Ultrazvuková závora s 555 a senzory HC-SR04, SRF05.
FUNKCE: Trimrem P1 se zvolí/nastaví detekční vzdálenost 0,1 - 3m. Po zaclonění UZ paprsku se sepne výstupní optron OPT2. Výstup zůstane sepnutý po celou dobu zaclonění a po odclonění se vypne se zpožděním 10sec. Zpožděné vypnutí nastane i po krátkém (0,5sec) zaclonění.
HC-SR04
SRF05
Funkce obvodu:
Schéma je jednoduché a průhledné, tolerance součástek nekritické, obvod by měl fungovat na první zapojení.
IO1 generuje na výstupu (3) obdélníky s konstatní délkou úrovně L 50ms a nastavitelnou délkou úrovně H trimrem P1. IO2 (UZ modul) v principu pracuje jako MKO spouštěný sestupnou hranou L na vstupu TRIG. Zde je MKO spouštěný hranou H z výstupu 3/IO1 přes C2 a invertor T1. Po startu MKO se po prodlevě 450us objeví na výstupu ECHO signál s úrovní H, o délce odpovídající změřené vzdálenosti. Indikace a vyhodnocení vzdálenosti se děje porovnáním délek impulsů úrovně H IO1 a IO2 pomocí optronu OPT1.
Detekční vzdálenost se nastaví tak, že se modul namíří kolmo proti stěně vzdálené např. 2m. Trimrem P1 se zvolna otáčí od min. k max. až indikační LED1 zhasne. Když se nyní UZ modul nasměruje do "prázdného" prostoru, vše odrazuschopné co se přiblíží na 2m a méně bude detekováno rožnutím LD2 a sepnutím výstupního optronu OPT2. Polopatě: "nekonečno" (zacloň přijímač) - LED1 výrazně bliká; zp. vazba vys./přijímač od překážky - LED1 mrkavě svítí; překážka v nastaveném rozsahu - LED1 zhasne. Dobře lze otestovat funkci modulu UZ závory mezi stolem a stropem.
Schéma:
IO1 je zapojen jako AKO. Pevná časová konstanta R1, C1 určuje délku signálu úrovně L na výst. (3), resp. synchronizační kmitočet 50ms. Nastavitelná čas. konst. P1, C1 určuje délku signálu úrovně H. Diody D1, D2 přemosťují příslušné signály. Vzestupná hrana H z výstupu (3) sepne přes C2 na asi 100us tranzistor T1, tím se spustí MKO IO2. Po přechodu výst. (3) z H do L se C2 vybije přes D3. Po spouštěcím impulsu TRIG zůstává výstup (3) IO1 v úrovni H, tranz. s otevřeným kolektorem na pinu (7) koreluje se signálem na pinu (3). Po spuštění MKO hybridní UZ modul IO2 obstará vyslání a změření doby odraženého UZ signálu a po asi 0,5ms se na výstupu ECHO objeví signál úrovně H s délkou doby odpovídající změřenému UZ signálu. Vychází se z toho že 100cm = 5,8ms. Při odráženém signálu např. od stěny 2m vzdálené, vysílá výstup ECHO (po prodlevě 0,5ms za signálem TRIG) impulsy délky 11,6ms, každých 50ms. Je-li P1 nastaven tak, že signál H/IO1 je kratší jak ECHO+0,5ms, např o 0,58ms (=10cm), přechází signál IO1 do úrovně L dříve jak signál ECHO, LD1 mrkavě svítí a tranzistor optronu OPT1 periodicky vybíjí C3, takže pilový průběh na C3 nepřesáhne 0,4V. Protože je na blokovacím pinu 4/IO3 napětí menší jak 0,4V, je obvod 555 zablokován, LD2 na výstupu (3) nesvítí. Když se mezi UZ čidlem a stěnou objeví překážka, signál H/ECHO se zkrátí, resp. výstup 7/IO1 se bude zavírat později než skončí trvání úrovně H/ECHO, LD1 zhasne a optron OPT1 přestane vybíjet C3. Jakmile na vstupu 4/IO3 vzroste napětí nad 0,4V obvod 555 se odblokuje a jeho výstup (3) přejde skokem z úrovně L do H. Tato úroveň H se přes C4 mžikově přenese na odpor R6, takže i když napětí z C3 přijde krátce, resp. nastane krátké zaclonění UZ signálu, na pinu (4) se díky nabíjení C4 přes R6 udrží zvýšené napětí ještě asi 12sec, po tuto dobu LED2 svítí. LED2 na výstupu 3/IO3 bude svítit tak dlouho, dokud se nesníží napětí na vstupu 4/IO3 pod 0,4V. Pokuď je hlídaný koridor zacloněn, je na C3 napětí kolem 3,5V, stejné napětí, snížené o úbytek na D4, je i na R6 a C4 je tedy nabitý je částečně. Po obnovení UZ signálu napětí na C3 spadne, C4 se začne dobíjet do plného napětí 5V, čímž drží napětí na R6, potažmo zpoždění vypnutí LED2 je asi 10sec. Po vypnutí se C4 vybije přes D6, R7 do pinu 3/IO3.
Celé zapojení s modulem SRF05 odebíralo při VDD=4,9V v klidu 6,3mA (LED1 trvale svítí) a 7,1mA při idikaci. Při zacloněném UZ přijímači chaoticky 12-18mA ; tomuto "módu - nekonečno" je tedy lépe se vyhnout.
K součástkám:
Všechny kondenzátory, mimo C5, jsou standardní keramické. U C1 nazáleží na toleranci kapacity, teplotně stabilní je samozřejmě vhodnější. Velikost kapacity C3 určuje reakční dobu sepnutí, zde je asi 0,5sec. Kapacita C4 určuje zpoždění vypnutí (1uF=10sec). C4 musí být bez svodového proudu - ellyt. kond. nelze použít. Diody D5, D6 tvoří nedefinovaný dělič napětí. Protože Si dioda D6 má mnohem meší zbytkový proud jak schottky D5, nehrozí plné nabití C4 přes D6 při dlouhodobém zaclonění UZ čidla. LD1, LD2 jsou rudé nízkopříkonové LED 3mm. Buzení T1, LD1, OPT1: dle datalistů HC-SR04, HCR05 by měly být na pinech TRIG a ECHO odpory-pullupy 10kohm. Střední proudový odběr celého obvodu je okolo 10-12mA při VDD +5V v ustálenám stavu. Obvod IO3 zde jen vykonáva funkci spínače se zpožděným vypnutím, podobně optron OPT2 je zde jen jako varianta. Celou část schéma za C3 lze tedy vypustit a nahradit jinou variantou zapojení.
Poznámky k zapojení:
Důležité: DPS je přizpůsobena pro UZ modul SFR05, kde pin-4 není zapojen. Při použití modulu HC-SR04 se musí piny 4-5 na DPS propojit kapkou cínu a 4pinový hřebínek modulu se zasune jen do prvních čtyř zdířek.