Lichtschranke mit moduliertem Licht

[Frank_R]

hallo,

ich stöber hier im Forum schon nun seit fast zwei Wochen herum und muss sagen "richtig toll" was ihr so an elektronische Spielereien mit eueren Roboterchen zusammen bringt. Leider erschliesst sich mir diese Welt nicht wirklich, weil ich von Elektronik ziemlich wenig Ahnung habe. Bin MaschBau Techniker und da besteht die Welt eigentlich nur aus Mechanik! :-b
Also lasst euch bitte nicht stören, wenn ich manche Sachverhalte aus einem anderen Licht betrachte 8-[
Ich hoffe auch, dass meine Elektronik Fragen, die nicht umbedingt was mit Roboter zu tun haben hier trotzdem beantwortet werden. Ich würde mich jedenfalls freuen!


Ich möchte mir eine Lichtschranke selber bauen und bin seit zwei Wochen ganz intensiv am Internetrechergieren. Dabei haben sich mir eine Menge Fragen aufgeworfen, die ich nicht selbst beantworten kann. Vielleicht könnt ihr mir helfen?

Eine einfache Lichtschranke habe ich schon zusammenbekommen (wie auf http://www.hiviz.com/tools/triggers/triggers3.htm gefunden, nur statt Thyristor mit einem Transitor als "Schalter"), sie funktioniert sogar, allerdings ist sie sehr Umgebungslicht abhängig. Dann habe ich gelernt, daß man das Licht Modulieren muss, um Fehlauslösungen zu vermeiden.
Praktischer Weise gibt es da auch schon fertige Bauteile wie den TSOP17xx, den man nur mit einer bestimmten Frequenz befeuern muss und er schaltet durch. Das Problem ist, dass dieser nur um die 960nm Empfindlich ist (was ja für Tageslichtunabhängigkeit ansich gut ist), aber ich möchte eine Laserdiode oder einen modifizierten Laserpointer verwenden. Die haben aber alle um die 550-650 nm, so kann ich leider den TSOP1738 nicht verwenden! ](*,)

So hab ich verschiedene einfache Lösungen gefunden um ein Moduliertes Signal zu erzeugen (mit einem NE555), aber wie ich das Signal "demodulieren" kann leider nicht, weil das meist immer von einem TSO17xx erledigt wird!

Mit der Schaltung von MartinFunk https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=25634 hab ich endlich mal eine Schaltung gefunden, die nur auf eine bestimmte Frequenz anspricht! O:)
Das Problem ist aber, daß ich überhaupt nicht kapier wie das Funktioniert?
Kann mir als Nichtelektroniker bitte jemand erklären warum die Schaltung ausgerechnet nur das 7kHz Signal durchlässt? Ein einfacher Tip mit Fachbegriffen würde evtl. auch schon reichen (im www.ELKO oder im Wiki stehen immer so viele Fachbegriffe, die ich nicht auf Praktische Beispiele zuordnen kann!)

Wenn mir jemand helfen könne wäre das schön!

Bei dem Part mit der Frequenzerzeugung nehm ich einfach mal so hin, daß es funktioniert. Wie das funktioniert weiss ich aber nicht. Was mich nur wundert ist, dass eine andere "Oszillator"-Schaltung ...
http://www.the-starbearer.de/Roboter/Baugruppen/IRBake/NE555-Oszilator.jpg
... zwar ähnlich einfach, aber trotzdem irgendwie ganz "anders" aufgebaut ist? Am Pin 1 hängt noch ein Kondensator und die LED ist auch irgendwie ganz anders angeschlossen? Aber im Prinzip funktioniert das ja genauso nur halt mit einer anderen Frequenz! Komisch, ich hätte nicht gedacht, dass man da so viele verschiedene Möglichkeiten hat, das selbe zu erreichen, wenn es sich um ein und das selbe Bauteil handelt (NE555) ? :-k
Auch wundert mich, dass man bei MartinFunks Schaltung die Frequenz nicht exakt einzustellen braucht, wie das der "starbearer" und auch andere mit dem NE555 machen? Einfach den richtigen Kondensator und es passt?

Alternativ zu einer eigenen Demodulator-Schaltung habe ich mir überlegt, ob ich bei der auf http://www.the-starbearer.de/Roboter/Baugruppen/IRBake/IRBake.htm vorgestellten Schaltung nicht einfach VOR den TSOP17xx einen Fototransitor mit einer IR-LED setzte, die das Modulierte 600nm-IR-Licht auf ein 900nm IR-Signal "übersetzt"? Das sind dann praktisch zwei Lichtschranke hintereinander



Schaltungsbeispiel:
+5V
|
R
/
=> PT
\
IR-LED => [TSOP17xx]
| | | |_______ OUT
| | |
| | +5V
| |
- -

R = VorWiderstand für LED
PT = Phototransistor empfindlich auf 500nm - 700nm
IR-LED = LED mit 960nm
[TSOP17xx] = Demodulator empfindlich auf 960nm



Meint ihr sowas könnte funktionieren?

Aber gibt es dann nicht das Problem, dass bei einer zu hohen Umgebungshelligeit (z.B. Sonnenlicht) der Fototransistor IMMER durchschaltet und der TSOP17xx damit Blind wird?(also kein 38kHz Signal mehr erkennt und einfach bockt?)


Vielleicht könnt ihr mir helfen?

ciao
Frank

[Hubert.G]

Zum Funktionsverständnis für OPV solltest du mal hier nachsehen: www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm

Die Schaltung von MartinFunk basiert auf dem Prinzip der Mit- und Gegenkopplung über ein R/C-Glied. Je nach Dimensionierung kann man mit so einer Schaltung auch sehr enge Frequenzbereiche abdecken. Um dieses Prinzip zu verstehen musst du allerdings zuerst den OPV verstehen.

Zu starkes Umgebungslicht macht immer Probleme, da hilft meist nur abschirmen mit z.B. einer schwarzen Röhre.
Hubert

[Frank_R]

hallo Hubert,

danke für deine schnelle Antwort!


Zum Funktionsverständnis für OPV solltest du mal hier nachsehen: www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm

das hab ich schon mal gelesen, aber verstanden? Kann man wirklich dieses komplexe Bauteil verstehen? Ganz unten ist zwar aufgeführt für was man das Bauteil praktisch anwenden kann, aber leider ohne praktische Beispiele.



Die Schaltung von MartinFunk basiert auf dem Prinzip der Mit- und Gegenkopplung über ein R/C-Glied. Je nach Dimensionierung kann man mit so einer Schaltung auch sehr enge Frequenzbereiche abdecken. Um dieses Prinzip zu verstehen musst du allerdings zuerst den OPV verstehen.

Danke für den Tip, vielleicht finde ich ja über die Stichworte weitere Info!



Zu starkes Umgebungslicht macht immer Probleme, da hilft meist nur abschirmen mit z.B. einer schwarzen Röhre.
Das hab ich mir schon fast gedacht, dass die modulation nicht der Weisheit letzter Schluss ist. Das Problem einer Tubusartigen Abschirmung ist die schwiereigere Ausrichtung der Lichtschranke, aber ohne wird es wohl überhaupt nicht gehen. In meinem kleinen Testaufbau hab ich einen Schrumpfschlauch dafür verwendet, allerdings ist der PT hinten nicht geschützt. In einem Gehäuse würde von hinten kein Licht einfallen. Werde das nochmal Testen!

Reicht es zum verändern der Empfangsfreuenz nur den Kondensator C1 zu verändern? Wie würde man dann die Dimensionierung berrechnen?

Ich hab ein paar ELKO Seiten zum OPV angesehen, aber die paar wenigen Beispielschaltungen verwenden leich mehrere OPVs und ich verstehe nicht wirklich wie die Funktionieren. Da stand etwas von einem Filter (Tiefpassfilter), aber ich habe eher das gefühl dieser Filter filter eine bestimmte Frequenz heraus, anstatt nur diese durchzulassen?

ciao
Frank

[mare_crisium]

Frank_R,

es ist bestimmt gut, wenn Du Dich in das Thema Operationsverstärker (OPV) einliest. Das Gute an den Dingern ist, dass man die "Innereien" gar nicht verstehen braucht: Man kann sie allein durch die äussere Beschaltung an die eigenen Zwecke anpassen. Ein aktives Frequenzbandfilter mit OPVs richtig auszulegen ist imho zu schwierig, um es auch nach mehrmonatigem Internetstudium hinzukriegen.

Es geht aber auch ohne OPVs. Guck' Dir doch mal das hier an:

www.elv-downloads.de/service/manuals/MRL/53799-MINI-LICHTSCHRANKE_KM.PDF

Statt der Leuchtdiode des CNY70 kannst Du hier Deine Laserdiode einbauen. Und den Phototransistor kannst Du auch so auswählen, dass er bei der Wellenlänge Deines Lasers empfindlich ist.

Die Auswertung geht hier mit einer Phasenregelschleife (PLL phase locked loop). Die besteht aus einem Schwingungserzeuger (Oszillator), dessen Frequenz sich linear durch eine Spannung verändern lässt: Je höher die Spannung, desto höher die Ausgangsfrequenz. Diese Spannung wird jetzt so eingeregelt, dass die Flanken des empfangenen Signals und die des gesendeten Signals immer in demselben Zeitabstand eintreten. - Im Internet findest Du reichlich ausführlichere Beschreibungen dazu.

mare_crisium

[Hubert.G]

Für die Eingangsfrequenz ist in erster Linie C3 und R4 zuständig. Berechnen kann ich es aber nicht.
Am besten wäre ein Bandpassfilter, das allerdings noch etwas aufwendiger ist.

[mare_crisium]

Hubert.G,

doch, Du kannst das berechnen: Das Datenblatt für den NE567 findest Du hier:

http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/NE567_SE567_2.pdf

Auf Seite 408 des Datenblattes ist die Formel angegeben, mit der man aus dem Widerstandswert und der Kapazität (das zugehörige Schaltbild, Block Diagramm, steht auf Seite 403 und nochmal als Figure 1 auf Seite 408) ausrechnen kann. Direkt unter der Frequenzformel steht die Formel für die Bandbreite. Am Besten machst Du Dir mit Excel oder etwas Ähnlichem ein Berechnungsblatt.

mare_crisium

[Frank_R]

Frank_R,
Es geht aber auch ohne OPVs. Guck' Dir doch mal das hier an:
www.elv-downloads.de/service/manuals/MRL/53799-MINI-LICHTSCHRANKE_KM.PDF

Mensch, was bin ich für ein Depp! Solche Reflexlichtschranken habe ich schon mehrere gefunden, aber immer weggeklickt, weil ich ja eigentlich was anderes gesucht habe?!?! ](*,) ](*,) ](*,)

@mare_crisium: Danke für den Tip! :-)

Super, das ist eigentlich genau das was ich brauche!
Die Frequenz wird für Sender und Empfänger gemeinsam geregelt? (oder hab ich das was falsch verstanden?)

Könnte man durch erhöhen der Sendefrequenz (momentan 2kHz) die Reaktionszeit von 5ms der Schaltung noch verkürzen? Oder ergibt sich die Reaktionszeit durch andere Faktoren? Ich bräuchte nämlich eine Lichtschranke, die deutlich kürzer schaltet, weil nachfolgende Auslösevorgänge, wie Verschluss auslösen und Blitz zünden zusammen nicht mehr wie 5ms dauern dürfen (Highspeed-Fotografie von Insekten und anderen Kleinteilen)



Die Auswertung geht hier mit einer Phasenregelschleife (PLL phase locked loop). Die besteht aus einem Schwingungserzeuger (Oszillator), dessen Frequenz sich linear durch eine Spannung verändern lässt: Je höher die Spannung, desto höher die Ausgangsfrequenz. Diese Spannung wird jetzt so eingeregelt, dass die Flanken des empfangenen Signals und die des gesendeten Signals immer in demselben Zeitabstand eintreten. - Im Internet findest Du reichlich ausführlichere Beschreibungen dazu.
Ich hab mal gesucht und ziemlich viele Treffer und vor allem viele Böhmische Dörfer gefunden. Das Teil wird wohl in Ton-Elektronik verwendet. Die Info in der ELV Anleitung und deine Hinweise waren da schon hilfreicher.

Wann merkt man eigentlich, dass man die Spannung für die Flanken richtig eingestellt hat? Wenn die Lichtschranke scharf geworden ist?
Kann es sein dass durch Temperaturschwankugen sich dieser Wert verändert und man evtl. nachregeln muss, oder hält sich das System stabil?

Wenn ich das PIN8 Signal von IC2 mit einem µC wie dem ATMega32 verarbeiten möchte, dann kann ich doch auf R7,R8,C6 und IC3 verzichten, weil diese Teile nur die Signalzeit verlängern um ein greifbares Signal zu erzeugen?

@Hubert.G
danke für deine Hinweis mit den C3 und R4.
..oh mann ist es schon Spät. Ich werde morgen (heute) das nochmal genauer anschauen...

ciao
Frank

PS:


Auf Seite 408 des Datenblattes ist die Formel angegeben, mit der man aus da gibt es keine Seite 408? Aber ich schaus mir nochmal genauer an, mir fallen jedenfalls schon die Augen zu

[Manf]

Die beschrieben Reflexlichtschranke ist für einen Abstand von 5-40mm angegeben, weiter oben war von einem Laser die Rede der sich wohl erst für größere Abstände lohnen würde. Ich hoffe es passt zusammen.
Manfred

[mare_crisium]

Frank_R,

freut mich, dass Dir die Schaltung weiterhilft! Das mit den Seitenzahlen im Datenblatt des NE567 ist verwirrend: Es sind nur 13 Seiten; ich beziehe mich aber auf die Seitenzahl, die unten auf der Seite gezeigt wird (beginnt mit 403).

Die Frequenz wird für Sender und Empfänger gemeinsam geregelt? - Ja, die Frequenz für Sender und Empfänger ist dieselbe und wird auch gemeinsam geregelt.

Könnte man durch erhöhen der Sendefrequenz (momentan 2kHz) die Reaktionszeit von 5ms der Schaltung noch verkürzen? - Die Sendefrequenz muss an die maximale Schaltfrequenz Deiner Lichtquelle (Laser) und Deines Fototransistors angepasst sein. Ausserdem hat auch der NE567 eine Grenzfrequenz von ca. 50kHz (siehe Diagramm Seite 407, oberste Reihe, Mitte). Am besten, Du probierst es aus, indem Du die Werte von R4 und C2 veränderst. Die Schaltgeschwindigkeit wird eher vom Tiefpässen am Ausgang (C4) und in der Regelschleife (C3) eingestellt. Hier hilft auch Experimentieren am meisten. Allerdings wird die Frequenzregelung zu "nervös", wenn Du C3 zu klein machst.

Wann merkt man eigentlich, dass man die Spannung für die Flanken richtig eingestellt hat? - Das merkt der NE567 am Ausgangssignal des Phasenvergleichers (phase detector). Das Einstellen und Nachregeln der Frequenz erledigt der IC intern und selbsttätig.

Kann es sein dass durch Temperaturschwankugen sich dieser Wert verändert und man evtl. nachregeln muss, oder hält sich das System stabil? - Von der Grösse der Temperaturdrift kannst Du Dir anhand der Diagramme (Seite 408, unterste Reihe) ein Bild machen. Sie hat aber keinen Einfluss auf die Funktion der Schaltung, weil nicht die Frequenz als Kriterium für den Empfang dient, sondern die Phasenbeziehung (also der Zeitabstand zwischen den Flanken) von Sende- und Empfangssignal. Das ist eine der Stärken dieser Schaltung.

Wenn ich das PIN8 Signal von IC2 mit einem µC wie dem ATMega32 verarbeiten möchte, dann kann ich doch auf R7,R8,C6 und IC3 verzichten, weil diese Teile nur die Signalzeit verlängern um ein greifbares Signal zu erzeugen? - Ja, das müsste gehen. C6 verlängert übrigens nicht die Signalzeit, sondern stellt die Dauer des Ausgangsimpulses ein.

@Manf:
Worauf Manf hinweist, ist die Tatsache, dass die Schaltung zunächst auf den CNY70 ausgelegt ist. Damit lassen sich immerhin schon ansehnliche 40mm erreichen. Die Mühe, die Schaltung an Deinen Laser anzupassen, lohnt sich wirklich erst, wenn Du über Distanzen von 1m und mehr messen willst.

mare_crisium

[Frank_R]

hallo mare_crisium,

Frank_R,
freut mich, dass Dir die Schaltung weiterhilft! Das mit den Seitenzahlen im Datenblatt des NE567 ist verwirrend: Es sind nur 13 Seiten; ich beziehe mich aber auf die Seitenzahl, die unten auf der Seite gezeigt wird (beginnt mit 403).

dann hast du ein anderes PDF!
das von Dir genannte http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/NE567_SE567_2.pdf hat 18 Seiten und ist von 1 an nummeriert?

egal!
ich hab die Formel gefunden. fo = 1/(1.1 R1 C1) (gemäss dem Schaltplan im PDF, also gleichbedeutend mit R4 und C2 des ELV-Schaltplanes)

nur als Beispiel: für ein 38kHz Signal müsste ich einen 20k und einen 1,2pF nehmen? (sofern es diese gibt)

Bevor ich ein paar Fragen zu der NE567 Schaltung stelle noch zwei vorab zum NE567:
- was ist die Bandbreite genau?
Ist das der Bereich UM die "centre frequency" herum, mit der das Inputsignal verglichen wird (detection band)? Also quasi der Toleranzbereich der Frequenz für das InputSignal? (also alles was innerhalb des Bandes liegt wird erkannt? Breites Band = grosse Toleranz; enges Band = geringe Toleranz?)
- nur zum Verständnis: am Pin5 liegt ein Rechtecksignal und am Pin6 ein Zickzack-Sägezahn-Dingens-Signal an? (laut Figure 16 auf Seite 8 ). Man könnte also auch das Signal zwischen R4 und C2 im ELV-Plan abgreifen und hätte dann ein Sägezahn-Signal? In der ELV Schaltung hat man bei Pin 5 abgegriffen (zur Basis des Transistors) und dadurch ein Recktecksignal verwendet?


Nun zum ELV-Schaltplan:
So weit meine ich verstanden zu haben:
- Die Frequenz stellt man an Pin5+6 über R4+C2 ein.
- der Eingang ist bei Pin3, da muss wohl immer ein Kondensator davor sein? (C1) (Koppelkondensator? was auch immer das ist?)
Von was hängt die Grösse des Koppelkondensators ab? In der Spezi wird da gar nichts angegeben!
- bei Pin4 bekommt der NE567 Strom
- Pin7 ist für Masse
- Pin 1 + 2 - für was sind die genau? (Outputfilter und LowPass Filter?
Was machen diese Filter, bzw. was passiert ohne diese?

C3 ist der "low-pass capacitor" und soll nach Figur 4 "bandwith vs. input signal amplitude" ausgewählt werden?
aber wie liest man das Diagram bzw. was sagt es aus?
Wie es scheint sollte C3 von der Frequenz abhängig sein? Die Kurven sind für das Produkt fo*C3, aber was genau stellen die Kurven dar?
Ich hab schon ein Problem mit dem "InputCurrent VRMS", meint man damit die Spannung an PIN3? Die darf wohl max. 200mV RMS betragen. RMS steht für Effektivwert? Wieso ist das so wenig? Ich hab doch eigentlich 5V anliegen?
Regelt man diesen Inputvoltage mit R12+R2?
R2 ist doch ein Poti? Kann ein Poti nicht auch auf 0 Ohm runter gedreht werden? Gibt es dann nicht einen Kurzen über den Collector-Emitter des CNY70?
(ich versteh nicht warum die beiden Parallel geschaltet sind?)

C4 - Outputfilter:
sollte mindestens doppelt so gross wie C3 sein, sonst klappt irgendwas nicht. Da steht auch was von "on/off-turn output stage delay".

- Pin 8 ist der Ausgang. Er wird von HIGH auf LOW geschaltet. Was heisst das genau? Eine 5V DC fällt auf Null ab?
Wenn ich den Ausgang an einen Microcontroller Eingangen anschliessen will, muss ich dann einen sog. Pullup Widerstand verwenden (wie bei einem Taster), oder kann ich das direkt anschliessen? Welchen Eingang am Controller nimmt man dafür: einen Analogen oder einen Digitalen?
Da es HIGH/LOW ist müsste es doch ein digitales Signal sein oder?

- der R3 Widerstand begrenzt lediglich den Basisstrom des Transistors?
- der R1 ist lediglich der Vorwiderstand für die LED im CNY70?



Entschuldigt bitte meine vielen Fragen, aber ich sitzte schon seit 2 Wochen am PC und schmöker auf unzähligen Seiten. Auf manche Dinge kann ich mir keinen Reim machen, wenn ich nicht auf so freundliche Hilfe zurückgreifen könnte!

Ich bedanke auch schon mal im Vorraus für jedliche Hilfe.







DKönnte man durch erhöhen der Sendefrequenz (momentan 2kHz) die Reaktionszeit von 5ms der Schaltung noch verkürzen? - Die Sendefrequenz muss an die maximale Schaltfrequenz Deiner Lichtquelle (Laser) und Deines Fototransistors angepasst sein.

der Phototransistor PT331 hat eine rise/fall Zeit von je 15microsec: heisst das er könnte 66kHz oder nur 33kHz empfangen?
Aber das war auch nur eine Idee. Grundsätzlich brauche ich keine so "grossen" Frequenzen.



Ausserdem hat auch der NE567 eine Grenzfrequenz von ca. 50kHz (siehe Diagramm Seite 407, oberste Reihe, Mitte). Am besten, Du probierst es aus, indem Du die Werte von R4 und C2 veränderst. Die Schaltgeschwindigkeit wird eher vom Tiefpässen am Ausgang (C4) und in der Regelschleife (C3) eingestellt. Hier hilft auch Experimentieren am meisten. Allerdings wird die Frequenzregelung zu "nervös", wenn Du C3 zu klein machst.


Experimentieren wird für mich schwierig.
1. muss ich erst alle Bauteile kaufen (habe also kein grosses Repertoure)
d.h. auch ich würde gerne vorher möglichst genau wissen, was ich denn alles besorgen muss. Fehlt was, muss ich wieder ein paar Tage warten.
2. wie messe ich die Verzögerung der Schaltung im ms Bereich? Wenn ich weiss eine Schaltung funktioniert im µs Bereich dann ist das für mich unkritisch.

Für mein "kleines" Lichtschranken-Projekt möchte ich mir auch erst noch eine elektronische Uhr aus einem µC basteln, so dass ich von Auslösen der Lichtschranke bis zm fertigen Foto, die Gesamtzeit ablesen kann (letztlich ist nur die für mich wichig!)




Kann es sein dass durch Temperaturschwankugen sich dieser Wert verändert und man evtl. nachregeln muss, oder hält sich das System stabil? - Von der Grösse der Temperaturdrift kannst Du Dir anhand der Diagramme (Seite 408, unterste Reihe) ein Bild machen. Sie hat aber keinen Einfluss auf die Funktion der Schaltung, weil nicht die Frequenz als Kriterium für den Empfang dient, sondern die Phasenbeziehung (also der Zeitabstand zwischen den Flanken) von Sende- und Empfangssignal. Das ist eine der Stärken dieser Schaltung.

versteh ich leider nicht. Der Zeitabstand zwichen den Flanken ist doch das selbe wie die Frequenz? Meinst du mit "Flanken" die des Rechtecksignals?
Sind Sende- und Empfangssignal nicht genau Phasengleich (sagt man das so?)?




C6 verlängert übrigens nicht die Signalzeit, sondern stellt die Dauer des Ausgangsimpulses ein.

ämm... genau das meinte ich eigentlich :oops:
Was wäre dann z.B. eine Signalzeit?




@Manf:
Worauf Manf hinweist, ist die Tatsache, dass die Schaltung zunächst auf den CNY70 ausgelegt ist. Damit lassen sich immerhin schon ansehnliche 40mm erreichen. Die Mühe, die Schaltung an Deinen Laser anzupassen, lohnt sich wirklich erst, wenn Du über Distanzen von 1m und mehr messen willst.

ich möchte ja keine Reflexlichtschranke bauen, sondern den Laser direkt auf den PT "schliessen" lassen. Es sollen später mind. 2 Lichtschranken zu einer Kreuzschranke zusammen geschaltet werden.
Es sollen auch Objekte die evlt. sogar kleiner als 1mm sind erfasst werden können, und zwar genau im Kreuzungspunkt und nicht irgendwo daneben.
Stichwort "Fotofalle".
Ich verspreche mir von den Lasern mehrere Vorteile gegen über einer Kreuzlichtschranke und IR-Dioden.
- einfacheres Ausrichten durch sichtbaren Laserstrahl
- engere Schnittbereiche, auch bei grösseren Entfernungen
- hohe Empfindlichkeit der Lichtschranke auf kleinste Objekte.

Bei einer reflexlichtschranke hat man immer eine relativ grossen Kreuzungs-"Kegel" der Empfangssensoren. Da lassen sich über die Empfindlichkeit evtl. auch winzigste Objekte erfassen, aber in einem relativ grossen Wirkbereich.



Wie lange ist eigentlich die Schaltzeit eines TSOP1738 Empfängermodules? Das liegt doch so im µs Bereich?

Danke übrigens nochmal für die Antworten!!

ciao
Frank

[mare_crisium]

Frank,

puh, lass' mich das mal schrittweise abarbeiten!

1. Deine Frequenzberechnung stimmt. Um zu prüfen, ob's die Widerstands-/Kapazitätswerte wirklich gibt, geh' mal zu www.reichelt.de.

Bandbreite: Das ist bei einer PLL-Schaltung ein bisschen anders als bei einem normalen Bandfilter. Es gibt einen Fangbereich (capture range/detection range) in dem die Schaltung auf ein Eingangssignal "einrastet" (d.h. der interne Regelkreis stellt eine stabile Phasenbeziehung her und hält sie). Wenn die Schaltung eingerastet ist, dann gibt es ein (breiteres) Frequenzband, in dem die Phasenbeziehung auch bei Frequenzschwankungen gehalten wird (lock range?, bin nicht ganz sicher). Das alles spielt sich symmetrisch um die Mittenfrequenz (center frequency) ab, die Du mit C1 und R1 einstellst. Deine Vermutung ist also richtig.

Rechteck und Sägezahn: Der Sägezahn entsteht, weil der Kondensator mit dem vorgeschalteten Widerstand wie ein Integrator wirkt. Wenn Du hier eine Spannung abnehmen willst, dann pass auf, dass Du dabei nicht zuviel Strom ziehst und keine variablen Kapazitäten (z.B. Sperrschichtkapazität beim Tansistor) einführst! ELV nimmt das Signal am Oszillatorausgang ab, wie sich's gehört und so würde ich's auch machen.

Übrigens, wenn Du Zugang zum Elektor-Halbleiterheft 2000 hast (Juli/August 2000), da wird fast dieselbe Schaltung aber mit separatem Frequenzerzeuger für die Lichtquelle vorgestellt.

Soweit mal die erste Schüttung.

mare_

[mare_crisium]

Frank_R,

die Wirkung von Kondensatoren auf Wechselspannung und -strom wird gern als eine Aufgabe zum Erklären von einfachen Differentialgleichungen verwendet. An Deiner Stelle würde ich zuerst nach einer Website suchen, wo sie sowas erklären. Wenn Du in Mathematik richtig sattelfest bist und auch vor z- und Laplace-Transformationen keine Bange hast, solltest Du nach Vierpoltheorie suchen.

Aber für Dein Projekt brauchst Du das alles nicht. Bau' das Ding so auf, wie angegeben und kauf' ein paar Kondesatoren und Widerstände extra, zum Experimentieren. Wenn alle Dimensionierungen so kritisch wären, wie Dir das jetzt scheint, dann würde kein Radio funktionieren.

Damit das Ganze nicht ausufert, nur die wesentlichsten Erklärungen:

Pin 3, C1: Kondensatoren lassen nur Wechselstrom durch, keinen Gleichstrom. C1 hält den Gleichstrom vom Eingang des NE 567 fern (entkoppelt ihn vom Gleichstrom). Die Kapazität ist völlig unkritisch.

Pin 2 (Loop filter) C3: Der Kondensator stellt die Reaktionsgeschwindigkeit des internen Regelkreises ein. So lassen, sonst reagiert der Regler zu schnell.

Pin 1 (Output filter): Unterdrückt schnelle Änderungen am Ausgang des NE567. Mit dem kannst Du einstellen, wie lang eine Spannungspitze mindestens dauern muss, damit sie noch an den IC3 weitergegeben wird.

Pin8 (Output): HIGH heisst bei 5V Versorgungsspannung üblicherweise 4,75 - 5,25V. LOW heisst 0 - 0,25V.

PT331: Das Datenblatt kann ich nicht finden. Mit einer Rise/fall-time von 15 Mikrosekunden sollten 60kHz möglich sein. Wichtiger für Deine Anwendung ist der Wellenlängenbereich, in dem er empfindlich ist. Die Wellenlänge Deines Laserlichtes muss im selben Bereich liegen, sonst "sieht" ihn der Phototransistor nicht.

mare_

[Frank_R]

hallo mare_


vielen Dank für Deine Antworten!
Ich hab jetzt zumindest ein bisschen kapiert, wie man die Schaltung verändern kann.

Auch weiss ich jetzt was ein "Koppelkondensator" ist und warum seine Kapazität "unkritisch" ist. Das habe ich schon oft gelesen, aber eine Erklärung konnte ich nirgends finden. Danke! :-)



Frank_R,
Aber für Dein Projekt brauchst Du das alles nicht. Bau' das Ding so auf, wie angegeben und kauf' ein paar Kondesatoren und Widerstände extra, zum Experimentieren. Wenn alle Dimensionierungen so kritisch wären, wie Dir das jetzt scheint, dann würde kein Radio funktionieren.


Das werde ich machen, obwohl ich mir gar nicht mehr so sicher bin, ob die Lichtschranke das richtige für mein Foto-Projekt ist.
Sie ist mir zu zeitkritisch (5ms) und müsste weit unter 1ms liegen! Ob das durch anpassen der C3,C4 etc. erreichbar ist bleibt abzuwarten. Evtl. ist auch der nachgeschaltete Timerbaustein schuld?

Ich werde das aber mal testen! Aber da ich die Auslöseverzögerungen der Lichtschranke mit weit unter 1ms messen können muss, benötige ich erst mal eine geeignete Stoppuhr. Das ist gar nicht so einfach!
Ich werde mich also erst einmal um mein "Stoppuhr"-Projekt kümmern. Das hat auch den Vorteil, dass ich erste Erfahrungen mit den AVR controllern sammeln kann.

Danach werde ich verschiedene Lichtschranken-Schaltungen testen, welche am geeignetesten für mich ist.
VIELEN DANK für die Infos, ich habe hierbei eine Menge gelernt!





Damit das Ganze nicht ausufert, nur die wesentlichsten Erklärungen:

Pin 3, C1: Kondensatoren lassen nur Wechselstrom durch, keinen Gleichstrom. C1 hält den Gleichstrom vom Eingang des NE 567 fern (entkoppelt ihn vom Gleichstrom). Die Kapazität ist völlig unkritisch.

Pin 2 (Loop filter) C3: Der Kondensator stellt die Reaktionsgeschwindigkeit des internen Regelkreises ein. So lassen, sonst reagiert der Regler zu schnell.

Pin 1 (Output filter): Unterdrückt schnelle Änderungen am Ausgang des NE567. Mit dem kannst Du einstellen, wie lang eine Spannungspitze mindestens dauern muss, damit sie noch an den IC3 weitergegeben wird.

Pin8 (Output): HIGH heisst bei 5V Versorgungsspannung üblicherweise 4,75 - 5,25V. LOW heisst 0 - 0,25V.

PT331: Das Datenblatt kann ich nicht finden. Mit einer Rise/fall-time von 15 Mikrosekunden sollten 60kHz möglich sein. Wichtiger für Deine Anwendung ist der Wellenlängenbereich, in dem er empfindlich ist. Die Wellenlänge Deines Laserlichtes muss im selben Bereich liegen, sonst "sieht" ihn der Phototransistor nicht.
mare_

Das mit der Wellenlänge ist mir klar, vielen Dank! :-)
Ich wollte das mit der Flankenzeit nur infohalber wissen, denn bei der Angabe der rise/fall time, war mir nicht klar, ob steigende und fallende Flanke zusammen 15µs, oder jede Flanke einzeln 15µs hat. Man findet solche Angaben sehr oft in den Datenblättern und ich konnte sie nicht richtig deuten.



Abschliessend hätte da nur noch ein paar allgemeine Fragen zu der Schaltung. Da sind ein paar Dinge, die ich auch oft in anderen Schaltungen finde, aber ich bin mir nicht ganz sicher was sie bedeuteten, oder wie man das auf der Platine genau verdrahtet.

- R12 und R2 sind paralellgeschaltet. R2 ist ein Poti. Ein Poti kann man aber doch auch auf Null Ohm runter drehen, oder? gibt es dann nicht einen Kurzschluss über den Collector-Emitter des CNY70?
(ich versteh nicht warum die beiden Parallel geschaltet sind?)

- auch die Darstellung des Potis ist für mich ungewohnt. Könnte man R2 nicht auch mit einem Pfeil durch zeichnen und C1 an den Punkt verbinden, bei dem R12 und R2 verbunden sind? Wäre das Schaltungstechnisch das selbe? (Mich irritiert der "Mittelabgang" der irgendwo hin geht? Auch bei R8 )

- die Dritte Frage hat sich schon erübrigt: Ich wollte wissen für was R11 in der Treiberstufe am Ausgang da ist, aber nach 1h Internet hab ichs sogar selbst gefunden! :-)
R11 erhöht die Schaltschwelle über der des Transistors in Richtung +Ub. Damit verbessert man den Signal/Störabstand. Es geht also auch ohne, ist aber besser mit.

- was ist eigentlich der Unterschied von +UB und +5V? UB die "ungeregelte" Eingangsspannung und +5V die "geregelte"? Dann wäre ja Anschluss ST3 der gleiche wie ST1? Manchmal liest man auch Vcc, Va etc. So viele Spannungen? Ich kenn mich da dann nicht mehr aus!

- die Kondensatoren C7 und C8 sind für den Spannungsregler. Aber für was ist der Elko C9 ?


Ich hoffe du hast noch so viel erbarmen mit mir und kannst mir ein paar letzte Tips geben?
Vielen Dank jedenfalls nochmal im Voraus!

ciao
Frank

[mare_crisium]

Frank,

guter Entschluss, die Schaltung nachzubauen! Du wirst sehen, wie schnell Du dadurch den übertriebenen Anfangsrespekt vor der Elektronik los wirst ;-) ! Dann merkst Du nämlich sehr schnell, dass auch der Konstrukteur nicht so genau wusste, warum es ohne dieses Ohm an dieser Stelle nicht funktionierte. - Auch die kochen nur mit Wasser!

Bandbreite: Die liest Du am Besten aus einem Diagramm mit Namen "gain vs. frequency" o.ä. ab, das eigentlich in jedem Datenblatt vorhanden sein müsste. Es sieht so ähnlich aus wie Figure 5 auf Seite 6 des NE567-Datenblattes. Bis zu der Frequenz, bei der der horizontale Ast der Kurve nach unten abknickt, kannst Du das Teil problemlos betreiben. Darüber sind Sondermassnahmen (Frequenzkompensation) notwendig, sonst fängt die Schaltung an zu schwingen.

Poti: Vorsicht! Das Poti musst Du Dir wie einen zweigeteilten Widerstand vorstellen: Einer über und einer unter dem Schleiferabgriff. Die Summe beider Teilwiderstände ist immer gleich dem Nennwiderstand des Potis. Wenn Du den Schleifer bewegst, wird der eine Widerstand grösser und der andere schrumpft. Klar? Dadurch misst Du an Deinem Schleifer je nach Stellung eine andere Teilspannung, aber die Spannung über das Poti bleibt unverändert (solange Du über den Schleifer nicht unmässig Strom ziehst).
Deshalb kannst Du mit dem Poti R2 auch keinen Kurzschluss erzeugen. Was der Parallelwiderstand R12 soll, ist mir auch unklar; man hätte genausogut ein Poti mit 25k aber ohne Parallelwiderstand nehmen können. Siehe oben!

Bei R8 entspricht die Schaltung Deiner Vorstellung: hier ist der untere Teil des Potis durch die Verbindung des Schleifers mit dem unteren Anschluss kurzgeschlossen. Jetzt wirkt nur noch der obere Teil des Potis und dessen Widerstand ist mit dem Schleifer einstellbar. Das entspricht genau dem (heutzutage nicht mehr üblichen) Bild von dem Widerstand mit dem Pfeil durch.

R11: Du siehst das richtig. Damit der npn-Transistor T3 linear arbeitet, braucht er an der Basis eine Spannung von ca. 0,7V (bei pnp-Transistoren sind's 0,9V). Dafür sorgt der R11. Wenn er kleiner gemacht wird, muss mehr Strom fliessen, bis die 0,7V erreicht werden. Ist er grösser, dann müssen nur ein paar Elektronen vorbeikommen, um ihn durchzuschalten; d.h. er reagiert viel zu empfindlich. Ohne geht's allerdings nicht, denn dann ist die Basis unwiderruflich auf 0V angekettet und in T3 rührt sich gar nichts mehr!

UB: UB ist die Wechselspannung vor dem Gleichrichter D1. ST1 und ST3 führen beide dieselbe Spannung. Ja, manchmal hat man beim Lesen von Schaltungen den Eindruck, dass die Autoren ihren Ruhm durch möglichst viele Namen vervielfachen wollen. Ob Vcc oder Vs - es ist immer die Speisespannung gemeint. Das sind in diesem Fall 5V.

C7,C8: Die Kombination aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren, von denen einer ein Elko ist, ist am Ausgang von Spannungsreglern üblich. Man erreicht dadurch eine besseres Aussieben von Restwelligkeit der Gleichspannung. Einfach immer so machen; es kostet nicht viel mehr, funktioniert aber dafür sicher.

- Bezüglich Deines Gesamtprojektes hatte ich auch schon so meine Bedenken: So ein Laserstrahl hat ohne zusätzliche Optik ja einen sehr kleinen Durchmesser. Jedenfalls viel kleiner als das Gesichtsfeld Deiner Kamera. Da muss so ein Insekt schon sehr genau zielen, um von Dir portätiert zu werden!

Ciao,

mare_

[Frank_R]

Frank,

guter Entschluss, die Schaltung nachzubauen! Du wirst sehen, wie schnell Du dadurch den übertriebenen Anfangsrespekt vor der Elektronik los wirst ;-) !

also meine erste Schaltung habe ich schon hinter mir ;-) Waren zwar nur 7 Teile, aber trotzdem hat es eine Weile gedauert bis sie funktioniert hat. ;-) "Schaltplan lesen" und "Verdrahten" sind zwei paar Schuhe!! ;-)

Mein Respekt gilt weniger der Schaltung, als vielmehr den Geräten die ich an die Schaltung evtl. anschliessen möchte!! ;-))




Poti: Vorsicht! Das Poti musst Du Dir wie einen zweigeteilten Widerstand vorstellen: Einer über und einer unter dem Schleiferabgriff. Die Summe beider Teilwiderstände ist immer gleich dem Nennwiderstand des Potis. Wenn Du den Schleifer bewegst, wird der eine Widerstand grösser und der andere schrumpft. Klar? Dadurch misst Du an Deinem Schleifer je nach Stellung eine andere Teilspannung, aber die Spannung über das Poti bleibt unverändert (solange Du über den Schleifer nicht unmässig Strom ziehst).
Deshalb kannst Du mit dem Poti R2 auch keinen Kurzschluss erzeugen. Was der Parallelwiderstand R12 soll, ist mir auch unklar; man hätte genausogut ein Poti mit 25k aber ohne Parallelwiderstand nehmen können. Siehe oben!


Mmm!
Dass das Poti am Schleifer am oberen Pin abnimmt und am unteren Pin zunimmt (oder vise versa) war mir klar. Allerdings dass man das Poti an allen DREI Pins anschliesst nicht?
Ich hab das Poti in meiner ersten Testschaltung, nämlich dieser (http://www.hiviz.com/tools/triggers/PGTRANS.GIF), nur am Schleiferkontakt und einem Ende verbunden. d.h. aber auch, dass der Widerstand auf Null runter drehbar ist. Anders bringt es hier aber wohl nix?

In der ELV-Lichtschranke sind aber wohl alle drei Pins angeschlossen? Wobei das Poti hier als "fester" 50k Widerstand am Transistor-C wirkt, aber am C1 (Koppelkondensator) als Poti mit 50k-0Ohm.

Siehste! "Gut dass wir nachgefragt haben!" :-)



Bei R8 entspricht die Schaltung Deiner Vorstellung: hier ist der untere Teil des Potis durch die Verbindung des Schleifers mit dem unteren Anschluss kurzgeschlossen. Jetzt wirkt nur noch der obere Teil des Potis und dessen Widerstand ist mit dem Schleifer einstellbar. Das entspricht genau dem (heutzutage nicht mehr üblichen) Bild von dem Widerstand mit dem Pfeil durch.

Muss man beim Poti R8 denn umbedingt die beiden Pins "Kurzschliessen"? Es geht doch auch nur einen "Endpin" und den Schleifer anzuschliessen?
Oder macht man das evtl. nicht, damit nicht zu viel Strom über den Schleifer läuft?

Ist die Darstellung der Widerstände in der Schaltung (http://www.hiviz.com/tools/triggers/PGTRANS.GIF) evtl auch stark veraltet, oder eher eine Amerikanische Eigenart? Eine ZickZack-Linie als Widerstand kann man leicht als Spule verwechseln ;-) Ich hab das aber auch schon in vielen Datenblättern so gesehen?



R11: Du siehst das richtig. Damit der npn-Transistor T3 linear arbeitet, braucht er an der Basis eine Spannung von ca. 0,7V (bei pnp-Transistoren sind's 0,9V). Dafür sorgt der R11. Wenn er kleiner gemacht wird, muss mehr Strom fliessen, bis die 0,7V erreicht werden. Ist er grösser, dann müssen nur ein paar Elektronen vorbeikommen, um ihn durchzuschalten; d.h. er reagiert viel zu empfindlich. Ohne geht's allerdings nicht, denn dann ist die Basis unwiderruflich auf 0V angekettet und in T3 rührt sich gar nichts mehr!

Wie "OHNE" geht nicht?
R11 kann man doch auch weglassen, der eigentliche Basis-Widerstand ist doch der R10?

R11 ist doch nur so ein Zusatzdinges, mit der Funktion wie auf ELKO (http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm) beschrieben:

"Fügt man R11 hinzu, dann bilden R10 und R11 einen Spannungsteiler. Dieser dient dazu, die Schaltschwelle über der des Transistors in Richtung +Ub zu erhöhen. Damit kann man den Signal/Stör-Abstand verbessern. Wichtig dabei ist, dass der Querstrom durch R10 und R11 gut drei mal so hoch dimensioniert ist, wie der Basisstrom sein müsste. Je grösser dieses Verhältnis ist, um so schärfer ist der Knick vom sperrenden zum leitenden bzw. gesättigten Transistor."



- Bezüglich Deines Gesamtprojektes hatte ich auch schon so meine Bedenken: So ein Laserstrahl hat ohne zusätzliche Optik ja einen sehr kleinen Durchmesser. Jedenfalls viel kleiner als das Gesichtsfeld Deiner Kamera. Da muss so ein Insekt schon sehr genau zielen, um von Dir portätiert zu werden!

Stimmt! Aber bei einem Abbildungsmasstab von 1:1 ist das Insekt genauso gross, als würde es auf dem 24x18mm grossen Chip "sitzen". Eine Wespe ist da schon Formatfüllend! Bei 2:1 ist alles Doppelt so gross! Und da es nicht nur darum geht, das Objekt in einem bestimmten "Sichtbereich" zu registrieren, sondern auch einen bestimmten Schärfepunkt von wenigen mm exakt zu treffen, muss das Lichtschrankenkreuz so klein wie möglich sein!
Da ein fliegendes Insekt locker schneller fliegen als ein Mensch rennen kann, sollte die Auslöseverzögerung der ganzen Elektronik am besten "Null" sein, weil sonst ist es gar nicht mehr auf dem Bild! ;-) Dass man viel "Sitzfleisch" benötigt, bis endlich ein Insekt in das kleine Lichtkreuz findet ist mir klar! Es wird auf jeden Fall spannend! :-)

Vielen Dank nochmal für deine ausführlichen Erläuterungen und vorallem für Deine Geduld!

ciao
Frank

[Frank_R]

C7,C8: Die Kombination aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren, von denen einer ein Elko ist, ist am Ausgang von Spannungsreglern üblich. Man erreicht dadurch eine besseres Aussieben von Restwelligkeit der Gleichspannung. Einfach immer so machen; es kostet nicht viel mehr, funktioniert aber dafür sicher.


Scheinbar ist es egal, wo man den Elko einbaut? Vor oder Nach dem Regler. Jedenfalls bei www.mikrocontroller.net Stromversorgung (http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:V_Regler.gif) ist er davor.


ciao
Frank

[mare_crisium]

Frank_R,

scheinbar ist es wirklich egal, solange er hinter dem Gleichrichter kommt. Ich baue ihn immer nach dem Regler ein.

mare_

[Frank_R]

Frank_R,

scheinbar ist es wirklich egal, solange er hinter dem Gleichrichter kommt. Ich baue ihn immer nach dem Regler ein.

mare_

yeep, dann werde ich das auch so machen ;-)


ciao
Frank

[mare_crisium]

Frank_R,

mit R11 haben Du und ELV recht, es geht auch ohne. Ich hatte mich vergallopiert.

mare_crisium