Hallo Leute,
ich habe hier eine Reflexlichtschranke(OPB 701Z), die zur
Objekthöhenerkennung eingesetzt wurde, die Uce Kollektor-Emiiterspannung
des Fototransistors soll am Eingang eines ADC (ADS1113) erfasst werden,
die Eingangsspannungswerte liegen zwischen 1V- 5V.
die Schache ist, es kommt oft vor, dass die Lichtschranke in die
Sättigung geht, dh. die Spannung Uc den Wert 1V unterstreitet, wie kann
ich sowas durch eine nachgebildete zusätzliche Schaltung, die hinter dem
Empfänger liegt, verhindern ??
Danke im Vorraus für ihre Hilfe
John schrieb:> ich habe hier eine Reflexlichtschranke(OPB 701Z), die zur> Objekthöhenerkennung eingesetzt wurde,
Falscher Ansatz. Die Lichtschranke ist nicht für eine analoge
Auswertung geeignet.
Gruss
Harald
Bist Du sicher, daß es ein elektrisches Problem ist?
Der Fototransistor wird leitend, sobald er genug Licht bekommt. Ein
schwarzes, mattes Rohr könnTe das vorhandene Fremdlicht fernhalten.
Sonst lies mal Beitrag "gepulste Lichtschranke mi NE555"
Hi
>Falscher Ansatz. Die Lichtschranke ist nicht für eine analoge>Auswertung geeignet.
Wo steht das. Ich kenne zumindest eine Anwendung bei der die Auslenkung
eines Bauteils über Reflexlichtschranke und Graukeil gemessen wird.
Funktioniert problemlos.
MfG Spess
spess53 schrieb:> Hi>>>Falscher Ansatz. Die Lichtschranke ist nicht für eine analoge>>Auswertung geeignet.>> Wo steht das. Ich kenne zumindest eine Anwendung bei der die Auslenkung> eines Bauteils über Reflexlichtschranke und Graukeil gemessen wird.> Funktioniert problemlos.
Naja, für einen Meßwert Pi mal Daumen wird das reichen.
Gruss
Harald
John schrieb:> es kommt oft vor, dass die Lichtschranke in die> Sättigung geht, dh. die Spannung Uc den Wert 1V unterstreitet, wie kann> ich sowas durch eine nachgebildete zusätzliche Schaltung, die hinter dem> Empfänger liegt, verhindern ??
Du willst hinter den gesättigten Fototransistor etwas bauen, das
dessen Sättigung wegzaubert? Sorge doch lieber gleich dafür, dass keine
Sättigung auftritt.
Ein Transistor geht in Sättigung, wenn so viel Strom fließt, dass fast
die gesamte Versorgungsspannung am Arbeitswiderstand abfällt. Bei der
Reflexlichtschranke ist der Strom durch den Lichteinfall festgelegt. Ich
sehe folgende Möglichkeiten:
1) wenn du zu viel Fremdlicht hast, schirme es optisch ab
2) wenn das viele Licht wirklich reflektiertes Licht deines Senders ist:
schicke weniger Strom durch die LED oder schwäche den Lichteinfall
optisch ab
3) wenn der Stromfluss durch den Fototransistor derzeit noch gar nicht
so groß ist (z.B. <20mA): mach den Arbeitswiderstand des Fototransistors
kleiner, damit nicht die ganze Versorgungsspannung an ihm abfällt.
und jetzt zu der Lösung, die in deinem Fall am besten passt:
4) wähle einen Reflexkoppler mit geringerer Empfindlichkeit. Du hast den
OPB701 verwendet, der als Empfänger eine Darlingtonschaltung benutzt.
Steige um auf den OPB700, dann dürfte die Empfindlichkeit mindestens
eine Größenordnung geringer sein und die Sättigung tritt erst bei 10 mal
so viel Lichteinfall auf.
> es kommt oft vor, dass die Lichtschranke in die> Sättigung geht, dh. die Spannung Uc den Wert 1V unterstreitet
Welche der gezeigten Schaltungen verwendest du denn?
In der linken und mittleren ist das Licht auf dem Phototransistor zu
gering und in der rechten zu groß, wenn mit Uc eigentlich Uaus gemeint
ist. Du könntest dann den LED-Vorwiderstand oder den Kollektorwiderstand
anpassen, eine Zusatzschaltung ist nicht nötig.
Da es sich lt. Datenblatt um einen Fototransitor in Darlingtonschaltung
handelt, scheint die Lichtempfindlichkeit hoch zu sein. Damit wird die
ganze Angelegenheit natürlich auch empfindlicher gegen Fremdlicht.
Achim S. schrieb:> 3) wenn der Stromfluss durch den Fototransistor derzeit noch gar nicht> so groß ist (z.B. <20mA): mach den Arbeitswiderstand des Fototransistors> kleiner, damit nicht die ganze Versorgungsspannung an ihm abfällt.
wie kann ich wissen, wie groß ist der Kollectorstrom ??
Also bei der verwandeten Reflexlichtschranke (OPB701Z) steht im
Datenblatt
die Sättigungsspanung U(SAT)= 1,1 V bei Ic =10 microA.
Indem du nicht am Transistor misst, sondern am Arbeitswiderstand.
Wie groß ist deine Versorgungsspannung?
Wie groß ist dein Arbeitswiderstand?
Der Kollektorstrom bei gesättigtem Transistor ist
(Versorgungsspannung - 1,1V) / Arbeitswiderstand
John schrieb:> Versorgungsspannung = 5 V.> Arbeitswiderstand = 470 Ohm.> Kollektorstrom bei der Sättigung ist 8,3 mA. ist das nicht richtig groß> ??
Na ja, mir reichen die 8,3mA.
Aber du willst am Fototransistor ein lineares Maß für den Lichteinfall
abgreifen. Bei deiner Auslegung der Schaltung wird sie bereits bei einem
Strom von 8,3mA stark nichtlinear (weil nur noch UCE_sat für den
Spannungsabfall am Transistor übrig bleibt).
Du könntest den linearen Bereich vergrößern, indem du den
Arbeitswiderstand auf 220Ohm reduziert. Du könntest stattdessen auch die
Versorgungsspannung auf 10V vergrößern. Mit beiden Maßnahmen würdest du
den linearen Bereich deines Empfängers ungefähr verdoppeln (Transistor
ginge erst bei ~16mA in Sättigung).
Aber die wirklich passende Verbesserung für dein Problem wurde schon von
verschiedenen Leuten beschrieben:
Achim S. schrieb:> 4) wähle einen Reflexkoppler mit geringerer Empfindlichkeit.
Hätte dein Fototransistor eine geringere Verstärkung (einfacher
Transistor statt Darlington), dann wäre der lineare Bereich (bezogen auf
den Lichteinfall) um mehr als eine Größenordnung erweitert.
Hallo John kannst Du mir bitte hier weiterhelfen, wäre nett :
Es soll eine Elektronikschaltung konziptiert werden und anhand eines
Prototypen getestet werden, die ein Betreiben der Lichtchranke(OPB701)
http://www.mouser.com/ds/2/414/OPB700-701-46975.pdf
für unterschiedliche Beleuchtungssituationen duch Adaption relevanter
Elektronikkomponenten erlaubt.Insbesondere soll die Anpassung des
Kollektorwiderstands und des LED-Stroms in Abhängigkeit der
Beleuchtungssituation durch einen A/D Wandler (ADS 1014)
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1015.pdf
untersucht werden.
Danke.
Hallo Achim,
kannst Du mir bitte hier weiterhelfen, wäre nett :
Es soll eine Elektronikschaltung konziptiert werden und anhand eines
Prototypen getestet werden, die ein Betreiben der Lichtchranke(OPB701)
http://www.mouser.com/ds/2/414/OPB700-701-46975.pdf
für unterschiedliche Beleuchtungssituationen duch Adaption relevanter
Elektronikkomponenten erlaubt.Insbesondere soll die Anpassung des
Kollektorwiderstands und des LED-Stroms in Abhängigkeit der
Beleuchtungssituation durch einen A/D Wandler (ADS 1014)
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1015.pdf
untersucht werden.
Danke.
Das geht auch einfacher: Reduziere zum Test den Strom/Helligkeit Deiner
LED und schau auf den Vielfachmesser in welchem Wertebereich sich was
Sinnvolles ablesen lässt. Dieser Vorgang nennt sich Kennline erfassen.
Dann kannst Du entscheiden, ob ein AD-Wandler für diesen Fall sinnvoll
einsetzbar wäre.
A/D Wandler muss unbedingt eingesetzt werden die Frage nun wie kann ich
ein adaptive Schaltung entwickeln, und dadurch die Lichtschranke bei
verschiedened Lichtsituationen testen .
Versorgungsspannung = 5V
arbeitswiderstand 470 Ohm
Wie wäre der Versuch: die LED auszuschalten, Licht zu messen, dann LED
wieder einschalten, nochmals messen. Dann hätte man zumindetst statische
Anhaltswerte für das aktuelle Fremdlicht und LED-Licht. Wenn zwischen
Fremdlicht und LED-Licht keine merklicher Unterschied ist, solltest Du
zuerst das Fremdlicht optisch abschirmen.
Welchen Zweck soll Deine adaptive Reglung haben? Mehr Strom als den lt.
Datenblatt wird Deine LED nicht vertragen.
hm wie gesagt das ganze soll zur höhenerkennung dienen , dass man durch
die Lichtschranke erkennen ob ein Objekt da steht oder nicht und das
alles bei verschiedenen situationen zum B Licht abgeschirmt , LED aus
LED An..
Im Datenblatt steht, daß diese Lichtschranke für 5 mm Abstand ist. Da
sich mit dem Abstand zusätzlich die Helligkeit ändert, scheint mir diese
Lösung weniger ideal um eine konkrete Lage zu erkennen. Hell und dunkel
wird man unterscheiden können. Aber z.B. 17,3% der Höhe wird man kaum
genau und reproduzierbar anzeigen können.
"Normale" Lichtschranken sind zum "Schalten" da.
Die Kennlinien der beteiligten Bauteile sind auch entsprechend
aufeinander abgestimmt.
Natürlich gibt es, [;-)] sogar bei einem Schalter, einen
Übergangsbereich, dem man eine gewisse Linearität nicht absprechen kann.
Aber schon wenn die hübsche Sekretärin vorbeigeht, laufen nicht nur die
Augen weg. Die Messwerte folgen. In diesem Sinne viel Spaß schon einmal.
Wenn Du Höhen, über die Abschattung messen willst, solltest Du eine
genau abgestimmte Lichtquelle, möglichst ein schmaler, senkrechter
Schlitz, gebündelt über dein Bauteil lenken. Dass was drüben ankommt
sammeln (Linse oder Erbse) und auf eine Fotozelle mit möglichst weitem
Arbeitsbereich lenken.
Ich will keine Höhen messen sondern erkennen steht ein Objekt, wird das
Licht reflektiert und dann erzeugt der Fototransistor einen Strom Ic,
ein widerstand ist angeschlossen und angepasst, durch Ic fällt eine
Spannung an R, dann haben wir spannungsteiler, die Spanung an
Fototransistor wird von AD-Wandler erfasst (Eingangswertebereich 1 V- 5
V) und umgewandelt, anhan ADC-Werte werden Z.B. die Drehzahl und die
Temperatur gereglt, Z.B wenn das Objekt hoch ist soll die maximale
Drehzahl 700 sein und die Temperatur max 100 .
@John
>hm wie gesagt das ganze soll zur höhenerkennung dienen>Ich will keine Höhen messen sondern erkennen steht ein Objekt
Die Geschwindigkeit eines Dingsbumses lässt sich auf vielerlei Arten
erkennen.
- Eine Kante, die zwei hintereinander liegende Lichtschranken
durchläuft.
- Beim Messen über die Oberkante kann man, bei sehr glatten Teilen
feststellen dass man nix feststellt. Andernfalls kann man die
Toleranzen der Teile in ihrer Höhe erkennen. Ich glaube aber nicht,
dass ein allzu ausgeprägter Zusammenhang zwischen durchgelassenem
Licht und der Geschwindigkeit besteht.
- Sollte aber die Oberfläche eine gewisse Regelmäßigkeit zeigen, so
könnte man es mit Auflicht probieren. Im Empfänger wird der
Gleichlichtanteil, z.B. mit einem Kondensator (Tiefpass), abgetrennt
und die, durch die Oberflächenrauhigkeit erzeugte Modulation als
Geschwindigkeitsreferenz herangezogen.
Sollte die Rauhigkeit größeren Toleranzen unterliegen wird aber auch
dies ein Schuss in den Ofen.
Hallo John,
ein wenig konstruiert und praxisfremd klingt deine Problembeschreibung
schon. Normalerweise würde man für deine eigentliche Aufgabe wohl nicht
die vorgegebene Messanordnung wählen, sondern etwas, das zuverlässiger
die Höhe deines Objekts bestimmt. Eine Reflexlichtschranke ist dafür
nicht ideal, die OPB701 ist laut dem ersten Post zu empfindlich, es ist
nicht wirklich eindeutig was du dir unter der Adaption vorstellst.
Ich schätze, du willst zur Höhenerkennung die angehängte Kennlinie aus
dem Datenblatt nutzen. Dort ist schon ersichtlich, dass die Messung
nicht eindeutig ist (der selbe Strom kann zu zwei unterschiedlichen
Entfernungen gehören) und dass die Höhenbestimmung sehr stark von den
optischen Eigenschaften des Objekts abhängt.
Aber wenn dein Betreuer/Chef/wer auch immer meint, dass du die
Empfindlichkeit der Messung anpassbar machen sollst: ok.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Arbeitswiderstand des OPB701 zu
variieren. Dazu kann man "exotische" Möglichkeiten wie ein Digipoti
nutzen. Angemessener wäre vielleicht, mehrere (z.B. binär gewichtete)
Widerstände parallel an den Kollektor des Fototransistors zu hängen, und
je nach gewünschter Empfindlichkeit einige davon "anzuschalten". Das
geht mit integrierten Halbleiterschaltern/Multiplexern oder einfach mit
kleinen p-Kanal MOSFETs. Wenn die Arbeitswiderstände nicht zu
niederohmig sind, kannst du die Arbeitswiderstände auch direkt auf IOs
eines µControllers legen. Wenn du den IO als Ausgang auf high-Pegel
schaltest wird der entsprechende Widerstand wirksam. Wenn du in als
Eingang auf High-Z schaltest ist der entsprechende Widerstand nicht
wirksam.
Damit kannst du den Arbeitswiderstand des Optokopplers sinnvoll um eine
bis zwei Größenordnungen variieren.
Auf ähnliche Weise kannst du auch die Sendeleistung der LED variieren.
Die edle Lösung ist, dass du die LED mit einer Stromquelle ansteuerst
und den Sollwert für den Strom entsprechend der gewünschten Intensität
erzeugst. Die simple Methode ist, dass die Anode der LED fest auf 5V
geht und dann mehrere (z.B. binär gewichtete) Widerstände auf GND. Und
über Transistoren wählst du aus, welche der Widerstände jeweils aktiv
sind (und damit wie viel Strom durch deine LED fließt).
Wenn sich die "variierende Beleuchtungssituation" auf das Umgebungslicht
bezieht, dann hast du beim Aufbau etwas grundsätzliches was falsch
gemacht ;-) Umgebungslicht gehört immer so gut wie möglich abgeschirmt
(denn ein bisschen Sonnenlicht kann schon sehr viel heller sein als das
Licht der LED). Der Fototransistor sollte unbedingt einen
Tageslichtfilter haben (also ein dunkles, optisch nicht transparentes
Fenster, das aber die IR-Strahlung der LED durchlässt). Und wenn es dann
immer noch Probleme mit dem Umgebungslicht gibt, moduliert man
üblicherweise die LED und nutzt als eigentliche Messgröße die Differenz
der Empfängersignale mit LED an und LED aus.
Nach welchem Algorithmus du die Empfindlichkeit des Fototransistors und
die Leistung der LED auf einen optimalen Wert stellst, kann ich dir ohne
konkrete Kenntnisse deines Systems auch nicht sagen. Wie schon diverse
andere geschrieben haben: vielleicht ist die vorgegebene
Herangehensweise nicht die allerbeste...
schöne Grüße
Achim
John schrieb:> die Schache ist, es kommt oft vor, dass die Lichtschranke in die> Sättigung geht, dh. die Spannung Uc den Wert 1V unterstreitet
Dann ist der CE-Strom im Verhältnis zur Beleuchtungsstärke nicht hoch
genug. Die Abbildung "OPB701 - Normalized Collector Current vs Forward
Current vs Temperature" im Datenblatt sieht doch so fürchterlich
nichtlinear gar nicht aus.
Achim S. schrieb:> Sonnenlicht kann schon sehr viel heller sein als das> Licht der LED).
Hallo Achim,
ich glaube der Infrarot-Anteil im Sonnenlicht ist geringer als was die
Diode sendet ???
Achim S. schrieb:> Und wenn es dann> immer noch Probleme mit dem Umgebungslicht gibt, moduliert man> üblicherweise die LED und nutzt als eigentliche Messgröße die Differenz> der Empfängersignale mit LED an und LED aus.
was meinst Du mit Modulieren ???
Achim S. schrieb:> es ist> nicht wirklich eindeutig was du dir unter der Adaption vorstellst.
hier ist die komplette Aufgabenstellung:
Bei den Thermomischern kommt in einem Blocksystem eine Höhenerkennung
zum Einsatz.Die Höhenerkennung unterscheidet, ob eine hohe Platte oder
eine niedrige Platte in den Block eingestzt wurde, und passt einige
Misch-und Temperierparameter dementsprechend an.Die höhenerkennung darf
nur einen kleinen Bauraum einnehmen und muss über einen
Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 100°C zuverlässig arbeiten.
Aufgrund der oben beschriebenen Randbedingungen wurde eine Umsetzung
gewählt, bei der eine ReflexLichtschranke OPB701Z und ein kleines
Umlenkprisma aus Polycarbonat zum Einsatz kommt. die IR-LED emittiert
Licht, das vom Umlenkprisma um 90° gedreht wird. Das Licht verlässt das
Prisma und wird , falls eine hohe Platte im Block eingesetzt wurde,
reflektiert. Das reflektierte Licht tritt erneut in das Umlenkprisma
ein, wird erneut um 90° gedreht, un trifft auf den
Fotodarlingtontransistor der Lichtschranke.
Das von der Fototransistor detektierte Licht setzt sich aus einem Anteil
zusammen, der vom Umlenkprisma zurückgeworfen wird, und aus dem von der
Platte reflektierten Licht.Zusätzlich kann noch ein Fremdlichteinfluss
hinzukommen.
Aufgrund starker Fertigungsschwangungen sowohl der optischen
Eigenschaften des Umlenkprismas als auch der Lichtschranke kommt es
zuweilen zu Sättigungseffekten am Detektor, die ein korrekte Funktion
der Höhenerkennung verhindern.
Es soll eine Elektronikschaltung konziptiert werden und anhand eines
Prototypen getestet werden, die ein Betreiben der Lichtchranke(OPB701)
http://www.mouser.com/ds/2/414/OPB700-701-46975.pdf
für unterschiedliche Beleuchtungssituationen duch Adaption relevanter
Elektronikkomponenten erlaubt.Insbesondere soll die Anpassung des
Kollektorwiderstands und des LED-Stroms in Abhängigkeit der
Beleuchtungssituation durch einen A/D Wandler (ADS 1014)
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1015.pdf
untersucht werden.
John schrieb:> Aufgrund starker Fertigungsschwangungen sowohl der optischen> Eigenschaften des Umlenkprismas als auch der Lichtschranke kommt es> zuweilen zu Sättigungseffekten am Detektor, die ein korrekte Funktion> der Höhenerkennung verhindern.
Na denn: nimm als Ausgangspunkt eine Schaltung mit der bisherigen
Empfindlichkeit. Wenn es bei einer "hohen Platte" in die Nähe der
Sättigung kommt, schaltest du einen zusätzlichen Kollektorwiderstand an
den Fototransistor (so dass du erst bei I_C ~ 30mA in Sättigung gehst).
Wenn das nicht reicht, um die Sättigung ausreichend zu verhindern,
reduzierst du noch den Diodenstrom um z.B. einen Faktor 5 (indem ein
niederohmiger Vorwiderstand deaktiviert wird, und nur noch ein
hochohmiger Vorwiderstand aktiv bleibt).
Das das ganze nur Fertigungstoleranzen ausgleichen soll, muss es nur ein
mal unter definierten Bedingungen ausgemessen werden, dann merkt man
sich die passende Einstellung in einem EEPROM oder über Jumper.
Achim S. schrieb:> schaltest du einen zusätzlichen Kollektorwiderstand an> den Fototransistor
warum soll ich das machen, du hast schon eine andere Lösung
vorgeschlagen
Achim S. schrieb:> mach den Arbeitswiderstand des Fototransistors> kleiner, damit nicht die ganze Versorgungsspannung an ihm abfällt.
Was spricht eigentlich gegen die von mir erwähnten zwei Lichtschranken.
Sie liegen hintereinander und benötigen deshalb die gleiche Bauhöhe.
Die "Hoch"-kante unterbricht nacheinander die zwei Lichtschranken und
erlaubt so eine genaue Geschwindigkeitsbestimmung (Abstand/Zeit) die
"Runter"-kante am Ende gibt Dir noch mal 2 Anhaltspunkte bei der
Freigabe
der Lichtschranken.
Achim S. schrieb:> schaltest du einen zusätzlichen Kollektorwiderstand an> den Fototransistor (so dass du erst bei I_C ~ 30mA in Sättigung gehst).
Wie macht man das genau hab nicht ganz verstanden. der zurzeit am
Fototransistor geschalteter Kollektorwiderstand ist gleich 470 Ohm
John schrieb:>> schaltest du einen zusätzlichen Kollektorwiderstand an>> den Fototransistor>> warum soll ich das machen, du hast schon eine andere Lösung> vorgeschlagen
Das war mein Vorschlag für den Teil des Problems, den du zuerst genannt
hast (OK geht in Sättigung). Danach hast du einen uns zuvor unbekannten
Teil deines Problems genannt:
John schrieb:> Insbesondere soll die Anpassung des> Kollektorwiderstands und des LED-Stroms in Abhängigkeit der> Beleuchtungssituation
Das bedeutet ja wohl, dass der Kollektorwiderstand in Abhängigkeit von
der Beleuchtungssituation geändert werden soll (also nicht auf einen
festen, niedrigeren Wert eingestellt).
John schrieb:>> schaltest du einen zusätzlichen Kollektorwiderstand an>> den Fototransistor (so dass du erst bei I_C ~ 30mA in Sättigung gehst).>> Wie macht man das genau hab nicht ganz verstanden. der zurzeit am> Fototransistor geschalteter Kollektorwiderstand ist gleich 470 Ohm
dazu habe ich in folgendem Beitrag einige Möglichkeiten aufgelistet:
Achim S. schrieb:>
Ich denke, du hast hier von verschiedenen Leuten eine Reihe von
Erklärungen und Vorschlägen zur Realisierung bekommen. Aber alles Fragen
wird dir nicht um die Tatsache herum helfen, dass du selbst eine
Lösung für das gestellte Problem erarbeiten musst. Hilfestellung bei der
Klärung unverstandener Details biete dir diese Forum, aber deine Arbeit
für dich erledigen kann es nicht ;-)
