Lichtschrankensteuerung
Vorschlag für eine Lichtschrankensteuerung von Günter
König - Arbeitstitel
"Lichtschrankensteuerung LS1.3x und LS1.5x".
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Allgemeines
Bei den Schaltungen LS1.3x bzw. LS1.5x handelt es sich um eine Auswerteschaltung
von Lichtschranken. In dieser Dimensionierung ist sie für den Reflexkoppler
KTIR0821DS (KTIR0721DS) von Kingbright dimensioniert. In Erweiterung zur
Steuerung LS1.1 wurde hier noch eine Schaltstufe zur direkten Ansteuerung
eines Relais eingefügt. Der maximal geschaltete Relaisstrom darf bis
zu 80 mA betragen.
Die Ausgangsstufe der Version 1.5x ist zwecks galvanischer Trennung mit
einem Optokoppler im open collector mode ausgeführt. Weiterhin ist
die Version 1.5x als Fertigmodul verfügbar. Die Schaltleistung dieses
Moduls 1.5x liegt bei 10 mA. Fragen zur SMD-Version 1.51 und Bezug unter info@elk-tronic.de.
Schaltung
Schaltung zum LS1.32
als PDF
Schaltung zum LS1.51
als PDF
Funktion
Das Herzstück der Schaltung ist der Tondecoder NE 567 von Philips.
Der Baustein beinhaltet ein sog. CCO, einen stromgesteuerten Oszillator.
Dessen Schwingfrequenz wird über den Widerstand R1 und C1 festgelegt.
Sie errechnet sich aus:
F0 = 1 / 1,1 * R1 * C1 [Hz, Ohm, Farad]
und liegt mit der angegebenen Dimensionierung bei 3443 Hz also 3,443 KHz.
Die Ausgangsfrequenz des CCO`s wird über R2 ausgekoppelt und dem Transistor
Q1 zugeführt. Der wiederum schaltet die LED im Reflexsensor mit der
Schwingfrequenz des CCO´s ein. Weiterhin enthält dieser Schaltkreis
einen Phasendetector, der über C3 sein Eingangssignal erhält.
Liegt die Frequenz des Eingangssignals innerhalb der durch C2 festgelegten
Bandbreite im Bereich der CCO – Frequenz, schaltet der Ausgang an
Pin 8 des IC`s nach Masse durch. Der Vorteil dieser Art Auswertung liegt
in der Unempfindlichkeit gegenüber Fremdlichteinwirkungen. Die Schaltung
ist voll tageslichttauglich.
Die Transistoren Q2 und Q3 bei der Version 1.3x stellen die Schaltstufe
dar, an der ein Relais, Signalleuchten o.ä. angeschlossen werden kann
(gegen V+ schaltend).
In der Version 1.5x entfällt Q3. Q2 steuert in dieser Ausführung
einen Optokoppler an. Der Ausgang des Kopplers OE ist mit Masse der Folgeschaltung
zu verbinden während der Ausgang OC des Kopplers an den Eingang der
Folgeschaltung angeschlossen wird. Falls erforderlich, ist noch ein Widerstand
(4,7 K – 10 K) als "Pull-Up Widerstand" von "OC"
nach +U der Folgeschaltung zu legen.
Externe Beschaltung LS 1.3x
a.) Reflexkoppler KTIR0821DS / KTIR0721DS
Der Koppler wird entsprechend dem Schema an X1 angeschlossen. X1 ist als
lösbare Verbindung ausgeführt. Auf die Anschlussbelegung laut
entsprechendem Schaltbild ist zu achten.
b.) Ausgang X2
Über die Steckklemme X2 wird die Versorgungsspannung zugeführt.
Sie sollte 15 Volt nicht überschreiten, optimal ist eine Gleichspannung
von 12 Volt. Ein Verbraucher wird an X2 Pin 3 und X2 Pin 1 angeschlossen.
Handelt es sich bei dem Verbraucher um ein Relais, ist parallel zur Relaisspule
unbedingt eine Freilaufdiode zu schalten (1N4007, Kathode an X2 Pin 1, Anode
an den Ausgang der Schaltstufe X2 Pin 3).
Siehe auch "Spulen" unter dem Thema "Selbstinduktion".
Externe Beschaltung LS 1.5x
a.) Reflexkoppler KTIR0821DS / KTIR0721DS
Der Koppler wird entsprechend dem Schema an X1 angeschlossen. X1 ist als
lösbare Verbindung ausgeführt. Auf die Anschlussbelegung laut
entsprechendem Schaltbild ist zu achten.
b.) Ausgang X2
Bei der Version 1.5x ist eine 4polige Steckverbindung montiert.
Die Versorgungsspannung ist 12 V DC und wird an X2,4 (+V) bzw. X2,3 (GND)
zugeführt. An X2, 1 (OE) wird die Masseverbindung mit der Folgeschaltung
hergestellt, X2,2 wird mit dem Eingang der Folgeschaltung verbunden. Befindet
sich in der Folgeschaltung kein "Pull-up Widerstand", ist noch
ein Widerstand (4,7 K - 10 K) von OC (X2,2) nach +V der Folgeschaltung zu
legen! Dies ist aber in der Regel nicht nötig.
Ist eine galvanische Trennung der Stromkreise nicht erforderlich, kann folgendermaßen
verfahren werden:
Am Stecker X2 wird eine Brücke von X2,3 nach X2,1 gelegt. Damit ist
die Trennung aufgehoben und die Schaltung verhält sich exakt wie die
Version 1.3x . Eventuell ist nun auch noch ein Pull-up erforderlich, der
dann von X2, 2 nach X2,4 gelegt wird (Werte wie oben).
Technische Daten - Bezogen auf den Sensor CNY 70:
LS 1.3x |
LS1.5x |
|
Spannung |
DC +12 V | DC +12 V |
Stromaufnahme "standby" |
max. 15 mA | max. 8 mA |
Stromaufnahme "aktiv" |
max. 35 mA eff. | Max. 48 mA eff |
Reichweite |
min. 1 mm | min. 1mm |
Reichweite Ausschalten |
max. 8 mm | max. 8 mm |
Technische Daten - Bezogen auf den Sensor KTIR0711DS, 0821DS:
LS 1.3x |
LS1.5x |
|
Spannung |
DC +12 V | DC +12 V |
Stromaufnahme "standby" |
max. 15 mA | max. 8 mA |
Stromaufnahme "aktiv" |
max. 35 mA eff. | Max. 55 mA eff |
Reichweite |
min. 1 mm | min. 1mm |
Reichweite Ausschalten |
max. 35 mm | max. 35 mm |
Störabstände (Fremdlichtbeinflussung) mit Sensor CNY70:
(Bedingungen lt. Datenblatt NE567 Pegel Eingangsspannung 200 mV eff)
Quelle |
Distanz |
LS 1.3x |
LS1.5x |
Leuchtmittel 40 W an 230 V 50 Hz |
100 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel 100 W an 230 V 50 Hz |
100 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel 100 W an 230 V 50 Hz |
10 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel Halogenstrahler 50W*) |
10 cm | >46 dB | >49 dB |
Leuchtmittel Energiesparlampe 17W |
10 cm | >65 dB | >65 dB |
*) Aufgrund des geringen Abstandes zeigten sich aber Reichweitendifferenzen
durch thermische Werteveränderungen des Sensors (siehe Datenblatt).
Störabstände (Fremdlichtbeinflussung) mit Sensor KTIR0721DS / 0821DS:
(Bedingungen lt. Datenblatt NE567 Pegel Eingangsspannung 200 mV eff)
Quelle |
Distanz |
LS 1.3x |
LS1.5x |
Leuchtmittel 40 W an 230 V 50 Hz |
100 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel 100 W an 230 V 50 Hz |
100 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel 100 W an 230 V 50 Hz |
10 cm | >70 dB | >70 dB |
Leuchtmittel Halogenstrahler 50W (> 2000lx) |
10 cm | >66 dB | >67 dB |
Leuchtmittel Energiesparlampe 17W |
10 cm | >60 dB | >60 dB |
Ein Extremversuch mit einem 1000 W Halogen-Strahler
aus 50 cm Abstand brachte das Signal-Rauschverhältnis der Schaltung
mit dem KTIR0821DS immerhin noch auf einen Wert von mehr als 40 dB! Die
Erkennungsreichweite lag hier noch bei gut 6 mm!
Der ursprünglich vorgesehene Koppler CNY70 erreichte nur noch ein Signal-Rauschverhältnis
von < 35 dB und daher ist die Reichweite von ca. 4 mm recht gering. Fehlauslösungen
oder totale "Blindheit" aufgrund Übersteuerungen (Blocking)
waren nicht feststellbar.
Ein direkter Tausch der Sensoren KTIRxxxxxx
und CNY70 ist nicht möglich!
Auswertung des Lichtschrankensignals:
Verschiedene Schaltungsvorschläge
als PDF zum Herunterladen.
Danke an Günter
König für den Artikel.
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