مقاله کاربردی: یکپارچهسازی حساس(حس کننده) شیء بازتابی QRD1114

مقاله کاربردی: یکپارچه‌سازی حساس(حس کننده) بازتابی شی QRD1114

این مقاله راهنمای عملی برای استفاده از حساس(حس کننده) بازتابی شی QRD1114 شرکت onsemi در سیستم‌های تعبیه‌شده ارائه می‌دهد. این مقاله اصل عملکرد حساس(حس کننده)، طراحی کامل مدار، مثال فریم‌ویر و ملاحظات کلیدی عملکرد بر اساس برگه داده رسمی را پوشش می‌دهد.

1. نمای کلی حساس(حس کننده)

QRD1114 یک حساس(حس کننده) بازتابی فشرده و سوراخ‌دار است که یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) و یک فوتوترانزیستور NPN را در یک بسته واحد ترکیب می‌کند. وقتی یک شی بازتابنده در جلوی حساس(حس کننده) قرار می‌گیرد، نور مادون قرمز ساطع‌شده به فوتوترانزیستور بازتاب می‌شود که سپس جریان را هدایت می‌کند. این جریان خروجی متناسب با بازتاب‌پذیری شی و فاصله (D) از سطح حساس(حس کننده) است. این دستگاه بدون سرب، مطابق با RoHS است و دارای فیلتر نور روز برای کاهش تداخل نور محیط است.

**شکل 1:** نمای کلی مکانیکی کیس و تخصیص پایه‌ها برای QRD1114 (منبع:ورقۀ اطلاعات onsemi، کیس 100BY). پایه‌های 1 (آند) و 2 (کاتد) برای فرستنده IR هستند؛ پایه‌های 3 (کلکتور) و 4 (امیتر) برای فوتوترانزیستور هستند.

qrd1114-pins

2. مثال کاربردی: تشخیص شی برای نوار نقاله

در یک سناریوی اتوماسیون صنعتی، QRD1114 می‌تواند برای تشخیص بسته‌های عبوری روی نوار نقاله استفاده شود. حساس(حس کننده) نزدیک به سطح نوار نصب می‌شود. طبق برگه داده، فاصله حساس(حس کننده) بهینه (D) 0.050 اینچ (1.27 میلی‌متر) از سطح حساس(حس کننده) تا سطح بازتابنده است. وقتی یک بسته در این فاصله عبور می‌کند، نور مادون قرمز بازتاب‌شده افزایش می‌یابد و جریان کلکتور فوتوترانزیستور را بالاتر از یک آستانه تعیین‌شده می‌برد و وجود یک شی را نشان می‌دهد. این سیگنال سپس می‌تواند برای شمارنده، فعال‌سازی یک منحرف‌کننده یا ثبت زمان استفاده شود.

3. طراحی مدار و رابط

فوتوترانزیستور به عنوان یک سینک جریان عمل می‌کند. یک مدار رابط ساده از یک مقاومت pull-up (R_L) برای تبدیل جریان کلکتور (I_C) به ولتاژ (V_OUT) قابل خواندن توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) میکروکنترلر یا ورودی دیجیتال با مقایسه‌کننده استفاده می‌کند.

3.1. طراحی شماتیک

3.2. انتخاب قطعات

V_CC: 5 ولت (یا 3.3 ولت اگر با ورودی/خروجی میکروکنترلر سازگار باشد).
R₁ (محدودکننده جریان LED IR): برای تنظیم I_F = 20 میلی‌آمپر (شرایط امتحان معمولی)، R₁ = (V_CC - V_F) / I_F. با V_F ≈ 1.5 ولت در 20 میلی‌آمپر (شکل 1 در برگه داده را ببینید)، R₁ ≈ (5 ولت - 1.5 ولت) / 0.02 آمپر = 175 Ω. مقدار استاندارد 180 Ω مناسب است.
R_L (مقاومت pull-up): مقدار آن دامنه ولتاژ خروجی را تعیین می‌کند. با حداقل I_C(ON) = 1 میلی‌آمپر در V_CE = 5 ولت (امتحان‌شده در D = 0.050 اینچ)، مقاومت 4.7 کیلواهم تعادل خوبی فراهم می‌کند. با وجود شی: V_OUT ≈ 5 ولت - (1 میلی‌آمپر * 4.7 کیلواهم) ≈ 0.3 ولت (پایین). بدون شی: V_OUT ≈ 5 ولت (بالا، به دلیل ناچیز بودن جریان تاریک). مقاومت 4.7 کیلواهم توصیه می‌شود.
C1: خازن اختیاری 0.1 µF برای جداسازی منبع تغذیه و فیلتر اغتشاش (نویز).

3.3. مثال فریم‌ویر (شبه‌شِفر (کود) به سبک آردوینو)


const int sensorPin = A0; // پایه ورودی آنالوگ
const int threshold = 200; // آستانه ADC (0-1023)، بر اساس امتحان تنظیم کنید

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

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // در مدار بالا، Vout وقتی شی وجود دارد پایین است
  if (sensorValue < threshold) {
    Serial.println("شی تشخیص داده شد!");
    // یک عمل را فعال کنید، مثلاً شمارنده را افزایش دهید، ریلی را فعال کنید
  } else {
    Serial.println("بدون شی");
  }
  delay(100);
}

4. ملاحظات عملکرد و بهینه‌سازی

بر اساس برگه داده، چندین عامل بر خروجی حساس(حس کننده) تأثیر می‌گذارند. بحرانی‌ترین آنها فاصله حساس(حس کننده) (D) است:

فاصله بهینه حساس(حس کننده): برگه مشخصات فنی، عملکرد را در D = 0.050 اینچ (1.27 میلی‌متر) مشخص کرده است. همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شده، جریان خروجی با افزایش فاصله فراتر از این نقطه به‌شدت کاهش می‌یابد. برای تشخیص قابل‌اعتماد، حساس(حس کننده) باید تا حد امکان نزدیک به این فاصله بهینه قرار گیرد.
بازتاب‌پذیری جسم: مشخصه I_C(ON) (حداقل 1 میلی‌آمپر) با استفاده از یک کارت امتحان سفید با بازتاب 90٪ اندازه‌گیری می‌شود. سطوح تیره‌تر یا مات سیگنال ضعیف‌تری تولید می‌کنند. ممکن است نیاز به تنظیم آستانه‌ها برای ماده هدف خاص باشد.
دما: شکل 3 در برگه مشخصات فنی نشان می‌دهد که جریان کلکتور در دماهای مختلف نسبتاً پایدار است، اما جریان تاریک (شکل 4) با افزایش دما زیاد می‌شود. این ممکن است بر تنظیمات آستانه در دماهای بالا تأثیر بگذارد.
نور محیط: فیلتر نور روز داخلی، اثر نور مادون قرمز محیط را کاهش می‌دهد اما آن را کاملاً حذف نمی‌کند. در محیط‌های با نور زیاد، تکنیک‌های مدولاسیون (مانند پالس‌دادن به LED و استفاده از تشخیص همزمان) می‌توانند ایمنی در برابر اغتشاش (نویز) را بهبود بخشند.
تداخل متقابل: مشخصه I_CX (تداخل متقابل) (به‌طور معمول 0.2 میکروآمپر) جریان کلکتور در غیاب سطح بازتابنده است. این باید در طراحی آستانه در نظر گرفته شود.

5. نتیجه‌گیری

QRD1114 یک راه‌حل چندمنظوره و مقرون‌به‌صرفه برای تشخیص اشیاء بدون تماس در طیف گسترده‌ای از کاربردها است، با محدوده حساس(حس کننده) بهینه 1.27 میلی‌متر (0.050 اینچ). با درک ویژگی‌های الکتریکی آن و پیروی از دستورالعمل‌های طراحی در این مقاله، مهندسان می‌توانند به‌سرعت این حساس(حس کننده) را در سیستم‌های مقاوم و قابل‌اعتماد ادغام کنند. همیشه برای مشخصات کامل و محدودیت‌های طراحی به آخرین برگه مشخصات فنی مراجعه کنید.

منابع: برگه مشخصات فنی حساس(حس کننده) شیء بازتابی onsemi QRD1114/D، دسامبر 2024 – نسخه 5.

تصاویر

qrd1114-pins

qrd1114-1

بدون شِفر (کود) پیوست شده.

منابع و مراجع

هنوز هیچ منبعی موجود نیست.

فایل‌ها📁

برگه مشخصات (pdf)

QRD1114 Reflective Object Sensor datasheet PDF
Description The QRD1113 and QRD1114 reflective sensors consist of an infrared emitting diode and an NPN silicon phototransistor mounted side by side in a black plastic housing. The on−axis radiation of the emitter and the on−axis response of the detector are both perpendicular to the face of the QRD1113 and QRD1114. The phototransistor responds to radiation emitted from the diode only when a reflective object or surface is in the field of view of the detector. get the datasheet from robojax.com and purchase it from Amazon from the provided links below.

robojax_QRD1114-D.PDF 0.65 MB