Как сделать ИК-датчик приближения невосприимчивым к дневному свету?

Я пытаюсь сделать инфракрасное устройство измерения приближения.

Я хочу, чтобы он находился в диапазоне 10 см или 4 "(может быть, 15 см?). Я использую частоту 10 КГц. Вот схема, которую я использовал, за исключением того, что я использовал конденсаторы и резисторы 1 нФ, которые подходят им для диапазона -пропуск 10 кГц. Я использовал LM358A для OP-AMP, и я не знаю идентификатор части моего ИК-диода.

Чтобы увеличить чувствительность и убрать смещение, я добавил разностный усилитель с коэффициентом усиления 10, используя другой OP-AMP внутри LM358A. Я использовал потенциометр, чтобы установить напряжение, которое будет вычтено из нижнего контура.

Оно работает! С разумной линейностью. Однако уровни напряжения меняются в зависимости от интенсивности дневного света.

Есть ли способ сделать это устройство невосприимчивым к дневному свету, используя LDR? Я попытался соединить LDR параллельно с потенциометром удаления смещения, однако, как очевидно, это не дало хороших, логичных результатов. У меня нет ИК-фильтров, и их действительно дорого купить в Фарнелле или в Турции.

От сюда .

Редактировать:

Вот моя схема:

Я не думаю, что использование сигнала LDR может многое сделать, потому что схема уже имеет какое-то подавление внешнего освещения: это фильтр верхних частот на конденсаторе C8.

Я согласен с MikeJ-UK в том, что сигнал, вероятно, насыщен окружающим светом.

Если вы просто хотите, чтобы датчик приближения работал при большем освещении, я бы предложил установить ИК-фильтр перед детектором.

Если это слишком просто (или у вас также много внешнего инфракрасного света, например, из-за того, что солнце светит на детектор):
вам нужно решить проблему полного затухания сигнала окружающим светом.

Предположим, что фототок, вызванный сигналом, составляет несколько микроампер или меньше, а окружающий свет уже дает 0,1 мА, а на входном делителе напряжения очень и очень небольшое напряжение сигнала (D1 / R10). Чем больше тока (вызванного окружающим светом) течет в делителе напряжения, тем меньше будет ваш сигнал.

Простое увеличение усиления не поможет, потому что шум тоже будет усиливаться, и я думаю, что вы попадаете в регионы, где отношение сигнал / шум - это то, о чем вы должны заботиться.

Таким образом, вместо использования делителя напряжения на детекторе лучшим подходом будет использование трансимпедансного усилителя:

Его выходное напряжение является линейным по отношению к току фото. Так что это даст вам по крайней мере постоянный уровень сигнала, независимо от того, сколько у вас окружающего света (см. Также эту статью об этой проблеме Боба Пиза).

Конечно, это верно только в определенных пределах: если ваш усилитель заклинило, вы ничего не сможете сделать.

Таким образом, усиление перед полосовой фильтрацией не должно быть слишком большим. Но если вы сделаете свой полосовой фильтр достаточно узким, вы сможете впоследствии сделать огромное усиление (как в радиоприемниках).

Вы хотите извлечь амплитуду известной частоты из вашего диодного сигнала. Как вы уже пытались сделать, это можно сделать с помощью очень узкого полосового фильтра, однако существуют ограничения. Другой вариант - использовать блокирующий усилитель . Они могут быть на много порядков лучше аналоговых полосовых фильтров.

Блокировочный усилитель в основном умножает ваш входной сигнал на опорный сигнал желаемой частоты. Выходной сигнал затем фильтруется нижними частотами. В этом процессе все частотные компоненты, которые не соответствуют эталону, не генерируют значительного выхода постоянного тока, так как значения разных периодов деструктивно компенсируют друг друга.

Я попытался найти несколько хороших иллюстраций и нашел примечание к приложению LabView и краткое функциональное описание .

Программный подход: микроконтроллер

Готовый чип: AD630 (должны быть дешевле)

Ну, хотя идеи здесь кажутся довольно изящными ... ну, если вы не можете сделать это просто, это может быть неправильно. У Оли Глейзера была, пожалуй, лучшая идея, даже я сам пробовал ее раньше. Вы должны выключить ИК-светодиод для измерения окружающего освещения, а затем снова включить его, чтобы проверить показания, вычтя эти меры, и вы получите правильную меру. Будет несколько неудобств из-за уровней насыщенности фототранзистора, но это лучшее, что вы можете из него получить. ИК-фильтры не очень рекомендуются, если у вас светодиод низкой мощности.

Я подозреваю, что вход насыщает. При высоком уровне внешней освещенности, когда диод проходит около 100 мкА, смещения не остается. Попробуйте уменьшить сопротивление 50 кОм.

Если вы подаете сигнал в микроконтроллер, то вы можете использовать процедуру калибровки, чтобы отрегулировать окружающий свет.

Например, если вы читаете уровень, когда ничего не передается, вы можете вычесть это значение из значения «ON», чтобы получить разницу, вызванную вашим ИК-излучателем.
Нечто подобное должно помочь. Вы можете сделать то же самое с LDR в обратной связи операционного усилителя, чтобы отрегулировать усиление, но было бы сложнее получить правильные результаты.

Другое дело, возможно, иметь более резкий полосовой фильтр (например, ступенчатые 2 или 3 ступени), чтобы «видна» только модулированная частота.

Глядя на спектр солнечного света в Википедии, наблюдается падение на 940 нм из-за поглощения инфракрасного излучения водяным паром в атмосфере.

Использование ИК-источника и датчика, работающих на 940 нм, значительно уменьшит поглощение окружающего света.

RPR220 - это версия с версиями 800 и 940 нм.

Я согласился бы с предложением Оли Глейзера использовать микроконтроллер, но я бы также предложил несколько изменений схемы:

1. Я бы предложил добавить второй вход АЦП в микроконтроллер для определения уровня постоянного тока от фотодиода. Я думаю, что чувствительность фотодиода нелинейна. Если ваш вход переменного тока имеет 100-кратное усиление входа постоянного тока, то рассчитайте объединенное значение входов (100-кратное значение постоянного тока и значение переменного тока) и выполните некоторое преобразование (или интерполируйте, используя справочную таблицу), чтобы получить линеаризованное значение.
2. Может быть некоторое преимущество в добавлении аналогового полосового фильтра, но при удалении демодулятора. Пусть процессор сэмплирует вход на частоте 40 кГц. Используйте четыре скользящих средних фильтра (сначала линеаризованную выборку для фильтра 0, затем фильтр 1, затем 2, 3, 0, 1, 2, 3 и т. Д.) И рассчитайте уровень сигнала переменного тока как (f2-f0) * (f2 -f0) + (f3-f1) * (f3-f1). Этот подход предложит намного лучшую помехоустойчивость, чем пиковый детектор.

Я видел несколько вариантов схем ИК-предусилителя для управления смещением диода, чтобы избежать насыщения, например, с помощью этого устройства Elmos и этого очень старого ИК-предусилителя SL480. Я использовал схему, основанную на первом примере, для наружного датчика приближения и это сработало очень хорошо.

Возможен и мехинхал, «snoot», который представляет собой трубку, которая защищает приемник от большей части окружающего света.

Вы пытались использовать дополнительный датчик в качестве контрольной группы, который подвергается воздействию того же внешнего освещения, но не обнаруживает препятствие, которое имеет ваш настоящий датчик? Затем вы вычитаете сигнал датчика группы управления на рабочий датчик.

У меня это получалось несколько раз в научных проектах, хаха. Тогда я не знал, как программировать программный фильтр.