Članak o primjeni: Integracija reflektivnog senzora objekata QRD1114

Članak o primjeni: Integracija reflektivnog senzora objekata QRD1114

Primjena članka: Integracija QRD1114 reflektivnog senzora objekata

Ovaj članak pruža praktični vodič za korištenje onsemi QRD1114 reflektivnog senzora objekata u ugrađenim sistemima. Pokriva princip rada senzora, kompletan dizajn kola, primjer firmvera i ključna razmatranja performansi na osnovu službenog tehničkog lista.

1. Pregled senzora

QRD1114 je kompaktni, kroz-rupu reflektivni senzor koji kombinuje infracrvenu (IR) emitirajuću diodu i NPN fototranzistor u jednom paketu. Kada se reflektivni objekat postavi ispred senzora, emitirano IR svjetlo se odbija nazad do fototranzistora, koji tada provodi struju. Ova izlazna struja je proporcionalna reflektivnosti objekta i udaljenosti (D) od površine senzora. Uređaj je bez olova, usklađen sa RoHS direktivom, i ima dnevni filter za smanjenje smetnji od ambijentalnog svjetla.

2. Primjer primjene: Detekcija objekata za transportnu traku

U scenariju industrijske automatizacije, QRD1114 se može koristiti za detekciju paketa koji prolaze na transportnoj traci. Senzor se montira blizu površine trake. Prema tehničkom listu, optimalna udaljenost detekcije (D) je 0.050 inča (1.27 mm) od površine senzora do reflektivne površine. Kada paket prođe na ovoj udaljenosti, reflektirano IR svjetlo se povećava, podižući struju kolektora fototranzistora iznad postavljenog praga, signalizirajući prisustvo objekta. Ovaj signal se zatim može koristiti za pokretanje brojača, aktiviranje preusmjerivača ili bilježenje vremenske oznake.

3. Dizajn kola i interfejs

Fototranzistor radi kao ponor struje. Jednostavno interfejsno kolo koristi pull-up otpornik (R_L) za pretvaranje struje kolektora (I_C) u napon (V_OUT) koji može očitati analogno-digitalni pretvarač (ADC) mikrokontrolera ili digitalni ulaz sa komparatorom.

3.1. Dizajn šeme

3.2. Odabir komponenti

• V_CC: 5V (ili 3.3V ako je kompatibilno sa I/O mikrokontrolera).
• R₁ (ograničenje struje IR LED-a): Za postavljanje I_F = 20 mA (tipični testni uslov), R₁ = (V_CC - V_F) / I_F. Sa V_F ≈ 1.5V na 20 mA (vidi Sliku 1 u tehničkom listu), R₁ ≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 Ω. Standardna vrijednost od 180 Ω je prikladna.
• R_L (Pull-up otpornik): Vrijednost određuje raspon izlaznog napona. Sa I_C(ON) min = 1 mA na V_CE = 5V (testirano na D = 0.050 inča), otpornik od 4.7 kΩ pruža dobar kompromis. Sa prisutnim objektom: V_OUT ≈ 5V - (1 mA * 4.7 kΩ) ≈ 0.3V (nisko). Bez objekta: V_OUT ≈ 5V (visoko, jer je tamna struja zanemariva). Preporučuje se otpornik od 4.7 kΩ.
• C1: Opcioni kondenzator od 0.1 µF za dekopling napajanja i filtriranje šuma.

3.3. Primjer firmvera (Arduino-stil pseudokod)

const int sensorPin = A0; // Analogni ulazni pin
const int threshold = 200; // ADC prag (0-1023), prilagoditi na osnovu testiranja

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(sensorPin, INPUT);
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // U gornjem kolu, Vout je NIZAK kada je objekat prisutan
  if (sensorValue < threshold) {
    Serial.println("Objekt detektovan!");
    // Pokrenuti akciju, npr. povećati brojač, aktivirati relej
  } else {
    Serial.println("Nema objekta");
  }
  delay(100);
}

4. Razmatranja performansi i optimizacije

Na osnovu tehničkog lista, nekoliko faktora utiče na izlaz senzora. Najkritičnija je udaljenost detekcije (D):

• Optimalna udaljenost osjetanja: Tehnički list specificira performanse na D = 0,050 inča (1,27 mm). Kao što je prikazano na Slici 2, izlazna struja naglo opada kako se udaljenost povećava iznad ove točke. Za pouzdano otkrivanje, senzor treba biti pozicioniran što bliže ovoj optimalnoj udaljenosti.
• Reflektivnost objekta: Specifikacija I_C(ON) (min. 1 mA) mjeri se pomoću bijele testne kartice s 90% refleksije. Tamnije ili mat površine proizvode slabiji signal. Pragovi će možda trebati biti podešeni za specifični materijal cilja.
• Temperatura: Slika 3 u tehničkom listu pokazuje da je struja kolektora prilično stabilna u odnosu na temperaturu, ali tamna struja (Slika 4) raste s temperaturom. To može utjecati na postavke praga pri visokim temperaturama.
• Ambijentalno svjetlo: Ugrađeni filter za dnevno svjetlo smanjuje, ali ne eliminira, učinak ambijentalnog infracrvenog svjetla. U okruženjima s visokim ambijentalnim svjetlom, tehnike modulacije (npr. pulsiranje LED-a i korištenje sinkrone detekcije) mogu poboljšati otpornost na šum.
• Preslušavanje: Specifikacija I_CX (preslušavanje) (tipično 0,2 µA) je struja kolektora bez reflektivne površine. To treba uzeti u obzir pri dizajnu praga.

5. Zaključak

QRD1114 je svestrano i isplativo rješenje za beskontaktno otkrivanje objekata u širokom rasponu primjena, s optimalnim rasponom osjetanja od 1,27 mm (0,050 inča). Razumijevanjem njegovih električnih karakteristika i slijedeći smjernice za dizajn u ovom članku, inženjeri mogu brzo integrirati ovaj senzor u robusne i pouzdane sustave. Uvijek se obratite najnovijem tehničkom listu za potpune specifikacije i ograničenja dizajna.

Reference: onsemi QRD1114/D Reflektivni senzor objekata tehnički list, decembar 2024. – Rev. 5.

Slike

qrd1114-pins

qrd1114-1

qrd1114-pins

qrd1114-1