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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lichtschranke mit LM567


Autor: Markus M. (adrock)
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Hi,

ich möchte mit einem LM 567 auf der Empfangsseite und einem NE 555 zum 
Modulieren auf der Sendeseite eine Lichtschranke zur 
Geschwindigkeitsmessung bauen.

Dazu möchte ich zwei Sende/Empfangsdioden in einem definierten Abstand 
(0.5m) platzieren und die Zeit zwischen den Impulsen bei der 
Unterbrechung des Lichtstrahls messen. Sender und Empfänger sollten 
jeweils so ca. 1m voneinander entfernt sein können.

Als Sender dachte ich an hyperhelle rote LEDs (evtl. noch mit 
Sammellinse), als Empfänger habe ich momentan gerade den SFH 309 zum 
Testen hier. Modulieren würde ich das ganze dann mit 50 KHz, so bin ich 
mit der Anstiegs/Abfallzeit der SFH 309 (je nach Typ zwischen 5 und 8 
µs) noch halbwegs im grünen Bereich.

Da das Signal am SFH 309 bei dem Abstand dann relativ schwach wird, 
werde ich es wohl noch verstärken müssen. Was nun aber die 
Dimensionierung für den LM 567 angeht:

C1/R1 ist ja noch einfach, aber wie C2 und C3 dimensionieren? Im 
Datenblatt wird für hohe Geschwindigkeiten vorgeschlagen

C2=130/f0 [µF]
C3=260/f0 [µF]

Somit ist dann aber f0*C2=130, was lt. Datenblatt eine riesige 
Bandbreite ergeben würde (die Kurven hören bei 1.3e3 mit 15% auf), was 
ja eigentlich auch nicht Sinn der Sache ist.

Wie werden denn nun C2 u. C3 für meinen Fall richtig dimensioniert?

Ciao...
Markus

Autor: MaWin (Gast)
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C1, C2, C3 ??
Hier steht wie man C1 und C2 berechnet, C3 finde ich nicht.
http://www.national.com/ds/LM/LM567.pdf
Hier steht, wie man mit LM567 eine Lichtschranke baut:
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.8

Autor: Markus M. (adrock)
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Hi,

naja, das Datenblatt habe ich schon studiert... habe sogar eine 
(einigermassen) funktionsfähige Schaltung fertig (siehe Anhang), der 
Takt für die LED wird extra generiert, da dieser Teil später vom Rest 
der Schaltung getrennt sein wird:

Der NE555 erzeugt einen 50 KHz takt und treibt damit LED1.

Der Phototransistor D1 empfängt das Licht, die Änderungen des 
Spannungsabfalls an R1 werden vom LM358 verstärkt und zum LM567 
weitergegeben.

Bei einem erkannten Signal leuchtet LED2.

Über R10 kann noch die Empfindlichkeit des LM567 herabgesetzt werden.

Das ganze funktioniert soweit, die PLL lockt auch etc. Durch die LED1 
(ist eine hyperhelle rote LED) bekomme ich allerdings hässliche Spikes 
auf der Vcc Leitung (100mV pp) beim Schalten.

Ich denke aber das die Auswertung des Phototransistors irgendwie noch 
nicht so toll ist. Ich kann mit der Schaltung im jetzigen Zustand unter 
Laborbedingungen zwar schon ca. 1m überbrücken, aber da das rote Licht 
noch in höherer Entfernung sichtbar ist, muss das doch noch zu erfassen 
sein?

Schaltet man einen Phototransistor überhaupt so einfach mit einem 
Widerstand?

Ciao...
Markus

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Markus M. schrieb:
>>
> Ich denke aber das die Auswertung des Phototransistors irgendwie noch
> nicht so toll ist. Ich kann mit der Schaltung im jetzigen Zustand unter
> Laborbedingungen zwar schon ca. 1m überbrücken, aber da das rote Licht
> noch in höherer Entfernung sichtbar ist, muss das doch noch zu erfassen
> sein?


Mit eine geeigneten Optik sicher. Ohne wird es eher schwer.

>
> Schaltet man einen Phototransistor überhaupt so einfach mit einem
> Widerstand?


Kann man, aber LC-Schwingkereis bringt eher mehr Gewinn. Jedoch  ist 
dies halt aufwändiger.

Und da fertige Lichtschranken von Sick, Turck, Wenglor, etc in ebay nur 
5-10 euro Kosten: Kauft man sowas heutzutage einfach billiger und 
BESSER.

>
> Ciao...

tschüssi.

Autor: Willi (Gast)
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Hallo Markus,

Dir fehlen die Vcc Stuetzkondensatoren (auf jede Vcc so, wie Du sie 
gezeichnet hast). Ausserdem wuerde ich R1 (oder R4, R5) durch ein 
Trimmer ersetzen und schauen, ob die SFH309 auf infrarot empfindlicher 
ist. Je nach Tastferhaeltniss des 50 kHz koenntest Du noch die R8 
kleiner machen (IR Dioden koennen locker mit 1A gepulst werden - siehe 
z.B. Fernbedienungen).

Gruesse
Willi

Autor: Markus M. (adrock)
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Andrew Taylor schrieb:

> Und da fertige Lichtschranken von Sick, Turck, Wenglor, etc in ebay nur
> 5-10 euro Kosten: Kauft man sowas heutzutage einfach billiger und
> BESSER.

...ich hätte vlt. dazuschreiben sollen, dass ich das ganze zweimal in 
einem definierten Abstand bauen will, um damit die Geschwindigkeit von 
RC-Cars zu messen. Sind dafür diese gebrauchten Teile brauchbar?

Wenn ich die Reichweite auf 2m bekomme reicht das dafür schon. Laser 
würde ich aufgrund der Sicherheitsbestimmungen etc. gerne vermeiden.

Ciao...
Markus

Autor: MaWin (Gast)
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> Sind dafür diese gebrauchten Teile brauchbar?


Nö. Durch Modulation und Demodulation der Trägerfrequenz haben die eine 
deutliche Zeitverzögerung, die dein Messergebnis verfälscht.
Nimm Laserpointer und Photodioden in lichtabgeschirmten Röhren.

Autor: Markus M. (adrock)
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Willi schrieb:

> Dir fehlen die Vcc Stuetzkondensatoren (auf jede Vcc so, wie Du sie

...die sind schon drin, war zu faul sie im Schaltplan einzuzeichnen. 
Ohne die sah die Versorgungsspannung noch viel schlimmer aus :-\.

> gezeichnet hast). Ausserdem wuerde ich R1 (oder R4, R5) durch ein
> Trimmer ersetzen und schauen, ob die SFH309 auf infrarot empfindlicher
> ist.

Naja, der SFH sollte eigentlich lt. Datenblatt so im roten Bereich seine 
max. Empfindlichkeit haben. Ich bevorzuge sichtbares Licht, da später 
die Sendeseite von der Empfangsseite getrennt aufgestellt wird und 
irgendwie ausgerichtet werden muss. Bei IR dürfte das nicht mehr so 
einfach sein.

> Je nach Tastferhaeltniss des 50 kHz koenntest Du noch die R8
> kleiner machen (IR Dioden koennen locker mit 1A gepulst werden - siehe
> z.B. Fernbedienungen).

Naja, der NE555 ist momentan so auf 50% duty cycle geschaltet. Ein 
bisschen mit R8 könnte man schon noch runtergehen. Würde es evtl. auch 
etwas nützen z.B. vier LEDs (notfalls mit Treiber) zu verwenden um eine 
höhere Lichtstärke zu erreichen?

Oder ich schaue ob es noch etwas helleres gibt...

Ciao...
Markus

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Deine Fotodiode ist ja auch komplett verkehrt geschaltet. So wie die 
jetzt geschaltet ist fliesst da ein hoher Strom durch. Fotodioden 
schaltet man in Sperrrichtung.

Also

-------------+-----------  +UB (am besten noch durch ein RC-Glied 
gefiltert)
             |
           -----
             ^
           /   \
          -------
             |
             |
             +------------
             |
             R
             |
-------------+------------ GND


R moeglichst hochohmig und das ganze noch durch einen Impedanzwandler 
oder nichtinvertierenden Verstaerker entkoppeln. Fotodiode und 
Impedanzwandler b.z.w. Verstaerker eventuell noch abschirmen.

Gruss Helmi

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Markus M. schrieb:
> Andrew Taylor schrieb:
>
>> Und da fertige Lichtschranken von Sick, Turck, Wenglor, etc in ebay nur
>> 5-10 euro Kosten: Kauft man sowas heutzutage einfach billiger und
>> BESSER.
>
> ...ich hätte vlt. dazuschreiben sollen, dass ich das ganze zweimal in
> einem definierten Abstand bauen will, um damit die Geschwindigkeit von
> RC-Cars zu messen. Sind dafür diese gebrauchten Teile brauchbar?
>
> Wenn ich die Reichweite auf 2m bekomme reicht das dafür schon. Laser
> würde ich aufgrund der Sicherheitsbestimmungen etc. gerne vermeiden.
>

Dann sollte Deine Meßstrecke ebenfalls nicht zu kurz sein. Wie wäre es 
mit Rundenzeitbestimmung über eine nicht zu kleine Runde? Daraus die 
gemittelte Geschwindigkeit über eine Runde auswerten.

Also bei Sick gibt für seine System durchaus Typen mit 2 ms Verzögerung 
an (auch deutlich schnellere dort verfügbar, 150 bis 50 us sind auch oft 
dabei).
Bei 2m Reichweite.
Bei 2 gleichen LS vom selben Hersteller darfst Du mit nahezu gleichen 
Verzögerungszeiten rechnen.
Kann man also wenn nötig per Auswertung berücksichtigen.
Laser ist durchaus akzeptabel, würde ich generell bevorzugen.

BTW: Du wirst bei Deinem Experimentieraufbau ebenfalls in dieser Größen 
Ordnung sein.

Es geht im RC_Bereich sehr gut mit diesen modulierten Teilen von Sick 
und Co.

Autor: Willi (Gast)
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Achtung!

Der SFH309 ist ein Fototransistor. Der hat keine Anode und Kathode, 
sondern Kollektor und Emitter. Man soll den Emitter auf GND schiessen 
(so, wie es Markus gemacht hat - das Datenblatt verwirrt mit "Kathode"). 
Ausserdem ist die max.Empfindlichkeit bei 860-900 nm, also infrarot.

Den Strom koennte im 100uA Bereich dimensioniert werden, man koennte 
noch den Spannungsabfall etwa gleich dem Spannungsteiler-Ausgang 
einstellen (nicht sehr wichtig duch AC Kopplung).

Wenn man 2 Lichtschranken braucht, ist auch kein Problem, ewt. mit 
unterschiedlichen Frequenzen. Da beide LM567 etwa die gleiche 
Verzoegerung haben werden (koennte von f abhaengig sein), kann man sehr 
genau messen.

Ich wuerde auch keinen Laserpointer verwenden. Mehrere Dioden in Serie 
sind OK, ich denke, die IR Dioden strahlen mehr "Licht" aus, als 
irgendwelche im sichtbaren Bereich. Ich denke, der Ausgang vom 555 hat 
nicht genug strom (~200mA max) fuer die Aplikation, Du solltest einen 
NPN Transistor zum treiben verwenden.

Die Vcc Schwankungen an der Sender-Seite sind nicht schlimm, der 
Empfaenger duerfte keine Haben.

Gruesse
Willi

Autor: Markus M. (adrock)
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Hi,

habe noch ein wenig rumgespielt...

Die Versorgungsspannung für die OP-Schaltung und den Fototransistor habe 
ich jetzt durch ein RC-Glied gefiltert (100 Ohm, 47 µF), dadurch ist das 
Ausgangssignal hinter dem OP wesentlich sauberer geworden, so dass ich 
jetzt auch die Empfindlichkeit des 567 nicht mehr herabsetzen muss.

Den Widerstand am Fototransistor R1 habe ich auf 10k erhöht, um bei 
größerem Abstand die kleineren Änderungen besser zu erfassen. Die 
Verstärkung des OPs habe ich mit R3=100k auf 10 herabgesetzt, das reicht 
völlig aus.

Habe jetzt im Versuch stabil > 1m überbrücken können, man muss nur sehen 
wie das ganze jetzt auf Umgebungslicht reagiert, evtl. mache ich R1 dann 
wirklich einstellbar oder regle das später irgendwie durch den 
Mikrocontroller (Analogschalter), so dass er sich selbst den besten Wert 
einstellt.

Die Erkennungszeit zwischen einer Unterbrechung des Lichtstrahls und der 
Änderung am Ausgang des 567 ist um die 0.2ms, das reicht für meine 
Anwendung allemal.

Ciao...
Markus

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