ИК-барьер: приёмник как датчик пересечения

У входа в мастерскую нужен счётчик: сколько раз пересекли дверной проём, плюс один на каждое пересечение, без угадываний и без порогов, которые уползают к утру. Раздел уже строил барьеры двумя способами: на фоторезисторе с порогом и гистерезисом — в уроке про ИК-барьер, на двух лучах с направлением и EEPROM — в уроке про два луча. Оба живут и работают, но в обоих решение принимает аналоговый мир. Здесь ступень ниже по суете и выше по чёткости: приёмник — цифровой, выход — факт, а не вольты.

Речь про TSOP4838 и его родню: деталь из читалки пульта внезапно оказывается готовым датчиком пересечения. У него цифровой выход с открытым коллектором, он различает модулированный свет 38 кГц от любого фона и стоит копейки — но именно на барьере его используют задом наперёд, и это надо объяснить медленно. Устройство самой трёхногой банки, пины и разбор модулей на платках я не повторяю: они разобраны в уроке про TSOP и VS1838 — здесь беру готовую деталь и смотрю на неё иначе.

План такой: почему постоянная подсветка глушит приёмник, как пачки-маяк возвращают чувствительность, как счётчик живёт на паузах, а не на вспышках, и почему солнце для барьера — главное испытание, а не лампы. Железо на обе стороны обойдётся дешевле обеда: два диода, пара резисторов, приёмник из набора и вторая плата, которая и так валяется без дела.

Наивная схема напрашивается сама: диод горит непрерывно, TSOP в покое держит выход HIGH, объект перекрывает луч — выход падает или поднимается, считай. Схема умирает за секунды, и причина внутри банки приёмника. АРУ — автоматическая регулировка усиления — следит за уровнем входа, и непрерывную несущую она воспринимает как помеху: усиление спадает, и через десятки-сотни миллисекунд приёмник перестаёт видеть собственный луч. Выход возвращается в покой при свете, который горит, но больше не мигает, — приёмник ослеп именно к тому, что мы ему подсадили. Первый раз это выглядит как неисправность: диод светит по камере, а читалка молчит, — и только даташит объясняет, что так и задумано.

Промышленность решает это железом: у Vishay есть барьерные версии вроде TSOP4038 и TSSP4038, рассчитанные на непрерывную несущую и повышенную чувствительность — они для световых шлагбаумов и родились. Только в ящиках у большинства из нас лежат пультовые TSOP4838 и VS1838B, а за ними стоит общее правило Vishay: чем агрессивнее АРУ давит шум, тем хуже она дружит с непрерывным сигналом. Поэтому лечим то, что есть, и лечится это прекрасно — делаем свет пульсирующим, а не горящим, и обычная пультовая деталь превращается в датчик пересечения.

Лекарство следует из болезни: пачки-маяк. Несущая 38 кГц подаётся короткими вспышками — 600 микросекунд каждые 15 миллисекунд; между пачками АРУ успевает отдышаться, диод горит четыре процента времени, и средний ток падает до двух-четырёх миллиампер даже при пиковых 50–100 мА. Источник маяка — что угодно, умеющее мигать на 38 килогерцах: вторая плата с tone(), как в скетче ниже, или NE555, настроенный подстроечником по осциллографу читалки. Протокол не нужен: содержимого пачки никто не читает, важен сам факт, и в этом разница с лучом из кадров NEC из соседнего урока — там содержимое ещё разбиралось, здесь от него отказались нарочно.

Приёмник ведёт себя непривычно для раздела: он не декодирует ничего. Библиотека IRremote здесь не нужна вовсе — выход TSOP читается как обычный цифровой вход, и в этом вся суть приёма: приёмник работает компаратором света, а не читалкой команд. Счётчик живёт на паузах, а не на вспышках: пачки прижимают линию каждые 15 миллисекунд, и тишина дольше 40 мс означает перекрытый луч. Окно взято с запасом вдвое против цикла маяка: два пропущенных пачками такта — блик, рывок руки у края луча — луч не роняют, и отдельный антидребезг достаётся бесплатно.

Событие пересечения рождается не в момент пропадания, а в момент возвращения луча: только тогда известна длина паузы. Возвращение в окне до 2,5 секунды — проход: человек через луч в 20 сантиметров идёт доли секунды, рука тянется чуть дольше, и всё это влезает с запасом. Пауза длиннее окна — не проход, а состояние: шторка, карман, заслонённый на день приёмник; счётчик отказывается плюсовать и просто перевзводится. Именно эта вилка отделяет турникет от простой мигалки: короткая тишина — событие, долгая — фон.

Монтаж решает столько же, сколько код. Диод и приёмник садятся друг напротив друга на высоте пояса — метр от пола: ниже тянет пыль и ноги мимо, выше ловит свет из окон. Расстояние между платами держите от полуметра до двух: на ладони диод перегружает вход приёмника, и выход ведёт себя нервно, на пяти метрах без транзистора и узкого конуса пачки уже тонут. Соосность проверяется камерой телефона раз и навсегда: пятно от маяка должно попадать точно в объектив приёмной стороны — отклонение на ширину ладони на двух метрах уже роняет часть пачек, и окно 40 мс прощает это не всегда.

Счёт и люди — разные вещи, и лучше принять это сразу. Один луч считает события: два человека вошли вплотную — единица, прошёл и отступил — ноль, зашёл и замер в луче — одна долгая пауза без плюса. Для мастерской такая честность устраивает: мне нужен трафик, а не перепись. Если однажды понадобится направление и вход-выход по отдельности, добавится второй луч со сдвигом и машина порядка пересечений — маршрут уже разобран в уроке про два луча, здесь я сознательно не дублирую его и держу один луч: чем меньше механики, тем дольше прибор живёт без ремонта.

Против LDR-барьера из соседнего урока этот честно выигрывает в шуме, и вот почему: фоторезистор видит любой свет и различает ИК-диод от солнца только порогом и гистерезисом, а TSOP отбирает по частоте — всё, что не пульсирует около 38 кГц, отлетает на входе. Несущую как общий язык пультов и приёмников мы разбирали в уроке про несущую и протоколы; здесь она работает не на передачу команд, а на различение света. Дешевле TSOP-барьер при этом не станет: две платы против одной. Мнение с условием: если луч живёт в тёмном коридоре без окон — бери LDR и не плати за вторую плату; как только солнце оказывается в кадре — TSOP с маяком окупается первым же утром.

Проверка счётчика занимает вечер и делается двадцатью проходами: пройдите луч двадцать раз в разном темпе — быстро, боком, с сумкой, с остановкой в луче — и сверьте счёт с блокнотом. Потом перенесите проверку на утро: солнце переезжает по стене именно в утренние часы, и если к девяти счёт пополз вверх без посетителей, у вас тот самый засвет, за который отвечает козырёк и место установки — об этом честно написано в уроке про помехи от света. И только после обоих тестов счётчику выдаётся постоянное место на стене.

Для симулятора, где непрерывного луча нет, счётчик переносится на панель пульта: каждое нажатие изображает одно пересечение, а логика — замок, вспышка, отчёт — остаётся ровно та же, что в приёмнике выше. Честную пометку оставил в подписи, а разницу почувствуете руками: на реальной плате события приходят сами, без пальца, и именно тогда окно замка превращается из защиты от двойных щелчков в защиту от дрожи на границе луча.