Это старая версия документа!
BeamBOT тренирует реакцию на свет. Микросхема MCP6002
Представь уличный фонарь, который зажигается сам, как только стемнеет. Внутри него установлен датчик освещенности, например, уже изученный нами фоторезистор. Но возникает вопрос как «объяснить» электронной схеме когда пора включать фонарь, а когда выключать?
В основе лежит простая, но гениальная идея: сравнение двух напряжений. Одно напряжение – эталонное, от некоторого источника напряжения, регулируемое по желанию оператора- наладчика фонарей. Другое напряжение — сигнал с датчика света (фоторезистора).
Опорное напряжение постоянно, его выставляет наладчик однажды. А напряжение с датчика освещенности изменяется: растёт, когда светлеет, и падает, когда темнеет.
Электронная схема умного фонаря сравнивает напряжения от фоторезистора с эталонным напряжением. Когда напряжение от датчика света превышает эталонное – схема выключает фонарь, иначе – включает.
Для сравнения напряжений существует специальная микросхема – компаратор (от английского compare – сравнивать) – непрерывно задаёт вопрос: «Сигнал с улицы стал больше, чем наш порог?» Ответы:
- Нет (темно) → Выход «1» → Фонарь зажёгся.
- Да (светло) → Выход «0» → Фонарь погас.
Вот так, через простое сравнение напряжений, автомат «понимает», что наступила ночь. Мы будем использовать микросхему операционного усилителя MCP6002 в режиме компаратора.
В нашем наборе она есть – самая маленькая из всех MCP6002, у нее всего восемь выводов, но зато два операционных усилителя внутри. Операционные усилители в MCP6002 по умолчанию (без присоединения дополнительных компонентов) работают в режиме компараторов. Для упрощения мы дальше так и будем их называть – компараторами или пользоваться сокращением ОУ.
Выводы 4 и 8 используются для подключения питания микросхемы. У первого компаратора входы подключены к выводам 2 и 3, а выход к 1. Второй компаратор подключен к выводам 5, 6, 7. Входы компараторов подписаны знаками «+» – неинвертирующий *прямой) и «-» – инвертирующий (обратный). Названия, конечно, сложные, но смысл простой. Когда напряжение на входе «+» превышает напряжение на входе «-», выход компаратора переходит в состояние «высокого» уровня напряжения, или логического «1». И наоборот – напряжение на входе «+» ниже напряжение на входе «-», то на выходе состояние «низкого» уровня, или логического «0». Логический уровень «1» означает, что напряжение примерно равно напряжению «+» питания, а «0» – близко к «-» питания, или, по-другому, к «земле».
В дальнейшем на схемах мы не будем рисовать батарейку, а будем использовать отдельные значки «+» и «-» («земля). Соберем нашу первую схему с использованием ОУ (компараторов).
Схема эксперимента
В схеме есть два делителя напряжения. Первый это подстроечный резистор R3, средняя точка которого подключена к неинвертирующему «+» входу компаратора. С его помощью мы можем настраивать порог срабатывания нашего датчика. Второй делитель образуют фоторезистор R1 и резистор R2, его средняя точка подключена к инвертирующему «-» входу.
После настойки напряжение на входе «+» меньше чем на входе «-», соответственно на выходе компаратора логический уровень «0». Индикатором состояния выхода компаратора является светодиод VD1: горит — логический уровень «1», не горит — «0». Когда ты закрываешь фоторезистор его сопротивление увеличивается, напряжение на средней точке второго становиться меньше чем на «+» и выход компаратора переключается в состояние логической «1».
Таблица компонентов
Монтажная схема
Поверни ручку подстроечного резистора сначала до упора против часовой стрелки светодиод при этом должен загореться, после чего потихоньку поворачивай в обратную сторону, пока светодиод не погаснет. Теперь если ты закроешь фоторезистор светодиод загорится. Можешь попробовать настроить датчик при другом освещении. Отлично, у нас получился умный датчик света с широким диапазоном регулировки.
У последней схемы есть недостаток, который можно попробовать поймать очень плавно затеняя фоторезистор. В какой-то момент светодиод будет гореть в полсилы или мерцать, а это означает что мы в какой-то момент не будем получать четкого сигнала «1» или «0», что недопустимо в цифровой электронике. Это можно исправить добавлением всего одного резистора, давай попробуем.
Новая схема работает также как и предыдущая, но теперь как бы плавно ты не затенял фоторезистор, у тебя не получиться заставить его мерцать. Добились мы этого добавлением положительной обратной связи соединив резистором R5 выход компаратора с его «+» входом. В предыдущей схеме напряжение срабатывания на входе «+», заданное потенциометром, было одинаковое при переходе от «0» к «1» и наоборот от «1» к «0». Теперь же когда на выходе компаратора логическая «1», обратная связь немного увеличит напряжение заданное потенциометром на входе «+», и наоборот когда на выходе «0», то напряжение на входе «+» немного уменьшиться. Получившаяся разница между немного уменьшенным и немного увеличенным напряжением называется гистерезисом. Гистерезис это свойство системы дополнительно сопротивляться изменению состояния.
Чтобы наглядно убедиться как работает гистерезис в нашей схеме замени резистор R5 со 100 кОм на 10 кОм и попробуй плавно затенять/освещать фоторезистор.