewodzenie tranzystorów bez przerwy.

    Pierwsza wersja robota zrobiona na podstawie książki:
    "Budowa robotów dla początkujących" jeżeli ktoś czytał to może rozjaśni konstrukcję całości ;)

    Z góry dziękuję za pomoc.
  • PCBway
  • Poziom 17  
    Aby układ stał się nie wrażliwy na światło otoczenia, diody zasil impulsowo (np. 10kHz), a sygnał z fototranzystorów po odcięciu składowej stałej, wzmocnieniu, odfiltrowaniu i wyprostowaniu podaj na wejścia komparatorów. Działanie diody IR łatwo obserwować przy pomocy np. kamerki telefonu.
  • Poziom 5  
    Chyba się nie zrozumieliśmy.
    1. Układ nie jest zbyt cały na światło z zewnątrz. Gdyby tak było to by tranzystory działały by ciągle. One tak jakby nie reagowały w ogóle dopóki nie poświece w nie latarką. Chcę aby reagowały na czarną linie narysowaną na kartce.
    2. Sterowanie robotem jest za pomocą komparatora. Nie mam tu mikrokontrolera, aby generować sygnały o określonych częstotliwościach i coś filtrować. Mikrokontroler będzie później. Narazie chce jeszcze obecny "model" poprawić.
  • PCBway
  • Poziom 17  
    Na stronie Kingbright piszą że jest to fototranzystor IR na widmo 940nm. Co do sterowania impulsowego, nie potrzeba żadnego mikrokontrolera. Wystarczy generator astabilny na dwóch tranzystorkach. Separacja prądu stałego i filtracja przed komparatorem? - 2 X kondensator + dioda...
  • Poziom 5  
    Hmmm w nocie katalogowej nie znalazłem nic, że jest wyłącznie do IR. Z tego co wyczytałem na necie to ponoć fototranzystory w białej obudowie jest do światła widzialnego również.
    Można jakiś przykład/schemat co do generatora astabilnego ? Jakie elementy dobrać i jak podłączyć, aby otrzymać np generator 10 kHz ?

    Czy w takim przypadku zamiast diod białych powinienem użyć diod IR do podświetlania podłoża ?

    Czy diody IR działają próbowałem sprawdzić aparatem, kamerą w telefonie, ale chyba miały filtr bo nic nie było widać.

    Przed komparatorem dałem jeden kondensator ceramiczny 100nF przy nóżkach zasilania. Czy trzeba jeszcze elektrolityczny, jaki ? Poza tym to będzie filtrowanie zasilania i szumów do komparatora, co to ma wspólnego z wykrywaniem linii przez tranzystory i ich lepszego działania ? Jaką rolę dioda będzie pełnić w tym układzie ?
  • Poziom 5  
    Ok, to podsumowując bo się trochę pogubiłem.
    1. Na emiter fototranzystora muszę podać zasilanie z wyjścia multiwibratora astabilnego ( oznaczone na Wikipedii jako 0V ) ? Poza tranzystorami nie podaje to na żaden inny układ. Wystarczy jak zrobię jeden układ na "stronę robota". Nie muszę dla każdego fototranzsytora robić osobnego układu ?
    Dalej nie wiem co to ma za znaczenie, ale może doczytam później.

    2. Na zasilanie komparatora daje 2 kondensatory, jeden ceramik 100 nF i elektrolityczny 47uF plus dioda dioda Schottky'ego.

    Żeby nie było niedomówień. Zasilanie do fototranzystorów i komparatora będzie z takiego układu.
    Fototranzystor - Czujnik linii
  • Poziom 17  
    Odwrotnie. Diody IR dajesz w szeregu z R1 i R4 multiwibratora, emitery fototranzystorów dajesz na masę, spolaryzowane kolektory przez szeregowe pojemnośći na wejścia komparatorów. Między wejściami komparatorów a masą diody przełączające (np BAV18) z układzie zaporowym - czyli anodami do masy. Jeśli jest to zasilane z baterii, nie ma za specjalnej potrzeby odsprzęgania zasilania.
  • Poziom 33  
    1. Nie zastosowałeś żadnego układu optycznego. Nie wiadomo wiec czy na fotorezystor/fototranzystor pada głównie światło odbite od kartki.
    2. Nie wiadomo czy "kąt widzenia" jest mały w porównaniu do szerokości linii.
    3. Zastosowanie impulsowego sterowania diod LED jakie proponuje DG06 nie "uodpornia na zewnętrzne oświetlenie". Pozwala jedynie łatwiej oddzielić sygnał pochodzący z diod LED od tego pochodzącego z innych źródeł. Fotorezystor/fototranzystor musi jednak pracować w tzw. linowym odcinku charakterystyki. Czyli nieco upraszając wartość rezystora włączonego w szereg musi być odpowiednia dla warunków oświetlenia. W przeciwnym wypadku fototranzystor będzie stale zamknięty lub stale otwarty.
    4. Czarna linia dla zakresu optycznego nie musi być czarna dla zakresu IR.
    5. Są gotowe elementy (transoptor odbiciowy) zawierające fototranzystor i diodę IR w jednej obudowie. Mają one dokładnie podany kąt widzenia i zalecaną odległość od kartki. Dla początkującego użycie takiego będzie znaczącym ułatwieniem.
  • Poziom 5  
    Zastanawia mnie dlaczego zasilanie impulsowe na "nadajnik" jakim są diody IR ma wpływ na "filtrowanie światłą dziennego" bo tak chyba można określić zmniejszenie czułości na światło dzienne ?

    Powinno to wyglądać tak ?

    Fototranzystor - Czujnik linii Fototranzystor - Czujnik linii

    Poza tym mam pytanie czy musi być to 10kHz ? Niestety musiałbym specjalnie zamawiać rezystor bardzo duży albo kondensator 1 nF. Lepiej by było dla mnie 100 lub 1000 kHz ;)

    1. Nie rozumiem trochę "Nie zastosowałeś układu optycznego". Można jakiś przykład ?
    2. Do przetestowania narysowałem bardzo szeroką linie, którą dawałem na wprost fototranzystorów, ale reakcji nie było.
    3. Nie rozumiem, poco uodparniać diody na światło zewnętrzne. One są nadajnikiem, a nie odbiornikiem więc troch mało logiczne. Można jakieś wyjaśnienie ? :) Jak można wyznaczyć wielkość rezystora, który powinien być użyty do danego fototranzystora ? Zauważyłem, że im większy ( największy testowałem 500 kOhm ) tym łatwiej fototranzystor przewodził.
    5. Wiem, że są gotowe czujniki do użycia, ale chciałem spróbować w ten sposób bo w książce która mnie "wprowadza" pisali, że jest to prosta zamiana z fotorezystorów na fototranzystory.Po testach na płytce stykowej jakoś tego nie widzę dlatego poprosiłem o pomoc.
    Jednego robota już zbudowałem na podstawie książki "budowa robotów dla początkujących". Jeździ choć z małymi problemami niekiedy ;) Przed przystąpieniem do budowy robota z mikrokontrolerem chciałem zrobić pierwszą płytkę PCB z układem, który "znam", ale jednak pewnymi poprawkami które sugerowane były na końcu książki i początku następnej części. Kupiłem już odpowiednie komponenty na necie i chciałbym jednak doprowadzić coś do końca bo mi nie da spokoju ;)
  • Poziom 17  
    dbaran napisał:
    Zastanawia mnie dlaczego zasilanie impulsowe na "nadajnik" jakim są diody IR ma wpływ na "filtrowanie światłą dziennego" bo tak chyba można określić zmniejszenie czułości na światło dzienne ?
    .

    Proste. Światło dzienne to widmo ciągłe. My zajmujemy się jedynie jego wycinkiem fragmentem. Jeśli ów jest na stałe zawarty w widmie światła dziennego, trzeba go odseparować. Odseparować np. używając modulacji. Na zasadzie koder - dekoder..Nie wiem jakich słów mam użyć aby przekazać sentencję... 10kHz to przykład. Daj 1kHz, 100 kHz... Otwórz się. Zrozum o co chodzi... .
  • Poziom 33  
    Połóż telefon na dłoni. Waży on kilkaset gram. Z taką siłą naciska na dłoń. Niewielkiej zmiany jego ciężaru np. o 1g. (siły) nie zauważysz ale tzw. wibrację od razu wykryjesz. To jest przecież nic innego jak bardzo mała ale co istotne cykliczna zmiana odczuwalnego ciężaru.
    Podobnie jest ze światłem. Wyobraź sobie fotokomórkę służącą do otwierania szlabanu w słoneczny dzień. Do fototranzystora dociera bardzo dużo światła słonecznego i znikoma ilość z diody LED. Dioda jednak w odróżnieniu od słońca może mieć cyklicznie zmienianą jasność. Wystarczy po stronie odbiorczej zrobić filtr pasmowo przepustowy na określoną częstotliwość i daje się oddzielić bardzo słaby sygnał z diody LED od innych zakłóceń.
    Moim zdaniem w przypadku robota o jakim myślisz taki zabieg nie jest konieczny.

    Używając określenia "układ optyczny" miałem na myśli wszystkie elementy służące temu aby:
    - do fototranzystora docierało możliwie najwięcej światła odbitego od kartki
    - do fototranzystora docierało możliwie najmniej śiwiatła z innych źródeł
  • Poziom 5  
    Ok. Spróbuję zrobić ze zmienionym zasilaniem diody IR, ewentualnie poszukam jak zrobić filtr, aby fotorezystor odbierał głównie światło odbite wytwarzane przez diodę IR.

    Co do układu to mam osłonę od góry ( płytka uniwersalna zasłania plus dodatkowa pleksa oklejona czarną taśmą ), aby mało światła dzienne nie trafiało na fotorezystor i tak samo planuje w tym przypadku. Fotki dałem w pierwszym poście.
  • Pomocny post
    Poziom 33  
    dbaran napisał:
    Ok. Spróbuję zrobić ze zmienionym zasilaniem diody IR, ewentualnie poszukam jak zrobić filtr, aby fotorezystor odbierał głównie światło odbite wytwarzane przez diodę IR..

    Są robione fototranzystory z filtrem IR na odpowiednią długość fali.
    Fototranzystory mają podany kąt widzenia a diody IR kąt świecenia. Można go ograniczyć nakładając na element czarną rurkę.
    Zmierz woltomierzem napięcie na fototranzystorze gdy patrzy na ona białą kartkę i na czarny pasek.
  • Poziom 5  
    W sumie nie wiem co zrobiłem albo co robiłem wcześniej nie tak, ale nagle "zaczęło działać". Niby wszystko podobnie podłączyłem tyle, że zamiast 4 fototranzystorów i dwóch dioda IR zacząłem testować tylko jeden fototranzystor i jedną diodę IR. Ogólnie pomiary są takie.
    Nad białą kartką 5,11 V pomiędzy anodą a katodą. Gdy jedno z dwóch ( fototranzystor lub dioda IR ) jest na białą kartką, a drugie jest na czarną linią to pomiar około 5,03V. Gdy oba elementy są nad czarną linią to napięcie spada do 4,9 V. Zasilanie ze stabilizatora 5V.

    Przypuszczam, że może komparator nie mógł porównać tak małych różnic napięć.
  • Pomocny post
    Poziom 33  
    Wyprowadzenia fototranzystora to emiter i kolektor.
    Nie działa to tak jak powinno Możliwe są trzy przyczyny:
    - masz coś podłączone niezgodnie ze schematem np. odwrotnie włączony jest fototranzystor
    - zastosowałeś w obciążeniu fototranzystora rezystor o zbyt małej rezystancji
    - dioda LED nie świeci lub świeci zbyt słabo

    Powtórz pomiar gdy oświetlisz fototranzystor np. latarką
  • Poziom 5  
    Rezystor szeregowo z fototranzystorem zmieniłem na taki o wartości 100 kOhm i:
    1. Przysłonie białą kartką: 0,088V
    2. Przysłonięty czarną linią: 1,5-2,4V
    3. Jak leży sobie na stole to zależy czy mam zapalone światło w pokoju czy nie ;) 0,18-2.4V.

    Dałem też przesłonę pomiędzy diodę i fotorezystor, wydaje się że "pomogło" bo spadek był 3,8 V.
    Choć nie wiem do końca czy to coś zmieniło bo raz przysłaniając czarną powierzchnią było 2V raz 2,4, a raz 3.9 V.

    Dioda się trochę w płytce przekrzywi i pewnie też to wpłynie.
    Jak oświetlam diodę latarką zwykłą to jest pomiar około 0,01-0,045V zależnie od odległości do fototranzystora dla UV było 0,004-0,04V.
  • Poziom 33  
    Coś zaczyna działać ale teraz rezystor szeregowy teraz ma trochę zbyt dużą rezystancję. Musisz go tak dobrać aby dla czarnego paska napięcie było >3V a dla białej kartki <0.8V.
  • Poziom 5  
    Ok. Postaram się potestować i sprawdzić jak oświetlenie pokoju wpływa na pomiary. Bo tak jak pisałem niekiedy miałem nawet 3.8V. Ewentualnie do finalnego układu dam potencjometr, aby już na robocie moc regulować jego wartość.

    Dlaczego napięcie powinno się zwierać w tych przedziałach?
  • Poziom 33  
    Jeśli napięcie będzie w tym przedziale to zostanie przez uP jednoznacznie zamienione na "0" i "1" bez konieczności stosowania komparatora.
  • Pomocny post
    Poziom 33  
    uP - mikroprocesor
  • Poziom 5  
    Aha. Ok to może w kolejnej wersji ;-) bo właśnie teraz chce bez mikrokontrolera, żeby sprawdzić jak mi pójdzie trawienie pcb. Później przyjdzie czas na programowanie i mikrokontroler.