Lichtschranke als Taktzähler

[Boris (minussinsk)]

Hallo zusammen,

ich bin recht neu im Forum und besitze ein technisches Background 
(Maschinenbauer). Elektrochtechnik ist für mich reines Hobby.
Nun zu meiner Frage. Ich würde gerne ein Lichtschranke LM393 Modul o.Ä. 
als Rotationsdetektor nutzen. Meine Idee ist es ein Rad mit einem 
Lochmuster rotieren zu lassen und den Sensor an diesen zu platzieren. 
Die Elektronik soll "nur" folgende Aufgaben haben: Solange sich das Rad 
dreht soll eine grüne LED leuchten, sobald das Rad aufhört zu drehen - 
nach ca. 1-3 Sec. (Einstellbar) soll eine rote LED leuchten. Die 
Schaltung soll ein high Signal (3,3-24V) beim Stillstand ausgeben und 
ein low Signal solange das Rad sich dreht, alternativ auch umgekehrt. 
Die Schaltung soll drei Anschlüsse besitzen: Versorgnungsspannung, 
Ground, Signalausgabe (high/low).

Die mechanische Seite ist relativ leicht mit einem 3D Drucker und ein 
paar Kugellager zu lösen, die Elektrotechnik fordert mich heraus. Ich 
denke es wäre relativ leicht mit einem Arduino und etwas Code zu lösen. 
Allerdings möchte ich diese Baugruppe so klein wie möglich aufbauen. 
Gibt es eventuell bereits fertige Schaltungen die man so beziehen kann, 
die genau solchen Fall abbilden können? Oder komme ich nicht drumherum 
so etwas selbst aufbauen und programmieren zu müssen?

Falls ich zu wenig Informationen aufgeschrieben habe oder etwas 
offensichtliches fehlt, kann ich es gerne noch ergänzen. Bitte nur 
Bescheid geben, welche Infos notwendig sind.

[Jörg R. (solar77)]

Boris schrieb:
> Nun zu meiner Frage. Ich würde gerne ein Lichtschranke LM393 Modul o.Ä.
> als Rotationsdetektor nutzen. Meine Idee ist es ein Rad mit einem
> Lochmuster rotieren zu lassen und den Sensor an diesen zu platzieren.
> Die Elektronik soll "nur" folgende Aufgaben haben: Solange sich das Rad
> dreht soll eine grüne LED leuchten, sobald das Rad aufhört zu drehen -
> nach ca. 1-3 Sec. (Einstellbar) soll eine rote LED leuchten. Die
> Schaltung soll ein high Signal (3,3-24V) beim Stillstand ausgeben und
> ein low Signal solange das Rad sich dreht, alternativ auch umgekehrt.
> Die Schaltung soll drei Anschlüsse besitzen: Versorgnungsspannung,
> Ground, Signalausgabe (high/low).

Stichwort: retriggerbares Monoflop, z.B. CD4538

[Falk B. (falk)]

Boris schrieb:
> Die mechanische Seite ist relativ leicht mit einem 3D Drucker und ein
> paar Kugellager zu lösen, die Elektrotechnik fordert mich heraus. Ich
> denke es wäre relativ leicht mit einem Arduino und etwas Code zu lösen.

Reichlich Overkill.

> Allerdings möchte ich diese Baugruppe so klein wie möglich aufbauen.

Du brauchst einen Lichtsensor, meist Phototransistor. Und ein 
Monoflop. Dazu einen Treiber, der 24V ausgeben kann. Kann man 
diskret aufbauen, siehe Transistor.

> Gibt es eventuell bereits fertige Schaltungen die man so beziehen kann,
> die genau solchen Fall abbilden können? Oder komme ich nicht drumherum
> so etwas selbst aufbauen und programmieren zu müssen?

Programmieren muss man da nix. Ein Monoflop gibt es auch schon als 
Bausatz. Aber meist nicht mit minimaler Größe.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Falk B. schrieb:
> Du brauchst einen Lichtsensor,

Auch als Gabellichtschranke bekannt.

Wenn man irgendwo noch einen sehr alten VW-Golf oder die Zündanlage 
einer alten BWM-K100 findet, als Magnetgabelschranke HKZ101.

G* findet: 
https://www.sonnecy-shop.com/de/hall-effekt-drehzahlgeber-cyhme301-ausgangssignal-npn-oc-versorgungsspannung-4.5-v-24-v-dc-alternative-fuer-hkz101-hkz101s-hkz121-siemens.html

Die Dinger sind quasi fertige Arbeit und resistent gegen 12V-Kfz.

[Michael B. (laberkopp)]

Boris schrieb:
> komme ich nicht drumherum so etwas selbst aufbauen

Ist jedenfalls preiswert.

 +---+-----+--+--------+------+----+-- +
 |   |     |  |        |      |   _|_
 |   |     |  R5       R7     |   \_/
 R1  R2    R3 |        |      |    |
 |   |     |  +--------(-----|+\   R9
 |   +--C1-+  +--|+\   |     |  >--+--
_|_LS|     |  |  |  >--+--+--|-/
\_/:|<     +--(--|-/   |  |   |
 |   |E    R4 R6 LM393 C2 R8  |
 |   |     |  |        |  |   |
 +---+-----+--+--------+--+---+-- GND

Die Widerstandswerte hängen von der Versorgungsspannung und 
Lichtdurchlassigkeit der Lichtschranke LS ab, bei 5V könnte 
funktionieren:

R1 100 Ohm
R2  47k
R3 100k
R4  47k
R5 100k
R6  51k
R7 470k
R8 1Meg
R9 470 Ohm
C1 100nF
C2 10uF

Man sollte R1 und R2 so anpassen, dass bei einem Loch die Dpannung am 
Collektir des Ohototransistors auf unter 1V fällt und wenn dunkel auf 
über 4V steigt.
Man kann C2 auf die gewünschte Ausfallzeit anpassen.
Und mit C1 langsames drehen unterdrücken.

[Jörg R. (solar77)]

Boris schrieb:
> ich bin recht neu im Forum..

Trotzdem darfst Du auf Kommentare eingehen, oder hat sich das Problem 
erledigt? Oder denkst Du die User hier schreiben aus Langeweile 
Kommentare?

[Rainer W. (rawi)]

Manfred P. schrieb:
> Auch als Gabellichtschranke bekannt.

Kennst du die geometrischen Gegebenheiten?

[Jörg R. (solar77)]

Boris schrieb:
> (..)
> Nun zu meiner Frage. Ich würde gerne ein Lichtschranke LM393 Modul o.Ä.
> als Rotationsdetektor nutzen. Meine Idee ist es ein Rad mit einem
> Lochmuster rotieren zu lassen und den Sensor an diesen zu platzieren.

Rainer W. schrieb:
> Manfred P. schrieb:
>> Auch als Gabellichtschranke bekannt.
>
> Kennst du die geometrischen Gegebenheiten?

Du würdest anhand dieser Beschreibung wohl eher zu einer 
Reflexionslichtschranke raten?

Ob jetzt eine Gabellichtschranke in einem Gehäuse, oder Sender und 
Empfänger sich sonst wie gegenüber stehen ist doch völlig egal.

Für mich klingt Gabellichtschranke daher erst einmal logisch.

Kannst Du auch direkt auf ein Problem eines TOs eingehen, oder reicht es 
bei Dir nur dafür andere Kommentare madig zu machen?

[Boris (minussinsk)]

Hallo zusammen,

entschuldigt, dass ich etwas "abgetaucht" bin. Ich wollte Euch aber 
nicht mit Zwischenständen langweilen. Ich bin dem Thema retriggerbares 
Monoflop nachgegangen und bin auf den IC NE555 gestoßen. Wie hier von 
Mitgliedern schon erwähnt, war die Idee diesen in Kombination mit einem 
LM393 und einer Gabellichtschranke zu nutzen. Die Signalgenerierung der 
Gabellichtschranke mit einem LM393 funktioniert sehr gut, ich bekomme 
ein sauberes 0V/5V Digitalsignal. Die Schaltung, die Michael B. gepostet 
hat gib es als fertiges Modul zu kaufen, was ich dann auch gemacht habe.
Um den NE555 anzuschließen habe ich mir einige Videos auf YouTube 
angeschaut und bin auf folgedendes Video gestoßen: 
https://www.youtube.com/watch?v=y2uEzDftkiU

Hier wird eine nachtriggerbare monostabile Kippschaltung beschrieben. 
Diese habe ich als fertiges Modul bezogen. Leider passiert folgendes: 
Falls das Rad auf High stehen bleibt -> meldet der NE555 ein Fehler, so 
wie es sein sollte. Allerdings meldet dieser keinen Fehler falls das Rad 
auf Low stehen bleibt, weil der Trigger Eingang wohl permanent 
getriggert wird. An dieser Stelle komme ich leider nicht weiter .... 
habt Ihr vielleicht einen Tipp für mich?

Beste Grüße
Boris

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Boris schrieb:
> gib es als fertiges Modul zu kaufen, was ich dann auch gemacht habe
Was hast du denn da gekauft?

> habt Ihr vielleicht einen Tipp für mich?
Zeig mal in einem Schaltplan und einem Foto, und was du da aufgebaut 
hast.

> habt Ihr vielleicht einen Tipp für mich?
Du brauchst ein flankengetriggertes rertiggerbares Monoflop.

[Boris (minussinsk)]

Lothar M. schrieb:
> Zeig mal in einem Schaltplan und einem Foto, und was du da aufgebaut
> hast.
>

Das ist gerade der Aufbau, die Rote Led fungiert als Diode, damit man an 
der LM393 Platine ein sauberes Signal bekommt.

[Rainer W. (rawi)]

Boris schrieb:
> WhatsApp_Image_2024-10-24_at_09.27.37.jpeg

Wo kommt dabei der im Titel genannte Zähler ins Spiel?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Boris schrieb:
> Das ist gerade der Aufbau
Hast du einen Link zu diesen Modulen? Und wie wurde NE555-Board mit ener 
Diode "angepasst"?

> die Rote Led fungiert als Diode, damit man an der LM393 Platine ein
> sauberes Signal bekommt.
Warum ist das nötig?

[Walter T. (nicolas)]

https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe

[Boris (minussinsk)]

Rainer W. schrieb:
> Boris schrieb:
>> WhatsApp_Image_2024-10-24_at_09.27.37.jpeg
>
> Wo kommt dabei der im Titel genannte Zähler ins Spiel?

Es ist ein Lochrad montiert der die Lichtschranke triggert.

[Boris (minussinsk)]

Lothar M. schrieb:
> Boris schrieb:
>> Das ist gerade der Aufbau
> Hast du einen Link zu diesen Modulen? Und wie wurde NE555-Board mit ener
> Diode "angepasst"?
>
>> die Rote Led fungiert als Diode, damit man an der LM393 Platine ein
>> sauberes Signal bekommt.
> Warum ist das nötig?

Warum es nötig ist kann ich Dir nicht sagen. Das Signal des LM393 Boards 
geht nicht vernünftig auf Ground -> LED Leuchtet permanent. Mit der 
zusätzlichen Roten LED ist der Signal sauberer.

[Jörg R. (solar77)]

Boris schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Boris schrieb:
>>> Das ist gerade der Aufbau
>> Hast du einen Link zu diesen Modulen? Und wie wurde NE555-Board mit ener
>> Diode "angepasst"?
>>
>>> die Rote Led fungiert als Diode, damit man an der LM393 Platine ein
>>> sauberes Signal bekommt.
>> Warum ist das nötig?
>
> Warum es nötig ist kann ich Dir nicht sagen. Das Signal des LM393 Boards
> geht nicht vernünftig auf Ground -> LED Leuchtet permanent. Mit der
> zusätzlichen Roten LED ist der Signal sauberer.

Zeige den kompletten! Schaltplan und den kompletten! Aufbau.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Boris schrieb:
> Das Signal des LM393 Boards
Zum **DRITTEN** Mal: welche Boards verwendest du?

Ist das denn so schwierig, die Links zu diesen Boards hierher zu 
kopieren?

[Jörg R. (solar77)]

Lothar M. schrieb:
> Boris schrieb:
>> Das Signal des LM393 Boards
> Zum **DRITTEN** Mal: welche Boards verwendest du?
>
> Ist das denn so schwierig, die Links zu diesen Boards hierher zu
> kopieren?

Ein Salamithread ohne Salami:-)

[Rainer W. (rawi)]

Boris schrieb:
> Es ist ein Lochrad montiert der die Lichtschranke triggert.

Und wer oder was zählt da?
In deinem Blockschaltbild ist davon nichts zu sehen.

[Boris (minussinsk)]

Lothar M. schrieb:
> Boris schrieb:
>> Das Signal des LM393 Boards
> Zum **DRITTEN** Mal: welche Boards verwendest du?
>
> Ist das denn so schwierig, die Links zu diesen Boards hierher zu
> kopieren?

Links zu den gekauften Boards:

LM393 Board
https://www.pollin.de/p/joy-it-speedsensor-lm393-mit-lochscheibe-810878

NE555 Board:
https://www.berrybase.de/timer-modul-breakout-ne555-einstellbar?number=TIMM-NE555&utm_source=google&utm_medium=cpc&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI-qa-mIaniQMVHZGDBx3k4RQREAQYAyABEgIKRfD_BwE

Das NE555 Board wurde so angepasst dass es nachtriggerbar ist - siehe 
Bild im Anhang. (Diode hinzugefügt)

Diode zwischen LM393 Ausgang und dem NE555 Eingang gehangen um das 
Signal zu verbessern.

Sind weitere Informationen notwendig?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Boris schrieb:
> um das Signal zu verbessern.
Was ist denn schlecht an dem Signal und was wurde durch die Diode 
besser?

Boris schrieb:
> Das NE555 Board wurde so angepasst dass es nachtriggerbar ist
Jetzt müsste es eben nur noch flankengetriggert arbeiten statt wie 
bisher pegelgetriggert.

[Boris (minussinsk)]

Der Thread kann geschlossen werden. habe das Problem mit einem Arduino 
gelöst. Den Ausgang von dem LM 393 Board auf den Arduino Eingang 22 
gelegt Hier ist der Quellcode dazu:

const int inputPin = 22;
const int outputPin = 24;
const unsigned long timeoutDuration = 3000; // 3 seconds in milliseconds

int lastState = LOW;
unsigned long lastChangeTime = 0;

void setup() {
  pinMode(inputPin, INPUT);
  pinMode(outputPin, OUTPUT);
  digitalWrite(outputPin, LOW);
}

void loop() {
  int currentState = digitalRead(inputPin);
  
  if (currentState != lastState) {
    lastState = currentState;
    lastChangeTime = millis();
    digitalWrite(outputPin, LOW);
  } else {
    if (millis() - lastChangeTime > timeoutDuration) {
      digitalWrite(outputPin, HIGH);
    }
  }
}

[Boris (minussinsk)]

Lothar M. schrieb:
> Boris schrieb:
>> um das Signal zu verbessern.
> Was ist denn schlecht an dem Signal und was wurde durch die Diode
> besser?

Die Signaldiode auf dem LM 393 Board ist nie komplett ausgegangen. Es 
war immer ein wechsel zwischen hellem leuchten und dunklem leuchten. Mit 
der Diode zwischen den beiden Boards geht die Signaldiode auf dem LM393 
vollständig aus und an.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Boris schrieb:
> habe das Problem mit einem Arduino gelöst.
Das ist soweiso sinnvoll, wenn hinterher eh' ein µC drankommt.

> currentState != lastState
Das ist die von mir erwähnte Flankentriggerung.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Jörg R. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> Manfred P. schrieb:
>>> Auch als Gabellichtschranke bekannt.

> Für mich klingt Gabellichtschranke daher erst einmal logisch.

Hat er nun auch verwendet.

> Kannst Du auch direkt auf ein Problem eines TOs eingehen, oder reicht es
> bei Dir nur dafür andere Kommentare madig zu machen?

Das ist die Kernkompetenz vom (rawi).

Lothar M. schrieb:
> Boris schrieb:
>> Das NE555 Board wurde so angepasst dass es nachtriggerbar ist
> Jetzt müsste es eben nur noch flankengetriggert arbeiten statt wie
> bisher pegelgetriggert.

Soweit ich weiß, kann der 555 keine Flankentriggerung und man hätte eher 
zum 4528/4538 gegriffen.