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Lichtschrankensteuerung

Vorschlag für eine Lichtschrankensteuerung von Günter König - Arbeitstitel
"Lichtschrankensteuerung LS1.3x und LS1.5x".

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1001 Digital

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.


Das sagen User zu diesem Thema (2 Beiträge):

Von: schwab
Am: 12.06.17 11:06

Wo kann ich die Reflexkoppler kaufen?
Am: 24.01.07 16:18

Frage, ist eine platine zu bekommen?

 


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