Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как подключить оптоизолятор к Arduino

Разберёмся на примере микросхемы TLP281 с принципом работы оптопары, рассмотрим, в каких случаях и каким образом их применяют.

Для проекта нам понадобятся:

1

Что такое оптопараи в каких случаях её применяют

Оптопара (или оптрон) – это электронный компонент, который позволяет исключить влияние электромагнитных и электрических наводок одной части электрической цепи на другую. Также с помощью оптопары можно отделить высоковольтную часть цепи от низковольтной. Ещё одно преимущество оптопары – возможность применения в цепи переменного тока. Кроме того, оптопара может служить заменой электромеханическому реле, т.к. способно коммутировать части электроцепи. По сути, оптопара действует как электромеханическое реле, только без механической части. Переключение осуществляется с помощью оптического сигнала, который передаётся от управляющего элемента к управляемому. Именно поэтому оптопара и называется «опто-пара». Обычно она состоит из излучающего светодиода и фиксирующего фотодиода.

Оптопару иногда ещё называют «оптоизолятор» из-за того, что с помощью оптопары можно изолировать части электрической схемы друг от друга.

Причём оптический сигнал излучателя может быть в видимом или инфракрасном диапазоне. На работу оптопары это никак не влияет, т.к. и передатчик излучения, и приёмник обычно расположены в одном корпусе в непосредственной близости друг от друга. Обычно оптопара действует как триггер и имеет 2 состояния: «включено» и «выключено», но в некоторых случаях применяются оптопары с несколькими уровнями.

2

Описание оптопары на микросхеме TLP281-4

Рассмотрим работу оптопары на примере микросхемы TLP281, а точнее её разновидности TLP281-4. Микросхема TLP281-4 имеет 4 канала. То есть у неё есть 4 управляющих ножки и 4 выходных ножки, к которым подключается полезная нагрузка.

Будем использовать для работы модуль HW-399. Выглядит он так, как показано на иллюстрации ниже. Рядом приведена его схема.

Внешний вид модуля HW-399 с микросхемой TLP281-4 и её схема

Здесь выводы IN1…IN4 – это управляющие входные сигналы от микроконтроллера, например, Arduino, или другого управляющего элемента. На них можно подавать напряжение от 3,3 до 5 вольт. Выводы OUT1…OUT4 – выходы. Ножки HVCC и HGND

– питание и земля управляемой части электрической схемы. На ножку питания HVCC можно подавать напряжение до 24 вольт.

Выводы IN1…IN4 соответствуют анодам светодиодов модуля, которые и являются источниками светового сигнала для фотокатодов модуля, которые являются электронными ключами OUT1…OUT4.

Для демонстрации работы оптопары давайте соберём схему, показанную на следующем рисунке. Здесь управлять будем одним каналом IN1 модуля HW-399 с помощью Arduino. К выходу OUT1 модуля подключим светодиод, питание на который будем подавать с отдельного источника питания (хотя можно и с самого Arduino, в данном случае это не принципиально). Подключать светодиод необходимо через токоограничивающий резистор, разумеется.

Схема подключения модуля HW-399 с микросхемой TLP284-1 к Arduino

Как только мы соберём схему и подадим питание на внешнюю цепь (ножка HVCC), светодиод загорится. Это из-за того, что на управляющий пин IN1 ещё не подан управляющий сигнал. При отсутствии напряжения логической единицы на входе IN1 (допустим, он просто «висит» в воздухе или подключён к земле) на выходе OUT1 находится низкий уровень. Поэтому ток может идти от питания

HVCC через OUT1 на землю, и светодиод загорается.

Подключение оптопары TLP284-1 к Arduino

Давайте загрузим в Arduino стандартный скетч из примеров – Blink. Этот скетч каждую секунду меняет логический уровень на 13-ой ножке Arduino. Таким образом, мы наглядно увидим, как работает управление оптопарой.

Подключение оптопары TLP284-1 к Arduino

Когда на 13-ом выводе Arduino высокий логический уровень – загорается встроенный светодиод платы Arduino, и отправляется управляющий сигнал на вход IN1 модуля. На выходе OUT1 появляется высокий уровень, и светодиод, подключённый к модулю, гаснет, т.к. нулевая разность потенциалов, и ток не может протекать через светодиод. Когда на 13-ой ножке Arduino низкий уровень, то встроенный светодиод гаснет, и управляющий сигнал переключается также в низкий уровень. Из-за этого между выходом OUT1 и питанием HVCC модуля возникает разность потенциалов, и подключённый к микросхеме TLP281 светодиод загорается. Таким образом эти два светодиода будут загораться как бы в противофазе.

Осциллограмма при работе оптопары в скетче Blink

На приведённой осциллограмме голубой график – управляющий сигнал с пина 13 платы Arduino. А фиолетовый график – напряжение на светодиоде на 1-ом выходе модуля HW-399.

Оптопара: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание
  • Принцип работы
  • Разновидности
  • Примеры
  • Вывод
  • FAQ

Принцип работы

Как нетрудно догадаться из названия, устройство состоит из пары элементов, как-то связанных с оптикой. Так и есть, первый - излучатель света, второй - приемник. В качестве излучателя может быть использован любой источник из видимого или невидимого спектра: светодиод, лазер, восковая свеча, да хоть лампочка Ильича. В качестве приемника: фототранзистор, фотодиод, реже камера. Оптопара может быть выполнена в качестве цельного, готового к применению устройства, содержащего в одном корпусе оба элемента, в таком случае оно еще известно под общим названием “оптрон”. Реже оптопара может представлять собой два отдельных устройства, которые взаимодействуют между собой на расстоянии без физического контакта. Несмотря на разницу в исполнениях, принцип работы у них одинаков - излучатель передает сигнал, приемник принимает. Для чего это нужно и как это использовать на практике, рассмотрим далее.

Разновидности

Назначений такому дуэту можно придумать массу, и эта масса разделяется, по принципу работы, на три вида. В первом случае Приемник фиксирует сам факт наличия сигнала на излучателе. Светит ему что-то или нет?

Данная схема используется, например, для передачи какой-либо информации между двумя независимыми и гальванически не связанными электрическими схемами. При этом оптопара так и называется: гальваническая развязка. В качестве сигнала может быть, например, источник напряжения 12В или 220В, а принимающая сторона работает на логике 3,3В, чтобы не сжечь первым второе, используем оптопару. Дешево, надежно и безопасно.

Во втором случае излучатель светит всегда, но мы контролируем наличие или отсутствие препятствий между источником и приемником.

Такого рода устройства применяются в качестве более точной и долговечной альтернативы концевым переключателям. Хороший пример - 3D принтеры. В более дорогих моделях в качестве датчиков крайних положений печатающего узла и столика используются именно оптопары. Остальные им завидуют и стремятся побыстрее проапгрейдить свои капризные механические концевики.

Третий тип консольный. Излучатель не светит непосредственно на приемник, но приемник все равно в состоянии уловить этот свет, если тот удачно отразится от какой-либо поверхности.

Применяется для определения наличия поверхности в принципе или ее отдельных свойств, например цвета. Подобного типа датчики широко используются для создания всем надоевших машин, ездящих вдоль черной линии, что уже является неким “Hello World!” в мире начинающих любителей робототехники.


Примеры

Оптроны конструктивно подразделяются на те же три вида, в зависимости от описанных выше принципов: закрытый, щелевой и открытый.

Закрытый оптрон полностью соответствует своему названию и представляет собой “черный ящик” со входом и выходом.

Устройство его очень простое, на входе светодиод, на выходе фототранзистор. Подаем напряжение на вход (не забывая про токоограничивающий резистор!), на выходе получаем либо открытый либо закрытый транзистор, что легко перевести в логический ноль или единицу.

В упрощенном виде схема подключения закрытого оптрона можно изобразить так:

В данном примере, пока кнопка разомкнута, на выходе будет считываться уверенная единица, но замыкая кнопку, транзистор закрывается и, как следствие, на выходе образуется не менее уверенный в себе ноль.

Показательным примером использования закрытого оптрона является управление реле. Каким бы ни было напряжение на силовой части, на сигнальную сторону никаких вредных воздействий не будет, даже если само реле сгорит от перегрузки или короткого замыкания.

В продаже имеются многокатальные оптроны, то есть имеющие несколько независимых входов и выходов, иногда это удобно для экономии места, а также (при некоторой сноровке и наличии дополнительных нехитрых электронных компонентов) позволяет конструировать логические схемы, избавляя контроллер от некоторых операций или вовсе обходясь без него. Кроме того, существуют оптроны симметричные, когда одновременно открывается несколько транзисторов, или асимметричные, когда одни открываются, а другие закрываются при одном и том же сигнале. Хватило бы фантазии как использовать все эти комбинации.

Более совершенным подвидом закрытых оптронов являются их цифровые братья. Они сразу предоставляют готовый сигнал на выходе, толерантны к большим диапазонам напряжений, уже имеют на борту элементы бинарной логики и намного быстрее реагируют. Время срабатывания исчисляется наносекундам, в отличие от микросекунд у традиционных вариантов. Иногда это преимущество очень существенно, особенно если речь идет скоростной передачи данных.

Щелевой оптрон может иметь любой размер и форму - от банального куба до самой непредсказуемой, в зависимости от технических нужд и фантазии изготовителя, но на нем обязательно должна присутствовать так называемая “оптическая щель”, разделяющая источник и приемник. Именно через нее проходит луч света, который может быть перекрыт объектом из внешнего мира.

Как уже упоминалось выше, подобные оптроны заменяют концевые переключатели, а также используются в оптических энкодерах, частным случаем которых является морально устаревшая шариковая мышь.

Частным случаем щелевого оптрона является оптопара из двух отдельных устройств. По сути, отличие лишь в отсутствии единого корпуса и наличии огромной “щели”, размер которой ограничивается мощностью излучателя и прозрачностью рабочей среды. В качестве излучателя для такого рода устройств чаще всего используется лазер, потому что его луч способен сохранять форму, размер и яркость на гораздо больших расстояниях, чем любые другие источники света. Применяется для контролирования перемещений больших объектов на производстве и в охранных системах. Часто сетки из таких оптронов можно видеть в квестах и голливудских фильмах, потому что они очень эффектно выглядят, правда только в дымке.

Ради любви к истине следует отметить, что движущиеся охранные лучи работают, вероятно, по другому принципу, так как перемещать приемники вслед за лучами технически очень сложно. Но киноделы этим не заморачиваются и, судя по всему, приемники им вовсе не нужны.

Еще одно интересное применение открытой оптопары. Если “растянуть” лазерный луч над водной гладью заполненной емкости и правильно соединить контакты с фотовспышкой, то удастся поймать в любом количестве нужное и красивое мгновение входа предмета в воду без использования дорогой скоростной камеры.

 

Открытый оптрон, более известный в народе как “датчик препятствий” и “датчик черной линии”, представляет собой излучатель и приемник, направленные в одну сторону.

 

Как правило, для таких датчиков используется инфракрасный спектр излучателя, чтобы минимизировать нежелательное влияние внешней засветки.

Кроме этого, важным отличием открытых оптронов от предыдущих видов является возможность регулировки чувствительности приемника. Если у закрытых и щелевых все просто: свет либо есть, либо его нет, то для открытых его может быть много или мало, а условную границу того, что считать “белым”, а что “черным”, можно слегка подкручивать вручную. Причем делать это в прямом смысле, вращая потенциометр отверткой. Для датчика препятствий физически это означает расстояние до поверхности (чем выше чувствительность, тем дальше заметит), а для датчика линии - контрастность этой самой линии на остальном фоне поля.

Широко применяются в автоматизации, охране, робототехнике, аттракционах и так далее.


Выводы

Оптопара - яркий, удачный и классический пример симбиоза двух элементарных компонентов электроники. Простое сочетание позволило получить надежное устройство с широким спектром применения:
  • датчики движения,
  • датчики препятствия,
  • датчики положения,
  • энкодеры,
  • гальваническая развязка в массе устройств,
  • многое другое.
Знать возможности оптопар, уметь пользоваться и правильно применять должен каждый уважающий себя DIY-мастер.

FAQ

Зачем нужен резистор на входе оптрона?
В качестве излучателя используется обычный по своим свойствам светодиод. Внутреннее сопротивление его стремится к нулю, а поэтому без резистора, ограничивающего ток, он очень быстро перегорит.

Каким образом считывать показание с выхода оптрона?
Так же как с обычной кнопки - или периодическим опросом, или через аппаратное прерывание.

Есть ли “дребезг” на выходе с оптрона?
Теоретически нет, обычный оптрон просто не успеет его передать, а цифровой обеспечен встроенным гистерезисом. Однако на практике такое возможно, например, когда край отслеживаемого щелевым оптроном объекта неровный и движется достаточно медленно. В этом случае в переходный период может произойти некоторое “мерцание”, когда светодиод будет то включаться, то выключаться. Подавлять нежелательный эффект можно так же, как “дребезг” кнопки, проще всего программно, при помощи подобранных - в зависимости от ситуации - пауз между опросами.

Можно ли обмануть датчик движения на оптопаре при помощи зеркала, как это показывают в некоторых фильмах?
Теоретически можно, но при помощи системы из четырех как минимум зеркал, которые “поднимут” луч, образуя арку для злоумышленника. Практически же воспользоваться такой системой почти невозможно, малейшее колебание - и луч собьется. Однако можно временно засветить приемник другим лазером, если устройство не оборудовано способом борьбы с такого рода обманом.

Можно ли при помощи датчика препятствий узнать расстояние до преграды?
Нет, датчик возвращает бинарный сигнал - либо “есть препятствие”, либо “нет препятствий”. Однако можно использовать несколько заранее отрегулированных на разное расстояние датчиков и получать примерную информацию о положении препятствия. Иногда это удобно, например, чтобы предварительно сбросить скорость робота, манипулятора, конвейера перед окончательной точной остановкой.

Сколько нужно датчиков черной линии для робота?
Достаточно одного, но двигаться робот будет медленно, регулярно теряя и ища линию. Два обеспечат довольно устойчивое распознавание линии и более-менее уверенное движение. Четыре и более обеспечат навигацию робота гоночными возможностями, если для этого есть остальные возможности.

Переключатель MOSFET с использованием оптопары

С частями по почте, не было времени для тестирования, но простой вопрос: это будет работать, или какие улучшения необходимы?

Что он должен делать: переключатель MOSFET для нагрузок 12 В, 0,5–3 А, управляемый логическим уровнем 3,3 В (что оказалось слишком низким даже для моих MOSFET на логическом уровне). Чип запускается с высокими портами, MOSFET выключен. Установка низкого уровня булавки включает его.

Тогда фон.

Я использую плату NodeMCU с логическим уровнем 3.3 В для своего проекта. Для этого я взял себе горстку МОП-транзисторов IRL540N (после прочтения форумов, и все дешево). Из спецификации я понял, что она будет работать при 3,3 В, но не повезло. На уровне затвора 5-6 В он открывается нормально (для подключения я подключил 12 В светодиодов мощностью 21 Вт, работал как шарм, IRL540N даже не нагревался). Но при 3,3 В не повезло, светодиоды еле-еле загорелись.

Использование транзистора с драйвером работало, но затем оно стало инвертированным: порт низкого уровня был включен, поэтому по умолчанию включен, и это небезопасно для моего проекта. Он должен быть выключен по умолчанию, поэтому при запуске (низкие контакты) он просто выключен.

Тогда я понял, что должен использовать более высокое напряжение, и именно здесь оптопара вступает в действие. Это позволяет мне тянуть затвор полевого МОП-транзистора до уровня 12 В, используя всего 3,3 В.

Приведенная ниже схема, которую я разработал для комбинации с расширителем порта PCF8574. Его контакты должны по умолчанию выводить, высокий. В высоком состоянии он может выдавать только 0,3 мА или около того, очень мало, достаточно для возбуждения транзистора, но не светодиода. Тем не менее, он может потреблять не менее 20 мА, так что этого достаточно для питания светодиода или оптопары.

Идея, лежащая в основе этой схемы: при включении порты высокие, тока через светодиод нет, затвор MOSFET опущен, и он выключен.

Затем, когда я делаю порт низким, он потребляет ток для светодиода в оптопаре, затвор поднимается до высокого уровня, и MOSFET включается. 12 В обеспечивает насыщенность.

Нагрузка может быть лампами или двигателем или даже соленоидом, D1 находится там, чтобы предотвратить сгорание цепи при выключении.

Pc817 подключение к ардуино

Очень полезные картинки для новичков в схемотехнике (вроде меня) с готовыми рецептами, как правильно подключаться к Arduino.

Правильное подключение необходимо, потому что, например, "голое" подключение к вводам может привести к тому, что при остутствии сигнала ввод как бы повиснет в воздухе и будет реагировать на всякие шумы, например, на касание пальцем, а не только на нужные нам сигнальные +5в. Чтобы избежать этого, делают так называемую подтяжку резистором к плюсу или минусу. Не говоря уже о правилах подключения большой нагрузки к выводам, пренебрегая которыми можно испортить свою ардуинку.

Полная версия в большем разрешении доступна по ссылке (прим. модератора)

Кнопки, оптопары, потенциометр и фоторезистор:

Светодиоды и лампочки:

Реле, зуммер, полевой транзистор, разъем типа "тюльпан" на усилителе.

Очень полезные картинки для новичков в схемотехнике (вроде меня) с готовыми рецептами, как правильно подключаться к Arduino.

Правильное подключение необходимо, потому что, например, "голое" подключение к вводам может привести к тому, что при остутствии сигнала ввод как бы повиснет в воздухе и будет реагировать на всякие шумы, например, на касание пальцем, а не только на нужные нам сигнальные +5в. Чтобы избежать этого, делают так называемую подтяжку резистором к плюсу или минусу. Не говоря уже о правилах подключения большой нагрузки к выводам, пренебрегая которыми можно испортить свою ардуинку.

Полная версия в большем разрешении доступна по ссылке (прим. модератора)

Кнопки, оптопары, потенциометр и фоторезистор:

Светодиоды и лампочки:

Реле, зуммер, полевой транзистор, разъем типа "тюльпан" на усилителе.

Опубликовано 09.06.2015 15:58:00

Проведена ревизия статьи, доступны Eagle файлы для скачивания, добавлены 3 варианта реле модулей.

В вашем проекте требуется включать/выключать освещение, либо что-нибудь иное, что, в силу потребляемого напряжения и тока, нельзя подключить напрямую к портам Arduino? С данной задачей отлично справится реле модуль!

Немного теории

Электромагнитное реле — устройство, замыкающее и размыкающее механические электрические контакты (зеленые точки) при подаче на обмотку реле (выводы обмотки отмечены красными точками) электрического тока.

Реле бывают различными по величине коммутируемого тока и напряжения, по количеству пар коммутационных контактов, по питающему напряжению катушки реле. Для наглядного примера остановимся на синих, знакомых глазу Ардуинщика, реле марки SONGLE SRD-05VDC. Они позволяют коммутировать до 10А 30V DC и 10A 250V AC, при подаче на обмотку реле всего 5 Вольт.

Реле модуль с транзистором в ключевом режиме

В архиве "Реле модуль DIP"

Казалось бы, раз реле включается от пяти вольт, то можно просто напросто подключить реле к цифровому выводу как светодиод. Но не всё так просто. Дело в том, что реле потребляет около 70мА, в то время как порт контроллера способен выдать лишь 20мА. Справиться с этой проблемой нам поможет биполярный транзистор + небольшая обвязка. Транзистор представляет из себя радиодеталь с тремя ногами: база, коллектор и эмиттер. В данном случае будем использовать NPN типа. Когда на базе транзистора нет сигнала — он закрыт, при появлении напряжения транзистор открывается и ток беспрепятственно течет через переход коллектор-эмиттер. С транзистором определились, переходим к обвязке.

Для корректной работы потребуются два резистора R1 и R2. R1 является токоограничительным и устанавливается для защиты порта контроллера. Во избежание ложных срабатываний, базу транзистора следует притянуть к земле резистором R2. Катушка реле является по сути своей индуктивностью, при резком обрыве тока на ней происходит скачок напряжения, который в последствии может вывести транзистор из строя. За сим следует замкнуть катушку на саму себя установив для этого диод D1 встречно напряжению.

Реле модуль с опторазвязкой

В архиве "Реле модуль DIP (оптрон)" и "Реле модуль SMD (оптрон)"

Более навороченным вариантом является реле модуль и опторазвязкой. Опторазвязка позволяет разделить цепь питания обмотки реле и сигнальную цепь Arduino.

В модулях используются широко распространенные оптроны PC817 (EL817), так что проблем с покупкой возникнуть не должно. Оптрон представляет из себя радиодеталь внутри которой находится фотодиод и фототранзистор, т.е сигнал передается через свет, Оптрон имеет 4 вывода назначение которых можно увидеть на картинке снизу.

При использовании оптрона схема не сильно усложнится. Добавится только токоограничительный резистор R1 для фотодиода. Т.к не всегда под рукой оказывается два источника питания, то на модулях было решено оставить возможность работы от одного источника путем замыкания джампера (об этом чуть ниже).

Подключение реле модуля с опторазвязкой

1. Питание от различных источников

Питание обмотки реле подключается к контактам "RV" и "RG", а управляющее к выводам "S" и "G".

2. Питание от одного источника

Замкнув джампер, мы объединили земли. Теперь модуль можно питать от одного источника.

В архиве лежат шаблоны под ЛУТ, Eagle файлы и списки деталей.

Открываем изображение => Печать => Во всю страницу

Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.

А как же комментарии?

В данный момент еще реализованы не все элементы нашего сообщества. Мы активно работаем над ним и в ближайшее время возможность комментирования статей будет добавлена.

Драйвер RKP-MDL298-01B двухканальный на микросхеме L298N

Статья о двухканальном драйвере моторов RKP-MDL298-01B на микросхеме L298N.
Подключение к плате Ардуино, подключение моторов постоянного тока (DC-моторов) и шагового двигателя.

С помощью драйвера моторов RKP-MDL298-01B можно контролировать вращение двух независимых коллекторных моторов постоянного тока (DC-моторов) или одного двухобмоточного четырехпроводного шагового двигателя.

Модуль управления моторами используется для создания различных робототехнических проектов Arduino (Ардуино), в том числе для построения движущихся роботов на колесном или гусеничном приводе.

Схема подключения драйвера моторов RKP-MDL298-01B к контроллеру Arduino (Ардуино) на Рис. 1.

Рис. 1

Плата построена на основе микросхемы L298N.

 Посмотреть даташит микросхемы драйвера моторов L298N (формат PDF размер 611 КБ)

Что позволяет легко управлять двумя электромоторами использующими питание от 5В до 30В. Установленный на основную микросхему L298N радиатор охлаждения позволяет выдерживать ток нагрузки до 2A на канал. Для защиты драйвера моторов от перегрузки используются специальные диоды Шоттки (Schottky diode). Модуль контроллера двигателей RKP-01B используется в различных робототехнических проектах, в том числе для построения движущихся роботов на колесном или гусеничном приводе.

Для гальванической развязки силовой части драйвера моторов RKP-MDL298-01B использован четырех канальный оптрон TLP521-4 в корпусе DIP-16 по четыре оптрона в каждом.

Рис. 2

Технические характеристики TLP521-4
- Тип оптопары: фототранзистор
- Напряжение изоляции: 2.5 кВ
- Максимальный прямой ток: 50 мА
- Максимальное выходное напряжение: 55 В
- Время включения/выключения: 3 нс
- Тип корпуса: DIP16

 Посмотреть даташит оптопары с фототранзисторным выход TLP521-4 для гальванической развязки силовой части драйвера (формат PDF размер 381 КБ)Рис. 3

Конфигурация выводов оптопары TLP521-4 на Рис. 3.
1, 3, 5, 7 - Анод (Anode)
2, 4, 6, 8 - Катод (Cathode)
9, 11, 13, 15 - Эмиттер (Emitter)
10, 12, 14, 16 - Коллектор (Collector)

Фототранзисторные оптопары расположенные внутри микросхемы TLP521-4 изготовлены фирмой Toshiba Semiconductor и состоят из фототранзисторов, оптически соединенных внутри корпуса через арсенид галлия с инфракрасным диодом который испускает свечение.
Оптрон на микросхеме TLP521-4 обеспечивает четыре изолированных независимых канала (DIP корпус микросхемы с шестнадцатью выводами установлен на колодке для быстрой замены при необходимости).
Четырехканальная фототранзисторная оптопара на микросхеме TLP521-4 служит для гальванической развязки силовой части управления шаговым двигателем от микроконтроллера.

Для обеспечения стабилизированного напряжения положительной полярности 5V (при токе до 1A) на плате драйвера моторов RKP-MDL298-01B размещен линейный стабилизатор напряжения на чипе LM7805.
Стабилизатор LM7805 предназначен для обеспечения напряжения +5V, чтобы запитать как внутреннюю часть схемы управления драйвера моторов так и внешние цепи управления, например, непосредственно микроконтроллер MCU. Таким образом, возможно подать на плату регулятора моторов RKP-MDL298-01B любое не стабилизированное напряжение в диапазоне от 7.5V до 20V и получить в результате независимое управление двумя коллекторными моторами, а также стабилизированное напряжение 5V для питания внешней управляющей части вашего микроконтроллера MCU и различных датчиков или сенсоров робота.

3-х выводной стабилизатор напряжения положительной полярности +5V на ток до 1А LM7805 является линейным стабилизатором, разработанным компанией Fairchild Semiconductor. Стабилизатор выпускается в корпусе TO-220AB, и при больших нагрузках по току, крепится на теплоотвод, используя специальное отверстие 3 мм. Стабилизатор LM7805 имеет фиксированное выходное напряжение положительной полярности 5V и выходной ток 1A. На вход устройства подаётся не стабилизированное напряжение, а в диапазоне от 7,5V до 20V. Нестабильность выходного напряжения или тока составляет 50mV.

Регулятор LM7805 может применяться с внешними компонентами для получения регулируемых напряжений и токов. Стабилизатор LM7805 предназначен для использования в источниках питания различных логических систем мехатроники.

Технические особенности линейного стабилизатора напряжения LM7805:
- Не требуются внешние дополнительные электронные компоненты
- Присутствует внутренняя термозащита и ограничение тока
- Максимальное входное напряжение: 20V
- Минимальное входное напряжение: 7.5V
- Выходное стабилизированное напряжение: +5V
- Максимальный выходной ток: 1A
- Тип корпуса: TO-220AB

 Посмотреть даташит линейного стабилизатора напряжения LM7805 (формат PDF размер 338 КБ)

Для подключения коллекторных моторов постоянного тока служат порты оборудованные специальными разъемами (см. Рис. 4):

Рис. 4

Контакты A и B предназначены для подключения первого коллекторного мотора.

Контакты C и D предназначены для подключения второго коллекторного мотора.

(управление двумя коллекторными электромоторами полностью независимо друг от друга)

Входное напряжение управляемой части в диапазоне от +5V до +30V подключите к контакту клемника "VDD".

Управление двумя коллекторными DC-моторами осуществляется через специальные входы: IN1, IN2, IN3, IN4.

PWA (5V-A) - надетая перемычка активирует включение канала управления двигателем A (мотор №1).

PWB (5V-B) - надетая перемычка активирует включение канала управления двигателем B (мотор №2).

Для контроля скорости вращения двигателей необходимо соединить с ШИМ-выходом вашего MCU (PWM Interface) - пользовательский интерфейс ШИМ-контроллера (PWM) платы контроллера RKP-MDL298-01B.

Для задания необходимого направления вращения двигателя A (мотор №1) (см. таблицу ниже)

PWA        IN1       IN2       Состояние мотора А (мотор №1)

PWM>0         0        0       Стоп

PWM>0         0        1       Вращение по часовой стрелки

PWM>0         1        0       Вращение против часовой стрелки

PWM>0         1        1       Стоп

Для задания необходимого направления вращения двигателя B (мотор №2) (см. таблицу ниже)

PWB        IN3       IN4       Состояние мотора B (мотор №2)

PWM>0         0        0       Стоп

PWM>0         0        1       Вращение по часовой стрелки

PWM>0         1        0       Вращение против часовой стрелки

PWM>0         1        1       Стоп

Для подключения к плате драйвера RKP-MDL298-01B одного двухобмоточного четырехпроводного шагового двигателя используются одновременно все четыре контакта A, B, C, D, которые подключаются на четыре обмотки шагового двигателя A, B, C, D соответственно (см. Рис. 5).

Рис. 5

Логика управления шаговым двигателем выглядит следующим образом: A, B, C, D, это четыре обмотки шагового двигателя.

Таблица ниже (четыре фазы шагового двигателя).

Управление шаговым двигателем осуществляется аналогично управлению двумя DC-моторами, при помощи сигналов PWA, IN1, IN2 и PWB, IN3, IN4.

Причины, по которым нельзя подключать реле напрямую с цифрового контакта Arduino

Давайте посмотрим, как некоторые основные, они, кажется, являются основой для многих вопросов:

Конденсатор при включении питания потребляет огромное количество тока, которое сужается при зарядке. Эта кривая также называется постоянной времени RC (это близко, но не точно " http://www.electronics-tutorials.ws/rc/rc_1.html " даст лучшее объяснение).

При выключении конденсатор разряжается с экспоненциальной скоростью (постоянная времени RC) в зависимости от значения, напряжения заряда и нагрузки. Это делает их хорошими для удержания питания в течение короткого времени, когда отключается питание.

Индуктор ничего не тянет при первом включении, но ток увеличивается экспоненциально, пока его напряжение не достигнет напряжения питания.

При отключении индуктивного поля в катушке индуктивности происходит коллапс, приводящий к переполюсовке. Напряжение будет расти неограниченно, пока обычно что-то внешне не ограничит его. Чем быстрее он выключен, тем быстрее время нарастания и напряжение. Энергия перестанет течь, когда индуктивный заряд рассеется. Угадайте, куда этот ток уходит, когда индуктивная нагрузка, такая как реле, подключена к выводу порта?

По этой причине вам необходимо поместить диод (обычно называемый диодом с маховым колесом) через индуктивную нагрузку. Google для: «кривая заряда индуктора / конденсатора» вы найдете множество хороших графиков, объясняющих это. Если вы посмотрите на схему, то катод + подключен к самой положительной стороне источника питания. В этой конфигурации он не будет работать, пока напряжение не изменится (когда индуктивная нагрузка отключена).

Другое распространенное заблуждение заключается в том, что вы можете загрузить микропроцессорный ввод / вывод по максимуму. Это плохой дизайн. Они дают вам максимум на вывод, на порт и на чип. При комнатной температуре вам, вероятно, это сойдет с рук на некоторое время.

Предположим, у нас есть порт с нагрузкой 40 мА. Выход составляет 0,005 от шины питания. Используя закон Ома, мы рассеиваем 20 милливатт мощности на один вывод. При такой скорости загрузки устройство не перегревается из-за внутреннего рассеивания мощности.

Когда выходной контакт меняет состояние, он потребляет больше тока, потому что он должен заряжать или разряжать свою внутреннюю и внешнюю емкость, «больше тепла», больше скорости «больше тепла».

Если вы посмотрите, что некоторые характеристики дадут вам максимальную температуру, это для соединения на матрице, а не температуры корпуса. Пластик - плохой проводник, поэтому теплоотводящая упаковка не делает много. Теперь рассмотрим это вместе с температурой окружающей среды. Оценки обычно даются с устройством при 25 ° С, угадайте, что происходит, когда становится теплее.

Радоваться, веселиться,

Гил

Подключение внешних устройств к Arduino

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

Для подключения какого-либо внешнего устройство к Arduinoили Arduino-совместимой плате требуется выполнить простую инструкцию из двух этапов.

ЭТАП I. ПОИСК ИНФОРМАЦИИ.

В первую очередь, требуется определить по какому протоколу общается устройство с Arduino. Это могут быть, как и собственные протоколы устройств, так и стандартные, например, SPI, I2C, UART. Для этого требуется найти datasheetустройства (к примеру, тут http://www.alldatasheet.com/), либо описание, собственно, устройства, так как часто на модули, разработанные сторонними компаниями, даташитов нет или они не полные. Так же поможет запрос в гугл «Arduinoподключение <название устройства>, после которого можно найти не только схему подключения, но и библиотеку для работы с Arduino.

Помимо устройств с цифровыми выводами, существуют также, устройства с аналоговым выводом (к примеру, терморезисторы). В таком случае можно применить алгоритм выше, но при этом стоит внимательно изучить datasheet, поскольку выход с аналогового устройства может иметь некоторую погрешность, которую надо будет поправить программно.

Отдельным пунктом надо отметить исполнительные устройства: моторчики, шаговые двигатели, релейные модули и т.п. Их надо ВСЕГДА подключать через вспомогательное устройство и ни в коем случае не напрямую к порту Arduino, поскольку никаких ограничений по току в них нет, и любой сбой в нормальном режиме работы устройства (к примеру, застревание двигателя) может вызывать ток, достаточный для того, чтобы сжечь не только порт, но и сам микроконтроллер.

Предположим, что первый этап выполнен. Протокол (или то, что устройство аналоговое) определён, принцип работы понятен, или найдена библиотека. Далее действия различаются для аналоговых, цифровых и исполнительных устройств.

 ЭТАП II. ПОДКЛЮЧЕНИЕ (ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА)

При подключении цифровых устройств могут возникнуть следующие проблемы:

  1. Разность уровня сигнала
  2. Высоковольтные шумы
  3. Затухание сигнала на больших расстояниях

Для решения первой проблемы можно использовать стандартные устройства, типа двухсторонних преобразователей уровней (в случае если устройства работают на двух распространённых напряжениях 5 и 3.3В). Примеры таких устройств тут

Если разница в уровне более значительна, то понадобится использовать оптопару. При этом надо будет проверить, нет ли ограничения по частоте устройства, поскольку отпопара имеет свойство срезать высокочастотные сигналы.

Базовая схема подключения оптопары представлена на рисунке ниже.

Для устранения высоковольтных шумов, которые могут возникнуть при большом расстоянии до устройства (или наличии рядом высоковольтных устройств, создающих шум) опять же поможет оптопара. Даже если в соединительном кабеле произойдут скачки, то в крайнем случае пострадает оптопара, а не порт контроллера.

Для борьбы с затуханием сигнала подойдут усилители, например 5В и 12В (опять же, смотрим на предельную частоту работы), или использование дополнительных контроллеров на разных сторонах и передача сигнала по протоколам, которые хорошо противостоят затуханию, а именно RS232 (не UART!), RS485, Ethernet и, с появлением недорогих модулей ESP8266, можно даже использовать интернет и отказаться от проводов.

 ЭТАП II. ПОДКЛЮЧЕНИЕ (АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА)

Подключение аналоговых устройств выполняется через аналоговые входы Arduino. Стоит отметить, что это именно входы. В базовых версиях Arduinoнет аналоговых выходов, но некоторый подобный функционал позволяет реализовать PWM (в частности восьмибитный звук), а также использование внешних ЦАП (цифро-аналоговых преобразователей)

В данном случае могут возникнуть следующие проблемы:

  1. Согласование уровней сигналов
  2. Наводки

Универсальным решением является использование токовой петли. Суть решения заключается в преобразовании сигнала (в качестве которого обычно выступает напряжение) в ток и передача тока. После этого на другом конце петли происходит обратное преобразование тока в напряжение.

ЭТАП II. ПОДКЛЮЧЕНИЕ (ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА)

Отличие исполнительных устройств от двух категорий выше, заключается в том, что при взаимодействии с внешней средой могут возникнуть любые соотношения между входными и выходными характеристиками.

Важно не допускать прямого соединения микроконтроллера и исполнительного устройства, так как в результате работы последнего могут возникнуть токи, которые микроконтроллер просто не выдержит. К примеру, это может случиться, если напрямую подключить моторчик на 5 вольт и зажать ему вал, чтобы он не мог вращаться. Тогда достаточно быстро ток сожжёт выход Arduino, к которому подключен (и хорошо, если сам вход).

Для подключения подобного класса устройств используются драйверы, MOSFET-транзисторы, полупроводниковые мосты, а также реле (которые сами относятся к данному классу устройств, поэтому для их подключения тоже требуется использовать промежуточное звено в виде оптопары).

В общем случае положительный канал от источника питания подключается напрямую к источнику напряжения, а отрицательный - к устройству коммутации. В частности, для управления RGBлентой используется следующая схема:

Аналогично подключаются шаговые двигатели и прочие исполнительные механизмы.

РЕЗЮМЕ

К Arduinoможно подключить практически всё, что как-либо управляется или просто питается от электричества. Главное - выбрать правильную схему подключения и использовать соответствующие команды для управления.

Оптопара на входном контакте 3 и, возможно, входы энкодера A B Z? - Поддержка

Привет всем,
Я создаю гоночное рулевое колесо для симулятора Direct Drive на основе учебника по ховерборду и проекта EMC Arduino. Я хочу изолировать ODrive от Arduino, так как, хотя в целом все работает хорошо, у меня возникают сбои при включении ODrive.

В таком случае я хочу попробовать оптоизолировать соединение Arduino с Odrive.

Прошивка Arduino выводит серво ШИМ с помощью библиотеки серво.

Я использую оптопару PC817C, выход Arduino - 3,3 В, и я использую токоограничивающий резистор 1 кОм на выводе 1 на входной стороне PC817C. Как показано ниже

На выходной стороне оптопары я подключаю контакт 4 оптопары (рисунок) к контакту 3 ввода-вывода ODrive и использую понижающий резистор 1 кОм для заземления ODrive. Контакт 5 (рисунок) подключен к ODrive 3.3V.

При подаче питания привод ODrive непрерывно работает в одном направлении, поэтому я предполагаю, что либо длина импульса ШИМ сокращается, либо я просто не получаю сигнал, а вывод 3 ODrive просто зафиксирован на 0 В или 3.3в.

Может ли кто-нибудь предложить хороший набор номиналов резисторов, чтобы это работало? Или я ошибаюсь? Некоторые поисковые запросы предполагают, что более подходящим было бы снижение на 10 КБ, но я бы предпочел не просто случайным образом пробовать разные значения, особенно учитывая, что я бы предпочел не повредить свой ODrive, и я не знаю, какое формирование сигнала внутри него для начала. Я знаю об электронике достаточно, чтобы быть опасным, лол, поэтому я подумал, что лучше спросить.

Я также хотел бы использовать один и тот же поворотный энкодер как для Arduino, так и для ODrive, в настоящее время ODrive использует проводку датчика Холла двигателей hoverboard, а Arduino использует вращающийся энкодер 5 В.Опять же, я хотел бы разделить два устройства оптопарой, будет ли эта же схема работать для входов кодировщика AB Z для ODrive?

Мы будем очень благодарны за любые конструктивные отзывы.

Большое спасибо
Barry M

Использование оптопар - журнал DIYODE

Многие производители могут задаться вопросом, что такое оптопара и почему она может быть важной в их схеме для защиты их проекта и оборудования, к которому она подключается. Мы рассмотрим эти удобные компоненты и способы их использования.

Оптопары (также называемые оптоизоляторами, оптопарами или фотоизоляторами) представляют собой интегральную схему, состоящую из светочувствительной секции возбуждения и светодиода, разделенных электроизоляционным, но оптически проводящим материалом. Идея состоит в том, что сигнал, управляющий светодиодом с одной стороны, производит результирующий сигнал через драйвер.

Оптопары находят множество промышленных применений. Они используются в схемах, в которых используются низковольтные приводные системы для управления высоковольтными нагрузками, например, обеспечение того, чтобы неисправность на стороне сетевого питания реле никогда не влияла на безопасность низковольтной схемы.Оптопары используются для изоляции телефонных систем от другой электроники, поскольку правила ограничивают то, что может быть подключено непосредственно к самим телефонным линиям, где они все еще используются.

Оптопары

помогают изолировать высокочастотное оборудование от источника питания другой цепи. Ни одна из этих ситуаций не актуальна для большинства производителей. В то время как некоторые интересуются высокочастотными радиосистемами, производители, как правило, не озабочены работой на высоких частотах. По крайней мере, ничему не научиться! Конечно, подключение к сети чего-либо, что не подключается напрямую (даже если вы подключаете свою собственную электрическую цепь, которая затем будет подключаться), является незаконным, если у вас нет лицензии, и то же самое касается телефонных систем.

Производители

найдут применение оптопарам, которые мы сочтем интуитивно понятными или вдохновляющими, но не сочтем себя за нас. Создатели - скрипачи. Мы что-то делаем, затем вытаскиваем провода, меняем вещи, тыкаем, толкаем и пихаем. Мы занимаемся вещами и часто работаем в многоцелевых помещениях, а не в специально отведенных чистых мастерских. Все эти проблемы могут привести к катастрофе вашего микроконтроллера, некоторые из которых могут быть очень дорогими. Наша цель, как обычно, - помочь вам понять технологию, чтобы вы могли применить ее в своих схемах.

Оптопары

могут содержать шумные или чувствительные цепи отдельно друг от друга. Например, система переключения двигателей часто будет иметь шумный источник питания. Между цифровым вводом / выводом вашего микроконтроллера с собственным источником питания и цепью двигателя можно разместить оптопару. Поскольку многие производители цепей двигателей используют напряжение 7,2 В или выше для выполнения любой серьезной работы, в любом случае часто необходимо иметь отдельные источники питания. Несмотря на то, что используется транзисторный привод, все же существует путь электрических помех, который может устранить оптрон.

Оптопары

также полезны для увеличения сигнала микроконтроллера. На длинных кабелях могут происходить странные вещи. Длинный кабель фактически является антенной и может улавливать довольно много шума даже в удаленном месте. Оптопара с соответствующей фильтрацией может изолировать микропроцессор от электрических помех.

Иногда проблемы с нагрузкой являются веской причиной для использования оптопары. Любые две электрически связанные цепи имеют некоторую форму взаимодействия. Иногда это желательно, а часто это не имеет значения.Однако бывают случаи, когда две схемы взаимодействуют нежелательным образом. Многие настроенные схемы изменяют свое поведение, когда на них возлагается какая-либо другая нагрузка. Передача выходного сигнала от настроенной схемы, такой как генератор или радиоприемник, на усилитель для повышения, может привести к тому, что схема будет вести себя не так, как рассчитано. Оптопара - это один из доступных здесь вариантов. Хотя эта ситуация не относится к микроконтроллерам, которые являются основным предметом этой статьи, некоторые производители все равно столкнутся с ней.

В предыдущем разделе мы описали оптопары как имеющие светодиод с одной стороны и «драйвер» с другой. Во многих сообщениях на форуме и в обсуждениях сообщества разработчиков часто упоминается «фототранзистор», но это только одна возможность. Каскад драйвера на самом деле может не быть транзистором, хотя это, безусловно, один из вариантов. Остальные - это светочувствительный тиристор, симистор или транзистор Дарлингтона. Для многих цепей постоянного тока в мире производителей фототранзистор подойдет. Если требуется повышенная чувствительность, то выбор за вами - Дарлингтон.SCR более специализирован, но подходит для таких ситуаций, как срабатывание удаленной камеры, и это особый выбор объекта, который легко найти в сообществе производителей.

Наконец, симистор. Симисторы обычно используются в цепях переменного тока для переключения нагрузок переменного тока, а схемы производителей можно найти повсюду в Интернете для управления сетевыми нагрузками с помощью оптопары в целях безопасности. Однако имейте в виду, что в Австралии и некоторых других странах запрещено работать в цепях, работающих от напряжения переменного тока выше 50 В (среднеквадр.), Без соответствующей квалификации в области электротехники и действующей лицензии.

Более того, даже среди одной и той же категории оптронов существует множество вариантов. Большинство используемых светодиодов инфракрасные, но не все. Не то чтобы это важно для создателя. Что делает, так это связи. Некоторые оптопары имеют всего четыре соединения: анод и катод светодиода, коллектор и эмиттер транзистора. У других есть базовое соединение для транзистора, позволяющее либо смещение для чувствительности, либо прямое управление с той же стороны схемы. Фактически, удаленное и локальное расположение. Устройства Дарлингтона также будут иметь соединение VCC, так как устройство Дарлингтона представляет собой массив из двух (или более) транзисторов, соединенных так, что база первого является оптическим компонентом, но первый эмиттер питает базу второго транзистора.Для этого нужен блок питания.

Пакеты

доступны с несколькими оптопарами в одном, хотя в большинстве из них, как мы обнаружили, отсутствует возможность локального управления базой транзистора, где это необходимо.

Производитель может решить, какую оптопару использовать двумя способами. Во-первых, сравнивая некоторые аспекты таблиц данных, чтобы увидеть, какое устройство подходит больше всего. Хотя в таблицах данных есть много факторов, только некоторые из них имеют первостепенное значение для схем производителей.

Второй метод выбора - посмотреть, какие устройства доступны на розничном уровне, и понять, что выбор не очень широк.В то время как любой, у кого есть австралийский бизнес-номер, может делать покупки у торговых поставщиков, многие из них предназначены для бизнес-операций, и поэтому у вас возникнут проблемы с покупкой одной или двух ИС. К сожалению, многие дизайнерские решения, принятые в DIYODE, связаны с поставкой и доступностью, а не с тем, чтобы компонент был наиболее подходящим.

Совсем недавно австралийский игрок находился на среднем уровне или, по крайней мере, был действительно австралийским игроком. Элемент 14 использовался для торговли как Фарнелл, поставщик услуг торговли между компаниями.После ребрендинга Element 14 все больше привлекает внимание производителей. У них есть огромный выбор всевозможных компонентов, что не может не удивительно. У них также есть учебные пособия и онлайн-сообщества для производителей. Соответственно, многие производители могут получить доступ ко всем видам товаров, не предназначенных для розничной торговли, если они уверены в навигации в такой среде. Мы стремимся указать, что это не платная реклама или упоминание об Element 14, но это единственный обнаруженный нами бизнес, который обеспечивает поставку товарного уровня производителю с подлинным австралийским присутствием, а не зарубежной компанией, работающей с Зарегистрированный в Австралии веб-сайт.Если вы знаете о другом, мы хотели бы узнать о нем.

Исходя из вышеизложенного, мы обсудим некоторые факторы, которые необходимо оценить при выборе оптопары, а затем представим два устройства, которые доступны в наших обычных магазинах: Jaycar, Altronics и Core Electronics.

В свете доступности устройств и вероятных потребностей производителей, мы пока воздержимся от выходных каскадов SCR и Triac и опишем выходы Transistor и Darlington. Первое, что нужно знать производителю, - это прямое напряжение и ток светодиода в оптроне.Хотя было бы сложно найти оптопару, для которой недостаточно логического сигнала 5 В, все же лучше всего найти наиболее эффективный светодиод для ваших нужд. Прямой ток может быть указан как IF. Во многих таблицах данных, в том числе для двух устройств, которые мы представим позже, это показано в разделе «Абсолютные максимальные рейтинги». У некоторых есть только максимум, в то время как другие показывают максимум и типичное или среднее значение. Последний - тот, который вы будете использовать в качестве рабочего тока. Если в таблице нет типичного значения, вы можете найти его другим способом, как вы увидите.Следующий параметр - прямое напряжение светодиода (обычно сокращенно VF). Скорее всего, это будет показано в разделе «Электрические характеристики». Вы должны найти для этого «типовые» и «максимальные» значения. Работайте с типичным значением. Если в вашей таблице данных ранее не был указан типичный или средний прямой ток, запись для прямого напряжения будет иметь в столбце «Условия тестирования» значение для IF или прямого тока, использованного в тесте. Это можно считать твердым заявлением о токе, с которым вам следует работать.Пока вы здесь, посмотрите на напряжение обратного пробоя (BVR). Это напряжение, при превышении которого обратная полярность приведет к выходу светодиода из строя. Если можете, на всякий случай найдите тот, который намного выше логического уровня 5 В.

Следующий бит немного запутывается, потому что таблицы данных для разных устройств представляют информацию по-разному. После определения напряжения и тока для работы вашего светодиода, следующим соображением является ток коллектора (IC) выходного каскада. Маловероятно, что это будет очень много, но вы можете найти такой, способный напрямую управлять расчетной нагрузкой.Проблема в том, что иногда об этом прямо не говорится, а иногда и так. В таблице данных для 4N25, например, прямо указано число, помеченное как «Выходной ток коллектора». Если ваша таблица не указывает цифру напрямую, она будет частью текущего коэффициента передачи (CTR).

В некотором смысле CTR работает как коэффициент усиления транзистора по току. Ток светодиода приведет к увеличению тока через выходной каскад в n раз. Однако на этом сходство заканчивается.CTR может меняться в зависимости от входного тока и температуры и выражается по-разному. В таблице данных для 6N138 это показано как прямой ток светодиода, умноженный на ток коллектора, что дает процентное значение выше 100%. Выходной ток коллектора прямо не указан, но в условиях испытаний указан прямой ток 1,6 мА и типичное значение CTR 1300%. Если выход устройства составляет 1300% от 1,6 мА, то нам нужно разделить процент на 100 и умножить это число на 1,6.

Это дает ток коллектора 20.8 мА. Тот же процесс применяется, если процентное значение меньше 100. В этом случае выходной ток будет меньше входного. В качестве примера можно привести 4N25, который имеет прямой ток светодиода 10 мА и выходной ток 5 мА. В этом случае CTR составляет 50%:

.

Хотя расчеты - это часть истории, есть график, который предоставит дополнительную информацию. Названный «Нормализованный CTR в зависимости от прямого тока», «Коэффициент передачи тока в зависимости от прямого тока» или что-то подобное, он отображает кривую, показывающую выходной ток в зависимости от прямого тока светодиода, либо в виде числа, как в 4N25, либо в процентах, как в 6N28.Он может отображать разные кривые для разных условий, например температуры.

Также важно напряжение, которое может выдержать выходной каскад. Большинство используемых оптопар являются устройствами вывода NPN, но если у вас есть устройство PNP, значения будут аналогичными, хотя полярность будет обратной.

Для устройства NPN напряжение пробоя коллектор-эмиттер (BVCEO) - это максимальное напряжение, с которым может работать устройство, в то время как напряжение пробоя эмиттер-коллектор (BVECO) будет намного ниже и представляет собой напряжение, при котором произойдет повреждение в обратном направлении. возникает полярность.Для 4N25 BVCEO составляет 30 В, а BVECO - только 7 В. Учитывая, что большинство производителей собираются использовать этот выход для подключения к дополнительным транзисторным каскадам, маловероятно, что будет превышено 30 В, но ваше устройство вполне может быть ниже, и даже при 12 В, если вы перепутаете соединение, у вас будет один -душный дымогенератор.

Время переключения может быть еще одним соображением, о котором следует помнить. Большинство оптопар будут достаточно быстрыми, чтобы переключить реле, управляющее двигателем. Однако, если вы создаете MIDI-контроллер, длина битов которого составляет всего 32 микросекунды, все становится более критичным.Обычно они указываются как время включения и время выключения. В случае с 6N138 это довольно запутанные «Время задержки распространения до логического низкого уровня» для выключения и «Время задержки распространения до логического высокого уровня» для включения, а таблица в технических данных дает значения для различных сопротивлений нагрузки. Типичное время выключения составляет 1,5 мкс, а время включения - 7 мкс. В таблице данных для 4N25 указана только полоса пропускания 300 кГц. Между прочим, 6N138 кажется популярным выбором среди производителей, ориентированных на MIDI, но в его техническом описании в настоящее время стоит отметка «Не рекомендуется для нового дизайна».

Мы собираемся представить небольшую сборку, чтобы объяснить процесс использования оптрона. В сети существует множество вариантов использования, и во многих случаях ведется много споров о том, нужна ли оптопара. Одним из таких примеров является использование триггеров камеры.

Во многих конструкциях используется оптопара для подключения к входу триггера SLR камеры, но во многих нет. Независимо от необходимости, мы считаем вполне разумным изолировать потенциально дорогую камеру от всего, что сделано не производителем.Это особенно верно, если у вас есть полнокадровая камера хорошего качества, стоимость корпуса которой превышает 3500 долларов.

Таким образом, мы собираемся показать базовую схему с Arduino Uno, которая может подключаться к камере и давать команду произвести выстрел. Это может быть основой простого покадрового эксперимента. Проблема в том, что мы не можем многое рассказать о подключении к камере. Каждый производитель использует разные разъемы и распиновку, а также, как правило, разное рабочее напряжение.

Компания Nikon развивает эту тему, меняя мнение в разных точках своего диапазона.Однако их всех объединяет то, что есть вывод с напряжением, который должен быть подключен к выводу, на котором его нет. Когда это происходит, срабатывает камера. Неизвестно, заземлен ли этот вывод, и камера определяет ток, или вывод ведет непосредственно к другой схеме. Что известно, так это то, что многие ручные спусковые механизмы затвора представляют собой просто физический переключатель, который подключается к этой вилке.

Поскольку мы не знаем рабочее напряжение каждой камеры, мы пропускаем параметры Дарлингтона, которые имеют минимальное входное напряжение.Мы основываем это на 4N25 и не на чем-то другом. Ток через соединения камеры нигде не публикуется (достоверно), но мы видели конструкции, в которых использовались оптопары с еще более низкими ограничениями по току, чем 4N25, для всех основных брендов камер, и ни одна из них не сообщала о проблемах.

Кроме того, все триггеры имеют три провода. Один - земля, один - для автофокуса, а третий - для спуска затвора. Некоторые конструкции показывают, что провода фокусировки и затвора соединены вместе, чтобы камера могла сделать снимок, и вы можете это сделать.Однако мы предлагаем использовать ручную фокусировку для покадровой съемки с фиксированным объектом, и в этом случае вы можете пропустить подключение линии фокусировки. Некоторым камерам он все равно понадобится.

Требуемые детали:

1 макетная плата без пайки PB8820
7 перемычек между разъемами # WC6024
1 пакет проводных перемычек PB8850
1 x Arduino Uno или совместимая плата XC4410
Оптопара 1 x 4N25 ZD1928
1 x Кабель выключателя затвора камеры% -
Резистор 1 x 390 Ом * RR0562
1 x 1.Резистор 2 кОм * RR0574
1 резистор 47 кОм * RR0612
1 светодиод, высокоэффективный (если возможно) ZD0152
1 макетная плата без пайки P1002
7 перемычек между разъемами # P1022
1 пакет проводных перемычек P1014A
1 x Arduino Uno или совместимая плата Z6280
Оптопара 1 x 4N25 Z1645 ^
1 x Кабель выключателя затвора камеры% -
Резистор 1 x 390 Ом * R7548
1 x 1.Резистор 2 кОм * R7560
1 резистор 47 кОм * R7574
1 светодиод, высокоэффективный (если возможно) Z0980
1 макетная плата без пайки CE05102
7 перемычек «штекер-штекер» # PRT-12795
1 пакет проводных перемычек CE05631
1 x Arduino Uno или совместимый Плата A000066
1 x 4N25 Оптопара -
1 x Кабель выключателя затвора камеры% -
Резистор 1 x 390 Ом * CE05092
1 x 1.Другая часть, та же серия. См. Техническое описание.

Первым пунктом повестки дня является определение рабочего тока и напряжения светодиода. Техническое описание 4N25 показывает, как подробно описано ранее, что прямое напряжение светодиода составляет 1,2 В постоянного тока, а прямой ток - 10 мА. На основе ввода-вывода 5V Arduino это означает, что мы можем использовать базовый расчет закона Ома, чтобы найти значение резистора для светодиода оптопары.

380 Ом - нестандартное значение, но 390 Ом - это стандартное значение.Вы можете немного увеличить сопротивление, чтобы соответствовать тому, что имеется на вашем рабочем столе, но не выше 470 Ом. Поскольку прямое напряжение светодиода очень низкое, выбранный нами резистор обеспечивает достаточную защиту светодиода, если вы случайно ошиблись с полярностью светодиода оптопары. Напряжение пробоя обратного светодиода 4N25 составляет 3 В.

После того, как компоненты вставлены в макетную плату, как показано, пора подключить камеры. Для этого вам понадобится кабель, предназначенный для вашей камеры.Хотя вы можете купить кабель для ручного спуска затвора, вероятно, будет дешевле приобрести один из адаптеров на обычном рынке. Обычно они идут от патентованного разъема камеры до стереоразъема 2,5 или 3,5 мм. Отрежьте все, что находится на конце, и обнажите три провода. Припаяйте три перемычки «штекер-штекер», чтобы их можно было надежно вставить в макетную плату.

Обратите внимание, что есть еще один дополнительный резистор, который мы еще не обсуждали. 4N25 - это одна из линейки оптопар, которые подключаются к базе внутреннего фототранзистора.Резистор 47 кОм, подключенный между этим элементом и эмиттером транзистора, помогает остановить плавающее положение базы. Даже если на выходе камеры должно было быть 5 В, а мы не нашли таких, это только нагружает цепь камеры на 0,1 мА, что недостаточно, чтобы повлиять на систему камеры в целом.

На этом этапе целесообразно протестировать схему, и, соответственно, у нас есть тестовый участок на схеме. Подключите светодиод и резистор 1,2 кОм, как показано пунктирными линиями и рамкой на схеме. Резистор 1,2 кОм допускает максимум 4.1 мА через коллектор-эмиттер оптопары. Этот раздел следует удалить после тестирования.

Если схема и код работают правильно, светодиод должен мигать, затем выключаться и оставаться выключенным в течение заданного периода времени. Конечно, у вас будут проблемы с отображением пульса в 0,2 секунды, и, вероятно, вы не захотите ждать 15 минут между попытками, поэтому увеличьте время включения до одной секунды, а время выключения до пятнадцати секунд. См. Раздел «Изменение кода».

Удалите тестовые компоненты, если все в порядке.Возьмите кабель внешнего триггера, который вы купили для своей камеры, и отрежьте жертвенный конец, каким бы он ни был. Тщательно определите, какой провод подходит для вашей камеры, исследуя в Интернете по крайней мере из двух не связанных между собой источников, желательно из тех, которые показывают, что кто-то полностью построил свое творение. Подключите заземляющий провод к эмиттеру выхода оптопары, а провода затвора и фокусировки (если вы его используете) к коллектору.

Теперь вы можете загрузить код на Uno и использовать один провод «штекер-штекер» для соединения контакта 4 Uno с анодом светодиода, а другой - для подключения катода к GND Uno.Идея состоит в том, что вы можете оставить Uno подключенным к USB для питания, поэтому наша схема не имеет дополнительных подключений питания.

Код настолько прост, насколько это возможно. Это буквально высокий сигнал 0,2 секунды, за которым следует минимум пятнадцати минут. Для этого мы использовали библиотеку DateTime, так как длительные паузы могут привести к проблемам. Вы можете следить за комментариями, чтобы изменить это значение на любое желаемое. Это позволит камере делать один снимок каждые пятнадцать минут, что подходит для создания замедленной видеосъемки чего-то вроде грибов, растущих в помещении из набора грибов из хозяйственного магазина.

Другой параметр, с которым вы, возможно, захотите поиграть, - это время. Возможно, потребуется изменить это для соответствия определенным камерам. Однако, поскольку триггерный вход может использоваться в режиме «лампочки» камеры, когда кнопка на спусковом крючке, обычно используемая в этом порте, физически заблокирована, максимума быть не должно. Кроме того, вам придется повозиться с настройками камеры в ручном режиме или попробовать в автоматическом режиме.

Входные цепи оптопары для ПЛК


Фиг.1

by Lewis Loflin

Здесь я представлю входные цепи программируемого логического контроллера (ПЛК), использующие оптопары. Мы используем эти устройства для сопряжения датчиков высокого напряжения с логикой микроконтроллера низкого напряжения и для изоляции чувствительных цепей от шума.

Я также рассмотрю концепции SOURCE и SINK .

На рис. 1 показан типичный 6-контактный оптрон. Они также могут быть для поверхностного монтажа. Все они содержат светодиодный излучатель и множество выходов на фототранзисторах.


Рис. 2

На Рис. 2 показаны лишь некоторые из множества типов оптопар. Два нижних часто используются в качестве вывода, а два верхних могут использоваться в любом направлении.


Фиг.3

На рис. 3 показан типичный биполярный транзисторный оптрон с микроконтроллером.


Рис. 4

На Рис. 4 показано, как построить собственный оптрон со светоизлучающим диодом и фототранзистором.


Рис. 5

h21AA1 - очень полезное устройство, потому что двойные светодиоды, соединенные спиной к спине, упрощают конструкцию схем, поскольку нам не нужно беспокоиться о полярности входа.


Рис. 6

Рис. 6 показывает так называемую конфигурацию SINK . Это относится к текущему пути по отношению к входу ПЛК. (Это действительно упрощено.)

U1 - открытый сток или коллектор, в данном случае датчик Холла. Когда магнит включает датчик Холла, через выходной контакт открывается путь к земле. При включении U1 загорается один из светодиодов, включая транзистор. Микроконтроллер на 5 В считывает это как замыкание переключателя.

Коммутация находится на стороне земли входа ПЛК.


Рис. 7

Рис. 7 иллюстрирует конфигурацию SOURCE . Когда U3 включен, он включает PNP-транзистор, замыкая путь тока через h21AA1 на землю. Переключение происходит на стороне положительного питания на входе ПЛК.


Рис. 8

На рис. 8 показаны входы SINK и SOURCE на одном ПЛК. Так как оптопара представляет собой, скажем, 4N26 с одним светодиодом, мы должны соблюдать полярность светодиода.

На рис. 6 транзистор NPN был внутренним по отношению к датчику Холла.

Ардуино

Другие схемы

Введение в их использование с микропроцессорами- ec1optoiso

Оптопары: Введение в их использование с микропроцессорами- ec1optoiso ГЛАВНАЯ>> ЭЛЕКТРОНИКА ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА

Оптопары, также известные как оптоизоляторы ... использование их с микроконтроллерами

На этой странице представлены оптопары для любителей и т. Д.На самом деле не имеет значения, используете ли вы Arduino, Raspberry Pi или PIC ... оптопары могут быть вам полезны. Эта страница посвящена тому, как оптопары могут помочь в цифровых схемах низкого напряжения.

Оптопары - это элегантные маленькие устройства, в которых очень мало того, что могло бы "пойти не так". И они «безотказны»: если что-то пойдет не так, ваша система не будет работать, но все должно просто остановиться, а не двигаться в плохом направлении. Подумайте о своей машине: двигатель «отказоустойчивый». Если он умирает, вы просто съезжаете на обочину дороги и останавливаетесь.Ваши тормоза небезопасны. Они терпят неудачу, и у вас проблемы.

На этой странице мы рассмотрим, как оптопары могут быть полезны как на входах, так и на выходах.



Простые оптопары состоят из светодиода и фототранзистора, заключенных в кусок пластика. Часто этот «кусочек пластика» удерживает более одной оптопары. Например, следующий восьмиконтактный DIL-корпус будет иметь два независимых оптрона.


Светодиод и фототранзистор не «соединены», но когда светодиод горит, свет от него падает на фототранзистор внутри небольшого воздушного кармана внутри непрозрачного «кусочка пластика», и фототранзистор проводит ток.(В модных оптопарах фототранзистор может быть заменен чем-то еще, что «включается», когда его загорает светодиод.) Далее я нарисовал оптопару черным цветом, а то, что вы можете прикрепить к нему, - синим. На зеленой капле вы получите высокое или низкое напряжение в зависимости (косвенно) от состояния светодиода, которое само определяется состоянием переключателя.

Вы не увидите свет от светодиода ... он будет внутри «кусочка пластика».

Вы можете настроить оптрон, как указано выше, с входной линией микропроцессора, например.г. Arduino, подключенный к зеленой капле. (Мы поговорим об отправке сигнала с микропроцессора через оптрон позже.)

Коммутационная плата

Некоторое время назад я создал небольшую печатную плату для "ношения" оптопар типа MCT61 ...

Ссылка приведет вас к деталям, включая цены и способ заказа.

С тех пор я создал «большую, лучшую» четырехканальную оптронную плату с (опциональными) светодиодами, чтобы пользователь мог сразу увидеть состояние входов и выходов.


Зачем ставить оптрон на вход микропроцессора?

(я обсуждал установку оптопар на выходах далее на странице.)

Простая причина? Вы можете использовать оптопару, если не уверены в том, что делаете. Если вы не были уверены, что схемы, которые вы хотите подключить к входу, были «безопасными» для вашего относительно дорогого микропроцессора, вы могли бы подключить микропроцессор к оптопаре, как указано выше, и использовать свою схему для включения и выключения светодиода.Если бы вы сделали это, то многие ошибки, которые вы могли бы совершить, только испортили бы довольно дешевую оптопару. Плохой материал не перепрыгнет через зазор между светодиодом и фототранзистором. Если вы использовали гнездо для микросхемы оптопары, это всегда хорошая идея, тогда ее замена займет всего несколько минут.

Это одна из простых причин для использования оптопары.

Иногда то, что вы хотите использовать для повышения или понижения входного сигнала, не является «кооперативным». Возможно, это часть схемы, работающей под напряжением, не подходящим для микропроцессора? Без проблем.Напряжение может быть любым ... соответствующим образом регулируйте резистор. (См. Подробности в моем руководстве по светодиодам.)

Конечно, то, что включает и выключает светодиод, не всегда будет простым переключателем.

Даже когда это так, и даже если напряжение может быть для 5 В, при желании 5 В не всегда хороший выбор. Предположим, что переключатель будет частью анемометра на крыше здания? Пропустить 12 В по этим длинным проводам может быть лучше. И во время грозы эти длинные провода станут антенной.... на них могут падать скачки напряжения. Вы бы предпочли поджарить оптопару или свой микропроцессор?

Если это упоминание об анемометре уравновесило ваше любопытство, у меня для вас есть страницы о мониторинге погоды.

Подключение к фототранзистору

Рассмотрим правую половину схемы выше. Это не всегда будет так, как показано, с зеленым пятном в качестве точки «подключения к микропроцессору». Но для простой работы, скажем, с Arduino, схема почти такая же, как и вы.Для Arduino все было бы очень просто: вы просто подключите «верх» транзистора к одному из входов Arduino, нижнюю часть к земле Arduino и включите внутренний подтягивающий резистор на входе Arduino.

N.B .: Чтобы получить преимущества соединителя (изолятора), вы не можете использовать питание Arduino для активации светодиода. Вам нужно отдельное питание с этой стороны. Более того, не думайте: «О, мы всегда соединяем все земли». В этой схеме заземления НЕ подключаются.(Их два: по одному с каждой стороны воздушного зазора.)

Передача выходных сигналов через оптопары

(я обсуждал установку оптопар на входы далее на странице.)

Надеюсь, вы знаете, как включать и выключать светодиоды с помощью микропроцессора?

Светодиод внутри оптопары не является чем-то особенным. Не забудьте включить обычный резистор, ограничивающий ток, и вы можете включать и выключать светодиод оптопары ... и, таким образом, косвенно включать и выключать все остальное.

Это будет в первую очередь полезно для новичков, которым нужен дополнительный уровень «безопасности» между своими, возможно, плохо спроектированными схемами и микропроцессорами.

Существуют способы использовать транзистор для безопасного «переключения» вещей, которые нельзя переключить напрямую с выхода микропроцессора. Но если вы не знаете, как это сделать, воспользуйтесь оптопарой.

Фототранзистор в оптопаре - это всего лишь крошечная мелочь ... и обычно он не может переключать большую нагрузку, например яркий свет, моторы.Но вы можете использовать его для управления катушкой небольшого реле, а контакты реле могут, если вы купите правильное реле, переключать большие нагрузки.

Несколько слов о домашнем или "сетевом" электричестве, например 110 вольт переменного тока или 230 вольт переменного тока. Держитесь подальше от этого, пока не пройдете надлежащую подготовку. Есть пути ошибиться, с которыми вы не хотите сталкиваться и, возможно, не ожидаете их увидеть. А ошибки могут привести к смерти и разрушению ... в буквальном смысле.

Специальные оптопары

Вы можете купить базовую оптопару с двумя затворами от Digikey примерно за 1 доллар, но это всего лишь пример.Есть много-много подходящих устройств. Будьте осторожны с распиновкой ... есть две часто используемые схемы, каждая из которых имеет свои сильные стороны.

Другой вариант: там есть симпатичная маленькая упаковка с 4 немного причудливыми оптопарами. Они «причудливы» только тем, что каждая оптопара имеет два светодиода, один из которых направлен на легкий путь, так что оба сигнала переменного и постоянного тока будут включать выход. Одним из примеров этой конструкции является красиво названный "PS2505L-4" от NEC.

Небольшой «Попался» при обнаружении переменного напряжения...

Вы можете подумать, что было бы нормально подключить сторону светодиода оптопары с подходящим резистором к сигналу переменного тока и позволить ему просто «отбрасывать» отрицательную половину каждого цикла.

Светоизлучающий ДИОД действительно блокирует "обратный" ток ... до определенного, не всегда очень высокого уровня !! Напряжение.

Если вы подключаете оптрон, предназначенный для сигналов постоянного тока, к сигналу переменного тока, он вполне может работать ... но проверьте таблицу данных. Вы всегда можете добавить внешний диод, предназначенный для блокировки напряжения, если вы хотите пойти с «полуволны достаточно» «ответ».Однако имейте в виду: если вы «наблюдаете» за выходом с помощью микроконтроллера, скажем, Arduino, он проверяет выход так быстро, что может не видеть «включенные» части сигнала, даже если присутствует переменный ток.

Есть оптопары, сделанные специально для входов переменного тока. Просто, правда ... внутри микросхемы и два светодиода , поэтому один светится, когда ток течет в одну сторону, а другой течет, когда ток меняет направление.

Контроль фототранзистора с помощью мультиметра

Если вы хотите увидеть, проводит ли фототранзистор, когда вы пропускаете ток через светодиод, вы можете использовать мультиметр, настроенный для измерения сопротивления или «издавать звуковой сигнал», когда провода мутлиметра закорочены.

Конечно, для теста "звуковой сигнал", а также, я подозреваю, для измерения сопротивления, вам нужно подключить выводы к фототранзистору "правильным образом". Чтобы измерить сопротивление или издать звуковой сигнал, должен протекать ток. Провод "массы" мультиметра к контакту, стрелка на фототранзисторе указывает на .

Установка резисторов правильно ....

Я начал страницу о том, как правильно выбрать резисторы для ваших конкретных обстоятельств.Эта страница была довольно "грубой", когда я создал на нее ссылку. Если вы обнаружите, что страница НЕ грубая, к тому времени, как вы перейдете на нее, пришлите мне электронное письмо, в котором говорится: «Вам необходимо обновить примечания внизу Aru \ ec \ ec1optoiso.htm о странице о получении прав на резисторы». (Спасибо!)

Итак ... иди и сделай свою лучшую мышеловку!

Надеюсь, это помогло? Пожалуйста, напишите и сообщите мне, если биты неясны, или вам нужна дополнительная помощь с оптопарами



Карта сайта Что нового Поиск

Объявление от редактора страницы: Да.. Мне очень нравится собирать эти вещи для вас ... надеюсь, они вам пригодятся. Однако .. это не оплачивает мои счета !!! Если вы найдете этот материал полезным (и вы используете MS-DOS или ПК с Windows), пожалуйста, посетите мою бесплатную и условно-бесплатную страницу, Sheepdog Software (tm), скачайте что-нибудь и разошлите мне? По крайней мере (пожалуйста) отправьте электронное письмо «Мне понравилась страница использования параллельного порта, и я из (страны / штата)»? (Нет ... Я не занимаюсь спамом.) Ссылки на эту страницу на вашей странице также будут приветствоваться!
Щелкните здесь, чтобы посетить бесплатную, условно-бесплатную страницу редактора.
Не забудьте проверить программы для управления состоянием параллельного порта на моем условно-бесплатном сайте. Там есть две бесплатные программы ... одна для переключения битов, другая для использования компьютера в качестве таймера через параллельный порт.

Вот как вы можете связаться с редактором этой страницы.
Щелкните здесь, чтобы перейти на общую страницу об электронике редактором этой страницы.
Щелкните здесь, чтобы перейти на общую страницу об электронных проектах редактором этой страницы.
Почему на этой странице есть скрипт, который загружает крошечный рисунок? Мой веб-трафик отслеживается для меня с помощью трекера eXTReMe. Предлагают бесплатный трекер. Если вы хотите попробовать, посетите сайт eXTReMe. Панели Google и панель поиска также основаны на скриптах.

Страница была протестирована на соответствие стандартам INDUSTRY (не только для MS) с использованием бесплатного общедоступного валидатора на validator.w3.org. В основном проходит.

И проходит ...

....... Страница . . . Эн д с .....

Arduino: Использование Photo Interrupter (щелевой оптопары)

Щелевые оптопары (Photo Interrupters) - очень полезные датчики, часто включаемые в проекты Arduino для определения положения движущихся объектов, измерения скорости вращения или линейного движения, частоты событий и многого другого. другие.

Они просты в использовании, но важно понимать, как они работают, чтобы вы могли получить от них хорошие результаты.

Оптопары также бывают разных форм, и хотя некоторые из них являются простыми аналоговыми датчиками, другие имеют встроенные компараторы, такие как LM393.

В этом руководстве я покажу вам, как подключить оптопару к Arduino, считывать данные как аналоговые или цифровые и, при необходимости, преобразовывать аналоговые значения в цифровые, а также как уменьшить шум от датчика.

Шаг 1: Компоненты

  • Одна плата , совместимая с Arduino (я использую Arduino Nano, потому что она у меня есть, но подойдет любая другая)
  • Один простой модуль датчика оптопары ( показан справа на рисунках 2 и 3 ) Достал из этого дешевого комплекта 37 датчиков.Я также показываю более продвинутый, больший модуль оптопары с компаратором LM393 , который имеет как цифровые, так и аналоговые выходы ( показан слева на рисунках 2 и 3 ). Вы также можете очень много использовать любой другой модуль оптопары
  • 3 перемычки розетка-розетка

Шаг 2: Подключите оптопару к аналоговому 0-выводу Arduino

  • Подключите Заземление ( Черный провод ), Питание ( Красный провод ) и Сигнал ( Желтый провод ) к модулю оптопары ( Рисунки 1 и 2) (Рисунки 3 и 4 показан более продвинутый датчик ( с подключенным аналоговым выходом)
  • Подключите другой конец провода заземления ( Черный провод ) к контакту заземления платы Arduino ( Изображение 5 )
  • Подключите другой конец провода питания ( Красный провод ) к контакту питания 5V платы Arduino ( Рисунок 5 )
  • Подключите другой конец сигнального провода (желтый провод ) к аналоговому контакту 0 платы Arduino ( Рисунок 5 )
  • Рисунок 6 показывает где Ground , 5V Power и Analog 0 контактов Arduino Nano

Шаг 3: Запустите Visuino и выберите тип платы Arduino

Чтобы начать программировать Arduino, вам потребуется установить IDE Arduino IDE отсюда: http: // www.arduino.cc/.

Имейте в виду, что в Arduino IDE 1.6.6 есть некоторые критические ошибки.

Убедитесь, что вы установили 1.6.7 или выше, иначе это Учебное пособие не будет работать!

Также необходимо установить Visuino : https://www.visuino.com.

  • Запустите Visuino , как показано на первом рисунке
  • Нажмите кнопку « Tools » на компоненте Arduino ( Рисунок 1 ) в Visuino
  • Когда появится диалоговое окно выберите « Arduino Nano », как показано на рисунке 2

Шаг 4. В Visuino: подключите аналоговый вход 0 к последовательному порту.

In Visuino подключите вывод « Out » канала «Digital [14] / Analog [0] » компонента Arduino ( Рисунок 1 ) к входному контакту « In » канала « Serial [0] » компонента Arduino ( Изображение 2 )

Шаг 5: Сгенерируйте, скомпилируйте и загрузите код Arduino

  • В Visuino , нажмите F9 или нажмите кнопку, показанную на Рисунок 1 , чтобы сгенерировать код Arduino, и откройте IDE Arduino
  • В Arduino IDE нажмите Загрузить кнопку, чтобы скомпилировать и загрузить код ( Рисунок 2 )

Шаг 6: И играйте...

На рисунке 1 показан текущий проект.

На рисунке 2 показана полная диаграмма Visuino .

В Visuino выберите последовательный порт и нажмите кнопку Connect ( Рисунок 3 ). Вы должны увидеть значение выхода оптопары, напечатанное на последовательном терминале ( Рисунок 4 )

Если вы переключитесь на вкладку Scope , вы увидите данные с датчика, нанесенные на осциллограф ( Рисунок 5 )

Если вы поместите препятствие, прерывающее световой луч датчика, вы заметите, что значение увеличивается.Вы также можете заметить, что если вы медленно перемещаете препятствие, чтобы прервать луч, значение также будет несколько медленно изменяться. Это потому, что мы подключили датчик к аналоговому выводу и измеряем изменение света на датчике. Это приятно делать, когда мы изучаем, как работает датчик, но не очень практично для обнаружения быстрых событий. Перейдите к следующему шагу, чтобы увидеть различные способы правильного обнаружения прерывания луча в виде цифрового значения.

Также прилагается проект Visuino , который я создал для этого учебника.Вы можете загрузить и открыть его в Visuino : https://www.visuino.com

Шаг 7. В Visuino: добавьте и подключите компонент «Сравнить аналоговое значение»

Чтобы действительно использовать информацию от оптопары, вам необходимо преобразовать ее в цифровое логическое значение. Есть много способов сделать это. Один из них - использовать компонент «Сравнить аналоговое значение» и сравнить сигнал со значением:

  • Введите « compa » в поле «Фильтр» панели инструментов компонентов, затем выберите компонент « Сравнить аналоговое значение » ( Рисунок 1 ) и поместите его в область проектирования
  • Подключите вывод « Out » канала «Digital [14] / Analog [0] » компонента Arduino к « In ». "контакта CompareAnalogValue1 ( Изображение 2 )
  • Подключите контакт" Out "компонента CompareAnalogValue1 к входному контакту" Digital "компонента" Digital [13] канал компонента Arduino ( Рисунок 3 )
  • В инспекторе объектов установите значение свойства « Compare Type » компонента CompareAnalogValue1 на 905 27 ctBigger ( Рисунок 4 )
  • В инспекторе объектов установите значение свойства « Value » компонента CompareAnalogValue1 на 0.5 ( Рисунок 5 )

Шаг 8: И играем ...

  • Сгенерируйте, скомпилируйте и загрузите код Arduino, как вы делали в шаге 5
  • Если вы запустите Arduino и поместите препятствие для блокировки светового луча датчика, светодиод на 13-м выводе платы Arduino включится, как показано на видео. Если убрать препятствие, светодиод погаснет.

На картинке вы можете увидеть полную схему Visuino .

Также прилагается проект Visuino , который я создал для этого учебника.Вы можете загрузить и открыть его в Visuino : https://www.visuino.com

Шаг 9: В Visuino: добавьте и подключите компонент Debounce Button

При использовании компонента сравнения для обнаружения изменения уровня в оптроне бывают случаи, когда сигнал кратковременно перемещается вперед и назад выше и ниже уровня запуска, прежде чем установится на стабильный уровень. Это вносит шум и неверные данные. Этот шум похож на шум отскока при нажатии или отпускании кнопки. Visuino включает в себя компонент устранения дребезга кнопок, который также можно использовать для подавления шума от оптопары:

  • Введите « deb » в поле «Фильтр» на панели инструментов компонентов, затем выберите компонент « Debounce Button » (изображение 1 ) и поместите его в область дизайна
  • Подключите вывод « Out » компонента CompareAnalogValue1 к контакту « In » компонента Button1 ( Рисунок 2 )
  • Подключите контакт « Out » компонента Button1 к входному контакту « Digital » канала « Digital [13] » компонента Arduino ( Рисунок 3 )

Шаг 10: И играем...

  • Сгенерируйте, скомпилируйте и загрузите код Arduino, как вы делали в шаге 5
  • Если вы запустите Arduino и поместите препятствие, чтобы заблокировать световой луч датчика, светодиод на 13-м выводе платы Arduino включится, как показано на видео . Если убрать препятствие, светодиод погаснет.

На картинке вы можете увидеть полную схему Visuino .

Также прилагается проект Visuino , который я создал для этого учебника.Вы можете загрузить и открыть его в Visuino : https://www.visuino.com

Шаг 11: В Visuino: добавьте и подключите компонент триггера Шмитта

Другой способ преобразовать аналоговое значение при уменьшении шума во время переключения - использовать компонент триггера Шмитта с гистерезисом:

  • Начните с исходного проекта, в котором только аналоговый 0 был подключен к последовательному порту.
  • Введите « schm » в поле «Фильтр» на панели инструментов компонентов, затем выберите компонент « Аналоговый триггер Шмитта (гистерезис) » ( Рисунок 1 ) и поместите его в область проектирования
  • Подключите вывод « Out » канала «Digital [14] / Analog [0] » компонента Arduino к контакту « In » компонента SchmittTrigger1 ( Рисунок 2 )
  • Подключите вывод « Out » компонента SchmittTrigger1 к входному контакту « Digital » канала « Digital [13] » компонента Arduino ( Рисунок 3 )
  • При желании в Инспекторе объектов измените значения свойств « Threshold » и « Value » компонента SchmittTrigger1 ( Рисунок 4 )
90 524 Шаг 12: И играем...
  • Сгенерируйте, скомпилируйте и загрузите код Arduino, как вы делали в шаге 5
  • Если вы запустите Arduino и поместите препятствие для блокировки светового луча датчика, светодиод на 13-м выводе платы Arduino включится, как показано на видео. Если убрать препятствие, светодиод погаснет.

На картинке вы можете увидеть полную схему Visuino .

Также прилагается проект Visuino , который я создал для этого учебника.Вы можете загрузить и открыть его в Visuino : https://www.visuino.com

Шаг 13: Подключите оптопару к выводу Digital 2 Arduino.

Оптопара также может быть подключена к цифровому выводу вместо аналогового вывода. Это будет работать как с простой оптопарой, обеспечивающей аналоговый сигнал, так и с оптопарой со встроенным компаратором, например LM393. Версии с компаратором будут работать в качестве цифрового источника намного лучше, чем простые.

  • Отсоедините сигнальный провод ( желтый провод ) от аналогового вывода 0 платы Arduino и подключите его к цифровому выводу 2 платы Arduino ( Рисунок 5 )
  • Дополнительно: Если вы используете оптопару с цифровым выходом , вы можете подключить сигнальный провод ( желтый провод ) к цифровому выходу ( изображения 2 и 3 ).Этот выход предназначен для обеспечения более четкого переключения между False и True
  • Рисунок 4 показывает, где находятся Ground , 5V Power ( In Blue ) и Digital 2 ( In Red ) контактов Arduino Nano

Шаг 14: В Visuino: Подключите канал Digital 2 к каналу Digital 13 (LED)

In Visuino подключите вывод « Out » канала « Digital [2] » компонента Arduino к входному контакту « Digital » канала « Digital [13] » компонента Arduino (как показано на рисунке Изображение )

Шаг 15: И играем...

  • Сгенерируйте, скомпилируйте и загрузите код Arduino, как вы делали в шаге 5
  • Если вы запустите Arduino и поместите препятствие, чтобы заблокировать световой луч датчика, светодиод на 13-м выводе платы Arduino включится, как показано на видео . Если убрать препятствие, светодиод погаснет.

На рисунке 1 показан завершенный и подключенный проект с оптопарой с цифровым выходом и компаратором LM393

На рисунке Рисунок 2 вы можете увидеть полную схему Visuino .

Также прилагается проект Visuino , который я создал для этого учебника. Вы можете загрузить и открыть его в Visuino : https://www.visuino.com

Если у вас есть некоторый шум от цифрового вывода, вы также можете добавить компонент Debounce Button , так же, как это было сделано в Step 9 или в этом учебном пособии.

как подключить выход 5 В к входу 3,3 В. - next-hack.com

Нам часто приходится сопрягать устройства с напряжением от 5 до 3,3 В.Это происходит очень часто на Arduino, но также другим приложениям могут потребоваться микросхемы или системы от 5 В до 3,3 В для связи. Во многих случаях может потребоваться какая-то схема переключения / преобразования / преобразования логического уровня.

Например, представьте, что вы хотите подключиться к своему Arduino Uno, который работает при 5 В, устройству 3,3 В, например к дисплею, который мы использовали в нашем руководстве «Как воспроизводить видео на Arduino Uno (2/6)». Точно так же есть много устройств или экранов на 5 В, которые нельзя использовать с Arduino 2 или Zero, которые работают на 3.3 В.

Еще один пример системы 3,3 В - uChip. Чтобы подключить выход 5V к его входам, следует использовать один из методов, которые мы опишем в этой статье.


uChip, плата ATSAMD21 в 16-DIP корпусе (купить здесь)


В этом посте мы поговорим о взаимодействии логических уровней от 5 В до 3,3 В. Обратную задачу, например преобразование 3,3 В в 5 В, см. В этой статье.

Есть много способов связать выход 5 В с входом 3,3 В. Наиболее распространены:

  • Прямое подключение (Предупреждение: только с допустимыми входами 5 В !!!)
  • Резистор серии
  • .
  • Резистор серии
  • с внешним зажимом диода Шоттки в направлении линии 3,3 В.
  • Диод серии
  • с подтягивающим резистором.
  • Резистор серии
  • с активными клещами.
  • Резистор и стабилитрон.
  • Резисторный делитель.
  • BJT / MOSFET как инверторы.
  • Два каскадных транзистора BJT / MOSFET в качестве буфера.
  • Подтягивающий резистор на выходах с открытым стоком / коллектором.
  • Добавление логических ИС с питанием 5 В (буфер, вентили и т. Д.) С выходом с открытым стоком / коллектором.
  • Добавление логических схем с питанием 3,3 В (буфер, вентили и т. Д.) С допустимым входом 5 В.
  • МОП-транзисторы серии
  • (общая конфигурация затвора).
  • Series BJT (общая базовая конфигурация).
  • Переводчик уровней.
  • Оптопара.

Примечание ! На следующих рисунках все резисторы имеют метку «R» внутри символа. Это не значит, что сопротивление резистора должно быть одинаковым!

ПРЯМОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ (ВНИМАНИЕ: ТОЛЬКО С ДОПУСКНЫМИ ВХОДАМИ 5 В !!!)

Самый простой способ - прямое подключение.Это случай Arduino Ethernet Shield: микросхема Wiznet W5500 Ethernet работает при напряжении 3,3 В, но имеет входы, допускающие 5 В (см. Таблицу). Arduino 2, напротив, не имеет входа , устойчивого к 5 В, поэтому вам никогда не следует напрямую подключать выход 5 В к любому из его входных контактов !


Рис. 1. Прямое подключение возможно, если устройство 3,3 В имеет допустимый вход 5 В.


Преимущества:

  • Без дополнительных затрат или места.
  • Самое быстрое решение.

Недостатки:

  • Работает только на устройствах, устойчивых к 5В.

СЕРИИ РЕЗИСТОР

Второй самый простой способ связать 5 В с системой 3,3 В - это использовать последовательный резистор.


Рис. 2. Последовательный резистор, используемый для подключения выхода 5 В к входу 3,3 В. На входе должны быть защитные диоды!


Как это работает:

Вход микросхемы 3,3 В (не допускающей 5 В) обычно защищен диодами: один к V DD , другой к GND, как показано на рисунке ниже.Эти диоды обычно выключены, поскольку оба имеют обратное смещение. Однако, если вы попытаетесь поставить напряжение больше, чем V DD, 3,3 В , они ограничат входное напряжение до V DD, 3,3 В (плюс прямое напряжение диода, обычно 0,7 В). Переходные выбросы, превышающие V DD, 3,3 В , могут возникать даже в системе с напряжением только 3,3 В из-за емкостной связи переключающего устройства или звонка.


Рис. 3. Упрощенная схема схемы защиты входа на КМОП ИС.


Когда через резистор на вход подается напряжение 5 В, диод загорается: резистор ограничивает ток, протекающий на штырь, защищая вход.Максимальный ток на выводе иногда указывается в таблице данных, и его следует поддерживать низким по двум причинам:

  • Обычно, за исключением тока утечки, ток не протекает через штырь. Может произойти повреждение из-за явления защелкивания.
  • Ток, протекающий на входной контакт, будет выходить из контактов V DD ! Если такой ток слишком велик, он может увеличить напряжение V DD всей системы, разрушив ИС. Если система потребляет больше тока, чем ток, протекающий через PIN-код, проблем возникнуть не должно.В противном случае рекомендуется установить фиктивную нагрузку между V DD, 3.3V и GND. Значение нагрузки должно быть таким, чтобы она поглощала хотя бы ток, протекающий во ВСЕХ входах.

Чтобы рассчитать это, просто рассмотрите входной ток как I = (5–3,3 В) / R S . Затем поместите между V DD, 3,3 В и GND резистор так, чтобы он потреблял тот же ток I. Другими словами: R НАГРУЗКА = R S 3,3 В (5–3,3 В) или около 2 R S . Если у вас более одного входа, необходимо соответственно уменьшить R НАГРУЗКА .Если ваша система уже потребляет «I» от 3,3 В (например, из-за потребления тока микросхемой или наличия постоянно включенного светодиода), вы можете пропустить или увеличить R LOAD .

У этого решения есть еще один недостаток: оно сильно ограничивает полосу пропускания, если не используются резисторы с низким номиналом. Фактически, входной вывод и дорожки будут иметь некоторую паразитную емкость C , паразитную .

Пропускная способность системы составляет f C = 1 / (2πR S C паразитный ).Это не означает, что вы можете надеяться, что цифровой тактовый сигнал f C пройдет без значительных искажений. Здесь мы строим прямоугольный сигнал 500 кГц после фильтра с частотой 1 МГц f C .


Рис. 4. Тактовая частота 500 кГц подается на схему Рис.2 (красная линия). Синяя линия - это фактическая полученная форма волны.


Для увеличения полосы пропускания следует использовать резисторы малого номинала. Однако использование резисторов малого номинала не рекомендуется по следующим причинам:

  • Уже упомянутый ток в пин.
  • Текущее потребление.
  • Перегрузка вывода.
  • Он генерирует дополнительные шумы на линии V DD, 3,3 В при переключении входа.

Практические значения находятся в пределах 1-10кОм.

Преимущества:

  • Простое решение: всего один резистор на входной контакт.

Недостатки:

  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или низкая пропускная способность (резисторы высокого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • Ток, поступающий на вход, может вызвать защелкивание.
  • Требуются внешние нагрузочные резисторы на питании 3,3 В, если система 3,3 В имеет очень низкое минимальное потребление тока.
  • Возможный шум в источнике питания 3,3 В из-за введенного в него тока.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).
РЕЗИСТОР СЕРИИ

С ВНЕШНИМ ЗАЖИМОМ ДИОДА ШОТТКОГО НА ЛИНИИ 3,3 В.

Эта схема аналогична предыдущему решению, однако может быть достигнута более высокая скорость, поскольку большая часть тока будет проходить через диод Шоттки, а не через защитные диоды.

У этого все еще есть недостаток, заключающийся в том, что ток подается на линию V DD, 3,3 В . Следовательно, такой ток должен «потребляться» системой, как показано для предыдущего случая.


Рис. 5. Добавление диода Шоттки позволяет использовать меньшие резисторы, тем самым улучшая полосу пропускания.


Преимущества:

  • Возможна большая пропускная способность.
  • На входной вывод подается незначительный ток.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на каждый вход (резистор и диод Шоттки).
  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или плохая полоса пропускания (резисторы большого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • Требуются внешние нагрузочные резисторы на питании 3,3 В, если система 3,3 В имеет очень низкое минимальное потребление тока.
  • Возможный шум в источнике питания 3,3 В из-за введенного в него тока.
  • Емкость диода все же следует учитывать.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).
РЕЗИСТОР СЕРИИ

С АКТИВНЫМ ЗАЖИМОМ.

Вместо перенаправления входного тока на V DD, 3.3V , лучше рассеять его на землю, чтобы не было изменений уровня V DD, 3.3V .


Рис. 6. PNP BJT можно использовать в качестве активных клещей путем замыкания на землю (вместо 3,3 В) избыточного тока.


PNP BJT будет работать, пока входное напряжение больше 3,9 В.
Это решение позволяет использовать резисторы меньшего размера (более широкая полоса пропускания).

Примечательно, что в V DD по-прежнему будет подаваться ток, 3,3 В , однако этот ток будет в h FE раз меньше, чем ток, протекающий в R S . Следовательно, в большинстве случаев R НАГРУЗКА не требуется.

Другая проблема заключается в том, что на некоторых ИС их защитный диод начинает проводить ток, когда значения на входе становятся всего на 0,35 В выше уровня 3,3 В. В таком случае не следует привязывать базу BJT к 3.3 В, но с несколько меньшим напряжением, если оно есть в системе.

Преимущества:

  • Возможна еще большая пропускная способность.
  • В линию питания 3,3 В подается очень небольшой ток.
  • На входной контакт подается небольшой ток.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на вход (резистор и BJT).
  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или плохая полоса пропускания (резисторы большого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • По-прежнему могут потребоваться внешние нагрузочные резисторы на 3.Питание 3 В, если система 3,3 В имеет чрезвычайно низкое минимальное потребление тока.
  • По-прежнему возможны помехи в источнике питания 3,3 В из-за введенного в него тока.
  • В некоторых случаях может потребоваться другой источник питания (ниже 3,3 В) для ограничения напряжения ниже напряжения включения входных защитных диодов.
  • Емкость BJT по-прежнему необходимо учитывать.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).
  • Напряжение зажима может быть слишком высоким (около 3.9В). Может потребоваться другой источник напряжения (менее 3,3 В).

РЕЗИСТОР И стабилитрон

Вместо BJT мы можем использовать стабилитрон, который будет ограничивать напряжение до значения Vz. Проблема в том, что стабилитрон с низким значением имеет довольно большое динамическое сопротивление, и большой ток должен течь в стабилитрон, чтобы действительно показать значение Vz (несколько мА).


Рис. 7. Стабилитрон 3,3 В позволяет ограничивать напряжение.


Преимущества:

  • Пропускная способность аналогична шоттки или решению с активными фиксаторами за счет возможности использования резисторов с низким сопротивлением.
  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Стоимость ниже, чем у BJT или Schottky.
  • Напряжение фиксации может быть ниже, чем у BJT.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на каждый вход (резистор и стабилитрон).
  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или плохая полоса пропускания (резисторы большого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • Емкость диода все же следует учитывать.
  • Выходное напряжение неточно, потому что некоторые малозначимые стабилитроны имеют очень плохое динамическое сопротивление.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).
ДИОД СЕРИИ

С ВЫДВИЖНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ.

Если ваша система 3,3 В принимает низкое входное напряжение до 0,7 В, вы можете использовать обычный диод 1N4148, как показано ниже. Если вам нужен больший запас помехоустойчивости (или если просто 0,7 В слишком велико), используйте вместо него диод Шоттки.

Принцип работы прост: когда система 5V выдает 5V, диод имеет обратную поляризацию, поэтому он открыт.Вход системы 3,3 В подтягивается до 3,3 В через R1. Затем система 5 В выдает 0 В, диод смещен в прямом направлении, поэтому напряжение на входе 3,3 В будет прямым падением напряжения диода: около 0,6-0,7 В для кремниевых диодов или 0,35 В для диодов Шоттки. Не забудьте использовать светосильный сигнальный диод! (т.е. не используйте 1N4007!).


Рис. 8. Последовательный переключающий диод (например, 1N4148) блокирует напряжение высокого уровня. Последовательный резистор подтягивает выход.


Преимущества:

  • Пропускная способность аналогична зажиму Шоттки за счет возможности использования подтягивающих резисторов малого номинала.
  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на каждый вход (резистор и диод).
  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или плохая полоса пропускания (резисторы большого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • Емкость диода все же следует учитывать.
  • Низкое выходное напряжение - это прямое падение напряжения на диоде.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

РАЗДЕЛИТЕЛЬ РЕЗИСТОРА

Один простой способ уменьшить напряжение 5 В - использовать резисторный делитель!


Рис. 9. Резисторный делитель.


Резисторный делитель работает лучше, чем одиночный резистор. При той же пропускной способности он потребляет меньше по сравнению с другими уже проверенными решениями (кроме прямых подключений!).

Фактически полоса пропускания во всех решениях определяется постоянной времени R S C паразитной (учтите также, что BJT или диоды увеличивают C паразитно !!!).Сила тока (5–3,3 В) / R S . На резистивном делителе ток равен (5В-3,3В) / R 1 . Однако полоса пропускания делителя определяется постоянной времени (R 1 // R 2 C паразитный ). Другими словами, если R S = R 1 , полоса пропускания будет выше на делителе. И наоборот, если полоса пропускания такая же, ток будет меньше.

Паразитная емкость R 2 все еще влияет на полосу пропускания, но она намного меньше по сравнению с диодом или BJT.

Преимущества:

  • Лучшая пропускная способность по сравнению с другими системами (кроме прямого подключения) при том же потреблении (или меньшее потребление при той же пропускной способности).
  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Более низкая стоимость, чем у BJT, Schottky или стабилитрона.
  • Симметричное время нарастания / спада.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на вход (два резистора).
  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или плохая полоса пропускания (резистор большого номинала).
  • Перегрузка выхода (с маломощными резисторами)
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

Если вы можете жить с инвертированными сигналами, вы можете использовать BJT или MOSFET.


Рис. 10. BJT / MOSFET в качестве инвертора может использоваться как устройство сдвига уровня.


Полоса пропускания определяется главным образом подтягивающим резистором и паразитной емкостью (которая должна включать емкость BJT / MOSFET!).

Преимущества:

  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • Нет перегрузки на выходе.
  • На входной контакт не подается ток.

Недостатки:

  • Требуется два или три компонента на вход (BJT / MOSFET и один или два резистора).
  • Высокое энергопотребление (с подтягивающими резисторами низкого номинала)
  • Инвертированный выход!
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

Можно каскадировать два из предыдущих инверторов BJT / MOSFET-резисторов. Таким образом, выход не инвертируется.


Рис. 11. Вы можете каскадировать два инвертора, выполненных с помощью BJT или MOSFET, и получить переключатель уровня.


Преимущества:

  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • Нет перегрузки на выходе.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Логический уровень не инвертирован.

Недостатки:

  • Требуется много комплектующих!
  • Высокое энергопотребление (с подтягивающими резисторами низкого номинала)
  • 3.Вход 3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая входная утечка, например, CMOS).
  • Полоса пропускания меньше по сравнению с предыдущим случаем из-за каскадирования двух этапов.

РАБОТАЕТ ТОЛЬКО, если выход - открытый коллектор / сток


Рис. 12. Если выход представляет собой открытый сток / коллектор, можно использовать подтягивающий резистор.


Это очень похоже на «BJT / MOSFET как инвертор». Поскольку на выходе используется открытый сток, необходимо установить подтягивающий резистор.

Преимущества:

  • Требуется одиночный резистор.
  • На контакт не подается ток.
  • На линию 3,3 В не подается ток.

Недостатки:

  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или низкая пропускная способность (резисторы высокого номинала).
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

Вы можете подключить ИС с открытым стоком / коллекторным буфером / затвором, а также подтягивающий резистор, как показано ниже.Буфер / вентиль питается от 5 В, так что он принимает 5 В.


Рис. 13. Вы можете добавить затвор (например, 74HC09) или буфер (например, 74LS07) с питанием от 5 В с выходом с открытым стоком.


Преимущества:

  • На контакт не подается ток.
  • На линию 3,3 В не подается ток.

Недостатки:

  • Высокое энергопотребление (с резисторами низкого номинала) или низкая пропускная способность (резисторы высокого номинала).
  • Для этого решения требуется буфер и резистор.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

Вы можете подключить устойчивую к 5 В ИС с питанием от 3,3 В, такую ​​как SN74LV1T34.


Рис. 14. Можно добавить буфер, устойчивый к 5 В (питание 3,3 В).


Преимущества:

  • На контакт не подается ток.
  • На линию 3,3 В не подается ток.
  • Малая мощность.
  • Быстро.
  • Высокий запас шума.

Недостатки:

МОП-транзистор СЕРИИ

(общая конфигурация затвора)

Вместо использования полевого МОП-транзистора в общей конфигурации источника, мы можем использовать общую конфигурацию затвора.MOSFET будет фактически последовательно. МОП-транзистор должен быть МОП-транзистором с логическим уровнем 2,5 В, иначе он не будет работать.


Рис. 15. В качестве транслятора можно использовать полевые МОП-транзисторы серии.


Схема работает следующим образом.

Когда напряжение V IN составляет 5 В, полевой МОП-транзистор будет выключен, так как VGS = 0 В (связано с помощью R2). Когда V IN равно 0 В, выходное напряжение изначально будет равно 0,7 В из-за паразитного диода сток-тело полевого МОП-транзистора. Следовательно, VGS станет 3,3–0,7 В = 2,6 В.Поскольку это полевой МОП-транзистор с логическим уровнем 2,5 В, он включится, эффективно действуя как короткое замыкание. На выходе будет 0 В.

Как мы покажем в разделе «Сопряжение системы от 3,3 В до 5 В», эта схема работает также в двунаправленном режиме, то есть преобразует сигнал 3,3 В в сигнал 5 В!

Преимущества:

  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Неинвертированный выход.
  • Может быть двунаправленным.

Недостатки:

  • Требуется два компонента на каждый вход (полевой МОП-транзистор и один резистор).
  • Высокое энергопотребление (с подтягивающими резисторами низкого номинала)
  • Перегрузка выхода (с нагрузочными резисторами низкого номинала)
  • Емкость полевого МОП-транзистора все же необходимо учитывать.
  • Требуется полевой МОП-транзистор с логическим уровнем 2,5 В.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

СЕРИЯ BJT (общая базовая конфигурация)

BJT также можно использовать, однако эмиттер должен быть на стороне 5 В (вместо этого источник MOSFET был на стороне 3.Сторона 3В!).

Рис. 16. БЮТ можно использовать и как переводчик серий!

Он работает следующим образом: когда на входе 5 В, В BE = -1,7, поэтому BJT выключен. Сторона 3.3V подтянута. Когда V IN составляет 0 В, переход база-эмиттер будет поляризован в прямом направлении, и BJT включится, передавая логический уровень «0» на сторону 3,3 В.

Преимущества:

  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Неинвертированный выход.

Недостатки:

  • Требуется три компонента на вход (BJT и два резистора).
  • Высокое энергопотребление (с подтягивающими резисторами низкого номинала)
  • Перегрузка выхода (с нагрузочными резисторами низкого номинала)
  • Емкость BJT по-прежнему необходимо учитывать.
  • V CE, sat добавляется к выходу низкого значения.
  • Вход 3,3 В должен иметь высокий импеданс (небольшая утечка на входе, например CMOS).

ПЕРЕВОДЧИК УРОВНЕЙ

Для достижения максимальной скорости, наименьшего энергопотребления и лучшего уровня сигнала вы можете использовать ИС преобразователя уровня, например 74LVC8T245 (8 бит) или 74LVC1T45 (1 бит). Однако они стоят дорого, занимают место и требуют двух других развязывающих конденсаторов (не показаны на схемах).

Обычно трансляторы уровня имеют разное количество входов / выходов, они также могут быть двунаправленными (либо управляемыми направлением данных, либо автоматическими).


Фиг.17. Преобразователь уровня позволяет получить самый чистый сигнал с наилучшими характеристиками. Однако это добавляет места и стоимости.


Преимущества:

  • В линию питания 3,3 В не подается ток.
  • На входной контакт не подается ток.
  • Не инвертированный выход (Есть и инвертирующие трансляторы).
  • Нет перегрузки на выходе.
  • Очень высокая пропускная способность.
  • Хорошие уровни сигнала.
  • Выход трансивера также может быть загружен.
  • Незначительное статическое энергопотребление.

Недостатки:

  • Стоимость (преобразователи уровня намного дороже пары резисторов или полевого МОП-транзистора / диода).
  • Требуется место (особенно, если требуется мало входов).

ОПТОМАТИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ / ИЗОЛЯТОР

Этот метод особенно полезен и рекомендуется, когда вам нужно связать две отдельные системы или когда вам нужна электрическая изоляция между двумя частями одной и той же цепи / системы.Это также очень полезно при работе с напряжениями намного выше 5 В (например, 24 В).

Обратите внимание, что две системы могут иметь одно и то же заземление, но в этом случае вы потеряете электрическую изоляцию между ними.

Существует 4 варианта, в зависимости от инвертирующей или неинвертирующей конфигурации.

На схемах ниже показана стандартная оптопара с транзисторным выходом. Есть оптопары, которые уже обеспечивают цифровой сигнал, и с ними в некоторых случаях Rpu не требуется (проверьте, является ли выход открытым коллектором).

В последнее время стали доступны и другие типы изоляторов. Они основаны не на оптике, а на емкостных, гигантских магниторезистивных или магнитных связях. Обычно они быстрее, но намного дороже.

Во всех этих оптопарах / изоляторах с прямым цифровым выходом может использоваться только первая версия как инвертирующей, так и неинвертирующей конфигураций (то есть, когда оптопара подключается между входом системы 3,3 В и землей).


Фиг.18. Две неинвертирующие конфигурации с использованием оптопары. В случае цифрового выхода обычно возможен только первый выбор.

Рис. 19. Две инвертирующие конфигурации с использованием оптопары. В случае цифрового выхода обычно возможен только первый выбор.


Преимущества:

  • Электрическая изоляция между двумя системами. Это не только обеспечивает более высокие шумовые характеристики, но и повышает безопасность системы.
  • Позволяет преобразовать любой уровень напряжения в «любой» уровень напряжения.
  • Правильно подобрав заземление или источник питания (в зависимости от конфигурации), вы можете добиться других видов преобразования напряжения (например, преобразования -12 В… + 12 В в преобразование 0… 3,3 В).

Недостатки:

  • Требуется оптрон.
  • Стандартные оптопары обычно медленные. Для высоких скоростей передачи данных требуются специальные «высокоскоростные» оптопары.
  • Относительно высокое потребление тока из-за внутреннего светодиода.
  • Потребляемая мощность выше, если требуется широкая полоса пропускания, так как Rpu / Rpd должно быть довольно небольшим, если требуется небольшое время нарастания / спада.

Это лишь некоторые из множества возможностей.

Мы будем добавлять их, как только они придут нам в голову :).

Если вместо этого вам нужно связать выход 3,3 В со входом 5 В, щелкните здесь!

Как определить сетевое напряжение с помощью микроконтроллера? - Умные решения для дома

Самый простой способ обнаружить сетевое электричество с помощью микроконтроллера - использовать оптрон (оптоизолятор). Он позволяет передавать информацию между двумя гальванически развязанными цепями.На первичной стороне находится ВЫСОКОЕ напряжение: 120/230 переменного тока, а на вторичной стороне - НИЗКОЕ напряжение, например, 3,3 или 5 В. Подключите переменный ток к входу через резистор / с с общим значением прибл. 200 - 300 кОм и не менее 0,5 Вт. Для защиты светодиода оптопары хорошо поставить диод (как на схеме ниже). На выходе обычно есть коллектор и эмиттер (как в классическом биполярном транзисторе). К коллектору подключите VCC через резистор 4,7 - 10 кОм, а эмиттер напрямую к GND. Все! Вы можете безопасно обнаружить высокое напряжение переменного тока с помощью Arduino, ESP8266, ESP32 или любого другого микроконтроллера.

Следующая схема иллюстрирует то, что я написал выше. Это действительно настолько просто!

Для тех, кому этого короткого ответа недостаточно, давайте погрузимся глубже!

Осторожно!

Электроэнергия опасна для здоровья и жизни! Всякий раз, когда вы что-то с ним делаете, отключайте питание. И прежде чем снова подключиться к сети, трижды убедитесь, что вы, ваше оборудование и все вокруг в безопасности.

Давайте следовать схеме шаг за шагом

Входная цепь

Напряжение сети (120/230 В переменного тока) на осциллографе выглядит следующим образом:

Я живу в Европе.Здесь напряжение 230 АС / 50 Гц. В США, например, напряжение составляет 120 переменного тока / 60 Гц. Но в остальном график был бы таким же.

Чтобы безопасно подключить такое высокое напряжение к оптрону, необходимо ограничить ток. Поэтому на схеме есть резистор 300 кОм. Если вы живете в США, вы можете использовать более низкое сопротивление, например 200 кОм.

Важно!

Поскольку напряжение высокое, необходимо учитывать максимальную мощность, излучаемую резистором.Вы можете рассчитать это, используя следующее уравнение:

В моем случае это 0,35 Вт. Хорошо иметь некоторый буфер безопасности. Вот почему в первом абзаце я написал 0,5 Вт. Но все же имейте в виду, что этот резистор будет теплым. Не закрывайте его маленьким герметичным корпусом, обеспечьте приток воздуха.

Хорошая идея, которую я вам настоятельно рекомендую, - это использовать два или даже три резистора последовательно. Таким образом, мощность распределяется на несколько компонентов вместо одного. Во-вторых, что еще более важно, это максимальное напряжение, которое может выдержать резистор.Для небольших случаев будет легко превышено.

Обновленная схема выглядит так:

Выходная цепь

Вторичная сторона оптопары гальванически отделена от электросети. Туда же можно смело подключать GPIO микроконтроллера.

Вы должны знать, что на выходе нет «хорошего» постоянного напряжения. Вместо этого есть прямоугольная волна.

На графике выше я показал момент включения питания.Желтая диаграмма - это вход для оптопары, а синяя - его выход . Как видите, когда входное напряжение равно нулю, выходное напряжение высокое. В этом случае 5В.

Когда начинает течь переменный ток, напряжение меняется от +325 до -325 В (в моем случае). Если напряжение превышает примерно +1,3 В (прямое напряжение светодиода в оптопаре), он загорается. Вы можете относиться к этому так, как если бы вы начинали подавать напряжение на базу транзистора NPN. Когда используется достаточное напряжение, это действует как короткое замыкание.Выход падает до уровня GND. Точно так же, когда на базу не подается напряжение, транзистор работает в области отсечки и действует как разомкнутая цепь. Выход подтянут к VCC.

Какие плюсы и минусы такого вывода?

Это зависит от того, как вы на это смотрите и как хотите использовать. Если вы планируете просто проверить, течет ли ток, вы не можете просто время от времени проверять состояние контакта. Существует высокая вероятность того, что вы попадете в «промежуточное звено», как если бы в сети не было электричества.Конечно, есть множество способов решить эту проблему в программном обеспечении. Ниже я представлю одно решение. Я использовал его в одном из своих предыдущих проектов, и он очень хорошо работает.

С другой стороны, этот вид вывода имеет значительное преимущество, если вы заботитесь о «нулевом перекрестном обнаружении». Я объясню это более подробно в другом посте. Здесь я сделаю небольшое введение.

Обнаружение нулевого пересечения

Обнаружение пересечения нуля (ZCD) - распространенный метод измерения частоты.Например, вы можете использовать его вместо кварцевого генератора для измерения времени. В конечном итоге частота очень стабильная. Как видно выше, частота составляет ровно 50 Гц.

Еще одна важная причина для его использования - ЭМС (электромагнитная совместимость). Это очень важно, если вы хотите довольно часто включать / выключать высокую нагрузку, например, электрический обогреватель. Дополнительную информацию о EMC можно найти в Википедии.

Мне нужен стабильный и плавный выход постоянного тока!

Если вас не интересует обнаружение нулевого перекрестного соединения и вы хотите в любое время проверить статус GPIO и убедиться, присутствует ли электричество в сети, - следующее обновление схемы для вас.

Как всегда, в инженерном мире для каждой проблемы есть несколько решений. Я познакомлю вас с одним из самых простых. Я разделил эту нить на два этапа: сначала отрежем отрицательную часть входного напряжения, а потом сгладим.

Шаг первый: отсечение отрицательной части синусоиды

Точнее, отрицательную часть не будем вырезать полностью. Превратим его в положительный. Основным недостатком первой схемы является то, что мы используем только половину синусоидального сигнала - только положительную половину.Когда напряжение ниже нуля, светодиод оптопары не загорается. К счастью, есть простые способы исправить это.

Добавим в схему четыре диода (так называемый мост Гретца). Это двухполупериодный выпрямитель.

В этом случае у нас больше нет отрицательного напряжения, т.е. защитный диод (как в первом примере) больше не нужен.

С помощью этого небольшого обновления мы изменили это:

в это:

Альтернативным решением является использование двунаправленной оптопары.Он имеет два светодиода, ведущих в противоположных направлениях. Благодаря этому эффект на вторичной стороне будет очень похож на использование выпрямителя.

На этот раз выходной сигнал выглядит так:

Шаг второй: сглаживание вывода

Давайте сделаем график более плавным. Для этого мы добавим конденсатор между эмиттером и землей. Его мощность не критична. В большинстве случаев правильными будут значения от 2 до 10 мкФ.

Ниже представлены окончательные версии схем.Оба дадут вам практически одинаковый результат, поэтому выберите, какой из них вам больше нравится.

На осциллографе выходной сигнал не выглядит идеально ровным, но колебания составляют менее 500 мВ. Для каждого микроконтроллера напряжение будет достаточно сглаженным.

Программное обеспечение

В простейшем варианте схемы (тот, который я показал в самом начале) периодически проверять статус GPIO - плохая идея. Есть большая вероятность, что вы его проверите, когда статус показывает: «нет напряжения».Поэтому лучшим решением будет использование внешних прерываний. В настоящее время это могут делать все микроконтроллеры. Я не хотел бы вдаваться в подробности реализации, потому что это зависит от используемого вами uC. Вы должны заглянуть в таблицу, чтобы убедиться, что все будет объяснено.

В той версии, в которой мы использовали выпрямитель, все намного проще. Вы можете проверить статус контакта в любое время и узнать, присутствует ли VAC или нет.

Сводка

Из этой статьи вы узнали, как безопасно обнаружить электричество в сети, используя простую схему.Как видите, вам не нужны сложные и дорогие микросхемы или интегральные схемы, чтобы понять, какая вам нужна степень доктора философии. в электронике 🙂 Самая обычная оптопара, несколько резисторов, диод и конденсатор делают свое дело.

Я представил вам только один возможный путь. Как всегда, есть много других вариантов решения этой проблемы. Они лучше, хуже, проще и сложнее, но я сосредоточился на том, который я использую, и с чистой совестью могу порекомендовать его вам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *