Предлагаемое устройство в виде линейной диаграммы показывает степень приближения какого-то объекта или препятствия. Величина индицируемого расстояния зависит от настройки индикатора и световой чувствительности используемых в нем ИК-светодиода и ИК-фотоприемника.
По принципу действия, устройство напоминает работу радара или локатора, но отличается тем, что здесь оценка расстояния производится не по времени полета волны туда и обратно, а по интенсивности (яркости) отраженного инфракрасного сигнала.
Измерительная часть схемы состоит из ИК-светодиода и ИК-фотоприемника от систем дистанционного управления современных телевизоров. Такой фотоприемник представляет собой интегральную схему с логическим выходом, обладающую определенным порогом чувствительности к ИК-свету. То есть, логический ноль на выходе фотоприемника появится только если яркость поступающего на фотоприемник модулированного ИК-света будет выше определенного порога.
Таким образом, порог световой чувствительности фотоприемника во время работы не меняется. Но, меняется яркость свечения ИК-светодиода (от нуля, и нарастает семью ступенями до максимума). То, на какой из этих ступеней яркости отраженный ИК-свет будет зарегистрирован интегральным фотоприемником, как раз и зависит от расстояния до препятствия, от которого происходит отражение. Ну а дальше, — представление номера этой ступени яркости наглядно, — в виде длины линейки из семи индикаторных светодиодов.
В основе схемы счетчик — генератор на микросхеме DD1. Частота его мультивибратора установлена элементами C1R1 на уровне 38 кГц. Это соответствует резонансной частоте интегрального фотоприемника FH1. При работе счетчика на выводах 14, 13 и 15 по кольцу изменяется двоичный код от «000» до «111». Частота изменения около 280 Гц. Этот нарастающий восемью ступенями двоичный код поступает на входы логических элементов «И» микросхемы DD2. На другие входы данных элементов поступают импульсы частотой 38 кГц с выхода мультивибратора микросхемы DD1 (с вывода 9). В результате, на выходах элементов DD2 образуются пачки импульсов, заполненные частотой 38 кГц. Наличие данных пачек соответствует логическим единицах двоичного кода, снимаемого с выводов 14,13 и 15 DD1. Эти пачки поступают на вход трех транзисторных ключей VT1-VT3, к коллекторам которых подключен ИК-светодиод HL1 через токоограничительные резисторы R7-R9, величины сопротивлений которых находятся в соотношении весовых коэффициентов двоичного кода.
Таким образом, ИК-светодиод излучает ИК-свет, модулированный частотой 38 кГц. При этом, яркость излучаемого ИК-света изменяется по ступенчато-нарастающей характеристике, восемью ступенями, от нуля до некоторого максимального значения. Пределы этого изменения яркости, соответственно, пределы индикации расстояния до препятствия, можно установить при налаживании, подбором сопротивлений R7, R8, R9. При этом, желательно сохранять их соотношение.
Светодиод HL1 и фотоприемник FH1 направлены в одну сторону, а между ними установлена светонепроницаемая перегородка, исключающая прямое попадание света от HL1 на FH1.
Двоичный код с выходов счетчика DD1 поступает на дешифратор DD3, на выходе которого включены семь сверхярких индикаторных светодиодов HL2-HL8. Пока яркость отраженного света ниже порога чувствительности FH1, на его выходе присутствует логическая единица, которая блокирует индикацию подачей логической единицы на старший разряд дешифратора, смещая индикацию в неиспользуемую зону.
В процессе работы счетчика DD1 яркость ИК-светодиода HL1 постепенно ступенчато нарастает, и, если препятствие находится в пределах чувствительности, в определенный момент яркость достигает такого уровня, что сила отраженного от препятствия света достигает и превышает порог чувствительности FH1. В этот момент на выходе FH1 уровень меняется и включается индикация, которая продолжается до окончания цикла.
Следовательно, чем ближе препятствие, расстояние до которого нужно измерить, тем большее число светодиодов HL2-HL8 будет зажигаться. Частота переключения этих светодиодов около 30 Гц, поэтому, зрительно приближение к препятствию воспринимается как удлинение линейки из горящих светодиодов.
Фотоприемник ILMS5380 можно заменить практически любым интегральным фотоприемником от систем управления телевидеотехники. Важно, чтобы он был со встроенным формирователем логического уровня и фильтром на частоту в пределах 27-50 кГц. Так же важно учесть, что мультивибратор микросхемы DD1 должен быть настроен именно на частоту фильтра фотоприемника, и чем точнее эта настройка, тем лучше будет работать схема. Частоту фильтра фотоприемника обычно можно определить по маркировке, например, ILMS5380 — на 38 кГц, ILMS5360 — на 36 кГц, SFH506-32 — на 32 кГц, и так далее, либо найти по справочнику. При налаживании, частоту мультивибратора можно контролировать частотомером на выводе 9 DD1, а добиться нужной её величины — подбором сопротивления R1.
Альтернативы микросхеме CD4060B нет, разве что другая «хх4060», например, MJN4060 или µPD4060. Впрочем, её аналог можно составить из двух микросхем, — счетчика типа К561ИЕ16 или К561ИЕ20 и мультивибратора на элементах микросхемы К561ЛЕ5 или К561ЛА7, К561ЛН2 и др. Дешифратор К561ИД1 можно заменить любым аналогом серии К1561, К564, К176, CD и других серий. Инфракрасный светодиод HL1 типа SFH485, но можно использовать любой ИК-светодиод для пультов дистанционного управления. Светодиоды HL2-HL8 любые видимого света.
Диапазон измерения расстояния устанавливают при налаживании, подбором сопротивлений R7-R9. При этом желательно сохранить их соотношения.
