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TSOP36136 Lichtschranke

Vor einiger Zeit habe ich eine Lichtschranke zur Geschwindigkeitsmessung aufgebaut. Diese besteht aus einer Schaltung die eine Infrarot LED gepulst ansteuert und einer Empfänger Schaltung die bei Unterbrechung ein Signal ausgibt. Die Reichweite liegt dabei theoretisch in einem Bereich in dem auch Fernbedienungen von Fernseher u.ä. funktionieren, also mehreren Metern. Das Problem dabei ist, dass die LED einen zwar nur einen Ausgangswinkel von 10° besitzt, auf eine längere Distanz die Streuung trotzdem sehr groß wird. Behelfen kann man sich mit div. Richtrörchen, die man um die LED und dem Empfänger bastelt 😉 nun zu den Bauteilen und zur Funktionsweise.

Verwendete Bauteile:

• 1x TSOP 36136
• 1x LM393 (Komparator)
• 4x 10k Widerstand
• 1x 100k Widerstand
• 2x 100nF Kondensator
• 1x ATTiny45 oder 85
• 1x 200R Widerstand (Vorwiderstand LED)
• 1x IR LED (bevorzugt 940/950nm)

Der kleine acht beinige ATTiny schaltet eine Infrarot LED mit einer Frequenz von 36kHz und einem Tastverhältnis von 1:1. Der TSOP Empfänger erkennt dieses sehr gut, hat jedoch eine Abschaltung gegenüber einem 36kHz Dauerfeier eingebaut, sodass dieser unbrauchbar wird. Um zu verhindern, dass der TSOP abschaltet darf die maximale Pulsabfolge eine Länge von 70 Perioden (~2ms) nicht überschreiten, gleichzeitig muss nach jeder Pulsabfolge eine Pause von mindestens 10 Perioden (~280µs) erfolgen. Ich habe bei mir die Pausen also auf 500µs ausgedehnt um eine korrekte Funktion zu gewährleisten. Die Pulsabfolgen haben ebenfalls eine Länge von 500µs. Die Periodendauer beträgt also 1ms was einer Frequenz von 1kHz entspricht. Zufälligerweise entspricht meine Anwendung also ziemlich genau der Testschaltung des TSOP, die im Datenblatt zu finden ist, dort betragen die Pulsabfolgen und Pausen jedoch 600µs, veranschaulichen tut dies auch das nachfolgende Bild.

Dieses Verhalten könnte man übrigens auch mittels 2 NE555 realisieren. Jedoch benötigte man dazu noch 4 Widerstände und 2 Kondensatoren und evtl. ein Potentiometer um die Frequenz von 36kHz genau einstellen zu können. Wenn man von den Preisen bei Reichelt ausgeht ist die analoge Methode günstiger, dafür jedoch aufwändiger zu löten und benötigt mehr Platz auf einer Platine. Der Preis eines ATTiny85 oder 45 liegt bei 1,25€ und die Timerlösung bei etwa 60-70ct. Ich habe beide Lösungen aufgebaut und analoge Lösung ist mir zu lötaufwendig ;), daher verwende ich die digitale Lösung mit dem Tiny.  Der Tiny bekommt einen kleinen 100nF Entstörkondensator und einen 10k Widerstand für die Beschaltung des Reset Pins.

Die Empfängerschaltung besteht im wesentlichen aus einem TSOP36136, einem Komparator und Widerständen/Kondensatoren. Der TSOP36316 vereinfacht dabei vieles, denn dieser ist ein Emfpänger für Infrarot Fernbedienungen. Er filtert dabei die 36kHz Signale heraus und wandelt diese wieder in Digitale Signale um. Der Ausgang ist Low Aktiv, sobald ein 36kHz Signal erkannt wird, schaltet der TSOP gegen Masse.

In der Empfängerschaltung entläd der TSOP bei einfallendem Signal über die Diode D1 den Kondensator C1. Der Kondensator wird über den Widerstand R1 langsam und stetig aufgeladen. Der Spannungspegel am Kondensator schwankt dabei im Bereich von 0,6V und 0,9V, die 0,6V entstehen durch die minimal Durchlassspannung der Diode und die 0,9V resultieren durch das Aufladen des Kondensators in der Pause durch den Widerstand R1. Die Schaltschwellenspannung am Komparator liegt bei 2,5V und wird durch den Spannungsteiler von R2 und R3 eingestellt. Der Ausgang des Komparators ist dabei durch den Pull-Up Widerstand R4 auf ein logisches High eingestellt.

Sobald die Lichtschranke unterbrochen ist wird der Kondensator nicht mehr Entladen, die Spannung steigt „langsam“ bis auf 5V an. Wenn nun die Schwellspannung von 2,5V überschritten wird schaltet der Open-Collector Ausgang des Komparators durch (geht auf Low).  Dieses Signal dient mir direkt als Ausgang der Schaltung und wird von einem nachgeschalteten Mikrocontroller verarbeitet.