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Raspberry PiでIoTなシステム開発:光電センサをマイコンやRaspberry Piに接続する際の回路と定数

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かわっちタイマー(バイクジムカーナ用自作タイム計測機の名前です)2号機で現在実装している光電センサとの接続回路のメモです。ノイズによる誤動作を防止するため、光電センサの出力を直接マイコンにつなぐのでは無く、光電センサの出力で一旦フォトカプラのLEDを明滅させ、オン時にフォトトランジスタ側のコレクタをグランドに落としています。

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直接接続だと、光電センサからマイコンまでの配線が10mを超えてくるとアンテナ効果が大きく、入力が不安定になっていました。2m程度でも室内で蛍光灯の電源を入れただけで誤動作する状態です。これがフォトカプラを介すると入力が安定し、誤動作しなくなりました。電圧変換も一挙に行えるので、電圧変換のために実装していた分圧抵抗が減らせる分、実装もシンプルだと思います。

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実験に使用したオムロンのE3JK-RN12は回帰反射型で、反射板との間を遮断したときに遮光でダーク、遮断しないときに入光でライトになります。今のところダークオンに設定していますので、遮断時にNPNトランジスタがオンでLEDもオン、遮断しないときにNPN がオフでLEDもオフです。

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手で光を遮ったときに、オレンジ色の動作確認燈が点灯します。手を離すと確認燈が消灯します。

今回の回路では動作の確実性を優先させるため、LEDへの電流量を確保すべく、電流制限抵抗を1KΩにしました。定常状態でオフになる使用法であればこれでもよいですが、オンが多いのであれば消費電流量が多いので、抵抗を増やした方がいいかもしれません。回路図中のA点で実測してみると、入光時が11.3V、遮光時が0.7Vでした。

出力はマイコンの入力容量が小さいので、大きなプルアップでも十分と考え、10KΩでプルアップしています。本当はマイコンとフォトトランジスタのコレクタの間に100Ωぐらいの抵抗を入れて、マイコンの入力にある電荷を抜くときの電流を制限すべきだと思います。ただ今回の使用方法ではオンオフの頻度が少ないのでフォトトランジスタの内部抵抗と熱容量でも十分と判断したので、抵抗は入れませんでした。回路図中のB点で実測すると、オン時(遮光・光電センサとフォトトランジスタ共にオン)で0.1V、オフ時で(遮光・光電センサとフォトトランジスタ共にオフ)で3.3Vでした。スレショールド電圧からすると十分すぎますので、もっとLED側の電流が少なくてもよいかもしれません。

マイコン側はダウンエッジを割り込みで検出し、ソフトウェアのロジックでチャタリングを除去しています。


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