Soms wil je dat er bij een bepaalde (analoge) spanningswaarde er een digitaal signaal afgegeven wordt. Denk bijvoorbeeld aan een LDR, een niveaumeter of bij alarmsensoren waar je onderscheid maakt in alarm, sabotage en ‘in rust’. Het komt er op neer dat je twee signalen met elkaar vergelijkt en afhankelijk van het verschil een 0 of een 1 krijgt.
Het circuit dat we voor een comparator (vergelijker) nodig hebben is eenvoudig. In dit voorbeeld gebruiken we de 8-pins DIL uitvoering, de LM393. De chip bestaat uit twee onafhankelijke vergelijkers, ook wel Op-Amps (operational amplifiers) genoemd. Vanwege de standaardisatie in de chipwereld maakt het niet uit van welke fabrikant de chip is, de pinnen zijn altijd gelijk aan elkaar.
De pinout van de LM393 ziet er als volgt uit:
Praktische uitleg van de comparator
Om de comparator op de Raspberry Pi aan te kunnen sluiten zal de comparator een “1” of een “0” moeten afgeven.
Het principe van een comparator is relatief eenvoudig. De comparator is niet meer dan een verschilversterker (Op-Amp) met een (versterkings)factor van oneindig (∞).
In het kort: de verschilspanning tussen de +input en –input wordt door de Op-Amp oneindig versterkt. Bij een positieve waarde wordt dit HOOG. In tabelvorm wordt dit dan:
Met voorbeelden:
Het basis schema – de theorie
Het comparatorcircuit werkt door simpelweg twee analoge ingangen te meten, deze te vergelijken en de logische uitgang HOOG “1” of LAAG “0” te maken.
Door het analoge signaal toe te passen op de comparator + ingang genaamd “niet-inverterend” en de – ingang “inverterend” genoemd, zal het comparatorcircuit deze twee analoge signalen vergelijken.
Als de analoge ingang op de +ingang groter is dan de analoge ingang op de -ingang, dan zal de uitgang een logische “1” afgeven en zal de de LED inschakelen.
Wanneer de analoge ingang op +ingang lager is dan de analoge ingang aan de -ingang, dan zal de uitgang een logische “0” afgeven en zal de de LED niet inschakelen.
Uitleg schema
Het basisschema hierboven verbindt de inverterende ingang van de comparator met de spanningsdeler R1 en R2, met 5 Volt spanningsvoeding kan de V- als volgt worden berekend: V- = (R2 / (R1 + R2)) x Vcc dit wordt dan V- = (10/20) x 5 volt = 2,5 volt.
De niet-inverterende input van de comparator is verbonden met de 10 K-trimpot VR1 die ook de spanningsdeler circuit vormt, waarbij we de V+ spanning kunnen regelen van 5 volt tot 0 volt.
Eerst wanneer de V+ gelijk is aan Vcc (5 volt) zal de comparatoruitgang neigen naar de logische HOOG (Vout = Vcc) omdat de V+ groter is dan V- (2,5 volt). De LED zal UIT gaan wanneer de spanning V+ onder de 2,5 volt daalt, dan zal de comparatoruitgang naar de logische LAAG (Vout = GND) gaan en zal de LED AAN gaan.
Door de analoge ingang om te wisselen; wordt de R1 en R2 spanningsdeler aangesloten op de niet-inverterende ingang (V+) en de trimpoort verbonden met de inverterende ingang (V-), krijgen we het tegenovergestelde uitgangsresultaat.
Tot zover de theorie. Nu gaan we het circuit aan de GPIO poort van de Raspberry Pi aansluiten.
Comparator aan de Raspberry Pi (GPIO) aansluiten
Het is maar een kleine handeling om de comparator aan de GPIO poort van de RPi aan te sluiten. In plaatst van een LED wordt een optocoupler, bijv. de JC817 geplaatst.
Zodra de uitgang van de LM393 LAAG is, wordt het signaal op de GPIO poort HOOG.
Toegepaste techniek
Projecten waarbij met een comparator waarden vergeleken worden zijn o.a.:
– Gas sensor module (MQ2)
– IR reflectie sensor module
– Obstakel sensor module
– Vibratie sensor module
– Helling sensor module
– Vuur (Infrarood) sensor module
– LDR sensor Module
Bovenstaande projecten zijn op deze site terug te vinden.
Wil je meer weten over de Op-Amp, kijk dan hier.
Have A Nice Day!
Laat een reactie achter