Нынешние инфракрасный пульт и сопряжённый с ним приёмник, например, для дистанционного управления телевизором, энергетически очень экономичны и могут месяцами работать от батарейки. Однако, имейте в виду: это весьма непростые штучки. Мало того, что в пульте исходное излучение искусственно модулируют ультразвуковой частотой (чтобы отличить его от излучения других источников). Эту матрёшку одевают ещё и в цифровой сигнал телеграфного типа (коды команд).
Вряд ли начинающий радиолюбитель захочет спаять аппаратуру для такого винегрета из радиодеталей общего назначения (“рассыпухи”), на коленке. Проще купить в магазине готовую специализированную микросхему приёмника и подать на неё питание.
Прекрасная идея для юного радиолюбителя. Мда…
А что, можно как-то по другому? Можно. Давайте почувствуем себя ненадолго радиолюбителями далёкого прошлого. Ну-ну, не пугайтесь. Это всего лишь игра.
Имени Коминтерна
В минувшие времена юный радиолюбитель начинал свой увлекательный путь с того, что самостоятельно изготовлял “из сургуча и картона” (зато с полным пониманием) простейший детекторный приёмник. В результате (о, чудо!) он мог “поймать” передачу широковещательной радиостанции. Например, радиостанции имени Коминтерна.
Она имела мощность 500 кВт. !!!
Да, поверьте: из простенького детекторного приёмника можно было в полном восторге услышать музыку и новости. Благодаря охренительной мощности передаваемого в эфир сигнала.
Постой, автор! При чём здесь времена былые? Куда тебя понесло? Всего этого давно нет. Нам же надо обсудить нынешние забавы в ближнем инфракрасном.
Я к забавам и клоню. Не будем делать сложный инфракрасный приёмник, как современные профессионалы. Сделаем простой, как любители из прошлого. Нас выручит мощный инфракрасный излучатель. Имени Коминтерна.
Итак, приказываю: в ближнем инфракрасном диапазоне электричество не экономить!
Инфракрасный “передатчик” и инфракрасный “детекторный приёмник”
Слово “передатчик” я употребил, конечно, лишь для аналогии. Если речь идёт об электромагнитных волнах инфракрасного диапазона, принято говорить: излучатель.
В нашей затее излучателем будет инфракрасный светодиод. Вроде тех, что “маячат” в пультах дистанционного управления. Только у нас он будет маячить не импульсно. Он будет излучать непрерывно. На пределе своих сил.
Детектором будет другая мелкая деталька, тоже инфракрасная: фотодиод.
(Detector, в переводе с английского, - обнаружитель. В нашем случае - обнаружитель излучения).
В классическом детекторном приёмнике прежних времён к детектору (роль которого играл ламповый или полупроводниковый диод) сразу были подключены наушники. Никакого вспомогательного усиления сигнала после детектора не было. Всё и без того работало.
Но в нашей затее ситуация чуть сложнее. Инфракрасный светодиод по мощности своего излучения всё-таки не сравнится с радиостанцией имени Коминтерна. Электрический ток на выходе детектора, то есть фотодиода, будет очень и очень слабый. (Мы бы ничего не услышали в наушниках, если бы просто подключили их к фотодиоду.) Увы, после него на пути сигнала должен стоять хотя бы простейший усилитель. Самодельный, естественно.
Простейшая инфракрасная сенсорная система
Инфракрасный излучатель и инфракрасный приёмник, образующие сенсорную систему - это два отдельных модуля. В нашем случае они так просты, что я решил поместить принципиальную электрическую схему и того и другого на один рисунок.
Рассмотрим схему излучателя
Главное в этой схеме - инфракрасный светодиод D1 (TSAL6100). Хотелось бы получить от него излучение максимальной мощности. (Но и “спалить” его - не хотелось бы.)
Фирма-производитель светодиода (Vishay Semiconductors) пишет, что масимально допустимая для него сила постоянного тока - 100 мА. (Мои безжалостные измывательства показали, что он хорошо выдерживает и 150 мА. А в импульсном режиме - 500 мА. Но это - экстрим.) Для надёжной работы давайте выберем умеренное значение силы тока - 70 мА.
Сила тока через светодиод зависит как от общего напряжения питания схемы, так и от величины сопротивления R1.
При токе 70 мА на резисторе R1 выделяется мощность 0,25 Вт (в виде тепла). Это довольно много, и если взять резистор с небольшой максимальной рассеиваемой мощностью, он нагреется так, что обожжёт вам пальцы (я убедился лично: обожжёт). Лучше поставить резистор, способный выдержать рассеиваемую мощность до 1-2 Вт. У него хорошая теплоотдача в воздух, и при такой силе тока на ощупь он - лишь умеренно тёплый.
(Фото взято из статьи Простейший инфракрасный счётчик на Arduino. С мелкими гадостями / Хабр )
Теперь обратимся к схеме приёмника
В приёмнике элементом, чувствительным к инфракрасному излучению, является фотодиод D2 (BVP10NF).
Вообще говоря, фотодиод может работать в двух режимах: в фотогальваническом — без внешнего напряжения, и в фотодиодном — с внешним обратным напряжением. В этом простейшем приёмнике выбран второй режим.
По отношению к источнику питания фотодиод включен в обратном направлении. Без внешнего освещения его обратный ток (“темновой ток”) весьма незначителен. При инфра��расном освещении обратный ток возрастает (“фототок”).
Фототок имеет, обычно, очень небольшую величину, измеряемую микроамперами. (Конечно, если отсутствует падение "жестокого" прямого солнечного света непосредственно на фотодиод.) Поэтому здесь, в последовательной цепи, фототок течёт ещё и через полупроводниковый переход “эмиттер-база” транзистора Т1 (BC557). Транзистор играет роль усилителя тока. (Небольшой ток его базы вызывает в несколько сотен раз больший ток его коллектора.)
В свою очередь, ток коллектора транзистора T1 создаёт падение напряжения на резисторе R3. Оно и является выходным сигналом приёмника.
Замечание. Транзистор Т1 (типа pnp) на рисунке 1 включен по схеме “с общим эмиттером”. Если вы привыкли к схемам для транзисторов другого типа (типа npn), рисунок 1 может вызвать у вас некоторое недоумение. Почему эмиттер - сверху?
Чтобы в такой ситуации вернуть вас к привычному образу, привожу на следующем рисунке ту же самую схему, но - в “перевёрнутом” виде. С “землёй” на верхнем проводе и “плюсом” питания - на нижнем.
Резистор R2 на схеме приёмника - страховочный. Он должен ограничивать силу тока в цепи в случае какой-нибудь неприятности. (Например, вы перепутали при монтаже выводы фотодиода, и он теперь включен не в обратном направлении, а в прямом.) Если вы уверены в себе (то есть уверены, что не убьёте случайно фотодиод и транзистор), можете совсем исключить резистор R2 из схемы, соединив вывод фотодиода напрямую с базой транзистора.
Проверка исправности излучателя
Проверить, работает ли собранный вами излучатель, несложно. У большинства смартфонов (айфон к ним, увы, не относится) фотокамера чувствительна не только к видимому свету, но и к инфракрасному излучению (в ближнем диапазоне). Наведите камеру на инфракрасный светодиод и начните включать и выключать питание излучателя. На экране смартфона вы должны увидеть, как светодиод при этом вспыхивает и гаснет.
(Фото взято из статьи Простейший инфракрасный счётчик на Arduino. С мелкими гадостями / Хабр )
Проверка исправности приёмника
Исправность инфракрасного приёмника можно проверить с помощью заведомо исправного излучателя. Для измерения выходного напряжения приёмника вам понадобится ещё и мультиметр.
Если на исправный приёмник падает инфракрасный луч, выходное напряжение приёмника относительно общего провода (GND), измеренное мультиметром, имеет величину приблизительно 5 Вольт. Если луч исчезает, выходное напряжение исправного приёмника опускается практически до нулевой величины.
(Нетрудно сообразить, что по своим выходным свойствам такой приёмник неплохо подходит для сопряжения с Arduino.)
Что дальше?
Итак, сенсорная система готова. Что с ней делать дальше? В каких забавах её можно использовать?
Обсудим это в будущей статье.
