سه رونگ ( مدار ) برای بستن پایه ی خروجی سنسورهای مجاورتی ، به میکروکنترلر و PLC و درایور سروو موتور با بکارگیری ترانزیستور و اپتوکوپلر و رله .
پهرست
– آشنایی با حسگر های درنزدیکیاب ( سنسورهای مجاورتی )
– گونه های برونگذار حسگرهای درنزدیکیاب ( انواع خروجی سنسورهای مجاورتی )
– چالش های بستن برونگذار حسگرهای درنزدیکیاب به دستگاه ها
– بستن حسگر درنزدیکیاب نوری به میکروکنترلر STM32 با اپتوکوپلر 4N35
– دگرسازی برونگذار NPN به PNP حسگرهای درنزدیکیاب با ترانزیستور
آشنایی با سنسور های مجاورتی ( حسگر های درنزدیکیاب )
حسگر های درنزدیکیاب یا سنسورهای مجاورتی ، چیزی را در نزدیک میابند .سه یا چهار سیم دارند ، که دو تا برای توانگیری ( تغذیه مصرف کننده ) و یک یا دوتای دیگر ، سیم های برونگذار سیگنال هستند.
- سیم قهوه ای : Vcc یا پایه ی فراز توانگیری ( مثبت تغذیه ) .
- سیم آبی : زمین .
- سیم مشکی : پایه ی برونگذار از گونه PNP .
- سیم سفید : پایه ی برونگذار از گونه NPN .
اگر چیزی به حسگر نزدیک شود ، گونش پایه ی برونگذار ( حالت پایه ی خروجی ) ، از روشن به خاموش یا وارونه ، دگرش میابد.
- روی پایه ی برونگذار روانه نیست و خاموش یا باز است .
- روی پایه ی برونگذار روانه هست و روشن یا بسته است .
داده نامه (دیتاشیت) خوانی حسگر های درنزدیکیاب (سنسور های مجاورتی)
دنبال چه چیزی در داده نامه ی حسگر باشیم؟
- اینکه حسگر نادیده-باز یا نادیده-بسته است.
- ولتاژ کاری که برای حسگر من میتونه از 10 تا 30 ولت باشه.
- بیشینه روانه پایه های برونگذار ، که برای من 150 میلی آمپر هست .
این دانستنی ها رو نیاز داریم برای بستن رونگ ( مدار ) میان برونگذار حسگر و درونپذیر PLC یا میکروکنترلر .
گونه های برونگذار ( خروجی ) سنسور های مجاورتی
پایه ی برونگذار در حسگر های درنزدیکیاب (سنسورهای مجاورتی) یکی از چهار گونه زیر هست:
- NPN Normally Open
- NPN Normally Close
- PNP Normally Open
- PNP Normally Close
برونگذار NPN یا PNP چیست؟
- اگر پایه ی برونگذار در درون حسگر ، به کلکتور یک ترانزیستور NPN برسد ، برونگذار از گونه NPN است .
- اگر پایه ی برونگذار در درون حسگر ، به کلکتور یک ترانزیستور PNP برسد ، برونگذار از گونه PNP است .
نادیده-باز و نادیده-بسته یا NO یا NC چیست؟
گونش ( حالت ) پایه ی برونگذار است ، هنگامی که حسگر چیزی ندیده است .
- نادیده-باز یا NO : هنگامی که حسگر ندیده ، از پایه ی برونگذار روانه رد نمیشود و برونگذار خاموش است .
- نادیده-بسته یا NC : هنگامی که حسگر ندیده ، از پایه ی برونگذار روانه رد میشود و برونگذار روشن است .
برونگذار NPN حسگرهای درنزدیکیاب
- پایه ی برونگذار NPN، کلکتور یک ترانزیستور NPN است که درون حسگر با یک ایستاگر بالاکش شده (با مقاومت Pull up شده).
- پایه ی برونگذار از گونه NPN ، همچون یک سوئیچ فروبسته ( سوئیچ low side ) است ، چون این پایه به ولتاژ پایین ( فرو ) بسته میشود .
- برونگذار NPN ، فروکش روانه ( سینک کننده جریان ) است و روانه را به ولتاژ پایین ( فرو ) میکشد .
برونگذار یا روشن است یا خاموش :
- هنگامی که NPN خاموش است ، کلکتور از امیتر باز است ، پایه ی برونگذار بالاکش شده و ولتاژ آن VCC است ولی نمیتواند روانه فرادهد .
- هنگامی که NPN روشن شود ، کلکتور به زمین بسته است و پایه ی برونگذار به زمین بسته میشود و روانه رو هم فرومیکشه و سوی روانه به درون سنسور هست .
یادآوری : ایستاگر بالاکش ، پایه ی برونگذار را ولتاژگذاری میکند ، تا ولتاژ آن شناور نباشد . ولی ایستاگر بالاکش روانه نمیدهد .
برونگذار PNP حسگرهای درنزدیکیاب
- پایه ی برونگذار PNP ، کلکتور یک ترانزیستور PNP است که درون حسگر با یک ایستاگر پایین کش شده (با مقاومت Pull down شده).
- پایه ی برونگذار از گونه ی PNP ، همچون سوئیچ فرابسته است ، چون این پایه به ولتاژ بالا ( فرا ) بسته میشود.
- برونگذار PNP ، فراده روانه است و روانه را از ولتاژ بالا ( فرا ) به بیرون پایه میدهد .
برونگذار PNP یا روشن است و یا خاموش :
- هنگامی که PNP خاموش است ، کلکتور از امیتر باز است ، پایه ی برونگذار پایین کش شده و ولتاژ آن زمین است. ولی نمیتواند روانه فروکشد.
- هنگامی که PNP روشن شود ، پایه ی برونگذار به VCC بسته میشود و روانه رو هم فرامیده .
چالش ها در بستن برونگذار حسگر به درونپذیر دستگاه ها
میخواهیم برونگذار ( خروجی ) حسگر درنزدیکیاب را به درونپذیر ( ورودی ) دستگاه ها ببندیم . اگر ولتاژ کاری حسگر و دستگاه یکی باشه، برای بستن حسگر به دستگاه باید :
- اگر پایه ی درونپذیر دستگاه NO هست ، باید برونگذار حسگر هم NO باشه، برای NC هم همینه .
- اگر پایه ی درونپذیر دستگاه فرابسته باشد، برونگذار حسگر که به آن میبندیم هم باید فرابسته باشد ، برای فروبسته ها هم همین است .
چالش های پیش رو :
- برای بستن به میکروکنترلر باید ناهمسانی ولتاژ رو چاره کنیم و همچنین باید میکروکنترلر رو از حسگر جداروان ( ایزوله ) کنیم.
- برای بستن به درونپذیر PLC ، گاهی نیاز است، برونگذار NPN را به PNP یا PNP را به NPN دگرسازی کنیم .
- برای بستن به درونپذیر سروو درایو، گاهی نیاز است که برونگذار NO به NC یا NC به NO دگرسازی شود .
بستن حسگر درنزدیکیاب (سنسور مجاورتی ) به میکروکنترلر STM32 با اپتوکوپلر 4N35
کاردوش ( وظیفه ی ) رونگ ( مدار ) میان برونگذار حسگر و درونپذیر میکروکنترلر، تنها جداروانسازی ( ایزوله کردن ) است . روانه افزایی یا ولتاژ افزایی بر دوش این رونگ نیست.
- روانه ی پایه ی برونگذار حسگر تا 150mA است و روانه ی نیاز پایه ی درونپذیر میکرو برای روشن شدن 60uA است . پس هیچ نگرانی برای روانه افزایی نداریم . چون سیگنال از جایی که روانه بالا دارد به جایی که روانه پایین دارد میاید.
- ولتاژ نیاز پایه ی میکروکنترلر 3.3 ولت است . بیشینه ولتاژ برونگذاشته برای اپتوکوپلر ها 6 یا 7 ولت است و آنها 3.3 ولت را بدون نگرانی برون مینهند.
اگر بخواهیم یک رله رو با پایه ی میکرو روشن کنیم ، سیگنال از میکروکنترلر ( روانه پایین ) به رله ( روانه بالا ) میرود و نیاز به روانه افزایی و ولتاژ افزایی نیز هست . در نوشته ی زیر درباره ی رونگ بستن برونگذار میکروکنترلر به رله با اپتوکوپلر و ترانزیستور بیشتر بخوانید.
کنترل رله با میکروکنترلر با ترانزیستور برای روان افزایی و اپتوکوپلر برای جداروانسازی
بستن حسگر نوری درنزدیکیاب به اپتوکوپلر
- سیگنال باید از حسگر به میکروکنترلر بره و برای جداروانسازی این دو ، سر راه سیگنال اپتوکوپلر میذاریم.
- در اپتوکوپلر ، یک دیود نوری با پذیرفتن سیگنال روشن میشود و نور تابیده، ترانزیستور برونگذار را روشن میکند.
- پایه ی برونگذار حسگر باید دیود نوری درونپذیر اپتوکوپلر را روشن کند .
- ترانزیستور برونگذار در اپتوکوپلر باید پایه ی درونپذیر میکرو را روشن کند.
هم پایه ی کاتد و هم آند دیود اپتوکوپلر ، میتوانند پایه ی درونپذیر باشند .
- پایه ی کاتد ، درونپذیر فروبسته است و باید به ولتاژ فرو ( پایین ) بسته شود تا روشن شود . اگر کاتد پایه ی درونپذیر باشد، آند باید به VCC بسته شود .
- پایه ی آند درونپذیر فرابسته است و باید به ولتاژ فرا ( بالا ) بسته شود تا روشن شود . اگر آند درونپذیر باشد ، کاتد باید به زمین بسته شود .
بستن حسگر به کاتد یا آند دیود
- اگر برونگذار NPN بکار میبریم باید به کاتد اپتوکوپلر بسته شود و آند به VCC .
- اگر برونگذار PNP بکار میبریم باید به آند اپتوکوپلر بسته شود و کاتد به زمین .
چرا ؟
- چون برونگذار NPN حسگر فروبسته است و به ولتاژ فرو ( پایین ) میبندد باید به پایه ی کاتد اپتوکوپلر بسته شود ، چون کاتد هم فروبسته است و باید به ولتاژ پایین بسته شود تا روشن شود .
- چون برونگذار PNP حسگر فرابسته است و به ولتاژ فرا ( بالا ) میبندد باید به پایه ی آند بسته شود ، چون آند هم فرابسته است و باید به ولتاژ بالا بسته شود تا روشن شود .
درباره ی سوی روانه :
- برونگذار PNP حسگر ، فراده روانه و درونپذیر آند در اپتوکوپلر فراگیر روانه است.
- برونگذار NPN حسگر ، فروکش روانه و درونپذیر کاتد در اپتوکوپلر فروران روانه است .
مدار بستن حسگر نوری نزدیک سنجی به میکروکنترلر با اپتوکوپلر
در درونپذیر اپتوکوپلر :
- برونگذار PNP حسگر با یک ایستاگر و یک دیود به پایه ی آند بسته شده .
- پایه ی کاتد به زمین بسته شده .
در برونگذار اپتوکوپلر :
- پایه ی میکروکنترلر با یک ایستاگر 10k بالاکش شده ( با یک مقاومت به 3.3v بسته شده = Pull up).
- هنگامی که برونگذار اپتوکوپلر 4N35 روشن بشه، پایه ی میکرو به زمین بسته میشه.
- یک انبارگر (خازن) 100nF هم پایه ی میکروکنترلر رو به زمین بسته. تا جایی که میشه بایستی این انبارگر(خازن) رو نزدیک پایه ی میکروکنترلر بذارید. کاردوش (وظیفه) این انبارگر پیشگیری از دگرگون شدن ناخواسته ی ولتاژ روی پایه، با نویز هست.
برای آرایش دهی (بایاس) اپتوکوپلر در کارگون سرشار باید اندازه ایستاگر R1 رو برآورد کنیم. که سه گام داره:
1. دانستن روانه کلکتور ترانزیستور برونگذار اپتوکوپلر.
2. براورد روانه پیشگشا ( فوروارد) در دیود نوری.
3. نوشتن برابری ( معادله ) ولتاژ و براورد ایستاگر R2.
1. بیشینه ی روانه ای که از کلکتور 4n35 رد میشه ، روانه ای هست که پایه ی درونپذیر میکروکنترلر برای روشن شدن نیاز داره .
با مولتی متر روانه ی فروکش کننده ی یک پایه ی درونپذیر میکروکنترلر رو 60 میکروآمپر اندازه گرفتم . برای میکروکنترلر هایی که فیک هستند، روانه ای که پایه ی درونپذیر میکرو میکشه نزدیک 400 میکروآمپر هست. در براورد ها روانه کلکتور در کارگون سرشار رو 500 میکروآمپر یا 0.5 میلی آمپر میگذارم .
2. برای دل آسوده بودن از اینکه اپتوکوپلر 4N35 در کارگون سرشار کار میکند، روانه ی دیود رو 5 برابر روانه کلکتور بخش بر CTR میگذارم که میشه 2.5 میلی آمپر.
ولی چون برونگذار حسگر درنزدیکیاب نوری تا 150 میلی آمپر میتونه روانه بده و دستمون باز هست ، اندازه ی روانه ی پیشگشای دیود رو 10 میلی آمپر میذارم.
3. برابری ولتاژ رو در راستای نقطه چین مینویسیم تا اندازه ی ایستاگر R2 رو بدست بیاریم کنیم. یک led هم پیاپی (سری) کردم تا هنگامی که حسگر حس کرد، led روشن بشه. افت ولتاژ دو سر led هم 2 ولت هست.
خوبه توان تباه شده (اتلاف شده) در ایستاگر R2 رو هم براورد کنیم ، تا دل آسوده بشیم ایستاگر آتش نمی گیرد. توان تباه شده این ایستاگر 0.092 وات هست، پس یک ایستاگر 0.25 وات پاسخگوی کار ما هست.
نگاره رونگ ( تصویر مدار ) :
اپتوکوپلر چگونه گزینش شده؟
در این رونگ اپتوکوپلر :
- روانه کلکتور اپتوکوپلر 0.5mA هست و روانه افزایی هم (تقویت جریان) نداریم.
- ولتاژ در برونگذار اپتوکوپلر 3.3V هست و در کارگون خاموشی اپتوکوپلر، ولتاژ کلکتور-امیتر اپتوکوپلر 3.3 هست و بیشتر اپتوکوپلر ها میتونن این ولتاژ رو تاب بیارن .
- تندی بالا برای روشن و خاموش شدن هم که نیاز نیست.
هر اپتوکوپلری میتونه این کار رو انجام بده، یک اپتوکوپلر ارزون و دم دستی گزینش کنید مثل 4n35 یا PC817 .
دگرسازی برونگذار (خروجی) NPN به PNP و یا PNP به NPN
با گزینش کاربر ، درونپذیر های پی ال سی دلتا ، یا همگی فرابسته یا فروبسته هستند .
- اگر درونپذیر PLC فرابسته باشد ، برونگذار PNP حسگر به آن بسته میشود. فراگیر به فراده روانه بسته میشود .
- اگر درونپذیر PLC فروبسته باشد، برونگذار NPN حسگر به آن بسته می شود. فروران به فروکش روانه بسته میشود .
اگر درونپذیر های PLC رو فروبسته شیوه گذاری کرده باشید و یک حسگر با برونگذار PNP را که فرابسته است بخواهید به PLC ببندیم چه؟
باید برونگذار PNP حسگر رو به NPN دگرسازی کنیم. چجوری ؟ با یک ترانزیستور NPN.
مدار دگرسازی برونگذار PNP به NPN
برای آرایش دهی ( بایاس ) NPN بکار رفته در این رونگه ( مدار ) ، باید اندازه ی ایستاگر ( مقاومت ) R2 براورد شود. که این کار سه گام دارد:
- دانستن بیشینه ی روانه ی کلکتور که اینجا 150 میلی آمپر است.
- براورد بیشینه ی روانه ی بیس در کارگون سرشار.
- نوشتن برابری ولتاژ در راستای نقطه چین و براورد ایستاگر R2 .
برای گزینش تراتزیستور NPN
- در کارگون گستته، چه ولتاژی روی کلکتور – امیتر است؟ در اینجا 24 ولت است.
- در کارگون سرشار، بیشینه ی روانه ای که از کلکتور رد میشود، چه اندازه است. که در اینجا 150 میلی آمپر است.
بریم به داده نامه (دیتاشیت) ترانزیستور BC337 :
- بیشینه ی ولتاژ کلکتور-امیتر در رونگ ما ( مدار ما ) ، باید از بیشینه ولتاژ تاب آوری که در داده نامه (دیتاشیت) هست، کمتر باشد. برای ترانزیستور BC337 بیشینه ولتاژ کلکتور – امیتر 45 ولت است، که از 24 ولت در رونگ ما بیشتر است.
- بیشینه ی تاب آوری جریان کلکتور هم ، 800 میلی آمپر است که در رونگه ی ما 150 میلی آمپر است. و ترانزیستور این جریان را هم تاب میاورد.
ولی این ترانزیستور برای این کار بزرگ است، میتوانید ترانزیستور ارزان تر و کوچک تری برگزینید.
به نادرست داده چین رو از داده نامه ی ترازیستور BC327 برداشتم، ولی اندازه ها همسان هستند.
دگرسازی برونگذار NPN به PNP با ترانزیستور PNP
این هم رونگ دگرسازی NPN به PNP با ترانزیستور PNP BC327 ، همان کاری که برای رونگ (مدار) پیشین کردیم، اینجا هم همونه.
پ
دگرسازی برونگذار NO به NC و یا NC به NO با رله
اگر پایه ی COM+ به VCC بسته شود .
- پایه های درونپذیر سروو درایور هنگامی روشن میشوند ( روانه رد می شود ) که به زمین بسته شوند . آنها فروبسته و فروران روانه هستند .
- بایستی برونگذار NPN حسگر ( فروبسته و فروکش روانه ) به آنها بسته شود.
همچین برای حسگر های کرانه ی پیشا و پسا ی سروو درایور ( سنسور حد مثبت و منفی یا positive limit and negative limit ) بایستی حسگر های با گونه ی برونگذار نادیده-بسته بکار برد. ولی اگر حسگر نادیده-باز داشتیم چه کنیم؟
میتوان با یک رله کمکی ( یا slave relay ) ، نادیده -باز را نادیده-بسته کرد.
- دگرش میابد = تغییر میکند .
- پایه ی برونگذار = پایه ی خروجی .
- پایه ی درونپذیر = پایه ی ورودی .
- فراده = از فرا ( بالا ) دهنده ی جریان یا سورس کننده . برای پایه های خروجی یا VCC بکار میرود .
- فراگیر = از فرا ( بالا ) گیرنده ی جریان . برای پایه ی ورودی بکار میرود .
- فروران = به فرو ( پایین ) راننده ی جریان . برای پایه ی ورودی بکار میرود .
- فروکش = در پایین ( فرو ) کشنده ی جریان یا سینک کننده . برای پایه ی خروجی یا زمین بکار میرود .
- پیشا = مثبت افقی .
- پسا = منفی افقی .
- حسگر کرانه ی پیشا = سنسور حد مثبت .
- حسگر کرانه ی پسا = سنسور حد منفی .
- پایه های توانگیری = پایه های تغذیه ، پایه های VCC و GND .
