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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Fototransistor-Matrix


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ich möchte eine 8x8 Fototransistor-Matrix bauen und habe einen 
Prinzipschaltplan gezeichnet, den ich diesem Posting angehängt habe.

Ich hab hierfür die Schaltung verwendet, bei der am Emitter des 
Fototransistors ein Widerstand hängt, an dem eine zum Lichteinfall 
proportionale Spannung abfällt, d.h. ich muss die Helligkeit messen und 
mir reicht kein digitales Schaltverhalten.

Weiß jemand, ob ich das so machen kann, oder ob ich Probleme kriegen 
werde, wenn z.B. mehrere Transistoren beleuchtet werden und ich über 
Zeilen- und Spaltenansteuerung aber nur einen selektiert hab. Ist es 
möglich, dass die anderen dann das Messsignal beeinflussen oder soetwas?

Würde mich über Feedback freuen!

Grüße,
Gast

Autor: Gast (Gast)
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Ach, vlt noch etwas zur Schaltung außenrum und wieso ich 
Fototransistoren verwende.

Registriert werden soll ein Signal mit 40kHz, das von LEDs ausgestrahlt 
werden, die direkt neben den einzelnen Fototransistoren sitzen. Die LEDs 
sind quasi in die Matrix mit eingearbeitet, d.h. sie hängen an den 
gleichen Zeilen, haben aber zusätzliche Spaltenansteuerung. Es handelt 
sich praktisch um eine interaktive 8*8-Matrix, bestehend aus LED und 
Fototransistor.

Das Ganze ist auf einer Fläche von ca. 300*300mm angeordnet.

Ich dachte mir, dass die Variante mit den Fototransistoren 
störunempfindlicher ist, weil die Signal bereits vom Transistor 
verstärkt wurden und sich dann weniger in die Signalleitungen einkoppeln 
kann, weil sie nicht so hochohmig sind, wie bei Photodioden.

Autor: holger (Gast)
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>Ist es
>möglich, dass die anderen dann das Messsignal beeinflussen oder soetwas?

Ja logo ist das möglich. Stell dir einfach alle beleuchteten
Transen als Kurzschluß vor. Da ist nichts mehr mit auswerten.

Autor: Guido (Gast)
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Hast Du bedacht, dass es bei Transistoren auch einen Inversbetrieb gibt?

Mit freundlichen Grüßen
Guido

Autor: Peter R. (pnu)
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Warum die Spalten zweimal muxen, erstmal mit den Schaltern, dann mit dem 
A/D-Multiplexer?

Wegen der Rückwirkung über beleuchtete Transistoren ist folgendes 
Verfahren
wohl besser:

An den Spalten der Matrix, wo jetzt die Widerstände sind, die 
Spaltenschalter setzen. Die 4 Spalten-Ausgänge führen dann zusammen auf 
einen Widerstand, dessen Spannung an den A/D-Wandler geführt wird.

Eventuell müssen noch Dioden in Reihe mit den Kollektoren geschaltet 
werden, damit Kurzschlüsse über beleuchtete Transistoren verhindert 
sind.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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(Inter-)Aktive Matritzen kann man auch mit LEDs alleine und ohne 
Fototransistoren aufbauen. Dafür wird die sich ändernde 
Sperrschichtkapazität bei (vornehmlich roten) LEDs bei wechselnder 
Beleuchtung zur Messung herangezogen.

http://cs.nyu.edu/~jhan/ledtouch/ledtouch.mpg

Autor: Gast (Gast)
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@Travelrec:
> (Inter-)Aktive Matritzen kann man auch mit LEDs alleine und ohne
> Fototransistoren aufbauen. Dafür wird die sich ändernde
> Sperrschichtkapazität bei (vornehmlich roten) LEDs bei wechselnder
> Beleuchtung zur Messung herangezogen.
>
> http://cs.nyu.edu/~jhan/ledtouch/ledtouch.mpg

Ja, das kannte ich schon. Die Sache mit den LEDs funktioniert bei mir 
nicht wirklich gut. Wenn man mal LEDs gefunden hat, die tatsächlich die 
eigene Wellenlänge auch wieder empfangen können, ist der Fotostrom aber 
so gering, dass man Schwierigkeiten hat es auszuwerten. Ab ca. 1cm 
überhalb der LED geht dann garnichts mehr, da hat man mit Fotodioden 
weniger Probleme, da sie mehr als die 10fache Empfindlichkeit haben.

Das größte Problem bei der LED Variante ist aber, dass das zu empfangene 
Licht von den Nachbar-LEDs zur Verfügung gestellt wird, also reflektiert 
werden muss. Wenn die LEDs aber 37mm auseinander sind, wie es bei mir 
der Fall ist, dann reflektiert da bei weitem nicht genug, d.h. ich würde 
pro Feld sowiso eine LED als Sender und noch eine als Empfänger 
brauchen. Dann kann ich aber auch gleich eine LED und eine 
Fotodiode/transistor verbauen, weil's egal ist.

Die LED-Variante hab ich also bereits ausgeschlossen, weil ich das als 
erstes probiert hatte.

Grüße,
Gast

Autor: Gast (Gast)
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Hab das jetzt mal geändert, wie es pnu vorgeschlagen hat.

Meint ihr, dass das jetzt so funktionieren könnte?

Grüße,
Gast

Autor: Peter R. (pnu)
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Ja, so stell ich mir das eigentlich vor.

Autor: Peter R. (pnu)
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Nur, um sicherzugehen:


Die Schalter für die Zeilen dürfen digital arbeiten, also zwischen VCC 
und 0V umschalten.

Die mit "MUX" zusammengefassten Schalter müssen analoge Signale, nämlich 
den Fotostrom bearbeiten.

Eigentlich sollten im Schaltplan die Zeilenschalter in einem (digitalen) 
MUX zusammengefasst werden, während die Spaltenschalter als (analoge) 
Schalter gezeichnet sein sollten.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Die Zeilentreiber würde ich direkt am AVR als Pins anschließen.

Autor: Gast (Gast)
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@pnu:
Ja, genauso hatte ich es verstanden :-)

Dann probier ich es mal so aus ...

Danke!

Grüße, Gast

Autor: oszi40 (Gast)
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Interessant wäre noch ob zur Messzeit das Signal schon stabil ist.

Autor: MaWin (Gast)
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> 40kHz

Vergiss es, nimm Photodioden.

Die werden zwar in Sperrichtung betrieben und Licht lässt dann Strom 
fliessen, daher eigene sie sich nicht zur Matrixverschaltung wie LEDs, 
aber 8 Analogmultiplexer CD4051 werden dich kostenmässig nicht 
umbringen.

Autor: Gast (Gast)
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Ich hab eine SFH309 getestet, ob damit 40kHz noch erkennbar sind und ich 
denke, dass es locker ausreichen sollte.

Ein BPW40 scheint sogar noch eine schnellere An- und Abstiegszeit (3µs) 
zu haben und ist mit einer cut-off-Frequenz von 150kHz angegeben.

Wieso also nicht Fototransistoren verwenden?

Grüße,
Gast

Autor: Gast (Gast)
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Guten Morgen nochmal,

mittlerweile hab ich die Fototransistor-Matrix aufgebaut und prinzipiell 
lässt sie sich auf diese Art und Weise multiplexen. Die Fototransistoren 
sind für die Taktfrequenz auch schnell genug.

Was mir aber aufgefallen ist: Die Fototransistoren scheinen in der 
Empfindlichkeit sehr stark zu streuen.

Ich hatte mir beim Reichelt "SFH 300 3/4" besorgt und könnte es sein, 
dass man da Transistoren mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten - eben 
in Empfindlichkeit 3 oder 4 - bekommt?

Grüße,
Gast

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,
wahrscheinlich ja. -> du kriegst alles was oberhalb einer bestimmten 
Empfindlichkeit liegt ohne Grenze nach oben.

Auch innerhalb einer Gruppe schwankt die Empfindlichkeit um Faktor 2.
Weshalb wir früher die Fototransistoren für Messanwendungen nochmals 
paarweise selektiert haben.

Weitere mögliche Fehlerquellen:
Ausrichtung des Transistors. (sowohl das Gehäuse als auch Chip innerhalb 
Gehäuse).

Eventuell zu kurze Wartezeit nach Umschalten des Multiplexers. (Umladung 
der Kapazitäten).

Autor: Gast (Gast)
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Hallo Anja,

danke für deine Hinweise.

Es scheint tatsächlich zu sein, dass die SFH300 sehr stark schwanken.

Ich hab die dann irgendwann gegen BPW40 ausgetauscht und festgestellt, 
dass es mit denen wesentlich gleichmäßiger ist (obwohl sie nochmal 
billiger sind).

Immer gut, wenn man verschiedene Typen bestellt, die man dann 
vergleichen kann :)

Grüße,
Gast

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