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 инфракрасном 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.