Статија за примена: Интегрирање на рефлективниот сензор за објекти QRD1114

Статија за примена: Интегрирање на рефлективниот сензор за објекти QRD1114

Статија за примена: Интеграција на QRD1114 рефлективен сензор за објекти

Оваа статија обезбедува практичен водич за користење на onsemi QRD1114 рефлективен сензор за објекти во вградени системи. Таа ги покрива принципот на работа на сензорот, целосен дизајн на коло, пример за фирмвер и клучни размислувања за перформансите врз основа на официјалниот податочен лист.

1. Преглед на сензорот

QRD1114 е компактен, низ-дупка рефлективен сензор кој комбинира инфрацрвена (IR) емитирачка диода и NPN фототранзистор во едно пакување. Кога рефлективен објект е поставен пред сензорот, емитираната IR светлина се рефлектира назад кон фототранзисторот, кој потоа спроведува струја. Оваа излезна струја е пропорционална на рефлективноста на објектот и растојанието (D) од површината на сензорот. Уредот е без олово (Pb-free), усогласен со RoHS, и има дневен филтер за намалување на пречки од амбиентална светлина.

2. Пример за примена: Детекција на објекти за подвижна лента

Во индустриско сценарио за автоматизација, QRD1114 може да се користи за детекција на пакети кои минуваат на подвижна лента. Сензорот е монтиран блиску до површината на лентата. Според податочниот лист, оптималното растојание за детекција (D) е 0.050 инчи (1.27 мм) од површината на сензорот до рефлективната површина. Кога пакет минува на ова растојание, рефлектираната IR светлина се зголемува, при што колекторската струја на фототранзисторот се зголемува над поставениот праг, сигнализирајќи присуство на објект. Овој сигнал потоа може да се користи за активирање на бројач, вклучување на префрлувач или запишување временска ознака.

3. Дизајн на коло и интерфејс

Фототранзисторот работи како одвод на струја. Едноставно интерфејсно коло користи отпорник за повлекување нагоре (R_L) за да ја претвори колекторската струја (I_C) во напон (V_OUT) читлив од аналогно-дигиталниот конвертор (ADC) на микроконтролер или дигитален влез со компаратор.

3.1. Дизајн на шема

3.2. Избор на компоненти

• V_CC: 5V (или 3.3V ако е компатибилен со I/O на микроконтролерот).
• R₁ (ограничување на струјата на IR LED): За поставување I_F = 20 mA (типичен тест услов), R₁ = (V_CC - V_F) / I_F. Со V_F ≈ 1.5V на 20 mA (види Слика 1 во податочниот лист), R₁ ≈ (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 Ω. Стандардна вредност од 180 Ω е соодветна.
• R_L (Отпорник за повлекување нагоре): Вредноста го одредува опсегот на излезниот напон. Со I_C(ON) мин = 1 mA на V_CE = 5V (тестирано на D = 0.050 инчи), отпорник од 4.7 kΩ обезбедува добра рамнотежа. Со присутен објект: V_OUT ≈ 5V - (1 mA * 4.7 kΩ) ≈ 0.3V (ниско). Без објект: V_OUT ≈ 5V (високо, бидејќи темната струја е занемарлива). Се препорачува отпорник од 4.7 kΩ.
• C1: Опционален кондензатор од 0.1 µF за раздвојување на напојувањето и филтрирање на шум.

3.3. Пример за фирмвер (Arduino-стил псевдокод)

const int sensorPin = A0; // Аналоген влезен пин
const int threshold = 200; // ADC праг (0-1023), прилагодете врз основа на тестирање

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

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // Во колото погоре, Vout е НИСКО кога објект е присутен
  if (sensorValue < threshold) {
    Serial.println("Објект откриен!");
    // Активирај акција, на пр., зголеми бројач, вклучи реле
  } else {
    Serial.println("Нема објект");
  }
  delay(100);
}

4. Размислувања за перформанси и оптимизација

Врз основа на податочниот лист, неколку фактори влијаат на излезот на сензорот. Најкритично е растојанието за детекција (D):

• Оптимално растојание за детекција: Техничката спецификација ги дефинира перформансите при D = 0,050 инчи (1,27 мм). Како што е прикажано на Слика 2, излезната струја нагло опаѓа како што растојанието се зголемува над оваа точка. За сигурна детекција, сензорот треба да биде поставен што е можно поблиску до ова оптимално растојание.
• Рефлексивност на објектот: Спецификацијата I_C(ON) (мин. 1 mA) се мери со користење на бела тест-картичка со 90% рефлексивност. Потемните или мат површини произведуваат послаб сигнал. Праговите може да треба да се прилагодат за специфичниот материјал на целта.
• Температура: Слика 3 во техничката спецификација покажува дека колекторската струја е прилично стабилна во однос на температурата, но темната струја (Слика 4) се зголемува со температурата. Ова може да влијае на поставувањето на праговите при високи температури.
• Амбиентална светлина: Вградениот филтер за дневна светлина го намалува, но не го елиминира ефектот на амбиенталната инфрацрвена светлина. Во средини со висока амбиентална светлина, техниките на модулација (на пример, пулсирање на LED-диодата и користење на синхрона детекција) можат да ја подобрат отпорноста на шум.
• Вкрстен разговор (Cross Talk): Спецификацијата I_CX (вкрстен разговор) (типично 0,2 µA) е колекторската струја без рефлективна површина. Ова треба да се земе предвид при дизајнирањето на праговите.

5. Заклучок

QRD1114 е разновидно и исплатливо решение за бесконтактна детекција на објекти во широк опсег на апликации, со оптимален опсег на детекција од 1,27 мм (0,050 инчи). Со разбирање на неговите електрични карактеристики и следење на упатствата за дизајн во овој напис, инженерите можат брзо да го интегрираат овој сензор во робусни и сигурни системи. Секогаш консултирајте ја најновата техничка спецификација за целосни спецификации и ограничувања при дизајнирање.

Референци: onsemi QRD1114/D Техничка спецификација за рефлективен сензор за објекти, декември 2024 – Rev. 5.

Images

qrd1114-pins

qrd1114-1

qrd1114-pins

qrd1114-1