Schakelen met een lichtsluis

Een lichtsluis bevat een LED die een lichtstraal stuurt naar een fototransistor. Deze transistor detecteerd of de lichtstraal wordt onderbroken door een voorwerp.

Wanneer licht op de basis van de lichtgevoelige semiconductor invalt, zal er een basisstroom geproduceerd worden. Een kleine lensopening in het omhulsel van de transistor zorgt ervoor dat de collector-basis pn junctie van de transistor blootgesteld wordt aan het licht. We kunnen hieruit afleiden dat een grotere regio, een grotere basistroom impliceert.

Fototransistor zijn niet gevoelig voor alle soorten licht, maar enkel voor licht binnen een bepaald bereik van golflengtes en ze zijn het meest gevoelig voor een bepaalde golflengte binnen dit bereik.

Een fototransistor direct aansluiten op een digitale ingang

Dat is heel simpel, je hebt alleen een weerstand en een fototransistor nodig.
Er zijn slechts twee dingen waar je op moet letten:
De +Vcc mag niet hoger zijn dan de maximale spanning die de Analoge Ingang kan verwerken.
De weerstand mag niet lager dan 10 kOhm zijn, anders wordt de stroom te groot.

Als voorbeeld nemen we een spanning +Vcc van +5 Volt, een weerstand van 68 kOhm en een fototransistor van het type BPW-17N.
In het linker schema wordt de spanning op de AnaInp hoger als er meer licht op de sensor valt.
In het rechter schema wordt de spanning op de AnaInp lager als er meer licht op de sensor valt.

Een betrouwbare lichtsluis zelf maken

Een lichtsluis is ideaal om treinen te detecteren, vooral als de detectie nauw luistert of wanneer andere manieren van detecteren lastig in te bouwen zijn.
Maar een lichtsluis moet natuurlijk niet op vreemd omgevingslicht reageren, betrouwbaar zijn, en moet uit zo weinig mogelijk onderdelen bestaan.
dafür wurde der IC471F entwickelt. Dieser IC ist als Reflex-Lichtschranke konzipiert. An dem Anschluss 4 wird die IR-LED ange- schlossen, die ein Frequenzmoduliertem Licht sendet. An dem Anschluss 2 steht ein TTL-fähiges Signal zur Verfügung. Dieses kann von dem Mikrocontroller verarbeitet werden. Gelukkig bestaat er de IS471F van Sharp, deze component bevat alle vrijwel elektronica die je nodig hebt om een betrouwbare lichtsluis te bouwen. Voeg er alleen nog een infrarood LED aan toe en je bent helemaal klaar om van alles en nog wat te schakelen. Het bereik van de lichtsluis is met een SFH409 als IR LED grofweg 30 cm. Als je de LD274 als IR LED gebruikt, wordt dat ongeveer een meter.
Het IC maakt gebruik van een gemoduleerd signaal en is daardoor vrijwel ongevoelig voor omgevingslicht Tevens is het IC voorzien van een interne spanningsregelaar Op één van de brede zijden van het IC bevindt zich een klein 'bobbeltje'. Vlak onder dit 'bobbeltje' bevindt zich het lichtgevoelige gedeelte van het IC. De IS471F stuurt de SFH409 aan met een gemoduleerd signaal. Hierdoor is de schakeling niet- of nauwelijks gevoelig voor sterk omgevingslicht. Dit waarborgt een storingvrije en betrouwbare werking. Het IC werkt binnen een ruim voedingsspanningsbereik; namelijk van 4,5 tot 16 volt. U kunt het IC dus vrij vaak op een bestaande (lees: 'reeds aanwezige') voedingsspanning aansluiten. Mocht u zich afvragen waarom er bij de infrarood-LED geen voorschakelweerstand is toegepast. Die zit al in het IC.

Onderdelen
Aantal	Omschrijving	Conrad nummer
1	IS471F	185094
1	IR LED SFH 409 of LD 274	154070 of 153641
2	diode 1N4001	162213
1	condensator 0,47 µF	453374

Naast de IS471F zijn maar een paar componenten nodig om de lichtsluis compleet te maken. De schakeling wordt gevoed met 12 Volt gelijkspanning. Een diode zorgt er voor dat niets kapot gaat als de spanning per ongeluk verkeerd wordt aangesloten. De uitgang van de IS471F stuurt via de transistor het relais aan. Het gekozen relais heeft twee wisselcontacten.

Aansluiten

Het aansluiten van de schakeling is heel eenvoudig. Soldeer de LED aan de twee vlakjes voor de detector en sluit de voedingsspanning aan. Richt de LED op de vlakke kant van de detector. Als je nu je hand tussen de LED en de detector beweegt, zul je het relais horen verspringen. Op de contacten van het relais kun je van alles aansluiten, bijvoorbeeld een paar lampjes die aangeven of zich iets in de lichtsluis bevindt. Zo kun je bezetmelding in je (analoge of digitale) schaduwstation bouwen, een overweg aansturen of .... verzin het maar.

De lichtsluis is direct op een digitale ingang aan te sluiten. Een lichtsluis zorgt voor een nauwkeuriger detectie dan de traditionele massadetectie of stroomdetectie; je hebt immers nooit last van vuile wielen. Als je een computer gebruikt om je treinen te besturen, kun je ze tot op de millimeter nauwkeurig laten stoppen. Bijvoorbeeld precies boven een ontkoppelrail.

Keerlussen

Met een lichtsluis bouw je een simpele en betrouwbare keerlusschakeling die niet werkt op basis van kortsluiting (zoals de meeste keerlusmodules wel doen). Net als bij een gewone keerlusmodule moet de keerlus aan beide uiteinden dubbel geïsoleerd zijn. Bouw de lichtsluis in de baan en zorg ervoor dat hij schuin over een van de isolaties staat. Het relais van de lichtsluis poolt de spanning in de keerlus om. De keerlus wordt zo aangesloten dat standaard de polarisatie goed staat voor de isolatie zonder lichtsluis.

Een trein kan zonder kortsluiting over de isolatie zonder lichtsluis rijden. Wanneer de trein de isolatie met lichtsluis nadert, zal de lichtsluis de trein al zien voordat hij de isolatie bereikt. De lichtsluis poolt de polariteit van de keerlus om, zodat de trein zonder kortsluiting over de isolatie kan rijden. Zodra de trein de lichtluis en de isolatie voorbij is, valt het relais weer af en kan de volgende trein komen. De keerlus is in beide richtingen te berijden.

Als je helemaal op chique wilt gaan, kun je een keerlus voorzien van twee lichtsluizen. De lichtsluizen schakelen een extra relais om dat de polariteit van de keerlus omdraait en er zo voor zorgt dat de trein probleemloos beide isolaties passeert. De terugmelddecoder heeft niets met de keerlusschakeling te maken, maar is toegevoegd om te laten zien hoe je een keerlusschakeling met een terugmelddecoder kunt combineren. Op dezelfde manier kun je de keerlus met één lichtsluis ook van terugmelding voorzien. De terugmelddecoder wordt tussen de centrale en het relais van de lichtsluis geplaatst.