光電ユニットキットを組み立てました

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光電ユニットキットを組み立てました

投稿記事by tankimono » 2016年8月19日(金) 21:42

急遽車速計測する為に赤外線遮断センサーキット【M2PKMR22】を購入して組み立てました。
時間があれば通常ならキットでなく自作設計し組み立てるのですが今回計測までの日数が無くキットを購入しました。
スタートを含め3点間を走行する時間を計測するためにスタートはメカニカルスイッチとし2セットの光電スイッチを使用する為に赤外線遮光の光電スイッチを組み立てることにしました。
画像到着した光電ユニットキット
画像 画像組み上げた光電ユニットキット(屋外使用するので太陽光の直接光を避ける為フードを取付け)
2点間の光電ユニットの遮断時に自動的にストップウォッチをスタート、ストップさせるためのアダプタを設計組み立てる。
画像 画像 画像ストップォッチを改造してスタート・ストップ信号を取り出しユニットに接続。

これで上手く計測出来ると思って実際に計測テストをしてみた処いろいろ問題があり計測失敗してしまいました。
[今回の計測での失敗原因]
①光電ユニットキットの設計に不具合があり不安定で上手く動作しませんでした。(次回詳細を記載)
②今回設計自作したアダプターユニットで使用したフォトカプラは直射日光下では、フォトカプラーのモールド樹脂を太陽光が透過する様で、障害が出ることが解りました。(勉強になりました次回動作させる場合はケースに入れる等でフォトアイソレータに日光が当たらないよう対策します)

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失敗原因①

投稿記事by tankimono » 2016年8月20日(土) 14:41

前回、光電ユニットキットの設計に不具合があり不安定で上手く動作しませんでしたがその不具合とは以下のような不具合です。
  1. 本キットの受信機は乾電池4本での動作には不向です。
    理由(発売元のマルツエレック株式会社に指摘確認済)
    • 回路の設計ミスか電源入力端子に直接5.6Vのツェナダイオードがシリーズ抵抗なしに入っています。
    • 赤外線受信ユニットRPM6938の絶対最大定額は6.3Vで定電圧回路やリミッターが無いとRPM6938を破壊する可能性が高いです(6V以上の電圧や新品の電池を使用時)
    受信ユニットでの消費電流を計測してみました。
              6.5V時   6.3V時   6.0V時    5.5V時
    電源(リレーOff) 18.40mA 10.50mA 1.24mA  1.19mA
    電源(リレーON) 190.0mA 192.0mA 156.0mA 125.0mA
    この不具合はキットを改造しました。
    画像 画像

    改造後      7.0V時   6.5V時   6.3V時   6.0V時    5.5V時
    電源(リレーOff) 27.60mA 7.00mA  1.43mA  1.22mA  1.16mA
    電源(リレーON) 222.0mA 187.0mA 177.0mA 155.0mA 125.0mA
  2. 使用する赤外線のパルス変調が受信機側の受光モジュールの仕様とマッチしていない。
    画像受光モジュールの副搬送波周期の要求仕様は0.8~1.6mSecに対し実測3.8mSecと約2.4倍も外れています。
    その為に赤外線を受信した場合にONするが暫らくすると受光モジュールのバンドパスフィルタと振幅制御で赤外線信号をノイズとして振幅制限され無信号と同じにOFFしてしまう。
    画像 画像その為に今回送信機側の副搬送波の発信回路のコンデンサと抵抗の定数を変更しこれで、発振周期が3.8mSecから1.6mSecになり仕様範囲となり受信機の感度も上がり誤動作しなくなりました。
  3. 2点間のタイム計測に使用しようと思いましたが遅延が大きくてタイム計測には不向きでした。
    [理由]
    1. 使用する赤外線が1,2mS周期のバースト波を遮断するタイミングを利用する為理論上これ以上の精度は不可能
    2. aのバースト波による受信ICからの矩形波を両波整流したアナログ制御信号出力でトランジスタを駆動しリレーをON、OFFしており
       ON時は両派整流した電力でC14の10μFにLED経由R33の1KΩをLED経由R33の1KΩでチャージしこれでQ8のベースを制御しています。
       又OFF時は両派整流が途切C13の10μFをLED経由R33の1KΩ、R34の10KΩで放電又、C14の10μFをR34の10KΩで放電する時定数介在する遅延が生じる
    3. cメカニカルなリレーのON、OFF出力なので電気信号に対しメカニカル動作の遅延が発生する。
    ちなみに実験では遮光から通光時に10.8mSec、通光から遮光時にリレー出力で31mSecの遅延が生じています。
    詳細は添付のオシロ波形を確認願います。
    画像 画像受光出力と遅延リレー出力波形

    画像 画像赤外線受光出力波形とIC出力の遅延両波整流出力波形
以上の事から赤外線受光をIC出力を両派整流して副搬送波周期の複数周期のエンベロープで検出する方法では赤外線の副搬送波周期に加えて両波整流して検出するアナログ部分での遅延が大きくこの検出方法をデジタル検出に変更して副搬送波周期の2周期以内に検出する方法に切り替えなければ改善は不可能との結論に達しました。

今後デジタル検出に方式変更を検討しています。


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