در این مقاله با عملکرد و انواع خروجی سنسور های مجاورتی آشنا میشید و اینکه چطور باید این سنسورها رو با استفاده از اپتوکوپلر به میکرورکنترلر متصل کرد.
فهرست:
– عملکرد و انواع سنسورهای مجاورتی
– خروجی NPN و خروجی PNP در سنسورهای مجاورتی
عملکرد و انواع سنسورهای مجاورتی
سنسورهای مجاورتی یا Proximity sensor کارشون تشخیص اشیا بدون برقراری تماس هست و دارای انواع زیر هستند. این سنسورها در کارخونه ها پرکاربرد هستند.
- سنسورهای مجاورتی القایی : تشخیص اجسام فلزی ، برد کمتر از 6 سانتی متر
- سنسورهای مجاورتی خازنی : تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی در فرم مایع یا جامد ، برد کمتر از 6 سانتی متر
- سنسورهای مجاورتی نوری : قابلیت تشخیص همه اجسام غیر شفاف با برد تا 60 متر
- سنسورهای مجاورتی التراسونیک : تشخیص همه ی اجسام با برد حداکثر 2.5 متر
خروجی NPN و خروجی PNP در سنسورهای مجاورتی
خروجی NPN وصل شده به کلکتور یک ترانزیستور NPN که درون سنسور Pull up شده، یعنی با یک مقاومت به VCC متصل شده. وقتی ترانزیستور فعال بشه، خروجی به تغذیه زمین متصل میشه و جریان رو هم سینک میکنه ، یعنی جهت جریان به سمت داخل سنسور هست.
اینطوری حفظ کنید : NPN ( اولش N داره ) وصل میکنه به Negative ( اولش N داره ) و یادتون باشه جریان از ولتاژ بالا سورس میشه و در ولتاژ پایین سینک میشه.
خروجی NPN سنسورهای مجاورتی
خروجی NPN وصل شده به کلکتور یک ترانزیستور NPN که درون سنسور Pull up شده، یعنی با یک مقاومت به VCC متصل شده. وقتی ترانزیستور فعال بشه، خروجی به تغذیه زمین متصل میشه و جریان رو هم سینک میکنه ، یعنی جهت جریان به سمت داخل سنسور هست.
اینطوری حفظ کنید : NPN ( اولش N داره ) وصل میکنه به Negative ( اولش N داره ) و یادتون باشه جریان از ولتاژ بالا سورس میشه و در ولتاژ پایین سینک میشه.
خروجی PNP سنسورهای مجاورتی
خروجی PNP وصل شده به کلکتور یک ترانزیستور PNP که درون سنسور Pull down شده، یعنی با یک مقاومت به زمین متصل شده. وقتی ترانزیستور فعال بشه، خروجی به تغذیه مثبت یا VCC متصل میشه و جریان رو هم سورس میکنه ، یعنی جهت جریان به سمت خارج سنسور هست.
اینطوری حفظ کنید : PNP ( اولش P داره ) وصل میکنه به Positive ( اولش P داره ) و یادتون باشه جریان از ولتاژ بالا سورس میشه و در ولتاژ پایین سینک میشه.
خروجی Normally Open و Normally Close در سنسورهای مجاورتی
خروجی سنسورهای مجاورتی یکی از چهار نوع زیر هست:
-
- NPN Normally Open
-
- NPN Normally Close
-
- PNP Normally Open
-
- PNP Normally Close
وظیفه ی سنسورهای مجاورتی تشخیص اشیا هست و حالت Normal یا معمول وقتی هست که سنسور جسمی رو تشخیص نداده. در سنسورهای Normally Open در حالت معمول وقتی که جسمی مقابل سنسور نیست ، ترانزیستور خروجی غیر فعال هست. در سنسورهای با خروجی Normally Close وقتی جسمی مقابل سنسور نیست ، ترانزیستو خروجی فعال هست.
اتصال سنسور مجاورتی نوری به میکروکنترلر با اپتوکوپلر 4N35
سنسورهای مجاورتی با ولتاژ 10 تا 30 ولت کار میکنند ( معمولا 12 یا 24 ولت ) و اگر بخواهیم این سنسورها رو به میکروکنترلرها متصل کنیم حتما باید با استفاده از اپتوکوپلر سنسور رو از میکرو ایزوله کنیم. خروجی سنسور به ورودی اپتوکوپلر وصل میشه ، در ورودی اپتوکوپلر یک led قرار داره که وقتی روشن بشه ، نور منتشر شده از led ترانزیستور خروجی رو فعال میکنه و اینطوری سیگنال منتقل میشه.
برای اینکه led اپتوکوپلر روشن بشه آند led باید به ولتاژ مثبت و کاتد باید به زمین وصل بشه و جهت جریان هم از آند به سمت کاتد هست.
اگر بخواهیم از خروجی NPN سنسور استفاده کنیم ، پایه ی آند led باید به ولتاژ مثبت و خروجی سنسور به پایه ی کاتد وصل بشه ، تا وقتی خروجی NPN فعال شده، پایه ی کاتد رو به زمین متصل کنه و جریان رو هم سینک کنه.
اگر بخواهیم از خروجی PNP سنسور استفاده کنیم ، پایه ی کاتد باید به زمین و خروجی سنسور به پایه ی آند وصل بشه. تا وقتی خروجی PNP فعال شد ، پایه ی آند رو به ولتاژ مثبت وصل کنه و جریان رو هم سورس کنه.
مدار کامل اتصال سنسور مجاورتی نوری به میکروکنترلر مشابه شکل زیر هست. پین میکروکنترلر در حالت عادی با یک مقاومت 10k به 3.3v وصل شده و Pull up شده، وقتی خروجی اپتوکوپلر 4N35 فعال بشه، پین میکرو به زمین وصل میشه. یک خازن 100nF هم پین میکروکنترلر رو به زمین متصل کرده. تا جای ممکن این خازن رو نزدیک پین میکروکنترلر بذارید. وجود این خازن خیلی مهمه و اگر نباشه ، نویز محیط میتونه وضعیت پین رو تغییر بده. برای بایاس کردن اپتوکوپلر در حالت اشباع باید مقدار مقاومت R1 رو تنظیم کنیم.
ابتدا باید جریان کلکتور فوتورترانزیستور 4N35 رو در حالت اشباع اندازه گیری کنیم ، که جریان پایه ی میکروکنترلر هست که در حالت ورودی تنظیم شده. یک پین میکروکنترلر رو در حالت ورودی تنظیم کردم و جریانش رو با مولتی متر اندازه گرفتم که نزدیک 60 میکروآمپر هست. البته میکروکنترلر STM32F103C8 که من استفاده میکنم اصل هست، در مورد میکروکنترلرهای STM32F103 که فیک هستند، جریانی که پایه ی میکرو در حالت ورودی میکشه نزدیک 400 میکروآمپر هست. در محاسبات جریان کلکتور در حالت اشباع رو 500 میکروآمپر یا 0.5 میلی آمپر در نظر میگیرم.
برای اینکه اپتوکوپلر 4N35 در حالت اشباع کار کنه ، میتونیم جریان فوروارد رو 5 برابر جریان کلکتور تقسیم بر CTR در نظر میگریم که میشه 2.5 میلی آمپر ، ولی با توجه به اینکه سنسور مجاورتی نوری تا 150 میلی آمپر میتونه خروجی جریان داشته باشه مقدار جریان فوروارد رو 10 میلی آمپر در نظر میگیرم.
یک led هم سری کردم تا وقتی جسمی مقابل سنسور قرار گرفت ، led روشن بشه. افت ولتاژ led هم 2 ولت هست. معادله ی ولتاژ رو در راستای خط نقطه چین مینویسیم تا مقدار مقاومت R2 رو محاسبه کنیم.
خوبه توان مصرفی مقاومت R2 رو هم محاسبه کنیم ، تا مطمئن بشیم این مقاومت بیش از حد داغ نمیشه. توان مصرفی این مقاومت 0.092 وات هست، پس یک مقاومت 0.25 وات مناسبه.
تصویر مدار:
