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Senden und Empfangen von Infrarot-Signalen



Diese Seite zeigt, wie man Infrarot-Signale erzeugt und wie man sie empfangen kann.

Damit Infrarotlicht von überall und immer vorhandenem Umgebungslicht unterschieden werden kann, braucht es ein zerhacktes Infrarotsignal. Das heißt ein schnelles an- und ausgeschaltetes Lichtsignal. Das kann man beim Empfang dann anhand seiner Frequenz ausfiltern.

1. Senden von Infrarotsignalen

IR-TX Zum Senden reicht eine kleine Infrarot-Leuchtdiode, die von einem Zerhacker z. B. mit 40.000 Hz an- und ausgeschaltet wird. Da IR-Sendedioden recht große Ströme von z. B. 130 mA benötigen, muss es schon ein ordentlicher Signalgeber sein.

555 IR TX Den kann man z. B. mit einem IC 555 aufbauen. Die Schaltung für den IR-Sender geht dann so.

Der 555 ist als astabiler Multivibrator geschaltet. Mit dem Trimmer ist seine Frequenz zwischen 38 und 48 kHz einstellbar. Für das Einstellen auf 40 kHz braucht man entweder einen Frequenzzähler mit Digitaleingang oder den fertigen selektiven IR-Empfärker mit Verstärker und ein Oszilloskop oder einen Gleichrichter mit Voltmeter.

Die IR-Leuchtdiode strahlt mit voller Sendeleistung (bei 130 mA LED-Strom). Daher sollte das Gerät aus einem Netzteil und nicht aus Batterien oder Akkus gespeist werden.

Noch ein Hinweis: nicht im Wohnzimmer betreiben. Der Sender stopft alle Infrarotempfänger im Wohnzimmer zu, sodass Fernbedienungen nicht mehr funktionieren.

Insgesamt sind für den Sender 27 Transistoren verbaut, davon 26 im 555.

Aufbau IR-TX Das hier ist so ein IR-Sender fertig aufgebaut.

2. Empfang von Infrarotsignalen

Der Empfang von Infrarot-Signalen ist nicht so trivial, weil handelsübliche Infrarot-Sensoren nur digitale Informationen liefern (Signal an oder aus), aber keine analogen Pegel. Der Empfänger muss daher diskret aufgebaut werden.

IR-Empfang und -Auswertung Das sind die Hauptbestandteile bei Empfang und Auswertung. Ein infrarotempfindlicher Fototransistor misst den Infrarot- Pegel. Die 40kHz-Signale werden ausgefiltert und verstärkt. In einer Gleichrichterschaltung mit zwei Germanium- oder Schottky-Dioden und zwei Kondensatoren werden die 40kHz-Signale gleichgerichtet und in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Spannung wird über einen Trimmer geteilt und dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers zugefürt. Gleichzeitig wird die Spannung über einen Widerstand und einem Elko gemittelt, um den mittleren Signalpegel (z. B. mitverstärktes Rauschen und eingestreuten HF-Schmutz) dem negativen Eingang des Operationsverstärkers zuzuführen. Bei Erhöhung des reflektierten IR-Signals gegenüber dem mittleren Pegel wird der Operationsverstärker am Ausgang High und schaltet die Leuchtdiode ein. Die Empfindlichkeit lässt sich mit dem Trimmer abregeln. Wer will, kann dem Operationsverstärker noch einen monostabilen Multivibrator nachschalten, der den Alarm für eine festlegbare Zeit lang hält und dann wieder ausschaltet.

In elektronisch sieht das dann so aus:

Schaltbild IR-Empfaenger

Ein Fototransistor empfängt die schwachen IR-Reflektionen und überhaupt alles, was so an IR in der Luft herumschwirrt. Da uns das "überhaupt alles" gar nicht interessiert, filtert das 10pF/15mH/1nF-Triple erst mal alles aus, was nicht schnell genug und mit 40kHz schwingt. Das wird mit dem ersten Operationsverstärker erst mal sanft eingekoppelt und um das 10-fache verstärkt. Im zweiten und dritten Verstärker kriegt das noch mal jeweils einen Boost zum 25-fachen, so dass insgesamt das 6.250-fache der schwachen Eingangsamplitude herauskommt.

Mit den beiden Germaniumdioden und den Kondensatoren von 100nF wird die Wechselspannung dann gleichgerichtet und dabei gleich noch mal verdoppelt. Mit dem Trimmer wird die Gleichspannung geteilt und kommt an den Plusanschluss des vierten Operationsverstärkers. Durch die Kombination von 100k und 47µF wird der Mittelwert gebildet und an den negativen Eingang gefüttert.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (4) treibt dann eine LED an und kann weiter verarbeitet werden.

Aufbau IR-Empfänger So sieht der Empfänger komplett aufgebaut aus.

Das Ganze hat 64 Transistoren, alle im TL084 verbaut. Insgesamt sind also in Sender und Empfänger 91 Transistoren am Werkeln. Noch keine 100, aber nicht so arg viel weniger (siehe Kommentar von Niels Bauer
hier).

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