optyczny czujnik odbiciowy w całej okazałości 😉

Bardzo ciekawy element z możliwością różnych zastosowań, mnie dał podwaliny do odmiennego spojrzenia na tact switch – przycisk. 😀 Ale to nie było pierwotne zastosowanie jakie dla niego wymyśliłem. Właściwie to nie było tak, najpierw był problem do rozgryzienia, a potem znalazł się ten element jako godny detektor. Już opowiem co sobie kiedyś wymyśliłem ….

Swego czasu zacząłem obmyślać jak zmierzyć przepływ wody w domowej instalacji wodociągowej, celem analizy. A właściwie jak ten przepływ sprowadzić do wartości elektrycznych, które by można było analizować czy obserwować układem z µC.
Zacząłem więc przyglądać się budowie domowego wodomierza i poszukiwać informacji związanych z podobnymi pomiarami.

Wtedy to powstał następujący teks na moim kanale YT:

Życie zmusiło mnie do monitorowania, a właściwie wymyślenia urządzenia zwracającego uwagę, przy nadmiernym zużyciu wody bieżącej.
Najwięcej trudności stworzyło mi wymyślenie dobrego patentu na przetworzenie wartości fizycznej, (jakim jest przepływ wody) na elektryczną, którą mogę w sposób dowolny obrabiać za pośrednictwem dowolnego mikrokontrolera.
Na forum elektroda odnalazłem projekt czujnika indukcyjnego wykorzystującego efekt magnetyczny, zamontowanego wewnątrz wodomierza sprzęgła. Szybko okazało się, że owe zastosowanie nie zdaje rezultatu ponieważ wodomierz ma ekran przeciwdziałający zewnętrznemu polu magnetycznemu wpływającemu na jakość bądź próby fałszowania dokonywanych pomiarów. Tym samym nie mogę „odczytywać” wewnętrznych „impulsów” magnetycznych.
W końcu, poszukując kiedyś informacji o moim liczniku – wodomierzu, natrafiłem na zaawansowane rozwiązanie komercyjne.Naprowadziło mnie ono na prosty do zrealizowania pomysł. Patent firmowy wykorzystując tarczkę zegarową licznika, ze specjalnie skonstruowaną w tym celu wskazówką wyposażoną w metalowy element.
W tym rozwiązaniu pozycja tego metalowego elementu jest monitorowana przez trzy podzespoły indukcyjne. Na tej podstawie można określić różne fizyczne wielkości łącznie z kierunkiem obrotu wskazówki. Ponieważ tak dużo danych nie jest mi niezbędnych, sprawę uprościłem do jednego elementu czujnika. Wybrałem miniaturowy, optyczny czujnik odbiciowy firmy Kingbright o oznaczeniu kodowym KTIR0711S.
Przeprowadziłem proste doświadczenie, które zdało egzamin i mogę przystąpić do budowy całego „systemu” monitorowania. Celem jest zbudowanie układu, który będzie upominał domowników przy wykryciu znaczącego przepływu, zużycia wody. Zastosowań może być wiele np ostrzeganie przed zalaniem itp
Co najważniejsze nie ma ingerencji w typowy układ pomiarowy zużycia wody.

Poniżej film z moim doświadczeniem:

Za bardzo nie ma się co rozwodzić teraz nad tym zastosowaniem, istotne jest to, że blaszka w części zegarowej licznika ma właściwości odbijające światło i wymyślone przeze mnie rozwiązanie ma rację bytu. Niemniej warto zastosować dwa elementy czujnikowe, na przeciwległych brzegach, dla lepszej analizy w przypadku słabego strumienia wody. A to ponieważ wskaźnik zegarowy będzie się wtedy bardzo powoli poruszać.  Licznik jest na tyle dokładny, iż można odmierzać dziesiąte części litra lub nawet dwudzieste – czyli podziałka co 50ml. Może dodam jeszcze jedną fotkę aby lepiej było widać o czym piszę.

wyraźnie widać liczydło, oraz tarczkę małego wskaźnika zegarowego

Rozwiązaniem które skłoniło mnie do opisania jako ciekawe jest zastosowanie sensora KTIR0711S w zastępstwie zwykłego switch-a, czy tam mikro switch-a, Jeżeli sensor umieścimy pod cienkim szkłem lub pleksi zyskujemy przełącznik odporny na zalanie i pyły oraz inne zabrudzenia. W specyfikacji elementu możemy (załączona na końcu mojego artykułu) pooglądać jaki wpływ ma odległość odbicia i grubość przesłony ze szkła na działanie fototranzystora, no może trochu przesadziłem ale tylko trochę 😆  Generalnie jest tam zamieszczony opis jak badano parametry elektryczne. Czujnik dobrze sprawuje się na odległości 2 – 3mm. Najlepiej jeśli przesłoną ekranującą światło jest coś białego. Kiepsko reaguje na palucha. Odbiciówkę testowałem budując następujący układ:

tu akurat dwa sensory które pracują jako „przyciski” w układzie sterownika który opracowałem

Powstało takie małe PCB (obrazek w dwukrotnym powiększeniu):

płytka drukowana dla sensorów, którą zbudowałem

Przy zastosowaniu oporników, do LED pracujących w podczerwieni, (długość fali świetlnej 940nm) o wartości 220Ω i napięciu zasilania 5V DC, oba sensory w trybie „czuwania” pobierają prąd 33mA. Typowy prąd LED wynosi według noty 20mA. Tak jak wspomniałem wcześniej w takiej konfiguracji palec nie jest najlepszym wyzwalaczem, ja stosuję róg kartki lub karty. Ktoś powie no dobra to po co mi taki przełącznik skoro nie działa … dla mnie to dodatkowe zabezpieczenie w wypadku złapania obudowy itp. Podczas zadziałania fototranzystora jeden sensor pobiera dodatkowo około 6mA. Fototranzystory najlepszą czułość mają przy długości fali świetlnej 900-950nm. Można je wysterować również „obcym” źródłem światła. Ponieważ rezystory, które zastosowałem są maciupkie, rozmiar SMD 0805,  a PCB ma grubość zaledwie 0,3mm i słabo rozprasza ciepło, można wyczuć lekkie nagrzewanie się. Po kilku minutach pracy ich temperatura wzrasta o około 4 do 6°C. Ponieważ trochę poznęcałem się nas tymi optycznymi czujnikami odbiciowymi, mogę powiedzieć, że po zmianie rezystancji opornika ograniczającego prąd wbudowanej diody można uzyskać lepsze wyniki w funkcjonowaniu sensora. Dla przykładu po zmianie rezystancji na 100Ω sensory znakomicie działały na palucha  😛 i nawet z dalszej odległości niż wcześniej wspominałem, bo nawet z około 1cm. Ale na tych mini opornikach wydzielało się dużo ciepła, a również same obiciówki zaczęły się nagrzewać ….

Tak że sensory KTIR0711S dla mnie są ciekawą alternatywą dla przełączników mechanicznych, szczególnie tam gdzie występuje wilgoć i trzeba zapewnić obudowie hermetyczność. Ja akurat budowałem wtedy sterownik do wytrawiarki i zależy mi aby przez zachlapanie/zalanie nie zniszczyć efektów mojej pracy.

Na koniec załączę jeszcze ciekawą fotkę gdzie widać niewidzialne ;-D

Widok zmontowanego modułu z pracującymi sensorami, oraz tego co niewidzialne ;-D

Czujniki te bardzo chętnie stosują też konstruktorzy różnych robotów podążających za linią.

nota katalogowa KTIR0711S.pdf (4326 pobrań )
Eagle libs KTIR0711S.lbr.zip (40 pobrań )

widok co zawiera moja biblioteka

W przystępnej cenie sensory te kupiłem w tym sklepie.