Hallo,
ich (=Elektronoob) versuche gerade eine kleine Gabellichtschranke selber
zu bauen. Dazu habe ich erst mal einen ganz einfachen Ansatz gewählt:
Zwei identische LEDs sind aufeinander gerichtet. Die eine wird mit
Spannung versorgt und leuchtet. Die andere hängt am analogen Eingang
eines Mikrocontrollers und dient als Sensor. Die analogen Messwerte
lasse ich mir dann per RS232 am PC ausgeben.
Der Aufbau funktioniert auch fast, nur ist das Ganze leider nicht
empfindlich genug. D.h. der µC misst keine nennenswerte Spannung, bis
ich die großen Geschütze auffahre (direktes Sonnenlicht, Taschenlampe
etc.).
Das Licht der LED reicht jedenfalls nicht aus, um die Sensor-LED zu
"triggern".
Nun meine Frage an euch:
Was könnte ich tun, um die Empfindlichkeit der Schaltung zu erhöhen?
Sollte ich besser auf eine Fotodiode oder einen Fotowiderstand
umsteigen?
PS: Die Schaltung wird nachher in einem geschlossenen Gehäuse betrieben,
so dass kein Fremdlicht stören kann.
Rumpel schrieb:> Sollte ich besser auf eine Fotodiode oder einen Fotowiderstand> umsteigen?
Sischer dat. Eine LED ist wirklich kein besonders guter Lichtsensor und
es wird sehr schwierig, den geringen Strom, den sie liefert auf
brauchbare Werte zu verstärken. Ein Fototransistor ist da deutlich
empfindlicher und kann direkt an den MC angeschlossen werden, wenn er
Teil eines Spannungsteilers ist. Fotodiode geht auch, ist aber nicht so
empfindlich.
Selbst ein alter CdS Fotowiderstand geht, die Dinger sind aber in der EU
mittlerweile verpönt.
Rumpel schrieb:> Zwei identische LEDs sind aufeinander gerichtet. Die eine wird mit> Spannung versorgt und leuchtet. Die andere hängt am analogen Eingang> eines Mikrocontrollers und dient als Sensor
Geht nicht.
Die Sendediode muß kurzwelligeres Licht erzeugen, als die Empfangsdiode
erzeugen würde.
oszi40 schrieb:> Auge ins Datenblatt! Fototransistor ist oft langsamer, aber> empfindlicher.
So, habe noch ein paar SFH 309 in einer Bastelkiste entdeckt :-)
Leider verhält es sich hier ähnlich: eine sehr starke Lichtquelle bringt
gut messbare Ergebnisse, eine LED bewirkt garnichts.
Eine fertige Gabellichtschranke verwenden, ist keine Option? Die Dinger
kosten nur ein paar Cent und Sender/Empfänger sind perfekt aufeinander
abgestimmt. Man kann sie auch aus alten CDROM-Laufwerken oder anderen
Geräten recyclen.
Rumpel schrieb:> Nun meine Frage an euch:> Was könnte ich tun, um die Empfindlichkeit der Schaltung zu erhöhen?> Sollte ich besser auf eine Fotodiode oder einen Fotowiderstand> umsteigen?
Das auf jeden Fall. Eine LED ist kein besonders guter Lichtsensor. Das
Problem bei einer LED liegt unter anderem am Bändermodell einer LED, das
ist für die Photonen-Detektion nicht sonderlich geeignet, eigentlich
sogar maximal ungeeignet (die LED soll ja nicht ihr grade erzeugte Licht
direkt wieder absorbieren ;)).
Eine Photodiode sollte hier mindestens her.
Rumpel schrieb:> Leider verhält es sich hier ähnlich: eine sehr starke Lichtquelle bringt> gut messbare Ergebnisse, eine LED bewirkt garnichts.
Das Licht, dass deine LED aussendet, muss auch von deiner
Photodiode/deinem Phototransistor gut messbar sein. Benutzt du eine
grüne LED ist die nicht so gut geeignet für den SFH309 und wenn du gar
den SFH309FA hast wirds noch schlimmer.
Dein Messaufbau wäre übrigens auch noch interessant. Mit nem TIA kann
man ganz leicht auch schächste Ströme detektieren, wie schaut das bei
dir denn aus? Wie groß ist denn dein Feedback-Widerstand (das ist der
Widerstand, der aus dem Photostrom eine Spannung macht)?
Rumpel schrieb:> Was könnte ich tun, um die Empfindlichkeit der Schaltung zu erhöhen?
Geeignete Bauelemente verwenden.
Geeignete Schaltung verwenden.
Einfach ist halt nicht immer gut, und besonders einfach manchmal einfach
unbrauchbar.
Einfach aber nicht besonders gut mit einem Reflexkoppler wie
https://www.pollin.de/p/reflektierender-objektsensor-optek-opb743-121064
1
LED Phototransistor
2
+-----+ +--10k-- +5V
3
+5V ----------|A B| |
4
out --220Ohm--|K C|--+------- Signal
5
| E|---------- Masse
6
+-----+
Der richtige Aufbau einer Reflexlichtschranke nutzt eine IR-Sendediode
und einen Phototransistor mit Tageslichtfilter, und moduliert das Licht
mit einer Trägerfrequenz damit der Empfänger Signale nur und genau der
Freuenz verstärken kann und eventuell macht er noch einen Lock-In auf
genau das Sendesignal.
Wenn man sowieso einen uC hat, kann man die Modulation und den
Synchrongleichrichter vom uC steuern lassen.
Einfacher wäre erst mal ein NE567 zu verstehen:
1
+---+--+----------------+------+--+-- +5V
2
| | | | | |
3
| 4k7 | +----+---+ 1M 220R
4
E| | | | 4 | | |
5
>|--+--(--4k7---+--|5 1|--+ |
6
|BC307 | 10k |LM/NE567| | |A
7
| | +--|6 | | LED
8
| | | | | | |
9
100R 10kPoti-22n-(--|3 2 7 8|--(--+-- kann bis 100mA nach Masse schalten
Anstelle der Modulation kannst du auch mal folgendes versuchen:
Du misst einmal mit eingeschalteter LED, und dann mit ausgeschalteter
LED. Die Differenz der beiden Messwerte ist das eigentliche Nutzsignal
dass du weiter auswerten kannst. Auf diese Weise eliminierst du die
störende Wirkung von Tageslicht mit wechselnder Helligkeit.
Flimmernde LED- und Leuchtstofflampen, stören dabei allerdings immer
noch. Eine wirklich zuverlässige Lichtschranke benutzt daher das bereits
empfohlene modulierte Licht in Kombination mit einem selektiven
Empfänger der nur auf die Frequenz des Senders reagiert (im Prinzip wie
ein Radioempfänger).
Stefanus F. schrieb:> Eine wirklich zuverlässige Lichtschranke benutzt daher das bereits> empfohlene modulierte Licht in Kombination mit einem selektiven> Empfänger der nur auf die Frequenz des Senders reagiert
Nur leider nützt das überhaupt nichts, wenn das Fremdlicht die
Empfängerschaltung in die Sättigung treibt, was bei empfindlichen
Schaltungen meistens der Fall ist. Da hilft nur, schon beim Licht zu
trennen, z.B. durch ein Röhrchen vor dem Empfänger oder gleich eine
Optik. Die muss ja keine besondere Qualität haben, ich habe da auch
einfache Glaskugeln verwendet.
Das mit der mangelnden Empfindlichkeit kann ich nicht nachvollziehen,
ich habe sowas schon gebaut, als LEDs noch einzelne Millicandela hatten,
heute sind LEDs locker 1000mal so hell und die Probleme exitieren
einfach nicht mehr, im Gegenteil, man muss aufpassen dass die Sender
nicht zu hell sind.
Georg
georg schrieb:> Stefanus F. schrieb:>> Eine wirklich zuverlässige Lichtschranke benutzt daher das bereits>> empfohlene modulierte Licht in Kombination mit einem selektiven>> Empfänger der nur auf die Frequenz des Senders reagiert>> Nur leider nützt das überhaupt nichts, wenn das Fremdlicht die> Empfängerschaltung in die Sättigung treibt, was bei empfindlichen> Schaltungen meistens der Fall ist. Da hilft nur, schon beim Licht zu> trennen, z.B. durch ein Röhrchen vor dem Empfänger oder gleich eine> Optik. Die muss ja keine besondere Qualität haben, ich habe da auch> einfache Glaskugeln verwendet.
Lösungen für ein Problem das gar nicht existiert!
Rumpel schrieb:> PS: Die Schaltung wird nachher in einem geschlossenen Gehäuse betrieben,> so dass kein Fremdlicht stören kann.
Hallo,
vielen Dank für die bisherigen Tipps.
Hier noch mal ein paar Infos zur Anwendung, damit klarer wird worum es
geht:
Ich möchte gerne meinen Wasserzähler in der Wohnung per Sensor auslesen.
Der Zähler hat ein Plexiglasgehäuse, unter dem sich ein reflektierender
Halbkreis dreht.
Mein erster Ansatz war, eine fertige IR Reflexlichtschranke zu
verwenden. Leider scheint das Plexiglasgehäuse IR zu reflektieren, denn
der Sensor schlägt sofort aus, wenn ich nur in die nähe des Gehäuses
komme (selbst wenn dahinter nichts ist, was reflektieren könnte).
Daher wollte ich versuchen, mit den LEDs selber eine Lichtschranke im
sichtbaren Lichtspektrum zu bauen.
???
In deinem ersten Beitrag war es:
Rumpel schrieb:> eine kleine Gabellichtschranke
Und jetzt brauchst du plötzlich eine:
Rumpel schrieb:> Reflexlichtschranke
Das ist längst nicht der einzige Widerspruch:
Rumpel schrieb:> Die Schaltung wird nachher in einem geschlossenen Gehäuse betrieben,> so dass kein Fremdlicht stören kann.Rumpel schrieb:> Ich möchte gerne meinen Wasserzähler in der Wohnung per Sensor auslesen.> Der Zähler hat ein Plexiglasgehäuse, unter dem sich ein reflektierender> Halbkreis dreht.
Also die Lichtschranke erfasst durch eine Plexiglasscheibe einen Kranz
mit Farbsegmenten, ist aber in ein lichtdichtes Gehäuse eingebaut.
Erstaunliche technische Leistung. Aber vielleicht verwendet er in der
Wohnung Lampen mit Dunkellicht.
Georg
John schrieb:> ???> In deinem ersten Beitrag war es:>> Rumpel schrieb:>> eine kleine Gabellichtschranke>> Und jetzt brauchst du plötzlich eine:>> Rumpel schrieb:>> Reflexlichtschranke
Ja, ich baue das Ganze gerade auf einem Steckbrett als
Gabellichtschranke auf. Später wollte ich Sender und Empfänger dann um
90° drehen und auf die reflektierende Scheibe des Wasserzählers richten.
Spricht was dagegen?
georg schrieb:> Also die Lichtschranke erfasst durch eine Plexiglasscheibe einen Kranz> mit Farbsegmenten, ist aber in ein lichtdichtes Gehäuse eingebaut.> Erstaunliche technische Leistung. Aber vielleicht verwendet er in der> Wohnung Lampen mit Dunkellicht.
Nö, einfach ein kleiner Aufsatz aus dem 3D Drucker, der den relevanten
Teil des Zählers lichtdicht abdeckt. War jetzt ehrlich gesagt keine
große Leistung ;-)
@ Rumpel (Gast)
>Hier noch mal ein paar Infos zur Anwendung, damit klarer wird worum es>geht:
Na immerhin.
>Ich möchte gerne meinen Wasserzähler in der Wohnung per Sensor auslesen.>Der Zähler hat ein Plexiglasgehäuse, unter dem sich ein reflektierender>Halbkreis dreht.>Mein erster Ansatz war, eine fertige IR Reflexlichtschranke zu>verwenden. Leider scheint das Plexiglasgehäuse IR zu reflektieren, denn>der Sensor schlägt sofort aus, wenn ich nur in die nähe des Gehäuses>komme (selbst wenn dahinter nichts ist, was reflektieren könnte).
Kann sein.
>Daher wollte ich versuchen, mit den LEDs selber eine Lichtschranke im>sichtbaren Lichtspektrum zu bauen.
Dann mach es richtig mit einer normalen LED als Sender und einem
Phototransistor als Empfänger. Der liefert deutlich mehr Strom als eine
Photodiode, da reicht ein Widerstand als Spannungsteiler.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor#Phototransistor
Zeig mal ein Bild von deinem Wasserzähler. Kann sein, daß das
mechanisch/optisch recht kniffelig wird
Falk B. schrieb:> Dann mach es richtig mit einer normalen LED als Sender und einem> Phototransistor als Empfänger.
Der SFH309, den der TO aktuell nutzt, ist ein Phototransistor ;)
Rumpel schrieb:> Gute Frage. Könnte auch nur beschichtetes Plastik sein...
Das ist auch wesentlich wahrscheinlicher.
Wie sieht denn nun deine Schaltung aus? Poste doch mal einen Schaltplan,
dann können wir dir besser helfen.
M. K. schrieb:> Wie sieht denn nun deine Schaltung aus? Poste doch mal einen Schaltplan,> dann können wir dir besser helfen.
Ich versuch's mal :-)
(siehe oben)
Aus Verzweifelung habe ich es schon mit 5V und 3.3V probiert. Die Diode
habe ich sicherheitshalber auch schon ein paar mal rumgedreht ;-)
Rumpel schrieb:> Aus Verzweifelung habe ich es schon mit 5V und 3.3V probiert. Die Diode> habe ich sicherheitshalber auch schon ein paar mal rumgedreht ;-)
Du schriebst oben, dass du den SFH309 benutzt. Das ist ein
Phototransistor. Die Beinchen hast du noch nicht beschnitten, oder? Dann
ist das kurze Beinchen der Kollektor.
Du könntest mal R1 deiner Schaltung vergrößern, auf 100k oder mehr. Denn
der SFH309 liefert "nur" 1,5 bis 11,5 mA bei optimaler Einstrahlung
(1000lx, 950 nm Wellenlänge, das ist schon im IR-Bereich), je nach
Gruppenwert deines Transistors. Deine LED macht mit Sicherheit keine
1000 lx. Im Büro typisch sind 500 lx damit du mal einen vergleich hast
;). Und dann liegt ihr Wellenlängenbereich sicher auch nicht bei 950 nm
sondern eher Richtung 650 nm oder weniger was einem noch mal eine
Reduzierung von ~45% oder mehr einbringt, d.h. der Transistor sieht nur
~65% oder weniger vom ankommenden Licht.
Hast du OPVs? Dann empfiehlt sich der Ansatz mit dem
Transimpedanzwandler (kurz: TIA).
M. K. schrieb:> Du schriebst oben, dass du den SFH309 benutzt. Das ist ein> Phototransistor. Die Beinchen hast du noch nicht beschnitten, oder? Dann> ist das kurze Beinchen der Kollektor.
Oder man sieht es anhand des Gehäuses: die Kollektor-Seite ist
abgeflacht.
Wie soll man in der industriellen Platinen-Bestückung feststellen,
welches da lange und welches das kurze Bein ist? Dort sind die Beine auf
das Endmaß gekürzt, weil man nicht nur eine Platine "bastelt".
STK500-Besitzer schrieb:> M. K. schrieb:>> Du schriebst oben, dass du den SFH309 benutzt. Das ist ein>> Phototransistor. Die Beinchen hast du noch nicht beschnitten, oder? Dann>> ist das kurze Beinchen der Kollektor.>> Oder man sieht es anhand des Gehäuses: die Kollektor-Seite ist> abgeflacht.> Wie soll man in der industriellen Platinen-Bestückung feststellen,> welches da lange und welches das kurze Bein ist? Dort sind die Beine auf> das Endmaß gekürzt, weil man nicht nur eine Platine "bastelt".
Ja, meine Antwort war nicht allumfassend...so wie deine. Bei
indutrieller Platinen-Bestückungen sitzen die Teile auch alle gleich auf
dem Reel. Da muss man nur darauf achten, dass man das Reel richtig rum
einlegt. Mir ist zumindest nicht bekannt, dass so ein Bestückungsautomat
vor dem Einsetzen dann noch mal schaut ob er das Bauteil auch richtig
rum hält. Wenn er meint, dass auf dem Reel Anode links und Kathoden
rechts ist wird er jedes Bauteil vom Reel auch so behandeln dass Anode
links und Kathode rechts ist. Ists andersrum hat man ein Problem.
M. K. schrieb:> Ja, meine Antwort war nicht allumfassend...so wie deine. Bei> indutrieller Platinen-Bestückungen sitzen die Teile auch alle gleich auf> dem Reel.
Ich meinte keine Automatenbstückung, sondern um Serien-Handbestückung.
Soooo, vielen Dank für eure Hilfe :-)
Mit folgender Schaltung habe ich es nun hinbekommen:
- Einfache rote LED mit 390 Ohm Vorwiderstand als Sender
- SFH 309 mit 100kOhm Widerstand als Sensor
- ESP32 mit 12bit ADC zum Auslesen und Verarbeiten der Daten
Mit diesem Aufbau liegt der gemessene Analogwert tatsächlich bei 0 (LED
aus) und 4095 (LED an). Besser könnte das Signal nicht sein :-)
Rumpel schrieb:> Soooo, vielen Dank für eure Hilfe :-)>> Mit folgender Schaltung habe ich es nun hinbekommen:> - Einfache rote LED mit 390 Ohm Vorwiderstand als Sender> - SFH 309 mit 100kOhm Widerstand als Sensor> - ESP32 mit 12bit ADC zum Auslesen und Verarbeiten der Daten>> Mit diesem Aufbau liegt der gemessene Analogwert tatsächlich bei 0 (LED> aus) und 4095 (LED an). Besser könnte das Signal nicht sein :-)
Dann hast du am Eingang des ESP sicher mehr als das zulässige 1V !
Sascha
Stefanus F. schrieb:>> Hast du also 4095 wird das einem Wert von 1V oder mehr entsprechen.> richtig
Ich kenne jetzt nur den ESP8266. Dort lassen sich am analogen Eingang
sämtliche Werte von 0 bis Vcc (3.3V) messen.
Warum sollte das beim ESP32 anders sein?
> Ich kenne jetzt nur den ESP8266. Dort lassen sich am analogen Eingang> sämtliche Werte von 0 bis Vcc (3.3V) messen.
Nein, das ist falsch. Du beziehst Dich vermutlich auf Board wie das
NodeMCU, welche vor dem analogen Eingang einen Spannungsteiler
hinzugefügt haben.
Wenn wir aber von "dem" ESP8266 schreiben, dann kann damit nur der
nackte Chip oder ein Modul mit Minimal-Bestückung gemeint sein.
Gilt auch für "den" ESP32.
Stefanus F. schrieb:> Wenn wir aber von "dem" ESP8266 schreiben, dann kann damit nur der> nackte Chip oder ein Modul mit Minimal-Bestückung gemeint sein.
Ich denke die wenigster Hobbybastler (=Maker?) mit einem solchen
Einsteiger-Wissensstand greifen zum nackten ESP*. Daher würde ich
grundsätzlich davon ausgehen, dass ein Board wie das NodeMCU bzw.
Lolin32 gemeint sind.
Ober war ja auch vom "Sparkfun ESP32 Thing" die Rede...
