Hobby-Elektronik Schaltungsidee einer empfindlichen, störlichtsicheren Infrarot-Lichtschranke

Die einfachen Lichtschranken der vorhergehenden Seite lassen hinsichtlich Empfindlichkeit und Störlichtsicherheit, wie bereits erwähnt, zu wünschen übrig. Und kommerzielle Lichtschranken sind sehr viel komplizierter aufgebaut.
Das folgende Bild zeigt eine erprobte Schaltungsidee, wie mit "Bordmitteln" (Ausschlachtware aus Fernsehern oder Videorecordern) eine einfach aufzubauende, aber hochempfindliche und störlichtsichere Lichtschranke realisiert werden kann.

Als Lichtsender wird ein ausgedienter Fernbedienungs-Sender (durch das mit FS bezeichnete Kästchen symbolisiert) verwendet. Dieser wird mit einer beliebigen festgesetzten Taste (oder kompakt: Platine ausbauen, eine Taste brücken, die anderen absägen) im Dauerbetrieb betrieben, wobei die Batterien zweckmäßigerweise durch ein Netzgerät zu ersetzen sind.
Die meisten Fernbedienungen senden Impulspakete (genauer eine mit Rechteckimpulsen modulierte Ultraschallfrequenz von meist 38 kHz) mit dazwischen liegenden Pausen aus. Für meine Versuche verwendete ich eine Fernbedienung mit dem verbreiteten sogenannten RC 5-Code (ICs: SAA3006 oder SAA3010) von Philips (siehe Zeitschrift Elektor 2/2001, S.38 ff.). Hierbei wird ein Impulspaket von 25 msec Dauer, worauf eine Pause von 89 msec folgt, ausgestrahlt. Ein Gesamtzyklus dauert also 114 msec, der sich wiederholt, solange eine Taste gedrückt ist.
Wie kann man damit ein Relais schalten ?
Empfänger. Als Lichtempfänger verwendete ich einen Baustein mit einer IR-Empfängerdiode BP41 und dem Infrarotvorverstärker-IC TBA2800, der häufig in älteren TV-Geräten zu finden ist.
(Genau so gut funktioniert jeder andere Vorverstärker-Baustein. In nicht ganz so alten Geräten sind IR-Empfänger zu finden, bei denen in einem dreibeinigen IC IR-Diode und Vorverstärker integriert sind.)
Das TBA2800 liefert am Ausgang Pin 8 auf GND stehende positive Impulse. Diese werden über einen Tiefpaß 47 kOhm, 180 pF einem als Inverter und Verstärker dienenden Transistor und danach über einen weiteren Tiefpaß 10 kOhm, 470 pF dem Triggereingang eines als Monoflop geschalteten NE555 zugeführt.
Der Witz des Ganzen ist nun folgender: Das Monoflop wird durch den ersten Impuls eines Pulspaketes getriggert, der Ausgang Pin 3 schaltet nach + Ub (+ 12 V), das Relais zieht an. Damit das Relais angezogen bleibt, ist die Monoflop-Zeit mit dem 100 kOhm-Trimmer auf etwa gut 90 % der Gesamtzykluszeit von 114 msec einzustellen (hierbei ist natürlich ein Oszilloskop hilfreich ;-) ). Danach ist das Monoflop wieder bereit, durch den ersten Impuls des nächsten Pulspaketes getriggert zu werden. Das Relais bleibt angezogen (die knapp 10 % Spannungsausfall "merkt " es nicht), bis das IR-Licht zwischen Sender und Empfänger durch ein dazwischen tretendes Objekt unterbrochen wird.
Die Zenerdiode ZF 6,8V in der +Ub-Leitung dient der Herabsetzung der +12 V auf die Betriebsspannung des TBA2800 von ca. +5 V.

Der Empfänger ist äußerst empfindlich. Ich konnte damit leicht mehrere Meter Lichtschrankenweg überbrücken. Es empfiehlt sich, sowohl Sende- als Empfangsdiode in kleine Röhrchen einzubauen, um zu verhindern, das seitlich von hellen Wänden reflektiertes Licht vermieden wird. Evtl. kann auch die Lichtintensität des Senders durch einen Vorwiderstand vor der Sendediode vermindert werden.

 

Anmerkung: Das TBA2800 liefert an Pin 8 auf GND stehende positive Impulse, die hier benutzt wurden, und in leicht variierter Beschaltung (nebenstehendes Bild) an Ausgang Pin 7 von +Ub = +5 V ausgehende negative Impulse.
Viele (vor allem auch die meisten integrierten) IR-Empfänger-Bausteine, deren Betriebsspannung durchweg +5 V beträgt, liefern ebenfalls negative Pulse, die zunächst nochmals invertiert werden müssen oder evtl. direkt zum Ansteuern des NE555 verwendet werden können, wobei der Betriebsspannungsunterschied auszugleichen ist.

Schaltungsidee als Fernbedienter Schalter.
Die Schaltung müßte sich umgekehrt etwas umfunktioniert und erweitert auch als fernbedienter Schalter verwenden lassen, wobei der Fernbedienungssender hierbei in seiner normalen Funktion, also nicht im Dauerbetrieb (!), verwendet wird.
Das Relais entfällt und an seiner Stelle wäre unter Zwischenschaltung eines Inverters ein Eintasten-FlipFlop (siehe Seite "Prellfreie Taster und Schalter", Bild 4b oder 5) an den Ausgang des NE555 anzuschließen. Durch kurze Betätigung einer beliebigen Taste der Fernbedienung wird das FlipFlop umgesteuert und durch den nächsten Tastendruck wieder zurückgesetzt. Bei dieser Schaltung wäre die Monoflop-Zeit des NE555 deutlich länger als die Dauer eines Tastendrucks einzustellen, damit das FlipFlop nicht hin und her flattert.
(25.10.04)