Bagaimana membuat detektor kedekatan IR kebal terhadap sinar matahari?

Saya mencoba membuat perangkat pengukuran kedekatan inframerah.

Saya ingin berada dalam kisaran 10cm atau 4 "(mungkin 15 cm?). Frekuensi yang saya gunakan adalah 10 KHz. Berikut adalah rangkaian yang saya gunakan, kecuali bahwa saya telah menggunakan kapasitor dan resistor 1 nF yang cocok untuk band. -melewati 10 KHz. Saya telah menggunakan LM358A untuk OP-AMP dan saya tidak tahu ID bagian dari dioda IR saya.

Untuk meningkatkan sensitivitas dan menghapus offset, saya menambahkan penguat perbedaan dengan gain 10 menggunakan OP-AMP lain di dalam LM358A. Saya telah menggunakan potensiometer untuk mengatur tegangan yang akan dikurangi dari sirkuit di bawah ini.

Berhasil! Dengan linearitas yang masuk akal. Namun, level tegangan berubah dengan intensitas cahaya siang hari.

Apakah ada cara untuk membuat perangkat ini kebal terhadap cahaya siang hari menggunakan LDR? Saya sudah mencoba untuk menghubungkan LDR secara paralel dengan potensiometer penghapusan offset, namun, jelas, itu tidak memberikan hasil yang baik dan logis. Saya tidak memiliki filter IR dan sangat mahal untuk mendapatkannya dari Farnell atau semacamnya di Turki.

Dari sini .

Edit:

Berikut ini skema saya:

Saya tidak berpikir bahwa menggunakan sinyal LDR dapat berbuat banyak karena rangkaian sudah memiliki semacam penindasan cahaya sekitar: itu adalah filter lulus tinggi pada kapasitor C8.

Saya setuju dengan MikeJ-UK bahwa sinyal mungkin jenuh oleh cahaya sekitar.

Jika Anda hanya ingin agar sensor jarak bekerja dengan lebih banyak cahaya sekitar, saya sarankan untuk meletakkan filter IR di depan detektor.

Jika ini terlalu mudah (atau Anda juga memiliki banyak cahaya IR sekitar, mis. Karena matahari bersinar di detektor):
Anda harus menyelesaikan masalah sinyal yang benar-benar macet oleh cahaya sekitar.

Mari kita anggap arus yang disebabkan oleh sinyal adalah beberapa mikro amp atau kurang dan cahaya sekitar memberi Anda sudah sekitar 0,1 mA hanya ada tegangan sinyal yang sangat sangat kecil pada pembagi tegangan input (D1 / R10). Semakin banyak arus (disebabkan oleh cahaya sekitar) mengalir di pembagi tegangan, semakin kecil singal Anda.

Hanya meningkatkan amplifikasi tidak membantu, karena kebisingan akan diperkuat juga dan saya pikir Anda datang ke daerah di mana rasio signal-to-noise adalah apa yang harus Anda perhatikan.

Jadi alih-alih memiliki pembagi tegangan pada detektor, pendekatan yang lebih baik adalah dengan menggunakan penguat transimpedance:

Tegangan outputnya linier dengan arus foto. Jadi ini akan memberi Anda setidaknya tingkat sinyal konstan, tidak peduli berapa banyak cahaya sekitar yang Anda miliki (lihat juga artikel ini tentang masalah ini oleh Bob Pease).

Tentu saja ini hanya benar dalam batas: jika amplifier Anda macet, Anda tidak bisa berbuat banyak.

Jadi amplifikasi sebelum penyaringan bandpass tidak boleh terlalu besar. Tetapi jika Anda membuat bandpass filter Anda cukup sempit, Anda dapat melakukan amplifikasi besar sesudahnya (seperti pada penerima radio).

Anda ingin mengekstrak amplitudo frekuensi yang diketahui dari sinyal dioda Anda. Itu bisa karena Anda sudah mencoba melakukan dengan band pass filter yang sangat sempit, namun ada batasannya. Pilihan lain adalah menggunakan penguat penguncian . Mereka bisa banyak urutan besarnya lebih baik daripada filter pass band analog.

Amplifier pengunci pada dasarnya mengalikan sinyal input Anda dengan sinyal referensi dari frekuensi yang diinginkan. Outputnya kemudian disaring low-pass. Dalam proses ini semua komponen frekuensi yang tidak cocok dengan referensi tidak menghasilkan output DC yang signifikan karena nilai dari periode yang berbeda saling mengkompensasi secara destruktif.

Saya mencoba menemukan beberapa ilustrasi yang bagus dan menemukan catatan aplikasi LabView dan deskripsi fungsional singkat .

Pendekatan perangkat lunak: Mikrokontroler

Chip siap pakai: AD630 (pasti ada yang lebih murah)

Yah, meskipun ide-ide di sini tampak cukup elegan .. well, jika Anda tidak dapat membuatnya sederhana mungkin tidak benar. Oli Glaser mungkin punya ide terbaik di sini, bahkan saya sudah mencobanya sendiri sebelumnya. Anda harus mematikan LED IR untuk mengambil sampel cahaya sekitar, dan kemudian menyalakannya lagi untuk mengambil sampel bacaan Anda, dengan mengurangi ukuran-ukuran itu Anda akan mendapatkan ukuran yang benar. Akan ada beberapa ketidaknyamanan karena tingkat kejenuhan transistor foto, tetapi yang terbaik yang bisa Anda dapatkan dari itu. Filter tutup IR tidak benar-benar direkomendasikan jika Anda memiliki LED daya rendah.

Saya menduga inputnya jenuh. Pada tingkat cahaya sekitar dengan dioda yang melewati mendekati 100uA tidak akan ada bias yang tersisa. Coba kurangi resistor 50k.

Melihat spektrum sinar matahari di Wikipedia, ada penurunan pada 940nm karena penyerapan IR oleh uap air di atmosfer.

Menggunakan sumber IR dan sensor yang beroperasi pada 940nm akan sangat mengurangi pengambilan cahaya sekitar.

RPR220 adalah satu, yang memiliki versi 800nm ​​dan 940nm.

Jika Anda memasukkan sinyal ke dalam mikrokontroler, maka Anda mungkin bisa menggunakan rutin kalibrasi untuk menyesuaikan dengan cahaya sekitar.

Misalnya jika Anda membaca level ketika tidak ada yang dikirim, Anda dapat mengurangi nilai ini dari pembacaan "ON" untuk mendapatkan perbedaan yang disebabkan oleh emitor IR Anda.
Sesuatu seperti ini akan membantu. Anda dapat melakukan hal yang sama dengan LDR pada umpan balik opamp untuk menyesuaikan gain, tetapi akan lebih sulit untuk melakukannya dengan benar.

Hal lain mungkin memiliki filter bandpass yang lebih tajam (misalnya stagger 2 atau 3 stage) sehingga hanya frekuensi termodulasi yang "terlihat".

Saya akan setuju dengan saran Oli Glaser untuk menggunakan mikrokontroler, tetapi saya akan menyarankan beberapa perubahan sirkuit juga:

1. Saya akan menyarankan menambahkan input ADC kedua ke mikrokontroler untuk merasakan level DC dari fotodioda. Dugaan saya adalah bahwa kepekaan fotodioda adalah non-linear. Jika input AC Anda memiliki 100x gain dari input DC, maka hitung nilai gabungan dari input (100x nilai DC nilai AC) dan lakukan beberapa transformasi (atau interpolasi menggunakan tabel pencarian) untuk mendapatkan nilai linierisasi.
2. Mungkin ada manfaat untuk menambahkan filter bandpass analog tetapi menghapus demodulator. Mintalah prosesor mencicipi input pada 40KHz. Gunakan empat filter rata-rata bergulir (sampel linierisasi pertama untuk menyaring 0, di sebelah filter 1, kemudian 2, 3, 0, 1, 2, 3, dll.) Dan menghitung level sinyal AC sebagai (f2-f0) * (f2 -f0) + (f3-f1) * (f3-f1). Pendekatan ini akan menawarkan kekebalan kebisingan yang jauh lebih baik daripada pendeteksi puncak.

Saya telah melihat beberapa varian sirkuit IR preamp untuk mengontrol bias dioda untuk menghindari kejenuhan, misalnya Perangkat Elmos ini dan IR preamp SL480 yang sangat lama ini. Saya menggunakan sirkuit berdasarkan contoh pertama untuk sensor proximity outdoor dan itu bekerja dengan sangat baik.

Solusi mechincal juga dimungkinkan, "snoot" yang merupakan tabung yang melindungi penerima dari sebagian besar cahaya sekitar.

Apakah Anda mencoba untuk memiliki sensor tambahan sebagai kelompok kontrol, yang terkena cahaya ambien yang sama tetapi tidak mendeteksi halangan yang dilakukan sensor sebenarnya? Kemudian, Anda mengurangi sinyal sensor grup kontrol ke sensor yang berfungsi.

Itu bekerja untuk saya beberapa kali dalam proyek-proyek sarjana, haha. Saat itulah saya tidak tahu cara memprogram filter perangkat lunak.