Что такое оптический датчик в телевизоре
Датчики телевизионного сигнала предназначены для преобразования изображения в электрический сигнал. Приборы разделяют на три группы: передающие телевизионные трубки; устройства с бегущим лучом; твердотельные фотоэлектрические преобразователи.
Передающие телевизионные трубки — наиболее распространенная группа фотоэлектрических преобразователей. Они представляют собой электровакуумные приборы, в которых применена развертка изображения электронным лучом. Большинство из них работает по принципу накопления световой энергии в виде электрических зарядов на мишени трубки.
Наиболее характерны для этой группы приборов. трубки с вторично-эмиссионным, фотопроводящим и фотодиодным накопителями. Типичным примером такого прибора с вторично-эмиссионным накоплением являются супериконоскоп, суперор-тикон и суперизокон. Суперортикон и супериконоскоп в настоящее время уже не используются. Суперизокон еще представляет интерес для научных применений и систем наблюдения благодаря большому уровню выходного сигнала и широкому динамическому диапазону, но в цветных телевизионных камерах из-за сложности и громоздкости не применяется. В вещательных и прикладных телевизионных устройствах наиболее широко применяются датчики с фотопроводящим накопителем (различные варианты видиконов) и фотодиодным накопителем (плюмбикон, кремникон). Трубки с накоплением имеют высокую чувствительность и универсальность, обеспечивающую работу при различных условиях освещения как в пределах светового диапазона, так и за его пределами. Имеются также передающие трубки мгновенного действия — диссекторы, характеризующиеся высокой линейностью световой характеристики, но обладающие низкой чувствительностью.
Устройства с бегущим "лучом используются главным образом в специализированных и телепроекционных системах.
Твердотельные фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) на основе МОП-датчиков и приборов с зарядовой связью (ПЗС), начавшие внедряться в телевизионную технику с 70-х годов, знаменуют важный этап в развитии телевизионной техники. В передающих телевизионных камерах они приходят на смену вакуумным приборам. Твердотельные ФЭП это не только малые габаритные размеры и высокие технические показатели. Это еще и жесткий дискретный растр, обеспечивающий легкость совмещения изображений от нескольких датчиков, допускающий простоту регулирования параметров разложения и многоканальное считывание, а в сочетании с памятью, построенной на базе тех же ПЗС, обеспечивает многие виды обработки телевизионных изображений.
У меня есть телевизор, купленный 8 лет, НЕ смарт тв, в нем нет USB и Ethernet. Иногда я его включаю для просмотра телепередач. И часто бывает, начал смотреть передачу, как вдруг понадобилось выйти из дома, оделся, стоишь в ботинках в коридоре, а телевизор не выключен! Приходится снимать ботинки (негоже в ботинках по комнате ходить), заходишь в комнату, находишь на диване пульт, выключаешь телевизор, идешь по своим делам. Такая ситуация бывает часто, поэтому я решил положить этому конец и всё-таки сделать кнопку выключения телевизора в коридоре.
Описание используемой Z-Wave системы автоматизации
Дом у меня частично автоматизирован Z-Wave устройствами, среди них несколько Z-Wave.Me Dimmer для плавного управления освещением, пара Fibaro Universal Sensor в качестве датчиков движения для включения света, выключатели на батарейках и еще несколько устройств. В коридоре около входной двери в стену вмонтирован iPhone, являющийся панелью управления Умным Домом. С этой панели можно посмотреть температуру в доме и на улице, влажность в комнате, пробки и выключить свет в комнатах.
Рис. 1 — Панель управления умным домом из iPhone 4
Рис. 2 — ИК-приёмопередатчик для управления TV
Задача которую мне предстояло решить, это как узнать, что телевизор включен и как эту информацию передать на контроллер умного дома RaZberry, чтобы работать с ней уже в рамках моей домашней системы автоматизации. Коротко расскажу о моем контроллере домашней автоматизации.
Для коммуникации с Z-Wave устройствами я использую плату RaZberry установленную на Raspberry Pi.
Рис. 3 — Z-Wave плата RaZberry на Raspbberry Pi
Рис. 4 — Правило автоматизации в системе Z-Way HA
- Современные умные телевизоры по Ethernet расскажут, что хочешь (У моего телека нет Ethernet)
- Многие телевизоры поддерживают CEC технологию по HDMI (Мой не поддерживает CEC)
- Некоторые телевизору в выключенном состоянии на USB выходе не имеют питания (У моего телека нет USB)
- Можно телевизор запитать через Fibaro Wall Plug — Z-Wave Розеточный Модуль с измерением энергопотребления. Самый удобный вариант для меня, так как я остаюсь в рамках системы Z-Wave. Легко устанавливать, легко детектировать состояние телека, есть энергопотребление — телек включен, нет энергопотребления — телек выключен (3000 р. за модуль)
- Детектировать состояние светодиода телевизора, который горит, когда телевизор выключен и не горит, когда телевизор включен (Мой выбор!)
Устройство детектирования включенного телевизора на базе фотодиода BPW34
Детектировать состояние телевизора я решил с помощью светодиода на нем. Около телевизора у меня стоит Raspberry Pi для просмотра кино, планировал, светодиод напрямую подключить к GPIO и тем самым узнавать состояние телевизора, но для этого нужно было снимать телевизор со стены, разбирать его. Я решил пойти другим путем.
Для детектирования, что светодиод горит я воспользовался фотодиодом BPW34, который работает, как фотодетектор. Для его подключения к Raspberry Pi, я сначала усилил сигнал с помощью Операционного Усилителя LM358 и затем сигнал с ОУ уже подал на GPIO. Схема получилась простая:
Рис. 5 — Схема фотодетектора с цифровым выходом
Рис. 6 — Фотодетектор подключаемый к Raspberry Pi
На Raspberry Pi у меня уже установлен ИК-приёмопередатчик и Датчик влажности с экраном, на экранчик прикрепил фотодетектор:
Рис. 7 — Установленный Фотодетектор на Raspberry Pi
ОУ отбирает примерно 1.5 В от питания 3.3 В. Когда светодиод горит, на выходе получается 2 В, когда не горит — 0 В. Raspberry Pi за логическую единицу принимает все, что больше 1 В, так что все работает как и планировалось. Подключил устройство к Raspberry Pi, а фотодиод прикрепил к телевизору с помощью двухсторонней черной ленты.
Рис. 8 — Фотодиод подключенный к телевизору
Рис. 10 — Виджет телевизора на Dashboard
Современная промышленная автоматика обеспечивает сложные и ответственные индустриальные процессы. Устойчивая работа системы обеспечивается включением высокотехнологичных компонентов, каждый из которых выполняют предупредительную, срабатывающую, блокирующую или иную функцию. Особое место в промышленных системах отдается оптическим датчикам. Самое известное применение фотоэлектрической аппаратуры – регулятор уровня освещенности. Реакция прибора на сумерки – включение осветительной техники.
Название и терминология
PhotoCell Sensor. Фото- или фотоэлектрический датчик – все это названия группы устройств, срабатывающих на свет или изменение его параметров. Вторичной функцией аппаратуры является передача соответствующего сигнала (оповещения) в систему индустриальной поддержки. Индикативные возможности датчиков определяется его устройством и областью применения. Сегодня в практике индустриального оснащения применяется широкий спектр оборудования, оснащенного бесконтактными, рефлекторными, диффузными и другими типами датчиков.
Принцип действия
Основными составляющими электронной аппаратуры, поддерживающей работу по преобразованию световых волн, являются:
- Источник излучения – специальный диод, который генерирует сигналы;
- Приемник света – фотодиод, реагирующий на определенные значения излучения. Используется для улавливания отраженных от различных поверхностей волн, сгенерированных ранее источником излучения;
- Преобразователь электронного типа. Переводит определенные датчиком параметры световой энергии в сигналы, доступные для чтения смежной аппаратурой.
Работа датчиков строится на принципе улавливания отраженных волн от различных предметов обстановки. Длина световых волн и их интенсивность как параметры, позволяют определить измеряемые PhotoCell Sensor величины для последующей передачи в контрольный центр.
Оптические датчики выполняют достаточно широкий спектр задач, стоящих перед современными промышленными предприятиями. Кроме контроля уровня освещенности аппаратные средства обеспечивают поддержку бесконтактных изменений, в том числе обнаружения объектов, перемещающихся на высокой скорости. Представители промышленности при заказе датчиков на производство заранее знают условия эксплуатации и необходимый для оснащения тип аппаратуры.
С раздельным приемником и передатчиком
Этот вид аппаратуры считается одним из самых надёжных. Внушительная дальность работы и устойчивость к помехам. В стандартной комплектации датчики устроены так, что приемник и передатчик заключены в одном корпусе. В раздельном виде устройства активные модули могут быть разнесены на несколько десятков метров. Передатчик с автономным питанием, по сути, выполняет одну функцию. Сам же датчик с приемником включается в систему промышленной автоматики. Основной сферой применения контрольно-измерительной аппаратуры с раздельными приемником и передатчиком является охранная деятельность. Известно использование датчиков на производствах с сильно загрязненным воздухом или примесями газов.
Рефлекторный
Основной задачей это группы устройств является обнаружение объектов, находящихся в зоне перекрытия оптического излучения. Активный модуль датчиков состоит из коммутационного элемента релейного типа или полупроводникового диода. В корпусе аппаратуры заключены излучатель и принимающий блок излучения в инфракрасном спектре. Принцип срабатывания следующий: как только в зону покрытия излучателя попадает контролируемый предмет, рефлектор отражает соответствующий сигнал. Для обеспечения стабильной работы устройства предусмотрены защитные модули, предупреждающие засвечивание и переполюсовку при организации сетевого питания.
Диффузный
Основным назначением аппаратуры является конечное выключение цепи. Бесконтактные датчики диффузные обнаруживают объекты различных форм вне зависимости от материала исполнения. Отличительная особенность приборов состоит в возможности установления отдельных элементов технологического оборудования.
Конструктивно датчик включает приёмник и излучатель в одном корпусе. Благодаря эффекту диффузного отражения на работу прибора не оказывает влияния засветка, переполюсовка или необходимость точной фокусировки. Датчики определяют местоположение объекта даже в зоне максимального приближения.
Конструкции
Оптические датчики, как правило, имеют компактный форм-фактор. В зависимости от предназначения и применяемой технологии приборы могут иметь выносные модули. Производители рекомендуют использовать совместимое внешнее оборудование. Основными модулями датчиков остаются излучатель и приемник.
Щелевые
Состоит из пары оппозитно расположенных приемника и излучателя на одной платформе. Корпус датчика имеет U-образный вид. В устройстве реализован принцип барьерного срабатывания. При попадании объекта в область контроля происходит прерывание и фиксация события. Щелевые или вилочные аппараты успешно справляются с пересчетом предметов, перемещающихся на высокой скорости. Конструкция датчиков позволяет экономить свободное пространство за счет прокладки только одного питающего кабеля.
Прямоугольные
Особое расположение основных модулей исключает чувствительность к фоновым излучениям. Высокое качество оптики, используемой в оснащении, обеспечивает точный и быстрый пересчет объектов.
Устройства могут комплектоваться экранами защиты или системой охлаждения. таким образом функциональность устройств может быть расширена до работы с разогретыми объектами. Кроме того, форм-фактор прямоугольных датчиков обеспечивает их устойчивую работу в дорожной инфраструктуре.
В цилиндрическом корпусе
Внешне устройство напоминает свечу зажигания. В цилиндрическом корпусе размещаются приемник и излучатель. Срабатывание датчика происходит каждый раз при попадании контролируемых объектов с последующим преломлением светового потока. Поставляется с аксессуарами, обеспечивающими легкий монтаж на место эксплуатации – крепежными пластинами, зажимным блоком и уголками.
Подключение и виды выходного сигнала
Присоединение датчиков осуществляется к исполнительной автоматике. Это могут быть программаторы, управляющие платы охранных или противопожарных систем. Собственно, схема подключения напрямую зависит от того, каким будет выходной сигнал. Общая классификация включений устройства в цепь, следующая:
- На контактную группу сухого типа, нормально разомкнутые или замкнутые;
- С питанием от блока сигнализации;
- С подачей энергии по отдельной линии на релейные датчики.
Специфические модели
Разработки в области контрольно-измерительной аппаратуры позволяют обеспечивать потребности различных видов производств. Сегодня датчики могут обнаруживать не только сам объект в зоне видимости, но и узнавать тип нанесенной на них метки.
Световая решетка
Излучатель, включенный в конструкцию датчиков, формирует устойчивое инфракрасное поле двумерного массива. При прохождении через рабочую область происходит идентификация не только самого объекта, но и других его параметров: массы, размера, прозрачности и прочих характеристик.
Световой барьер
Фотоэлектрические датчики положения используются для точного подсчета продукции на индустриальных конвейерах. Приемник и излучатель в конструкции разнесены для создания непрерывного луча. Прерывание барьера сигнализирует о том, что через поле прошла единица продукции.
Лазерный
Для решения задач по измерению малых скоростей объектов и величин предметов целесообразно использовать лазерные устройства. Этот тип датчиков отличает технология устройства излучателя, по которой генерируется световой поток. Предназначается для использования внутри помещений.
Оптоволоконный
В этом типе датчиков реализована технология оптоволоконной связи. По нему происходит передача данных, а также она используется в качестве детектирующего элемента. Конструкция устойчива к дефектам электрической сети.
Аналоговый
Вид аппаратного устройства происходит от интерфейса, используемого для передачи сведения о замеченных в поле излучателя объектах. Выходной сигнал представляет собой ток определенной силы, по которой определяются дискретное позиционирование и другие параметры объекта.
Оптический датчик пламени
Устройство применяется для контроля наличия пламени в промышленных горелках. Датчик питается от искрозащищенного блока, который входит в комплект поставки. Используется преимущественно на предприятиях нефтегазовой промышленности.
Как проверить
Контрольно-измерительная аппаратура перед вводом в эксплуатацию должна быть проверена на работоспособность. Сделать это можно при помощи специальной техники, на стенде. Также часто используется эмпирический метод. Для этого прибор включают на месте и наблюдают за его поведением.
Неисправности и уход
Дефекты для этого типа аппаратуры крайне редки. Нарушение работоспособности может происходить по следующим причинам:
- Механические повреждения, в том числе обрывы в цепи питания;
- Выход из строя внутренних компонентов;
- Сбой настроек (большинству датчиков требуется калибровка);
- Нарушение полярности.
Своевременное сервисное обслуживание и замена неисправных компонентов обеспечат долгий срок службы изделий и отсутствие простоев на производстве.
В век наших технологий я отдаю предпочтение с раздельным приемником и передатчиком. Там более надежная конструкция.
Задача определения наличия объекта, несмотря на кажущуюся простоту решения, до сих пор остаётся важной и зачастую нетривиальной для многих отраслей промышленности. На малых расстояниях с этим справляются бесконтактные индуктивные и емкостные датчики, а также различные варианты контактных выключателей. Однако нередки случаи, когда задача требует обнаружить объект на больших дистанциях – до нескольких десятков метров. В этом случае на помощь приходит ещё один вид бесконтактных датчиков – оптические датчики.
Оптические датчики, также называемые оптоэлектронными или фотоэлектрическими – совокупное название огромного класса устройств, которые объединены общим принципом работы и основными элементами конструкции. В зависимости от задачи те или иные элементы конструкции, а также габариты датчика могут различаться кардинально – от крохотного цилиндра диаметром не более миллиметра до громоздких и тяжелых устройств, способных работать на дистанциях более ста метров.
В общем случае каждый оптоэлектронный датчик состоит из двух основных компонентов – излучателя и приёмника. В свою очередь, излучатель обычно включает в себя:
излучатель (светодиод, лазер, либо иной вариант)
настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)
Приёмник же является более сложным устройством и включает:
электронный элемент переключения
настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)
индикаторы работы и срабатывания
В отдельных случаях приёмник датчика может также включать в себя таймер, обеспечивающий возможность настройки задержки срабатывания, либо более сложные варианты электроники, например, счётчик, который вызывает переключение выходного сигнала датчика только после последовательного обнаружения определенного количества объектов. Также весьма распространена функция индикации стабильности сигнала, которая позволяет определить нестабильный уровень освещённости приёмника, например, в случае, когда объект находится на границе зоны чувствительности.
Принцип действия оптических датчиков в общем случае сводится к реакции фотодиода приёмника на свет от излучателя, что вызывает при достижении определенной интенсивности освещения срабатывание триггера приёмника и переключение выходного сигнала. В основном применяются светодиодные либо лазерные источники света красного спектра, что обеспечивает устойчивость датчика к помехам. Кроме того, точная настройка электроники датчика на работу с определенной длиной волны света позволяет существенно снизить влияние посторонних засветок на стабильность срабатывания.
По конструкции оптические датчики можно подразделить на одно- и двухкомпонентные. Приёмник и излучатель однокомпонентного датчика размещены в едином корпусе, в то время как для двухкомпонентных датчиков эти элементы разнесены по разным корпусам. Основных типов же датчиков три:
барьерные или однонаправленные – изготавливаются по двухкомпонентной схеме и срабатывают на пересечение объектом луча, который проходит от отдельно стоящего излучателя к приёмнику. Для датчиков такого типа характерна наибольшая среди данного класса устройств дальность действия, которая может достигать более 100 метров, а также высокая надёжность срабатывания в силу простоты принципа действия. Помимо прочего, данные датчики в отдельных случаях способны работать в средах с высоким уровнем загрязнённости.
рефлекторные или отражательные – имеют однокомпонентную схему и работают на отражение луча излучателя от установленного отдельно отражателя. Зачастую подобные датчики применяются в системах конвейеров для подсчёта объектов. Как и барьерные, рефлекторные датчики срабатывают на пересечение луча. В случае, если существует возможность появления в зоне действия датчика объекта, поверхность которого имеет сильную отражающую способность (металлическая, зеркальная), датчики оснащаются поляризационным фильтром, который препятствует срабатыванию датчика на отраженный от объекта свет, поскольку в таком случае направление волны света отличается от отраженного от рефлектора.
диффузные – также изготавливаются по однокомпонентной схеме и предназначены для непосредственного определения наличия объекта посредством приёма рассеянного отраженного от объекта света излучателя. Данные датчики отличаются наименьшей дальностью действия среди всех оптических датчиков, которая составляет обычно не более 2 метров. Кроме того, они чувствительны к отражающей способности поверхности объекта, поэтому их применимость для контроля наличия объектов разного цвета и/или с более или менее зеркальной поверхностью ограничена. Для повышения надёжности датчики оснащаются функцией подавления внешней засветки, а также большинство из них имеют возможность точной подстройки как при помощи потенциометра, так и посредством электронной калибровки по кнопке или внешнему сигналу. Также данная категория датчиков нередко имеет функцию подавления заднего фона, которая позволяет срабатывать только на объекты, находящиеся на определенном расстоянии от датчика, несмотря на возможное наличие объектов в пределах зоны действия датчика, но дальше искомого объекта.
На выходе оптического датчика обычно находится стандартный транзистор PNP/NPN. В отличие от иных датчиков дискретного типа, имеющих стандартное обозначение выхода как НО (нормально открытый) либо НЗ (нормально закрытый) контакт, для оптических датчиков введены специальные обозначения:
Light ON – переключение происходит при наличии попадающего на фотодиод света от излучателя
Dark ON – переключение происходит при прерывании луча, т. е. при отсутствии попадающего на фотодиод света
В зависимости от типа датчика меняется и соответствие его выхода классической классификации НО/НЗ:
Читайте также: