HC SR-501 + shematic + funktion + Bauteile spec

[Francis H. (francis_h)]

Hallo Leute

Es ist momentan noch ein Quick & Dirty entwurf, bin offen Komponenten 
Auswahl anzupassen. Habe sämtliche Komponenten aus verschiedensten 
Arduino Forum`s zusammenkopiert, um so schlussendlich die gewünschte 
Funktion zu erreichen.

etwas in meinen Elektronik Überlegung ist falsch, brauche eure hilfe zu 
folgende Punkten:
1. Ist der 4N35 Eingangseitig richtig beschaltet und R8 --> 330Ohm 
richtig dimensioniert.
2. Wie sieht der ausgang vom 4N35 um einen Transistor / Mosfet 
anzusteuern.
In verschiedenen Foren habe ich da verschiede Schaltbilder gefunden, und 
mir ist nicht ganz klar auf was zu achten ist.
3. IRF540 hatte ich leider nicht zur Hand und hab's mal mit 2n7000 
probiert, jedoch ohne Erfolg. Könnte sowohl an der Beschaltung wie aber 
auch an der Dimensionierung der Wiederstände liegen.

Bin einfach zu wenig fit in dimensionierung von Komponenten.


Ausgangslage:
- 3D Druckgehäuse mit montiertem Pir Sensor HC-SR501
- 24V Speisung
- 24V Schaltung auf Digital In von Beckhoff PLC

Die Spannungsregelung der 24v -> auf 5 V funktioniert und der PIR Sensor 
shaltet die LED D3 wie gewünscht.

Nachtrag: Wie Georg M. (g_m)04.12.2022 09:46 richtig bemerkt hat, habe 
ich vergessen die funktion zu beschreiben :-(
Funktion:
Bei Ruhezustand ein Signal <1V Signal bei Bewegung >21V was dem Zustand 
des HC-SR501 entspricht. Diese wird dann Extern auf den PLC Eingang 
gelegt um weiter verarbeitet zu werden.

Danke im Voraus und lg
F

[Georg M. (g_m)]

Francis H. schrieb:
> um so schlussendlich die gewünschte Funktion zu erreichen.

Und was wäre die gewünschte Funktion?

[Flo (Gast)]

Die vordere Diode kann so nicht stimmen, sonst würde es beim anschalten 
rauchen.
Warum möchtest du mit einem Optokoppler den FET schalten?
Der Optokoppler sollte allein schon reichen für einen SPS Eingang. Dann 
hättest du sogar die galvanische Trennung noch.

[Francis H. (francis_h)]

Flo schrieb:
> Die vordere Diode kann so nicht stimmen, sonst würde es beim anschalten
> rauchen.
Ja korrekt D1 die ist umgekehrt montiert, doch danke für den hinweis.
> Warum möchtest du mit einem Optokoppler den FET schalten?
Ja zu kompliziert gedacht :(
> Der Optokoppler sollte allein schon reichen für einen SPS Eingang. Dann
> hättest du sogar die galvanische Trennung noch.
Wie sollte der IC2 beschaltet werden?

Siehe detail

[Francis H. (francis_h)]

Francis H. schrieb:
> Nachtrag: Wie Georg M. (g_m)04.12.2022 09:46 richtig bemerkt hat, habe
> ich vergessen die funktion zu beschreiben :-(
> Funktion:
> Bei Ruhezustand ein Signal <1V Signal bei Bewegung >21V was dem Zustand
> des HC-SR501 entspricht. Diese wird dann Extern auf den PLC Eingang
> gelegt um weiter verarbeitet zu werden.

[Forist (Gast)]

Francis H. schrieb:
> Es ist momentan noch ein Quick & Dirty entwurf, ...

Das sieht man schon an deiner Schreibe

> ... bin offen Komponenten
> Auswahl anzupassen. Habe sämtliche Komponenten aus verschiedensten
> Arduino Forum`s zusammenkopiert, um so schlussendlich die gewünschte
> Funktion zu erreichen.
>
> etwas in meinen Elektronik Überlegung ist falsch, brauche eure hilfe zu
> folgende Punkten:

Ein Tip: Wenn du mit der englischen Sprache auf Kriegsfuß stehst, 
verwende doch die deutschen Begriffe, z.B. "Schaltplan".

[Francis H. (francis_h)]

Forist schrieb:
> Francis H. schrieb:
>> Es ist momentan noch ein Quick & Dirty entwurf, ...
>
> Das sieht man schon an deiner Schreibe
>
>> ... bin offen Komponenten
>> Auswahl anzupassen. Habe sämtliche Komponenten aus verschiedensten
>> Arduino Forum`s zusammenkopiert, um so schlussendlich die gewünschte
>> Funktion zu erreichen.
>>
>> etwas in meinen Elektronik Überlegung ist falsch, brauche eure hilfe zu
>> folgende Punkten:
>
> Ein Tip: Wenn du mit der englischen Sprache auf Kriegsfuß stehst,
> verwende doch die deutschen Begriffe, z.B. "Schaltplan".

die einen nennen es Kriegsfuß, den anderen ist das unwichtig :)
Doch danke für deinen netten hinweis :)

[HildeK (Gast)]

Francis H. schrieb:
> 1. Ist der 4N35 Eingangseitig richtig beschaltet und R8 --> 330Ohm
> richtig dimensioniert.
Naja, die Ausführungen, die ich vom HC-SR501 kenne, haben einen 1k 
Serienwiderstand am Ausgang eingebaut. Deshalb würde ich sowohl die LED 
als auch den Optokoppler nicht an den Ausgang hängen. Da kommt dann 
einfach zu wenig Strom. Außerdem, was soll R4 und R5 in dem Pfad? 
Führt nur dazu, dass nur noch 2.5V am Gate ankommen - da musst du schon 
sehr suchen, bis du einen MOSFET findest, der damit funktioniert und 
auch an der Drain mehr als 24V habe darf!
Was aber geht: auf den OK einfach verzichten und einen nMOS direkt an 
den Ausgang hängen. Es sollte einer sein, der bei 5V auch sicher 
durchschaltet (Spec für RDS_on enthält Angaben für U_Gate mit <5V). Oder 
ein NPN.

> 2. Wie sieht der ausgang vom 4N35 um einen Transistor / Mosfet
> anzusteuern.
Vergiss den Optokoppler. In deiner Schaltung sind eh die Masse und die 
Versorgung auf beiden Seiten des OK angeschlossen. Einen OK nimmt man, 
wenn eine vollständige galvanische Trennung erforderlich ist.
Einfach den Ausgang direkt ans Gate des MOSFET. Ein NPN geht auch 
direkt, wenn sichergestellt ist, dass dein Modul auch den 
1k-Serienwiderstand enthält. Sonst brauchst du noch einen 
Basisvorwiderstand. Der NPN ist jedenfalls einfacher zu finden, weil es 
viel mehr Varianten gibt, die mehr als 24V aushalten: BC547, BC337 für 
etwas größere Ströme u.v.a.

> In verschiedenen Foren habe ich da verschiede Schaltbilder gefunden, und
> mir ist nicht ganz klar auf was zu achten ist.
Schaltbilder zum HC-SR501? Ja, die einen zeigen Schaltungsvorschläge zum 
BISS0001, die andern eben die tatsächliche Platine. Und von letzterem 
könnte es auch unterschiedliche Versionen geben. Welche Schaltbilder du 
angeschaut hast, wissen wir nicht.

[Francis H. (francis_h)]

Herzlichen Dank für deinen Input.

Ja ist tatsächlich so das die 100% Galvanische Trennung erst im 
Steuerschrank gemacht wir. Da überlege ich mir noch ob ich einen Draht 
mehr einziehe um es auf dem Bewegungsmelder bereits zu trennen.

>> 1. Ist der 4N35 Eingangseitig richtig beschaltet und R8 --> 330Ohm
>> richtig dimensioniert.
> Naja, die Ausführungen, die ich vom HC-SR501 kenne, haben einen 1k
> Serienwiderstand am Ausgang eingebaut. Deshalb würde ich sowohl die LED
> als auch den Optokoppler nicht an den Ausgang hängen.
Danke für die Erklärung, habe das zwar festgestellt beim messen, doch 
erst nach deiner Erklärung verstanden warum das so ist. Ich messe 
tatsächlich IQ max vom Pir ~2mA, gegenüber masse. nach dem direkten 
besteuern des 4N35, hat dieser auch korrekt geschaltet und High 1.1V 
angezeigt. Leerlauf Ausgang Pir wie erwartet 3.3V.
>Da kommt dann einfach zu wenig Strom. Außerdem, was soll R4 und R5 in dem >Pfad?
Das war eine der varianten die ich auf dem netzt gesehe habe.
> Führt nur dazu, dass nur noch 2.5V am Gate ankommen - da musst du schon
> sehr suchen, bis du einen MOSFET findest, der damit funktioniert und
> auch an der Drain mehr als 24V habe darf!
> Was aber geht: auf den OK einfach verzichten und einen nMOS direkt an
> den Ausgang hängen. Es sollte einer sein, der bei 5V auch sicher
> durchschaltet (Spec für RDS_on enthält Angaben für U_Gate mit <5V). Oder
> ein NPN.
In der Beilage die korrigierte version mit BC337 wobei wenn ich dich 
richtig verstehe dieser nicht geht weil die Emitter Spannung 5v ist und 
nicht 3.3V habe ich dich da richtig verstanden? Ein BS170 jedoch geht.



HildeK schrieb:
>> 2. Wie sieht der ausgang vom 4N35 um einen Transistor / Mosfet
>> anzusteuern.
> Vergiss den Optokoppler. In deiner Schaltung sind eh die Masse und die
> Versorgung auf beiden Seiten des OK angeschlossen. Einen OK nimmt man,
> wenn eine vollständige galvanische Trennung erforderlich ist.
> Einfach den Ausgang direkt ans Gate des MOSFET. Ein NPN geht auch
> direkt, wenn sichergestellt ist, dass dein Modul auch den
> 1k-Serienwiderstand enthält. Sonst brauchst du noch einen
> Basisvorwiderstand. Der NPN ist jedenfalls einfacher zu finden, weil es
> viel mehr Varianten gibt, die mehr als 24V aushalten: BC547, BC337 für
> etwas größere Ströme u.v.a.

In der Beilage die überarbeitete version.

HildeK schrieb:
>> In verschiedenen Foren habe ich da verschiede Schaltbilder gefunden, und
>> mir ist nicht ganz klar auf was zu achten ist.
> Schaltbilder zum HC-SR501? Ja, die einen zeigen Schaltungsvorschläge zum
> BISS0001, die andern eben die tatsächliche Platine. Und von letzterem
> könnte es auch unterschiedliche Versionen geben. Welche Schaltbilder du
> angeschaut hast, wissen wir nicht.

Ich glaueb das hat sich erledigt, hatte nicht realisiert das da ein 
Widerstand in serie auf dem DATA Pin war. War auf dem Bread Board da 
hängen geblieben.

[HildeK (Gast)]

Francis H. schrieb:
> In der Beilage die korrigierte version mit BC337 wobei wenn ich dich
> richtig verstehe dieser nicht geht weil die Emitter Spannung 5v ist und
> nicht 3.3V habe ich dich da richtig verstanden? Ein BS170 jedoch geht.

Das, was du im BC337-Datenblatt markiert hast, ist der Grenzwert für die 
maximale Sperrspannung der BE-Strecke (E positiv, B negativ). Die spielt 
hier überhaupt keine Rolle, denn dein Steuersignal ist entweder +3.3V 
oder 0V mit 1k in Serie. Hier wird nichts negativ an der Basis! Es ist 
die Sperrspannung, hier wird die BE-Diode aber ganz normal in 
Durchlassrichtung betrieben.
Der BC337 oder auch ein BC547 (und ähnliche) gehen für die 10k Last an 
24V (=2.4mA) wunderbar. Der NPN braucht nur ~0.7V an der Basis und du 
hast 3.3V zur Verfügung. Mit dem internen 1k des Moduls ist nicht mal R3 
notwendig (er schadet aber auch nicht: ist egal ob 1k oder 1k+330R vor 
der Basis liegen). Das heißt: Dein Schaltbild ist so richtig und es wird 
so funktionieren!

Der BS170 wird zwar bei dem kleinen Laststrom zufällig auch gehen, aber 
für einen ordentlichen Betrieb nach Datenblatt wären statt 3.3V jedoch 
10V am Gate richtig. Die hast du aber nicht ...
Es müsste ein Logic-Level nMOSFET sein, der ab ca 2.5 ... 3V einen 
kleinen RDSon hat und der als U_DS wenigsten 30V aushalten sollte. Die 
sind wiederum eher schwerer zu finden.

[Francis H. (francis_h)]

Vielen herzlichen Dank für deine ausführliche Erklärung, hast mir sehr 
geholfen.
Habe noch einen 2n7000 gefunden getestet und es hat wie erwartet 
funktioniert.

Vielleicht hast dazu noch eine Antwort: Ich habe gesehen das es die 
Möglichkeit gibt den PIR Sensor mit einem Temperatur Widerstand zu 
aufzurüsten, um Temperatur Schwankungen zu kompensieren. Da es sich um 
eine außen Anwendung handelt, ist frage ob das notwendig ist oder nicht. 
Was denkst du?

Herzlichen Dank nochmals, das definitive Resultat poste ich wenn der 
proto gedruckt ist.

[HildeK (Gast)]

Francis H. schrieb:
> Habe noch einen 2n7000 gefunden getestet und es hat wie erwartet
> funktioniert.
Um genau zu sein, auch der muss bei 3.3V Ansteuerung nicht 
funktionieren. Typisch und für nur wenige mA Drainstrom: Ja; sauber 
entwickelt: Nein.
Wenn du ein Einzelstück baust und feststellst, dass es damit geht - ok. 
Wenn du eine Serienfertigung machen wolltest: NEIN.
Schau dir die Zeile im Bild oben an. Da stehen die Gatespannungen, die 
er für einen garantierten RDS_on haben muss. Hier: 5V für einen RDS_on 
von max. 7.5Ω. Das sind die Zeilen, auf die man dabei achten muss.
Ich hätte den IRLML6344 vorgezogen. Ja, SMD. Der läuft mit 2.5V sicher 
und könnte dann auch 4A schalten. So viel zum Verständnis der 
DB-Angaben.
Übrigens: der BISS0001 dürfte auch mit 5V betrieben werden, das Modul 
allerdings hat einen 3.3V-Regler drauf. 5V wären für den 2N7000 
natürlich besser.

Francis H. schrieb:
> Ich habe gesehen das es die
> Möglichkeit gibt den PIR Sensor mit einem Temperatur Widerstand zu
> aufzurüsten, um Temperatur Schwankungen zu kompensieren. Da es sich um
> eine außen Anwendung handelt, ist frage ob das notwendig ist oder nicht.

Ich sehe in meinen Datenblättern nur einen LDR, keinen NTC. Es müssen 
keine Temperaturschwankungen kompensiert, sondern bei Tageslicht das 
Schalten unterbunden werden. Vielleicht hast du andere Vorlagen?
Natürlich ist der PIR im Winter empfindlicher, weil ein Mensch immer 
schön gleichmäßig temperiert ist 😉. Anderseits hat er im Winter gut 
isolierende Kleider an. Im Sommer ist dann der Temperaturunterschied bei 
35° Umgebungstemperatur wieder gering. Das hebt sich teilweise auf.

Zum LDR: in vielen Plänen ist er falsch angeschlossen: in Reihe mit 
einem 1Meg an Pin 9. Richtig wäre: ein Spannungsteiler VCC-1Meg-LDR-GND 
und der Abgriff zwischen R und LDR an den Pin 9. Schön, wie sich dieser 
Fehler durch alle möglichen Publikationen zieht, nur im Datenblatt des 
BISS0001 ist es richtig gezeichnet und bei den Modulen glücklicherweise 
auch richtig gemacht ...

[Francis H. (francis_h)]

HildeK schrieb:
>> Habe noch einen 2n7000 gefunden getestet und es hat wie erwartet
>> funktioniert.
:) mehr glück als verstand...
> Um genau zu sein, auch der muss bei 3.3V Ansteuerung nicht
> funktionieren. Typisch und für nur wenige mA Drainstrom: Ja; sauber
> entwickelt: Nein.
Genial, danke für ausführliche und verständliche Antwort. :)  Es ist 30 
Jahre her als ich die Grundkenntnisse in elektroik in der Schule hatte 
und dies auch nur am Rande.

Ich kann zu wenig beurteilen ob Fehler im Inhalt der Datenblätter weiter 
kopiert werden oder nicht. Kann jedoch bestätigen das in meinem 
Fachbereich es sich nicht anders zeigt.

Das mit dem RT hat mir jedoch keine ruhe gelassen, und hab's nochmals 
gesucht. Eigenartig ist, das ich auch Beträge finde das es sich dabei um 
einen Fake handelt und ich bis jetzt immer noch nicht rausgefunden habe 
was für ein typ NTC da eingesetzt werden kann. Ich kann den Inhalt nicht 
auf Richtigkeit beurteile. Ich werde die RT auf jedenfalls nicht 
einbauen, und mal sehen wie das ganze sich verhält.

[HildeK (Gast)]

Francis H. schrieb:
> Das mit dem RT hat mir jedoch keine ruhe gelassen,

Ja, ich habe die Pads auf meinem Modul auch gesehen (bisher ignoriert 
😀). In einer Publikation steht:
"In the summer when the ambient temperature rises to 30 ~ 32 ℃, slightly 
shorter detection range, temperature compensation can be used as a 
performance compensation."
Im Prinzip das, was ich sagte. Das Delta zwischen hohen 
Umgebungstemperaturen und der Körpertemperatur ist kleiner und das geht 
auf die Empfindlichkeit: "slightly shorter detection range".

Im Anhang ein Schaltbildausschnitt einer Ausführung, in der der RT mit 
10k angegeben ist - dafür wurde der LDR weggelassen. Es ist aber nicht 
mal genannt, ob es ein NTC oder ein PTC sein soll (vielleicht auf 
chinesisch?).
Es hängt sicherlich auch davon ab, wie die Bauteilwerte und Anordnung an 
den Pins 12, 13, 15 und 16 vom IC sonst noch sind. Da sind mehrere 
Varianten im Netz zu finden.