Detección por infrarrojos

Detección por infrarrojos
La misión de este tipo de circuitos es la de detectar trenes basándose en barreras ópticas por
infrarrojos. Tiene una serie de ventajas frente a los detectores de consumo tradicionales y es la
independencia total de los circuitos de alimentación de la vía y la gran fiabilidad de
funcionamiento, ya que los infrarrojos aseguran cierta inmunidad hacia las variaciones de la luz
ambiente. El alcance de este circuito está alrededor de los 15 cm.
Su uso principal es la detección de trenes dentro de una estación oculta.
Funcionamiento.
La clave de este circuito está en el componente µA 741 que funciona como un comparador.
Cuando la tensión en la entrada Positiva (+) es superior a la tensión en la entrada Negativa (-), su
salida es de aproximadamente 12 voltios (tensión de alimentación). Y cuando la tensión en la
entrada Negativa (-) es superior a la tensión en la entrada Positiva (+) ,su salida es de
aproximadamente 0 voltios.
La tensión en la entrada Negativa (-) es de 6 Voltios y es establecida por las resistencias R3 y R4,
de acuerdo a la siguiente fórmula:
Tensión = (12 x R4)/(R3 + R4)
La misión de las resistencias R1 y R2 es la de polarizar convenientemente al fotodiodo D1 y al
fototransistor Q1 respectivamente.
El fotodiodo D1 siempre conduce, al estar polarizado en directo, por lo que siempre está
emitiendo una señal de infrarrojos. El fototransistor Q1 estará en estado de saturación
(encendido) o en estado de corte (apagado) según le llegue o no dicha señal infrarroja a través de
su base.
En estado normal, cuando ningún tren interrumpe la barrera de infrarrojos, el fototransistor Q1
está en estado de saturación (su base está activada por el fotodiodo), y la tensión en la patilla
Positiva (+) es de aproximadamente 0 voltios. Por tanto, la tensión a la salida del comparador es
de 0 voltios. Recordemos que un transistor en estado de saturación su tensión Colector-Emisor es
de aproximadamente 0 voltios.
Cuando el tren interrumpe la barrera de infrarrojos, el fototransistor Q1 pasa a estado de corte (su
base no está activada por el fotodiodo), y la tensión en la patilla Positiva (+) es de 12 voltios. Por
tanto, la tensión a la salida del comparador es de 12 voltios. Recordemos que un transistor en
estado de corte no conduce, por lo que tanto la corriente de colector como la corriente de emisor
es nula.
La misión del diodo D2 a la entrada es la de proteger al circuito contra cualquier inversión
accidental de la polaridad. Finalmente, únicamente lo instalé en el receptor, no en el emisor de
infrarrojos.
Lista de componentes
En este circuito, lo que más me costó fue dar con la pareja apropiada de fotodiodo y fototransistor.
Finalmente he utilizado:
Fotodiodo D1: TSUS540, reconocido por su color rosáceo.
Fototransistor Q1: BPW96, reconocible por ser transparente.
Diodo D2: diodo rectificador, por ejemplo 1N4007
R1: 560 Ω
R2: 12K
R3: 10K
R4: 10K
IC: LM741
D3 es un diodo led que se coloca a la salida del circuito y se encenderá cuando se detecte el tren.
La resistencia R5 limita la corriente por D3, y su valor dependerá del tipo de diodo D3, pero un
valor válido puede ser de alrededor de 390 ohmios. Obviamente, la salida del comparador podrá
utilizarse para otros fines, no únicamente para encender un led. Por ejemplo, la salida podría
conectarse a un relé con el que podremos controlar la tensión en un cantón, activar un desvío,
activar un semáforo, etc.
Realización del circuito
Se realizarán dos pequeños circuitos: el correspondiente al emisor formado por los componentes
R1 y D1, y el correspondiente al receptor formado por el resto de los componentes.
Se usarán además conectores de dos pines para circuito impreso donde conectaremos los cables
de alimentación, el fotodiodo, el fotorreceptor y de donde obtendremos la señal de la detección.
En esta imagen podemos ver el emisor a la derecha y el receptor a la izquierda.
Conector
alimentación
Conector alimentación
Señal detección tren
Fototransistor
Fotodiodo
No conviene soldar el circuito LM 741 directamente a la placa, ya que podría dañarse con el calor
del soldador. Es preferible usar un zócalo de 8 pines donde posteriormente lo insertamos.
He utilizado placa agujereada donde iremos insertando los componentes, y mediante estaño he
realizado las distintas conexiones, aunque como podéis ver, he utilizado también cable para una
de ellas que parecía algo más complicada.
En este tipo de circuitos, para la obtención de una señalización fiable, lo ideal es situar la barrera
de infrarrojos en diagonal, de manera que no se indiquen falsas informaciones debidas a una
mala parada del tren, por ejemplo. Es conveniente, pues, enfrentarlos formando un ángulo de 45
grados.
He colocado los circuitos sobre unos zócalos para darles la altura apropiada. Aquí puede verse el
emisor algo elevado.
Finalmente decir, que he usado estos circuitos en la estación oculta de una pequeña maqueta de
80x40 cm. Esta estación oculta es un bucle de retorno, donde he establecido dos zonas aisladas
para la detección y parada de los trenes.