Domanda:
circuito semplice ed efficiente dal punto di vista energetico per far lampeggiare un singolo LED IR
memyself
2012-12-17 20:58:46 UTC
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Utilizzo un LED IR da 850 nm ( scheda tecnica) e, per prolungare la durata della batteria, vorrei far lampeggiare il LED (UF 1,9 V, IF 100 mA) .

Ho trovato un paio di collegamenti 1, 2, 3 ma a) richiedono due LED che lampeggiano alternanza, o un mucchio di resistori che molto probabilmente scaricheranno la mia batteria ancora più velocemente (lo faranno?).

Quindi la mia domanda:

Qual è il

  • il più semplice”
  • efficiente dal punto di vista energetico
  • il più piccolo possibile (idealmente non più grande del LED & della batteria)
  • idealmente funzionante con 3 V o meno .

circuito per far lampeggiare un LED IR ?

MODIFICA:

  • Vorrei far lampeggiare il LED da 10 a 30 volte al secondo. Ma possiamo iniziare da 2 a 5 volte.
  • il LED dovrebbe essere acceso per 10 ms (almeno) o 100 ms (al massimo). A seconda della frequenza di lampeggiamento.
  • Sto cercando di rendere il circuito il più piccolo possibile (dimensioni e complessità) perché voglio usarlo per un dispositivo di localizzazione.
  • Sto alimentando il LED con una batteria CR2032 da 3 V e speravo di poter prolungare la durata della batteria facendo lampeggiare il LED invece di averlo sempre acceso.
  • Al momento posso far funzionare il LED IR con la batteria CR2032 per 4 ore. Estendere quel tempo a 8 o forse anche a 12 ore sarebbe fantastico.
Il timer 555, con resistori di grande valore nel partitore di tensione, è probabilmente il migliore. Potrebbe essere necessario un transistor aggiuntivo per gestire i 100mA.
@pjc50 puoi essere più specifico? Non ho davvero idea di come scegliere i resistori giusti. Mi chiedo anche se le resistenze di grandi dimensioni scaricheranno la mia batteria più rapidamente, vero?
Potrebbe essere utile sapere quanto spesso hai bisogno che il tuo led lampeggi e per quanto tempo dovrebbe rimanere acceso. E potresti aggiungere ulteriori dettagli sul tuo progetto specifico.
@VladimirCravero Ho aggiunto ulteriori dettagli alla fine del mio intervento.
Un ricevitore IR non richiede in genere un impulso di circa 30 kHz sul trasmettitore per essere rilevato? Potrei sbagliarmi completamente, ma per qualche motivo questo suona un campanello ...
@vicatcu, Penso che non stia usando normali ricevitori a 36kHz, nel mio senso di tracciamento hai bisogno di una fotocamera. Me stesso, la durata del lampeggio è significativa? se 10ms va bene per te lo terrò, meno il led è acceso, meno si consuma la batteria. Stessa cosa per la frequenza di lampeggiamento. Il 555 non è una cattiva idea, dovresti fare alcuni calcoli sui consumi energetici e controllare se raggiungi la durata minima desiderata.
@vicatcu Uso una telecamera IR a 30Hz per rilevare il segnale IR. Pertanto 30Hz o al massimo 60Hz dovrebbero essere sufficienti per vedere il segnale.
Un approccio diverso per una maggiore durata della batteria è un "Joule Thief", che ti consente di scaricare la batteria ben oltre il punto in cui la sostituiresti normalmente. https://en.wikipedia.org/wiki/Joule_thief
Questo sarebbe facile con un Arduino. [anatre]
Aspetta, come stai ottenendo 100ma da un cr2032? Quanto tempo ti aspetti di alimentarlo a quel ritmo comunque? Il cr2032 ha una capacità di corrente nominale di 250mA ...
La corrente di funzionamento del 555 è troppo grande per essere alimentata da un CR2023. Se vuoi davvero usare un 555, usa invece 7555, una variante CMOS del timer 555.
Il commento sopra è giusto. "555" e "efficienza energetica" sono come un pugno e una faccia. Quando si incontrano, non succede niente di buono.
@memyself puoi fornire maggiori dettagli sul lampeggiamento desiderato? 2-30 Hz è una gamma piuttosto ampia. Ciò che mi confonde è che all'estremità superiore di questo intervallo, il LED potrebbe anche lampeggiare a 2 GHz. Qualunque cosa si avvicini al frame rate sembrerà "sempre attivo". Quindi, vuoi lampeggiare perché vuoi che sia visibile in modo intermittente, o vuoi che lampeggi perché vuoi risparmiare energia, ma deve essere ancora visibile in ogni fotogramma?
@memyself: anche, cosa intendi per "semplice"? Intendi un basso numero di componenti? Intendi semplice da capire? Intendi semplice da montare? Semplice da acquistare? Vuoi escludere tutti i circuiti integrati? E i microcontrollori?
@memyself - Sono curioso della tua applicazione: catturare i flash con una fotocamera è un modo complicato di fare le cose e devi essere consapevole dei problemi (frequenza / alias di Nyquist). Vale anche la pena notare che la maggior parte delle fotocamere ha un effetto otturatore artificiale e può campionare i dati dell'immagine solo per 0,1 ms in un dato periodo di fotogramma. Abbiamo esaminato i LED pulsanti di illuminazione in fase con una telecamera, ed è un campo minato.
@PhilFrost con semplice intendo: minor numero di componenti. Il più piccolo possibile. La dimensione totale del circuito tuttavia è più importante del numero di componenti.
@JohnU con 'telecamere' IR come il Kinect ottieni 30FPS e puoi integrare il segnale sui frame.
Probabilmente dovreste prenderlo per chattare o trasformarlo in una risposta ... le lunghe catene di commenti sono solitamente scoraggiate perché rende difficile per i futuri lettori raccogliere la risposta effettiva.
CR2032 non può emettere più di 20 mA, tuttavia è possibile ottenere impulsi di corrente elevata utilizzando un condensatore.
Cinque risposte:
Anindo Ghosh
2013-01-08 18:55:20 UTC
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Poiché molte delle risposte finora hanno fatto a meno del requisito di corrente del drive LED da 100 mA, limitandolo invece a 20 o forse 50 mA che i microcontrollori tipici affonderanno o genereranno in modo sicuro, ecco alcuni minimi ad alta efficienza soluzioni all'interno degli stessi vincoli attuali.

Bowin M34-2H è una parte a 3 pin che farà lampeggiare un LED a 2 Hz con corrente di 25 mA. Contiene un oscillatore RC interno, con tolleranza +/- 20%, quindi non particolarmente preciso. Il pin-out e il circuito dell'applicazione dal datasheet:
M34-2H

Questa parte offre 2 Hz a 1/8 duty cycle. Altre parti della serie:

  • M34-1L o M34-1H o M2581: 1 Hz, ciclo di lavoro 1/8
  • M34-2L o M34-2H: 2 Hz, ciclo di lavoro 1/8
  • M34-4L o M34-4H: 4 Hz, ciclo di lavoro 1/8
  • M34-8L o M2585: 8 Hz, servizio 1/2 ciclo

Le parti H guidano 25 mA, mentre le parti L sono per 16 mA.


In alternativa, per la programmazione dello schema di lampeggiamento, e anche superiore efficienza, NXP PCA9901 è un'opzione: corrente di riposo < 0,75 μA !

Questa parte TSSOP a 8 pin può essere "addestrato" con una sequenza di un massimo di 3 elementi lampeggianti, quindi continuerà a lampeggiare come addestrato. La connessione di programmazione può essere rimossa dopo l'addestramento e questa programmazione viene ottenuta tramite una singola linea di segnale da qualsiasi microcontrollore standard, utilizzando il protocollo 1-Wire.

PCA9901

Il singolo Il resistore nello schema imposta la corrente del drive LED, tra 1 mA e 20 mA. Di per sé non trasporta una corrente significativa (meno di 1 μA), quindi non scarica la batteria in modo evidente.


Data la scelta, la parte NXP sarebbe una raccomandazione , sia perché proviene da un importante produttore, sia perché lo schema di lampeggiamento può essere ottimizzato fino a un ciclo di lavoro 1/1024, se necessario, e il tempo di ciclo variava su un ampio intervallo, coprendo l'intero intervallo di interesse dell'OP. Riduci il ciclo di lavoro, più a lungo durerà la batteria .


Aggiorna :

Aggiungendo un altro semplice, altamente efficiente Flasher IC al mix:
NTE876 LED flasher / oscillatore funziona da 1,15 a 6 Volt, fornisce fino a 2 Volt al LED collegato a fino a 45 mA e richiede una corrente operativa di solo 0,75 mA massimo.

Questo è un CI DIP a 8 pin, sebbene siano disponibili anche equivalenti SMD. Ha solo bisogno di un condensatore esterno per la regolazione della temporizzazione, la R dell'oscillatore RC è interna. La corrente di pilotaggio LED da 45 mA lo avvicina all'obiettivo attuale indicato nella domanda.

+1 ottima risposta! Wow, lunga scia di commenti da provare a seguire, felice di aver perso la discussione :)
M34 è una buona idea ma sfortunatamente non è disponibile negli Stati Uniti. Ho provato a trovare da Mouser e Digikey, ma senza fortuna.
@ChetanBhargava [RapidOnline] (http://www.rapidonline.com/Electronic-Components/LED-Flashing-controller-IC-82-0032) spedisce negli Stati Uniti.
Aggiunto l'NTE876, un'altra opzione di lampeggiatore a LED molto semplice e ad alta efficienza, che può pilotare i LED a una tensione maggiore rispetto alla sua alimentazione.
Dave Tweed
2013-01-06 21:10:17 UTC
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Questo potrebbe non soddisfare direttamente le esigenze della tua applicazione, ma se desideri alcune idee per un lampeggiamento LED a bassissima potenza, dai un'occhiata alla scheda tecnica (il circuito interno, in particolare) per l'ormai obsoleto LM3909 IC lampeggiatore LED di National Semiconductor. Questo chip è stato in grado di far lampeggiare un LED rosso per anni su una singola cella D alcalina.

Tieni presente che la durata massima della batteria dipenderà principalmente dalla corrente che metti nel LED e qual è il ciclo di lavoro (tempo di accensione e tempo di spegnimento). Nella tua domanda, hai specificato alcuni cicli di lavoro piuttosto elevati, quindi non dovresti aspettarti molta durata, specialmente dalle celle a bottone.

L'LM3909 ha avuto successo perché utilizzava un ciclo di lavoro molto basso e molto poco della sua corrente operativa complessiva è stata sprecata per cose diverse dall'accensione del LED. Anche la maggior parte della carica che entrava nel condensatore di temporizzazione ad ogni ciclo veniva scaricata attraverso il LED per aiutarlo ad accenderlo (aiutava anche ad aumentare la tensione, in modo che una batteria da 1,5 V potesse accendere un LED da 2 V).

Questa è davvero una buona idea, ma tieni presente che, come ho affermato nella mia risposta, i LED IR utilizzano molta più corrente dei LED rossi.
@DaveTweed Come hai affermato, LM3909 è obsoleto. L'OP non può implementarlo nel progetto corrente a meno che non sia disponibile.
@ChetanBhargava: Penso che tu abbia perso il mio punto. Lo schema del circuito interno dell'LM3909 ha idee interessanti che potrebbero essere implementate con parti discrete.
@DaveTweed ha capito :-)
user17592
2013-01-07 13:57:28 UTC
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LED Flasher circuit

Questi schemi funzionano su 3V, l'ho testato io stesso con BC547 e BC557 rispettivamente come NPN, PNP.

Questo non richiede la programmazione di microcontrollori, circuiti integrati, sono solo due transistor + alcuni componenti RC. Scommetto che puoi ottenerlo in un cm ^ 3!

Modificando i valori RC (gioca un po 'con quello, con un normale LED collegato) puoi adattare la frequenza e il duty cycle.

Tuttavia, devo avvertirti: CR2032 non è la migliore batteria che puoi ottenere e l'IR è caldo, quindi utilizza un po 'di corrente. Supponiamo che tu faccia lampeggiare il LED 20 volte al secondo e per 20 ms. Questo lo rende attivo per il 40% del tempo, dandoti una corrente risultante di 40mA, parecchio.

Puoi anche usare l'LM3909, come ha già detto Dave Tweed.

-1 per design a bassa efficienza. Cosa fa quella resistenza da 22 \ $ \ Omega \ $ se non riscaldare? A 100 mA si bruciano quasi 1/4 W ogni volta che il LED è acceso. È più potenza del LED! Anche il circuito lampeggiante assorbe certamente un po 'di corrente.
È vero, provare a rimuovere il resistore è una buona idea! Non ho fatto il circuito da solo, quindi non posso cambiarlo.
Se rimuovi il resistore, non ci sarà alcuna limitazione di corrente. Con componenti ideali, questo significa che l'universo esplode. Con componenti reali, questo probabilmente significa che usi invece la resistenza interna della batteria. Quello e il LED non lampeggerà più.
Ok, ma questo significa che il resistore deve essere lì, quindi qual è il tuo problema?
No, non deve essere lì. Guarda la mia risposta. Nessun resistore limitatore di corrente lì. In alternativa, puoi progettarlo in modo che il LED venga cortocircuitato rispetto alla batteria e lasciare che la resistenza interna della batteria (che è inevitabile) faccia la limitazione. La risposta di Olin adotta questo approccio.
Sì, ma non è più semplice, con un micro. Bene, vedremo cosa pensa l'interrogante.
quindi questo circuito funzionerà o no? Sfortunatamente non sono in grado di fare un'ipotesi plausibile.
@memyself Non molto efficiente, la batteria non durerà a lungo con questo design.
Olin Lathrop
2013-01-07 18:43:23 UTC
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Questo è probabilmente il circuito più semplice:

Solo 4 parti, e questo include il LED e la batteria. (A proposito, l'unica ragione per cui la batteria sembra così strana con 5 connessioni è perché è così che funziona il porta batteria CR2032 che ho nella mia libreria. Le tre connessioni negative sono in realtà solo protuberanze di saldatura sulla scheda.)

Questo non è un circuito che consiglio per un'applicazione industriale in cui la robustezza è importante. Suona velocemente e liberamente con alcune specifiche, ma hai chiesto "semplice". Questo tipo di scorciatoia può essere abbastanza appropriato per un articolo di consumo usa e getta, un giocattolo, ecc.

Notare che non c'è resistenza in serie con il LED. Questa è generalmente una cattiva idea, ma come ho detto, questa è una scorciatoia a favore della semplicità. Una batteria CR2032 ha una resistenza interna così elevata che la corrente sarà limitata a ciò che il micro e il LED possono gestire nella realtà. Il fatto che il LED sia un diodo e la sua corrente scenda rapidamente a una certa tensione aiuterà a mantenere la tensione dal collasso al punto in cui il micro non funzionerà, specialmente se gli impulsi sono mantenuti brevi.

Per un circuito migliore, metti un resistore in serie con il LED. Puoi andare avanti e persino mettere un piccolo induttore in serie seguito da un condensatore a terra per fornire un serbatoio di energia locale a breve termine per far funzionare il LED durante gli impulsi. Questo viene quindi ricaricato più lentamente durante il tempo di spegnimento. Andando oltre, è possibile aggiungere un transistor che consente più corrente di quella che l'uscita PIC può assorbire. Ci sono molti compromessi possibili qui per favorire la robustezza e un minore consumo di batteria a scapito di più parti e meno semplicità.

Il PIC 10F200 è quanto di più semplice si possa ottenere per creare un oscillatore digitale. È piccolo, economico, richiede poca energia, puoi avere qualsiasi tipo di schema di ammiccamento che desideri e il tempismo sarà preciso fino a pochi punti percentuali. Questo è sicuramente meglio di un timer 666.

Se lo scopo è essere un radiofaro IR, sono necessari solo impulsi molto brevi con un ciclo di lavoro basso. È meglio spendere l'energia per un impulso breve e luminoso piuttosto che per uno più lungo e più debole. L'impulso più luminoso avrà una portata migliore. Per il beaconing, è necessario modulare comunque il segnale a causa del livello ambientale potenzialmente elevato.

c'è un PIC alternativo che potrei usare? Non riesco a trovare il 10F200. Qualunque 12FXXX o 16FXXX o 18FXXX andrebbe bene o ne ho bisogno di uno speciale?
Presumo sia facile usare un F200 a 8 pin? http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41239D.pdf Immagino sia una questione di collegare di conseguenza i PIN GP0 a GO3?
@memyself: Ci sono molti PIC che possono farlo, ma il 10F200 è il più piccolo ed economico di tutti. Sono sicuramente prontamente disponibili là fuori. Comincerei da microchipdirect, ma sicuramente molti altri lo portano anche. Questa non è una parte oscura.
No, non lo farà. Dal datasheet collegato prima: corrente max 25mA su qualsiasi pin I / O, affondato / derivato. Vedi sezione 12.0: caratteristiche elettriche.
Haha, a volte ho bisogno di un [segno di sarcasmo] (https://www.youtube.com/watch?v=DF7MroTLDfU) :-)
questo circuito funzionerà? la soluzione suggerita sembra essere stata bocciata.
@AnindoGhosh quindi quali sono le ramificazioni? Mi dispiace, ma sfortunatamente non posso seguire tutti gli argomenti qui :(
@memyself Questo circuito non sarà in grado di fornire (assorbire) i 100 mA che hai specificato per il tuo LED. Farà funzionare il LED a 25 mA o giù di lì. Se ciò è sufficiente, sono disponibili soluzioni più semplici che non necessitano nemmeno di un condensatore. Vorresti un paio di queste opzioni?
Come ho detto, il circuito come mostrato suona veloce e sciolto con alcune specifiche a favore della semplicità, come richiesto dall'OP. 100 mA è comunque assurdo da una cella a bottone, quindi è inutile preoccuparsene. È possibile collegare i tre pin di uscita del PIC in parallelo. Lo avrei dimostrato se ci avessi pensato in quel momento. Ciò renderebbe sicuramente la cella a bottone CR2032 il fattore limitante per la corrente dei LED.
@AnindoGhosh Non credo che 25mA farà accendere il LED. Quindi immagino che non sia un'opzione. Potrei far funzionare il LED con il CR2032 per 4 ore finora e voglio solo estendere la durata della batteria a 8 ore o forse 12 se possibile. Da qui il lampeggiare.
@OlinLathrop non esitate a inviare un'altra soluzione!
@AnindoGhosh Troverai un link alla scheda tecnica nella prima frase della mia domanda. Spero che aiuti!
@memyself Secondo il grafico Radiant Intensity delle curve caratteristiche nella scheda tecnica, il LED si illumina bene a 10 mA.
@AnindoGhosh potresti spiegarmi che cifra intendi e come vedi che ha bisogno solo di 10mA? Il valore più basso che ho trovato nelle schede tecniche era 20 mA. Grazie molto!
@memyself Pagina 7 del datasheet, seconda immagine a sinistra. Questa discussione si è estesa oltre ciò a cui sono destinati i commenti. La chat EE potrebbe essere un posto migliore per continuare.
Chetan Bhargava
2013-01-07 04:04:01 UTC
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Per questo tipo di applicazione alimentata a batteria, puoi utilizzare i microcontrollori MSP430 di TI. Sono disponibili in confezioni molto piccole e consumano pochissima energia a causa delle sue varie modalità di sospensione. Nel software è possibile determinare la velocità di lampeggiamento / ciclo di lavoro per risparmiare energia. Poiché sarà controllato dal software, non sei bloccato su un dispositivo IC.

Per pilotare il LED usa un MOSFET con bassa resistenza interna. Puoi utilizzare un 2N7000 o un BS170 comunemente disponibile per una classificazione di corrente più elevata. Questi transistor sono disponibili nel pacchetto SOT23, riducendo quindi le dimensioni del progetto fisico.

Modifica: qui è tutto ciò che ti serve per lampeggiare un LED utilizzando un MSP430. È possibile avviare la prototipazione rapida utilizzando il launchpad e, una volta che il progetto è perfetto, implementare un progetto basato su MSP430 autonomo. Conoscendo il launchpad, potresti acquisire altre utili capacità di microcontrollore / programmazione.

Vuole semplice, piccolo .. questo significa niente micro.
Quello che ha detto Camil, usare un micro è sempre stato eccessivo, e questa domanda riguarda il piccolo / semplice / minimo.
Non sapevo che semplice significa niente micro.
Inoltre, dovresti usare anche un transistor esterno.
Gli I / O MSP430 non possono generare o assorbire molta corrente come I / O PIC o AVR.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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