- DETECTION INFRA-ROUGE
- - DETECTION INFRA-ROUGE
- 
PrincipeLe montage est basé sur la réflexion d'un faisceau de lumière infrarouge sur un obstacle.
Pour éviter d' être trop sensible à la lumière ambiante que peut être forte (extérieur) en intensité, ou modulée fortement par le secteur 50Hz (éclairage intérieur), il ne faut pas utiliser une émission continue, mais plutôt une émission par porteuse. Le récepteur peut alors être accordé sur la fréquence d'émission et on atteint des sensibilités importantes. C'est le principe utilisé par les télécommandes IR, on a ainsi accès à de nombreux types de composants. |
|
Le récepteur Le plus simple et direct est d'utiliser un récepteur intégré destiné aux télécommandes IR du genre TSOP17xx de VISHAY (ex TEMIC ex TELEFUNKEN). Ces récepteurs existent pour les fréquences 30kHz, 33kHz, 36kHz, 36.7kHz, 38kHz, 40kHz, 56kHz, la version la plus courante étant celle à 36 kHz fréquence utilisée par les télécommande IR à protocole RC5.
 |
 |
 |
Dans ces détecteurs, la sortie est inversée et passe à 0 si une porteuse est reçue. La durée d'un burst doit être supérieure à 10 périodes de la porteuse.
|
Attention, la sortie est sur pullup de forte valeur, donc sensible aux parasites. Le constructeur recommande de monter un pullup externe de 10k, ce qui augmente la consommation. Une capa de 100pF à 330pF en parallèle sur la sortie doit être tolérable et amener le même effet.
|
La sensibilité à la fréquence est forte. Le facteur de qualité est de l'ordre de 10, on n'a pas intéret à s'écarter trop de la fréquence centrale. La tolérance de réglage sur la fréquence centrale du récepteur est de +/- xx%. Cette seule tolérance peut déjà faire chuter très sensiblement la sensibilité. Elle n'est pas spécifiée...
|
L'émetteurLe récepteur est toujours centré sur 950 nm, genre LED CQY89 (25° d'ouverture) ou LD271 (17° d'ouverture) avec une préférence pour les LED de faible ouverture.
Le plus simple et direct est d'utiliser une sortie d'un microcontrolleur, cela permet de contrôler parfaitement les instants d'émission et de pouvoir corréler les réceptions avec les émissions.
La fréquence de la porteuse doit être précisément accordée et surtout stable dans le temps. Utiliser autre chose qu'un quartz me semble hasardeux, car les oscillateurs RC, externes ou internes, fussent-ils calibrables (genre PIC12C508) ne peuvent pas garantir mieux que +/- 5% de précision.
Le rapport cyclique n'est pas forcément égale à 50%, la norme de télécommande RC5 par exemple, spécifie un rapport cyclique de 25%. On aura intérêt à baisse ce rapport pour abaisser la consommation.
 |
On a intérêt de faire passer beaucoup de courant afin d'avoir une forte intensité lumineuse. Une LED du genre LD271 présente les caractéristiques ci-contre. En continue, la LED n'accepte pas plus de 100mA. Avec un courant de 300mA, la chute de tension est comprise entre 1.6
et 1.9 Volts.
|
Avec un PIC tournant à 4MHz, la période d'émission est mutliple de 1 µs, et donc les fréquences obtenues sont discrètes par pas de 3%. Donc on aura une erreur systématique au maximum de 1.5%, en plus de l'erreur de la fréquence d'horloge du CPU (négligeable avec un quartz). Par exemple, on ne pourra pas obtenir 36.00 kHz mais ce sera 35.71 ou 37.04 kHz. |
 |
On convient de générer avec le micro controlleur, une salve IR, composée de 20 à 24 périodes F0, F0 étant la fréquence centrale du récepteur (probablement 36 kHz). Le rapport cyclique étant de 25% au sein de la salve. Chaque salve est suivie de la même durée de pause.On obtient ainsi un motif de 600 µs de signal à F0, suivis de 600 µs de pause, très proche du signal test. Dans ces conditions, le signal de sortie détecteur est évidemment fortement dépendant da la quantité de lumière reçue en retour, c'est à dire de la qualité et de la distance de la reflexion.
 |
 |
|
Détail de la détection, en présence
d'une réflexion forte. Le temps de réaction est très
faible, le signal de détection devient actif en moins de 6 périodes
F0, temps minimal spécifié. |
Si la réflexion est faible, le temps de réaction
augmente grandement, mais reste dans la gamme +7 à 15 /F0 spécifiés. |
A la fin de chaque salve, on devrait lire une détection positive (détection =0) si la réflexion est là, au moins sur les 8 dernières périodes du signal si la salve fait 23 periodes de long (spec de détection à +15 périodes). De la même façon, si la réflexion est là, on devrait lire une absence de détection (détection =1) sur les 8 dernieres instants de la pause.
Pour sécuriser le processus de détection, on utilise 4 salves consécutives. Si les quatres salves présentent toutes les quatre, un critére de détection positif, alors on décide qu'on a détecté une réflexion. Si les critères ne sont pas respectés une seule fois, alors on attendra la prochaine salve.
 |
 |
|
Les quatre salves (en haut) avec la sortie détection
(en bas) en présence d'une réflexion forte. |
Les quatre salves (en haut) avec la sortie détection
(en bas) en présence d'une réflexion très faible. |
Il n'est pas nécessaire de tirer continuellement des salves, il suffit de tirer les 4 salves toutes les 50 à 100 ms, pour avoir une détection suffisamment rapide pour la majorité des applications.
Avec ce type de cadencement, le courant moyen consommé par la LED IR devient insignifiant. Dans notre cas (4 salves, 23 périodes par salve 37kHz, 25%, 55 ms de répétition), le courant moyen est le millième du courant qui passe dans la LED IR.
|
 |
La réalisation |
Le schéma est simple et direct. Il a été conçu pour un PIC16C84/F84/F84A, mais dans le but d'être à terme compatible d'un portage sur PIC12C508/C509. Les LED sont directement alimentées par le PIC en profitant de l'excellente capacité en courant des sorties au niveau bas. Dans cet état, chaque sortie présente une résistance équivalente de l'ordre de 33 Ohms, jusqu'à des courants de l'ordre de 50 mA.
|
La consommation totale est très faible :
détection |
CPU |
LED IR |
LED ON |
LED détection |
TOTAL |
|
| typique | 0.5 mA |
1.8 mA |
0 |
1 mA |
0 |
3.3 mA |
| max | 1 mA |
4.5 mA |
50 µA |
3 mA |
20 mA |
28.5 mA |
Avec un courant de l'ordre de 25mA (RL=120 Ohms), la détection d'une main se fait à 30cm, en montant autour de 50mA (RL=33 Ohms), on arrive à 50 cm.
Amélioration
Biblio & liens
