Особенности применения ИК фотоприемника SFH-506-xx в качестве ИК-радара

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Статьи

Полезные советы

Ссылки

Электроника

Linux

Список литературы

Проекты, идеи

В 2006 году мною была написана статья "ИК фотоприемник SFH-506-xx". Эти фотоприемники отличаются очень высокой чувствительностью, что позволяет использовать их в схемах охранной и пожарной сигнализации, в качестве датчиков препятствий в робототехнике. Последнее нашло применение и конкретные конструкции описаны (см. ссылки в конце статьи).

 

 

В статье"Всё об ИК-приёмнике TSOP" дополнительно описана конструкция и принцип работы высоко чувствительных ИК фотоприемников для систем дистанционного управления электронной аппаратурой, которые сейчас применяются в датчиках препятствий в робототехники именуемых TSOP - сенсор.

Но к сожалению там вкралась ошибка.

Википедия пишет:

 

Сама микросхема ИК фотоприемника не является сенсором TSOP - Temic Semiconductors Opto Electronics Photo Modules таким сенсором является готовый модуль с применением микросхемы ИК фотоприемника любого типа и импульсного излучателя зондирующего ИК излучения. Все это представляет собой именно сенсор, который дает возможность определять препятствие в отличие от фотоприемника, который может только принимать ИК сигнал.

 

Рисунок 1.
 

В статье "BEAM-робот с ИК-радаром" описан робот автоматически обходящий препятствия использующий TSOP сенсоры.

 

Рисунок 2

 

Автор: Олег пишет:

"Робот в состоянии минут 10 (маленькая емкость аккумов) кататься по комнате, нигде не застревая. Где-то раз в метр прямого пути робот произвольно поворачивает в случайную сторону из-за глючных наводок на TSOP'ах"

В данном случае Олег тоже не прав.

 

Схема и помехозащищенность фотоприемника

Данный тип фотоприемника полностью защищен от помех, отличающихся по характеру от управляющего сигнала.

Чтобы показать высокую помехозащищенность ИК фотоприемника рассматриваемого типа, посмотрим его конструкцию и схему.

Конструктивно фотодиод защищен от световых помех и фоновых засветок спектральной чуствительностью фотодиода и ИК фильтром - корпусом.

 

Рассмотрим схему данного типа фотоприемников.

 

Рисунок 3

 

На рис.3 показана структурная схема ИК фотоприемника SFH 506 производства фирмы Siemens для пультов дистанционного управления. Данный фотоприемник имеет большой динамический диапазон, за счет применения автоматической регулировки усиления (АРУ). Это позволяет принимать и слабые сигналы.

Полосовой усилитель позволяет усилить и выделить только сигнал заданной частоты - обычно 30, 33, 36, 38, 40, 56 кГц (сигнал даже ближайших частот из списка полностью подавляется). Все остальные сигналы, импульсные и постоянные засветки полностью подавляются.

Фотоприемник данной конструкции имеет высокую помехозащищенность от ложных световых помех в том числе и в спектральной полосе фотоприемника, электромагнитных помех, что и подтверждается их устойчивой работой в бытовых системах управления и промышленных датчиках.

 

А причина помех и сбоев:

 

Высокая чувствительность фотоприемников

Главная сложность применения ИК фотоприемников это их очень высокая чувствительность к сигналу передающему команды.

В литературе мелькала информация об устойчивой работе системы пульт - электронный прибор на дистанции 12-15 м. Реально это расстояние больше, особенно при питании излучающего светодиода от напряжения большего 1,5 В. Поэтому реальная дальность, при применении более мощного ИК светодиода может достигать 35 м.

Вы можете провести эксперимент, как сделал я.

Просто навел пульт ДУ телевизором не на телевизор, а на стену напротив него оклеенную рельефными бумажными обоями (практически это шероховатая поверхность) телевизор стоящий на расстоянии 6 метров нормально переключается. Сложнее с гладкой стеклянной или лаковой поверхностью, там очень сложно точно направить луч от пульта ДУ на фотоприемник.

У тех роботостроителей, которые не думают об этом и возникают проблемы с помехозащищенностью данных систем.

Свет облучающего преграду светодиода (с характеристиками необходимыми для фотоприемника) может отражаться от множества предметов находящихся на разном расстоянии от датчика. Кроме того он может отражаться от эффективно отражающих поверхностей и по сложной траектории попадать на фотоприемник. Все это происходит потому что диаграмма направленности фотоприемника имеет широкий лепесток, а сам фотоприемник высокую чувствительность.

 

Методы снижения влияния помех

Описанный выше эксперимент с управлением телевизором подсказывает и способы повышения помехозащищенности ИК сенсора на базе описанных фотоприемников.

 

Первым и наиболее простым методом, я бы назвал оптимизацию мощности излучаемой ИК облучателем - светодиодом.

Это позволяет простым ограничением тока светодиода до величины позволяющей детектировать его излучение фотоприемником получить необходимый эффект.

 

Вторым, наиболее эффективным, является ограничение поля зрения фотоприемника. Это позволяет сузить угол зрения фотоприемника и исключить попадание на него сигналов отраженных от предметов за пределами угла зрения. Этот принцип изображен на рис. 4

 

Рисунок 4

 

На рисунке 4 показан пример сенсора содержащего фотоприемник SFH-506 или подобного, поле зрения которого искусственно сужено с помощью диафрагмы. Светодиод TSAL6200 или подобный (на рисунке 4 зеленым цветом показана его диаграмма направленности) облучает преграду и рассеивается в пределах сектора рассеивания угол которого определяется качеством поверхности. На фотоприемник попадает только та часть отраженного света, которая  проходит диафрагму.

Изменяя размер отверстия в диафрагме и расстояние от отверстия до фотодиода фотоприемника можно сужать поле зрения до необходимых значений.

Это так же позволяет полностью исключить прием отражений от других предметов.

 

Фото сенсоры и анализ положения преграды в пространстве

При определенном расположении облучателей сенсоров и фотоприемников можно определять положение в пространстве преграды и ее характер. Это позволяет предпринимать определенные решения и выполнять маневрирование по обходу препятствия.

 

Рисунок 5

 

На рис. 5 показана конструкция содержащая два фотоприемника SFH-506 и четыре облучающих светодиода TSAL6200.

Данная система позволяет определить положение преграды в поле зрения каждого фотоприемника и секторе освещаемом каждым из светодиодов облучателей. Размер преграды и ее направление грубо может быть оценен по заполнению им облучаемого пространства.

Для применения этого способа нужен специальный алгоритм управления облучателями и фотоприемниками и обработки полученной информации.

 

 

Ссылки:

1. BEAM-робот с ИК-радаром, http://myrobot.ru/wiki/index.php?n=Projects.BeamIRradar

2. Всё об ИК-приёмнике "TSOP", http://myrobot.ru/wiki/index.php?n=Components.TSOP

ноябрь 2011,
А.Сорокин

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь: