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Comunicación por infrarrojos
Prueba de un enlace de infrarrojos

por Eduardo J. Carletti

Presento aquí una prueba de laboratorio de un circuito para la comunicación de datos a través de un enlace infrarrojo, utilizando un receptor de infrarrojo IRM8601S, que ya he descripto, y un led emisor de infrarrojos SFH 480-3 con cápsula metálica y de muy buena potencia de emisión, al que elegí por tener un ángulo angosto de emisión (12°) y una corriente de excitación de hasta 200 mA, una disipación de potencia de hasta 470 mW y una intensidad de radiación, a 100 mA, de 63 mW/sr (es algo caro: vale unos us$ 2,40 en GM Electrónica).

Esta primera prueba la realicé utilizando, como siempre, un par de chips para codificación y decodificación de los que se utilizan para control remoto en sistemas de seguridad, HT12E y HT12D, respectivamente. Este juego de integrados codifica y decodifica una palabra de 12 bits, compuesta por una dirección de 8 bits y una sección de datos —o comando— de 4 bits. Con esta cantidad de bits se pueden manejar 256 dispositivos diferentes, enviándoles hasta 16 comandos distintos a cada uno.

A continuación se pueden observar los circuitos utilizados.

Circuito del emisor para el enlace de IR

Montaje del circuito emisor para el enlace de IR

Detalle del montaje del emisor para el enlace de IR,
donde se observa el integrado 555 y el LED emisor


Circuito del receptor para el enlace de IR

Montaje del receptor para el enlace de IR

Ajuste del circuito para la máxima sensibilidad

Este circuito se puede utilizar para establecer un enlace a distancia que controle un equipo y/o interconecte dos sistemas entre sí, y también puede servir como un sensor para detectar obstáculos a distancia durante la navegación de un robot. Esta es la función principal para la que lo he probado, un tanto básicamente aún, y por esto la elección del diodo emisor estuvo condicionada por el ángulo estrecho de emisión del LED infrarrojo, el SFH 480-3.

Con estos valores de circuito, en realidad, se utiliza al diodo emisor a baja potencia. Esto es porque la sensibilidad lograda fue suficiente, y un circuito trabajando con mayor potencia de emisión consumiría más corriente, lo cual significa menos vida para las baterías del robot, más aún si se instalan en el robot varios sensores de este tipo. Así, el circuito tiene un alcance de rebote de por lo menos unos 30 cm (ida y vuelta del haz, 60 cm), valor que me resulta suficiente.

Utilicemos entonces este rebote para ajustar al valor ideal la frecuencia del oscilador (integrado 555), que debe ser de 38 KHz. Esta es la frecuencia a la que el receptor IRM8601S será más eficiente.

Para lograr esto, se hace la siguiente prueba. Observemos la disposición de la imagen:

Como se ve en la foto, coloqué ambas placas de experimentación juntas, separándolas con una barrera de cartón que impide que el haz del diodo emisor de infrarrojo pueda llegar directamente al receptor, y alineando las direcciones de los haces de modo que formen un ángulo de unos 30-40 grados. A continuación se pone en funcionamiento el sistema, y se acerca un obstáculo (en este caso una caja de cartón) hasta que se enciende el led que indica detección válida. Se aleja entonces un poco este obstáculo, unos dos centímetros, y se ajusta el potenciómetro de 25K del oscilador para ver si se logra que detecte de nuevo.

Si hay una parte más o menos amplia (más de 10 a 15 grados) del recorrido del potenciómetro en la que, aunque se lo gire, la detección continúa, quiere decir que el circuito se puede ajustar más. Se aleja de nuevo el obstáculo y se continúa repitiendo los pasos hasta que un mínimo movimiento del potenciómetro haga que se apague el LED. Esta es la posición correcta para la máxima sensibilidad de este circuito.


Funcionamiento como enlace a distancia

Luego de este ajuste, y con los valores exhibidos hasta ahora en los circuitos, probé a colocar el emisor y el receptor frente a frente y separados por una distancia en línea recta. Por el tamaño del lugar donde estaba, pude probar hasta una separación de 5 m. La señal llegó perfectamente. A esta distancia ya se hace difícil acertar el haz en el receptor, ya que, recordemos, el diodo emisor cubre un ángulo de emisión de sólo 12°.


Aumentando la potencia de emisión

Bueno, a esta altura de las cosas, es el momento de sacarle el jugo al led emisor de infrarrojo aumentando la potencia de emisión. Para esto, sin ganas de hacer cuentas, medí la corriente en el LED con unos resistores en serie, y fui bajando escalonadamente su valor desde 100 ohms hasta 27 ohms, mientras medía la corriente por el LED.

A la derecha se ve el circuito de prueba.

El valor de 27 ohmns aportó una corriente de 117 mA, aproximadamente, con los 5 V. Con un transistor conduciendo a saturación como amplificador, que produce una caída de 0,4 a 0,7 V entre colector y emisor, la corriente estará en alrededor de los 100 mA. La mitad de lo que admite el LED como corriente máxima.

Esta prueba se puede hacer con cualquier otro LED, siempre que no se supere la corriente máxima que éste soporta.

El nuevo circuito emisor, entonces, quedó así:

Circuito del emisor con 100 mA en el LED

Funcionamiento como enlace a distancia con mayor potencia de emisión

Con esta nueva potencia de 100 mA en el LED, y con el emisor y el receptor frente a frente, se comunican perfecto a una distancia de 10 metros. No pude probar distancias mayores por falta de espacio para hacerlo y porque aquí sí que se hace extremadamente difícil acertar el haz en el receptor.

Y ahora... ¡la prueba más importante!: detección de un obstáculo

Con esta potencia aumentada, el sistema detecta en firme un obstáculo plano (una tabla lisa de 60 x 40 cms) a 1,10 m de distancia. El cuerpo de una persona (más blando, y seguramente menos reflectivo del IR) lo detecta en firme a 80 centímetros, aunque comienza a percibirlo (parpadeando el led de recepción) a unos 90 cms, más menos.


Algunas cosas que observé

  • El circuito original, con 150 ohms en serie con el diodo emisor, trabaja muy aliviado. No hay calentamiento, luego de una hora de emisión, ni del diodo ni del integrado 555, que es el que provee la corriente para el LED emisor.
  • Con este mismo diagrama, probé a reducir el valor del resistor en serie con el LED emisor a 100 ohms, sin ninguna mejora a la vista. La distancia de sensibilidad sigue siendo de 30 cm, aproximadamente.
  • Por supuesto que además de detectar los obstáculos, el enlace transmite los datos programados en el emisor, en las cuatro líneas de entrada del HT12E, a las que conecté un switch rotativo de pulgar que codifica de 0 a 15 (no se ve en las fotos, pero son los cables marrón, rojo, naranja y amarillo —codificación de resistor— que se ven entrar al integrado HT12D).
  • La llave que se ve en las fotos era para conmutar el envío de los datos a través del HT12E. La mayoría de las pruebas, finalmente, las hice con esta llave siempre activada. De este modo transmite constantemente y los valores se pueden cambiar de manera dinámica. Las salidas del decodificador HT12D responden casi de inmediato.


Datos adicionales:

Receptor de infrarrojos IRM8601S

Utilizamos el IRM8601S, que se puede comprar en Electrocomponentes y en Cika, donde cuesta alrededor de us$ 1.

Circuito codificador y decodificador

Se puede utilizar, por ejemplo, el integrado codificador HT12E (en Cika cuesta us$ 0,72), que codifica 12 entradas —8 de dirección y 4 de datos, o comandos— en una señal en serie (para decodificarlas se utilizaría su hermanito, el HT12D; en Cika cuesta us$ 0,81).


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