Infrarot-Lichtschranke im Eigenbau

[BLucky77]

Hallo liebe Gemeinde!

Für ein Schulprojekt möchte mein Sohn eine IR-Lichtschranke basteln. Ich verstehe zwar selber von Elektronik nicht viel, stehe ihm aber begleitend zu Seite; wir sind also beides echte Anfänger.
Sozusagen ein Vater-Sohn-Projekt!
Wir haben uns nun mit den Grundlagen des Lötens, der Elelektrik und der Bedienung unseres Multimeters vertraut gemacht. Testweise haben wir z.B. eine LED zum Leuchten gebracht (mit Poti als regelbarem Vorwiederstand).

Beim Test der Infrarotlichtschranke sind wir nun aber offensichtlich an unsere Grenzen gestoßen und bräuchten eure Hilfe!

Folgendermaßen ist die Schaltung strukturiert bzw. aufgebaut:

1. Der Senderschaltkreis: Über ein Steckernetzteil (auf 3V eingestellt) und einen Poti als Vorwiderstand betreiben wir den IR-Sender.

2. Der Empfängerschaltkreis: Ebenfalls über ein separates Steckernetzteil (auf 3V eingestellt) und einen Poti als Vorwiderstand (gleiches Bauteil wie oben) versorgen wir einen IR-Empfänger. Der Empfänger hat drei Pins: OUT, Ground und Vs. Vs haben wir mit dem Minuspol verbunden, Ground mit dem Pluspol - und nun hätten wir erwartet, dass wir bei einfallendem IR-Licht unseres Senders am OUT-Pin eine Veränderung der anliegenden Spannung und/oder Stromstärke messen können. Leider ist das nicht der Fall. Soweit wir mittels Spannungs-Messung sagen können, ist die Sende-Diode nicht durchgebrannt, bei niedrigerem Widerstand (per Poti eingestellt) steigt die Spannung zwischen den beiden Pins der Diode. Wäre sie durchgebrannt, dürfte eigentlich ja gar kein Strom mehr fließen.

Könnt ihr uns hier auf die Sprünge helfen? Sind IR-Sender und Empfänger möglicherweise nicht kompatibel? Haben wir die Pins des Empfängers falsch verbunden? Haben wir noch Angaben vergessen, die für eine Beantwortung notwendig sind?

Wir wären euch wirklich super dankbar, wenn ihr uns hier auf die Sprünge helfen könntet!

[Hotliner1]

Hallo!

Lange Rede kurzer Sinn, die meisten IR-Bausätze funzen meistens erst ab rd. 9-12VDC.
Was ihr bis dato richtig o. falsch gemacht habt, weiss ich zumindest nicht wirklich.

Tipp von mir, in der Bucht gibt es günstige Löt-Bausätze zum Üben, u.a. Kemo B062, zum moderaten Preis.

LG.

[anders]

Lange Rede kurzer Sinn, die meisten IR-Bausätze funzen meistens erst ab rd. 9-12VDC.

Ein schlechter Rat, wenn im Datenblatt steht, dass der Empfänger keinesfalls mehr als 6V bekommen darf und zwischen 2,5V vund 5,5V funktioniert.

Vs haben wir mit dem Minuspol verbunden, Ground mit dem Pluspol

Also genau verkehrt.
Dann hat der Empfänger wahrscheinlich schon das Zeitliche gesegnet.

Wozu schreiben die Hersteller Datenblätter, wenn sie keiner liest?
https://asset.conrad.com/media10/add/16 ... 950-nm.pdf

Fall ihr vorhabt noch mehr davon zu meucheln, hier gibt es welche deutlich günstiger:
https://www.pollin.de/search?query=ir-empf%C3%A4nger

Wichtig ist, dass der Sender das IR-Licht mit einer zum Empfänger passenden Frequenz moduliert. Oft sind das 38kHz, aber auch andere Frequenzen zwischen etwa 24kHz und 56kHz sind gebräuchlich.
Auf den falschen Frequenzen ist solch ein Empfänger absichtlich sehr unempfindlich um Störungen durch fremde Signale zu vermeiden.

Die Einstellung der richtigen Sendefrequenz kann für einen Anfänger schwierig sein, wenn er nicht gerade über ein Multimeter mit Frequenzmessbereich verfügt.
Notfalls geht es aber auch mit einem Radio, das einen LW oder MW-Bereich besitzt.
Viele IR-Empfänger schalten ihren Ausgang auch wieder ab, wenn sie ein konstantes Signal bekommen. Im Normalfall wird die (38kHz) Trägerfrequenz ja auch im Rhythmus der übertragenen Daten unterbrochen.

P.S.:

Haben wir noch Angaben vergessen, die für eine Beantwortung notwendig sind?

Ja: Womit moduliert ihr das IR-Licht?
Konstantes Licht reicht wie gesagt nicht, denn man will meist ja nicht wissen ob die Sonne scheint.
Um solches Gleichlicht zu unterdrücken, schaltet man die LED sehr schnell, -eben mit besagten 38kHz-, ein und aus.
Gleichlicht und falsche Frequenzen werden in dem IR-Empfänger unterdrückt.


P.P.S.:
Wenn euch die Erzeugung von moduliertem IR-Licht überfordert, dann nehmt als Empfänger für die Lichtschranke besser nur einen Fototransistor, statt einem komplizierten Empfänger IC.
Z.B.:
https://www.pollin.de/search?query=fototransistor
Dann reicht es das Teil mit der IR-LED anzuleuchten.
Nachteil ist eine sehr viel geringere Empfindlichkeit bzw. Reichweite und die Empfindlichkeit gegen Fremdlicht.
Die "schwarz" eingefärbten Typen haben eine reduzierte Empfindlichkeit für Umgebungslicht (Im IR ist der Farbstoff lichtdurchlässig), aber Tageslicht und das Licht von Glühlampen haben auch einen hohen Anteil an IR.
Bei einer Lichtschranke kann man die Empfindlichkeit für Fremdlicht reduzieren wenn man den Empfänger (beim Sender bringt es nichts) am Ende eines lichtundurchlässigen Röhrchens, z.B. aus Pappe, einbaut, so dass er nur doch die Sende LED sieht.



t

[Kleinspannung]

Vs haben wir mit dem Minuspol verbunden, Ground mit dem Pluspol -

Und wenn du jetzt noch verrätst,wie man auf diese selten dämliche Idee kommen kann...
Das "Ground" nichts mit Plus zu tun haben kann,dürfte sich eigentlich schon fast bis in die Grundschule herumgesprochen haben.

[BLucky77]

Hallo!

Lange Rede kurzer Sinn, die meisten IR-Bausätze funzen meistens erst ab rd. 9-12VDC.
Was ihr bis dato richtig o. falsch gemacht habt, weiss ich zumindest nicht wirklich.

Tipp von mir, in der Bucht gibt es günstige Löt-Bausätze zum Üben, u.a. Kemo B062, zum moderaten Preis.

LG.

Grundsätzlich Danke für deine Antwort, aber laut Datenblatt sind "9-12V" definitiv zu viel.

Vs haben wir mit dem Minuspol verbunden, Ground mit dem Pluspol

Also genau verkehrt.
Dann hat der Empfänger wahrscheinlich schon das Zeitliche gesegnet.

Wozu schreiben die Hersteller Datenblätter, wenn sie keiner liest?
https://asset.conrad.com/media10/add/16 ... 950-nm.pdf

Danke für die Verlinkung des Datenblattes - das haben wir natürlich schon gelesen. Allerdings fehlt uns an vielen Stellen schlicht die Vertrautheit mit dem Thema Elektronik, um alles zu verstehen. Ist quasi unser erstes Projekt!
Dann werden wir die Pole wohl neu und diesmal korrekt mit + bzw. - verlöten müssen. Glücklicherweise haben wir unsere Kompetenz korrekt eingeschätzt und das eine oder andere Bauteil auf Reserve gekauft.

Fall ihr vorhabt noch mehr davon zu meucheln, hier gibt es welche deutlich günstiger:
https://www.pollin.de/search?query=ir-empf%C3%A4nger

Auch für diesen Tipp vielen Dank!

Wichtig ist, dass der Sender das IR-Licht mit einer zum Empfänger passenden Frequenz moduliert. Oft sind das 38kHz, aber auch andere Frequenzen zwischen etwa 24kHz und 56kHz sind gebräuchlich.
Auf den falschen Frequenzen ist solch ein Empfänger absichtlich sehr unempfindlich um Störungen durch fremde Signale zu vermeiden.

Die Einstellung der richtigen Sendefrequenz kann für einen Anfänger schwierig sein, wenn er nicht gerade über ein Multimeter mit Frequenzmessbereich verfügt.
Notfalls geht es aber auch mit einem Radio, das einen LW oder MW-Bereich besitzt.
Viele IR-Empfänger schalten ihren Ausgang auch wieder ab, wenn sie ein konstantes Signal bekommen. Im Normalfall wird die (38kHz) Trägerfrequenz ja auch im Rhythmus der übertragenen Daten unterbrochen.

P.S.:

Haben wir noch Angaben vergessen, die für eine Beantwortung notwendig sind?

Ja: Womit moduliert ihr das IR-Licht?
Konstantes Licht reicht wie gesagt nicht, denn man will meist ja nicht wissen ob die Sonne scheint.
Um solches Gleichlicht zu unterdrücken, schaltet man die LED sehr schnell, -eben mit besagten 38kHz-, ein und aus.
Gleichlicht und falsche Frequenzen werden in dem IR-Empfänger unterdrückt.

Ahhh! Also, wir modulieren das Licht gar nicht, wir waren davon ausgegangen, dass der Empfänger auch Dauerbestrahlung anzeigt (also tatsächlich "ob die Sonne scheint" ).

P.P.S.:
Wenn euch die Erzeugung von moduliertem IR-Licht überfordert, dann nehmt als Empfänger für die Lichtschranke besser nur einen Fototransistor, statt einem komplizierten Empfänger IC.
Z.B.:
https://www.pollin.de/search?query=fototransistor
Dann reicht es das Teil mit der IR-LED anzuleuchten.
Nachteil ist eine sehr viel geringere Empfindlichkeit bzw. Reichweite und die Empfindlichkeit gegen Fremdlicht.
Die "schwarz" eingefärbten Typen haben eine reduzierte Empfindlichkeit für Umgebungslicht (Im IR ist der Farbstoff lichtdurchlässig), aber Tageslicht und das Licht von Glühlampen haben auch einen hohen Anteil an IR.
Bei einer Lichtschranke kann man die Empfindlichkeit für Fremdlicht reduzieren wenn man den Empfänger (beim Sender bringt es nichts) am Ende eines lichtundurchlässigen Röhrchens, z.B. aus Pappe, einbaut, so dass er nur doch die Sende LED sieht.

t

Vielen Dank für den Tipp! Wie hoch ist denn im praktischen Betrieb die Anfälligkeit eines solchen Fototransistors gegen Tageslicht? Funzt die Lichtschranke dann im Prinzip nur im Dunkeln?

[anders]

Wie hoch ist denn im praktischen Betrieb die Anfälligkeit eines solchen Fototransistors gegen Tageslicht? Funzt die Lichtschranke dann im Prinzip nur im Dunkeln?

Das funktioniert schon auch bei Tageslicht über einen halben Meter oder so, aber letztlich kommt es darauf an, wieviel stärker das Nutzlicht als das Störlicht am Empfänger ankommt.
Mit optischen Bauteilen wie Pappröllchen oder Linsenoptiken, kann man da sehr viel erreichen.
Manchmal nimmt man sogar Laser als Lichtquelle.
Ein roter Laserpointer ist auch gut geeignet, und erleichtert die Justage der Lichtschranke, aber natürlich darf der Fototransistor dann keinen Filter für sichtbares Licht haben.

Viele Wege führen eben nach Rom, und generell ist so etwas schneller ausprobiert als berechnet.

Die LED, die du gekauft hast, bündeln das Licht mit einem Öffnungswinkel von nur 5° ja schon recht ordentlich.
Enstprechend gibt es auch Fototransistoren, die aufgrund ihrer Gehäuseform einen Tunnelblick haben, oder mehr in die Breite schauen.
Dementsprechend solltest du deine LED mit möglichst hohem Strom, vllt 80mA, betreiben, aber keinesfalls die höchstzulässigen 100mA überschreiten.
Miss den Strom durch die LED, nicht die Spannung!!!
Der benötigte Vorwiderstand wird ziemlich niederohmig sein *), und dann ist es oft ökonomischer einen robusten Transistor zu verwenden, der es wegen seiner Stromverstärkung erlaubt auch Potis mit gebräuchlichen Widerstandswerten zu verwenden.
Oder man verwendet gleich einen Festwiderstand, dessen ungefähren Wert man vorher ausgerechnet hat.
Mittels des Ohmschen Gesetzes kann man über den Spannungsabfall an diesem Widerstand dann auch den aktuell fliessenden LED Strom messen ohne den Stromkreis aufzutrennen (,und sich dadurch systematische Fehler einzuhandeln).

Der Strom, der durch den Fototransistor fliesst, ist stark beleuchtungsabhängig, aber nur wenig abhängig von der Betriebsspannung. Ströme von weniger als 1µA bis etwa 100mA sind durchaus möglich.
Wenn der Fotostrom für einen bestimmten Zweck zu gering ist, nimmt man eben noch ein oder zwei "gewöhnliche" Transistoren um ihn entsprechend zu verstärken.

*) P.S.: Dein logarithmisches 10k Poti ist ziemlich schlecht geeignet, weil viel zu hochohmig.
Damit kannst du nur Ströme von wenigen mA vernünftig einstellen.
Wenn du es weit ans Ende drehst, dann besteht die Gefahr dass der Schleifer an den Endkontakt stösst und der Widerstand plötzlich auf 0 sinkt. Das kann den Tod deiner LED bedeuten.
Da du einen logarithmischen Typ gewählt hast, dann schließe es wenigstens so an, dass der Arbeitsbereich im niederohmigen Teil der Widerstandsschicht liegt.
Also an "Anfang" und "Schleifer" anschliessen.
Dann funktioniert es zwar verkehrt herum, Drehung nach links bewirkt Stromerhöhung, aber du kannst den Strom feinfühliger einstellen, als wenn du "S" und "E" anschliesst.

[BLucky77]

Ok, danke, das klingt soweit ja gut. Ich wundere mich nur noch ein bisschen über den Rat, für einen IR-Emitter einen Fototransistor zu nutzen. Reagieren die denn überhaupt auf Licht im IR-Bereich?

[anders]

Ich wundere mich nur noch ein bisschen über den Rat, für einen IR-Emitter einen Fototransistor zu nutzen

Ich habe nicht empfohlen den Transistor leuchten zu lassen.
Das geht zwar auch, aber es schadet ihm doch sehr.

Reagieren die denn überhaupt auf Licht im IR-Bereich?

Besser sogar als auf sichtbares Licht.
Das ist einer der Gründe, weshalb man gerne IR verwendet.
Die spektrale Grenze liegt in der Gegend von 1100nm.
Dort ungefähr haben auch Halogenglühlampen ihr Intensitätsmaximum, und es gibt schon sehr lange LED, die in der Gegend um 900nm effizient und zuverlässig arbeiten.

Für IR-Sensoren, die auf längerwelligeres IR als etwa 1100nm reagieren sollen, muss man andere Halbleiter als Silizium nehmen. Germanium z.B. geht bis etwa 1700nm.
Für noch längere Wellen muss man Verbindungshalbleiter nehmen, wie z.B Bleisulfid. https://de.wikipedia.org/wiki/Photodiode

Im Übrigen ist ja in dem IR-Fernsteuerungsempfänger auch nur eine Silizium-Fotodiode drin, nebst einiger, auf dem gleichen Kristall angesiedelter, Transistorschaltungen.

[Hotliner1]

Hallo@anders!

Wenn ich die Ouvertüre des TE lese, empfehle ich zumindest normal bereits einen Bausatz zum Üben, bzw.
sind solche Teile mit 9-12V nicht ganz so sensibel wie die mit 3V.
Übung macht den Meister u. eine Anleitung in Deutscher Sprache!

Und warum lesen manche die Anleitung nicht, weil die dann bereits meistens mit Englisch überfordert sind.

Mein Wort zum Sonntag u. zu Quereinsteigern!

LG.

[Knorrli]

Grundsätzlich liessen sich die benötigten 38 kHz auch immer noch relativ "Anfänger-sicher" erzeugen:

Mit einem CLK-Generator wie dem LTC6906HS6#TRMPBF (zum Basteln auf ein Adapterboard wie das hier auflöten) und einem Widerstand von 261 kΩ bekämt ihr das sicher auch hin, glaube ich. Damit der IR-Emitter mit dem Signal betrieben werden kann, müsste dann einfach noch ein Impedanzwandler (z. B. mit einem TLV4110IP) zwischen den CLK-Generator und den IR-Emitter.

Ansonsten geht es, wie bereits gesagt wurde, ganz einfach mit einem Phototransistor anstelle des IR-Empfängers, wie z. B. der hier: WP7113P3BT
Da fallen dann typischerweise 0,7 V am Transistor ab, wenn er beleuchtet wird. Mit euren 3 V müsstet ihr dann also z. B. einen Widerstand von 100 Ω in Serie schalten, um den Strom auf 23 mA zu begrenzen. (Bei zuviel Strom wird es heiss, weil dann im Widerstand zuviel Leistung umgesetzt wird.)

[BernhardS]

Jeder definiert "anfängersicher" etwas anders.

Wenn schon ein 38kHz Empfänger und eine Sendediode gekauft worden sind, dann hätte ich vielleicht vorgeschlagen mit einem NE555 die 38 kHz zu erzeugen. Dafür bräuchte man zusätzlich zwei Widerstände (naja, einer davon vielleicht einstellbar) und einen kleinen Kondensator. Schaltung und online-Rechner sind zu tausenden zu finden.
Ist aber vielleicht auch zu einfach.

[Knorrli]

Wenn ich das Datenblatt des Empfängers auf Seite 5 recht verstehe, würde es wohl sowieso selbst mit 38 kHz immer noch nicht funktionieren. Ein kontinuierliches Signal wird offenbar als Störung interpretiert.

[BLucky77]

So - nochmals vielen Dank an alle, die hier so konstruktiv hilfsbereit waren! Echt super!

Wir haben jetzt nochmal den Test mit dem vorhandenen Empfänger (auch mit einem bisher noch nicht verlöteten Exemplar) und richtig verlöteten Pins gemacht und müssen feststellen, dass der Empfänger die konstante Dauer-IR Bestrahlung offensichtlich tatsächlich rausfiltert. Wieder was gelernt...

Dementsprechend werden wir uns jetzt nach passenden Fototransistoren umschauen. Wenn es was Neues von uns gibt, berichte ich hier weiter.

[BernhardS]

Da es ja um die Demonstration geht: Wie wäre es...
- einfach einen Tongenerator mit NE555 aufbauen
- am Ausgang die Sende LED (mit Vorwiderstand natürlich)
- Fotodiode oder Fototransistor mit Vorwiderstand an einen 9V Block
- parallel zum Empfänger eine Piezoscheibe
Ist der Empfänger im Lichtstrahl hört man den Ton