Sensor Infrarrojo con detector de tonos

“Cosas de Mecatrónica, pequeños proyectos para mentes brillantes”

Agradecimiento especial al Profesor Freddy Arias y al Profesor Ibraim Yesid Hernández por su valiosa colaboración, explicaciones y compromiso.

Un poco de la historia de este proyecto se enfocaba a mejorar el sensor infrarrojo, en un principio se intento realizar con un microcontrolador PIC (16F628A, 16F818), enviando tramas de pulsos a distinta frecuencia con el ánimo de codificar la información, luego por parte de los Profesores se sugirió el uso del LM567 y aquí va el artículo.

Para todos aquellos que han construido el  sensor infrarrojo y han ideado algunas aplicaciones (control motores, alarmas, luces etc.), integrando a sistemas como el carro seguidor de le línea que en la actualidad es muy polular. El sensor infrarrojo presenta un inconveniente debido a su constitución no contiene una etapa de modulación del pulso, en otras palabras no tiene una frecuencia establecida, (entendemos en este caso que la frecuencia es el número de veces que el LED Infrarrojo  prende y apaga por segundo) lo cual quiere decir que el LED infrarrojo siempre se mantiene encendido, ocasionando que la resistencia se caliente bastante, por eso si le apuntamos a nuestro  sensor infrarrojo con un emisor de infrarrojos como el control del televisor vamos a recibir pulsos en LED receptor  generando interferencia, algo grave en un sistema.

El sensor con detector de tonos se construirá de forma auto réflex, no quiere decir que no funcione en barrera y réflex, para más detalle de las diferencias formas de censado ver   sensor infrarrojo

El corazón de nuestro circuito será el LM567 veamos las cuatro etapas que hacen al sensor inmune a interferencias:

¿Qué función cumple el LM567?

El circuito integrado LM567 es conocido como un detector de tonos, la forma más sencilla de de entenderlo es generar una frecuencia central, mediante un condensador se ajusta el ancho de banda, luego se compara la frecuencia central con el rango del ancho de banda recibido y así se genera una señal de salida 1 ó 0.

Por ejemplo (para entender un poco mejor el ancho de banda):

Frecuencia Central: 100Hz

Ancho de banda: 96Hz a 104Hz

MODULACIÓN

Mediante los pines 5 y 6 del circuito LM567 se puede establecer la frecuencia central a generar, con la resistencia (R1) y el condensador (C1) y aplicando la siguiente formula se obtiene:

El LM567 trabaja con VCO (oscilador controlado por voltaje), así que con diversidad de R1 y C1 se puede obtener gran variedad de frecuencias. Forma adecuada de conectar tanto R1 como C1:

EMISIÓN

Junto con la R1 y el C1 se obtiene una determinada frecuencia que se aplica a la R2 utilizada por recomendación del fabricante para la base de transistor, una R3 limita la corriente de entrada al D1 IR (infrarrojo) y esté conectado al colector listo para trabajar al ser saturado según la frecuencia central establecida.

Es importante recordar que entre menor sea la R3 mayor corriente recibirá el D1 IR logrando una mayor distancia; a altas frecuencias puede ser que este tipo de transistor no funcione adecuadamente debido a la frecuencia de saturación.

RECEPCIÓN

La R4 se coloca para limitar la corriente de entrada, el D2 que es el receptor de la señal infrarroja se coloca inverso, la R5 se coloca a la base del Q1, donde se recibe la frecuencia emitida, la etapa compuesta por la R6 y Q2 sirve como inversor, la señal del colector va al C2 y luego al pin3 donde se recibe la señal.

COMPARACIÓN

La entrada de la frecuencia se da por el pin 3, esta es la frecuencia central, al momento de ser comparada se tiene en cuenta al C3 que determina el ancho de banda, si la frecuencia central coincide dentro del rango del ancho de banda el comparador entrega una señal de 0V, de no ser así entrega 5V, es por esto que se utiliza un transistor PNP, en su colector lleva un LED D3 indicador del estado del sensor con su respectiva R9.

El sensor enciende el LED D3 cuando no censa debido a que el pin 8 tiene 5V, además la R7 está conectada directamente y excita la base del transistor Q3, en el momento que el LED D3 se apaga el pin 8 se pone a 0V y todo el voltaje de R7 se va por este, ya que la corriente tiende a fluir por el camino que oponga menor resistencia, logrando que la base del transistor no se sature.

El siguiente es el circuito completo con sus componentes y se le han realizado distintas pruebas con el control remoto de un televisor y se no se ha observado interferencia; se le ha configurdo para:

Frecuecia central: 12.521Hz aplicando la fórmula

14.000Hz prueba osciloscopio

Ancho de banda : 2000Hz

Distancia Autoréflex: 7cm

Voltaje: 5V

La apariencia del diseño del circuito impreso

Tamaño en la apariencia 3D, 3cm x 3cm

Diseño electónico : KiCAD

En pocos días espere toda la documentación de este artículo, listo para descargar.

El sensor ha funcionado adecuadamente en las pruebas; Cosas de Mecatrónica es una comunidad, es importante que nos cuenten cuales han sido sus resultados con la implementación de este proyecto, que se le puede mejorar, que le hace falta al artículo, recibimos ideas constructivas que enriquezcan a toda la comunidad.

Bibliografía

http://www.pablin.com.ar/electron/circuito/varios/proximid/index.htm