Uygulama Makalesi: QRD1114 Yansıtıcı Nesne Sensörünün Entegrasyonu

Uygulama Makalesi: QRD1114 Yansıtıcı Nesne Sensörünün Entegrasyonu

Uygulama Makalesi: QRD1114 Yansıtıcı Nesne Sensörünün Entegrasyonu

Bu makale, onsemi QRD1114 yansıtıcı nesne sensörünün gömülü sistemlerde kullanımı için pratik bir rehber sunmaktadır. Sensörün çalışma prensibini, eksiksiz bir devre tasarımını, donanım yazılımı örneğini ve resmi veri sayfasına dayalı temel performans hususlarını kapsar.

1. Sensör Genel Bakışı

QRD1114, tek bir pakette bir kızılötesi (IR) yayan diyot ve bir NPN fototransistörü birleştiren kompakt, delikten montajlı yansıtıcı bir sensördür. Sensörün önüne yansıtıcı bir nesne yerleştirildiğinde, yayılan IR ışık fototransistöre geri yansır ve bu da akım iletir. Bu çıkış akımı, nesnenin yansıtıcılığı ve sensör yüzeyinden uzaklık (D) ile orantılıdır. Cihaz kurşunsuzdur, RoHS uyumludur ve ortam ışığı girişimini azaltmak için bir gün ışığı filtresine sahiptir.

2. Uygulama Örneği: Konveyör Bandı için Nesne Algılama

Endüstriyel otomasyon senaryosunda, QRD1114 konveyör bandı üzerinden geçen paketleri algılamak için kullanılabilir. Sensör, bant yüzeyine yakın monte edilir. Veri sayfasına göre, en uygun algılama mesafesi (D), sensör yüzeyinden yansıtıcı yüzeye 0,050 inç (1,27 mm)'dir. Bir paket bu mesafede geçtiğinde, yansıyan IR ışık artar ve fototransistörün kollektör akımını belirlenen bir eşiğin üzerine çıkararak bir nesnenin varlığını işaret eder. Bu sinyal daha sonra bir sayacı tetiklemek, bir yönlendiriciyi etkinleştirmek veya bir zaman damgası kaydetmek için kullanılabilir.

3. Devre Tasarımı ve Arayüz

Fototransistör bir akım emici olarak çalışır. Basit bir arayüz devresi, kollektör akımını (I_C) bir mikrodenetleyicinin analogdan dijitale dönüştürücüsü (ADC) veya bir karşılaştırıcılı dijital giriş tarafından okunabilir bir voltaja (V_OUT) dönüştürmek için bir çekme direnci (R_L) kullanır.

3.1. Şematik Tasarım

3.2. Bileşen Seçimi

• V_CC: 5V (veya mikrodenetleyicinin G/Ç'si ile uyumluysa 3,3V).
• R₁ (IR LED akım sınırlama): I_F = 20 mA (tipik test koşulu) ayarlamak için, R₁ = (V_CC - V_F) / I_F. 20 mA'de V_F ≈ 1,5V ile (veri sayfasındaki Şekil 1'e bakın), R₁ ≈ (5V - 1,5V) / 0,02A = 175 Ω. Standart bir 180 Ω değeri uygundur.
• R_L (Çekme direnci): Değer, çıkış voltajı salınımını belirler. V_CE = 5V'de (D = 0,050 inçte test edilmiştir) minimum I_C(ON) = 1 mA ile, 4,7 kΩ'luk bir direnç iyi bir denge sağlar. Nesne mevcutken: V_OUT ≈ 5V - (1 mA * 4,7 kΩ) ≈ 0,3V (düşük). Nesne yokken: V_OUT ≈ 5V (yüksek, karanlık akım ihmal edilebilir olduğundan). Bir 4,7 kΩ direnç önerilir.
• C1: Güç kaynağı ayrıştırma ve gürültü filtreleme için isteğe bağlı 0,1 µF kapasitör.

3.3. Donanım Yazılımı Örneği (Arduino tarzı sözde kod)

const int sensorPin = A0; // Analog giriş pini
const int threshold = 200; // ADC eşiği (0-1023), testlere göre ayarlayın

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

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // Yukarıdaki devrede, nesne mevcutken Vout DÜŞÜKTÜR
  if (sensorValue < threshold) {
    Serial.println("Nesne algılandı!");
    // Bir eylemi tetikleyin, örn. sayacı artırın, bir röleyi etkinleştirin
  } else {
    Serial.println("Nesne yok");
  }
  delay(100);
}

4. Performans ve Optimizasyon Hususları

Veri sayfasına dayanarak, sensörün çıkışını etkileyen birkaç faktör vardır. En kritik olanı algılama mesafesidir (D):

• Optimum Algılama Mesafesi: Veri sayfası, performansı D = 0,050 inç (1,27 mm) değerinde belirtir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, bu noktanın ötesinde mesafe arttıkça çıkış akımı keskin bir şekilde azalır. Güvenilir algılama için sensör, bu optimum mesafeye mümkün olduğunca yakın konumlandırılmalıdır.
• Nesnenin Yansıtıcılığı: I_C(ON) spesifikasyonu (minimum 1 mA), %90 yansıtıcı beyaz test kartı kullanılarak ölçülür. Daha koyu veya mat yüzeyler daha zayıf bir sinyal üretir. Eşik değerlerinin belirli hedef malzemeye göre ayarlanması gerekebilir.
• Sıcaklık: Veri sayfasındaki Şekil 3, kollektör akımının sıcaklık karşısında oldukça stabil olduğunu, ancak karanlık akımın (Şekil 4) sıcaklıkla arttığını gösterir. Bu durum, yüksek sıcaklıklarda eşik ayarlarını etkileyebilir.
• Ortam Işığı: Dahili gün ışığı filtresi, ortamdaki kızılötesi ışığın etkisini azaltır ancak tamamen ortadan kaldırmaz. Yüksek ortam ışıklı ortamlarda, modülasyon teknikleri (örneğin, LED'i darbelemek ve senkron algılama kullanmak) gürültü bağışıklığını artırabilir.
• Çapraz Konuşma: I_CX (çapraz konuşma) spesifikasyonu (tipik 0,2 µA), yansıtıcı yüzey olmadan ölçülen kollektör akımıdır. Bu, eşik tasarımında dikkate alınmalıdır.

5. Sonuç

QRD1114, geniş bir uygulama yelpazesinde temassız nesne algılama için çok yönlü ve uygun maliyetli bir çözümdür ve optimum algılama aralığı 1,27 mm (0,050 inç)'dir. Elektriksel özelliklerini anlayarak ve bu makaledeki tasarım yönergelerini izleyerek, mühendisler bu sensörü hızlı bir şekilde sağlam ve güvenilir sistemlere entegre edebilir. Tam spesifikasyonlar ve tasarım kısıtlamaları için her zaman en güncel veri sayfasına başvurun.

Referanslar: onsemi QRD1114/D Yansıtıcı Nesne Sensörü Veri Sayfası, Aralık 2024 – Rev. 5.

Görseller

qrd1114-pins

qrd1114-1

qrd1114-pins

qrd1114-1