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AVR, avr-gcc, CAN, CPLD, Elektronik, Mikrocontroller, MSP430, PIC, Roboter, Schaltungen, Sensoren, Software, Testboards

Abstandssensor mit IS471

Tags: Schaltungen, Sensoren
Stand: 6. Oktober 2006, 16:29
15 Kommentar(e)

Die Schaltung wird dadurch auch sehr einfach. Für die Grundschaltung wird nur eine IR-LED (im Notfall geht sogar eine normale LED, allerdings strahlt diese nicht viel IR-Licht ab, so dass die Reichweite sehr darunter leidet), ein Vorwiderstand für die LED und ein Stützkondensator um die Spannungsspitzten die beim gepulsten Senden der IR-LED entstehen abzufangen. Dieses modulieren des Licht bietet noch einen weiteren Vorteil: Die benötigte Stromstärke sinkt. Der Hauptteil des Strom wird für die IR-LED benutzt. Da diese nur ca. 6 Prozent der Zeit an ist sinkt der Strom natürlich.
Genau dieser Effekt wird sich in der Vorliegenden Schaltung zunutzte gemacht. Da die LED jeweils nur 8 µS alle 130 µS leuchtet, ist es möglich sie mit wesentlich höheren Strömen als sie sonst aushalten würde zu belassen. Da der IS471 nicht in der Lage ist diese hohen Ströme von bis zu 2A zu lieferen, muss das Signal mit einen Transistor (wie hier geschehen) verstärkt werden. Die LED wird dabei direkt an die Spannungsquelle angeschloßen, was ohne den gepulsten Strom unweigerlich ein durchbrennen der LED zur Folge hätte.

Über den Vorwiderstand vor den Transistor lässt sich der Strom der durch die LED fließt und damit auch die Reichweite der Schaltung verändern. Das ist sinnvoll um die Reichweite abzugleichen wenn man mehere Module nebeneinander aufbauen will. So ist es bei mir zum Bespiel so das die Module nie genau die gleiche Reichweite hatte. Außerdem kann so eine Art piorität der einzelnen Module einstellen.
Ich habe es bei meinen Robotern so gemacht, dass die Module die nach vorne leuchten die größte Reichweite haben und die seitlichen Sensoren nur einen relativ kurzen Bereich abdecken. Wenn man das nicht möchte kann man das Poti auch genauso gut weglassen. Ich habe auch noch mal eine noch einfache Version gemacht, nur mit den wichtigsten Bauteilen.
Ich werde aber die aufwendigere Version benutzten, da sie nicht viel größer ist und da ich mal ziemliche Probleme mit einer IS471 Schaltung hatte und man durch sich durch die zusätzliche 3mm LED anzeigen lassen kann ob der Sensor ein Hinderniss erkennt oder nicht. Das ist besonders am Anfang des Bauens und bei der Fehlersuche sehr hilfreich. Wenn einen die LED Anzeige LED stört kann man sie einfach ganz weglassen oder den Löt-Jumper unterbrechen.

Wie man sieht fehlt hier das Poti und die Anzeige LED. Dadurch wird das Ding als Platiene natürlich noch kleiner.

Warum funktioniert das Ganze eigentlich? oder eine kurze Erklärung zum dem IS471F

Die Funktionsweise des IC ist im Datenblatt nur ungefähr beschrieben. Ich möchte hier mal versuchen das so zu erklären wie ich das verstanden habe. Im Datenblatt findet man folgene Grafik:

Zu der Schaltung:
Der Voltage Regulator (7) erzeugt einfach aus der Eingangsspannung die ja von 4.5 bis 16 Volt schwanken darf eine konstante Spannung zur Versorgung der einzelnen elektronischen Bauteile. So wie es aussieht erzeugt der Oscillator (3) dann ein Signal mit einer Frequenz von ungefähr 13khz. Dieses wird dann zum einen über eine Treiberstufe aus Transistoren (4) verstärkt und an die IR-LED ausgegeben. Zum anderen wird dieses Signal in den “Sync. Detector Circut” (5) eingespeißt. Dort vergleicht die Schaltung das von der Photodiode (1) emfangene und über die Operationsverstärker bei (2) verstärke Signal mit dem Signal von dem Oscillator (3). Der “Demodulator Ciruit” verwandlet dieses modulierte Signal aus (5) dann in ein konstantes Signal, mit welchem dann die Transitoren (4) durchschaltet werden falls ein Signal emfangen worden ist und welche dann den Ausgang auf Masse ziehen. Dort sehen wir auch den Pullup-Widerstand (8) der dafür sorgt, dass der Ausgangspegel konstant auf der Ebene der Eingangsspannung bleibt auch wenn kein Signal anliegt.

Probleme kann es mit diesem Aufbau geben wenn man zwei Module nebeneinander benutzten will bei denen der Oscillator exakt die selbe Frequenz erzeugt. Ich hatte dieses Problem zwar noch nie, aber es ist schonmal bei jemandem aus dem Roboterforum aufgetreten. Was der Hersteller dagegen tut weiß ich im Einzelen nicht und im Datenblatt steht auch nichts dazu, aber es scheint so zu sein das in den Oscillator in der Produktion eine kleine Differenz eingebaut wird, sodass er jedesmal geringfügig unterschiedliche Frequenzen produziert. Ansonsten ist die Schaltung aber sehr unempfindlich gegen alle Arten von Störrlicht. Das einzige was der IC nicht mag sind ganz schwarze Flächen, da dort teilweise so gut wie kein Licht mehr reflektiert und der Sensor nichts mehr empfangen kann. Da geht dann die Reichweite sehr stark zurück, aber das ist aber ein gernerelles Problem von allen Schaltungen die mit IR-Licht oder Licht allgemein arbeiten.

Kosten

Bauteil	Anbieter	Best.Nr.	Preis [Euro]
IS471F	Mircomaus	Art.-Nr. 00209	3,69
5mm IR-LED	Reichelt	LD 274	0,28
Transistor	Reichelt	2N3906	0,05
Widerstand	Reichelt	1/4 Watt (und Wert)	0,033
Widerstand	Reichelt	1/4 Watt 1K	0,033
Kondensator	Reichelt	MKS-2 330n	0,17
Poti	Reichelt	75H 5,0K	0,61
3mm LED	Reichelt	LED 3mm 2MA gn	0,09
Stecker	Reichelt	Stiftl. 36G oder W	0,17 oder 0,27
		Gesamt	ca. 5,3

Wie man sieht liegen die Hauptkosten beim IS471. Bei der regelbaren Version kommen noch Kosten von ca. 1,4 Euro dazu. Bei der einfachen Version ist es sogar nur die Hälfe mit ca. 70 Cent.

Downloads:

is471_abstandssensor.zip [357.90 kB]

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