Arduino TCST2103 — Оптический датчик (оптопара щелевого типа)

Описание

TCST2103 — это оптоэлектронный датчик щелевого типа (slotted optical switch), состоящий из инфракрасного светодиода и фототранзистора, расположенных напротив друг друга в U-образном (щелевом) корпусе из чёрного пластика.

Принцип работы: ИК-светодиод излучает свет через щель; если между эмиттером и приёмником нет препятствия — фототранзистор открыт (проводит ток). При пересечении щели непрозрачным объектом (флагом, колесом энкодера, краем диска) световой поток прерывается, и фототранзистор закрывается. Это позволяет детектировать положение, скорость вращения, счёт объектов, крайние положения механизмов и т. д.

Датчик совместим с Arduino напрямую: светодиод подключают через резистор (~150–330 Ом) к пину с ШИМ или к питанию, а фототранзистор — через подтягивающий резистор (~10 кОм) к аналоговому или цифровому входу.

Основные области применения:

• Энкодеры (измерение скорости/оборотов двигателя)
• Датчики конца хода / ограничители
• Счётчики объектов на конвейере
• Детекторы края (line follower)
• Игровые контроллеры (рулевое колесо, педали)
• Принтеры, сканеры, копиры

Технические характеристики

| Параметр | Значение | |---|---| | Тип | Оптопара щелевого типа (reflective/transmissive) | | Корпус | U-образный, 4 вывода | | Ширина щели | ~3 мм | | Длина волны ИК-светодиода | 950 нм (типично) | | Прямой ток светодиода (If) | 60 мА (макс.), тип. 20 мА | | Прямое напряжение светодиода (Vf) | 1,25 В (тип.), 1,6 В (макс.) | | Ток коллектора фототранзистора | 100 мА (макс.) | | Напряжение коллектор-эмиттер (Vceo) | 70 В (макс.) | | Ток коллектора в «открытом» состоянии | ~0,5–6 мА в зависимости от If и резистора | | Рабочая температура | −55 °C … +85 °C | | Монтаж | THT, шаг 2,54 мм | | Выводы | 4 (2 — светодиод, 2 — фототранзистор) |

Цоколёвка (Pinout)

Вид сверху, щель вертикально:

    ┌────────────┐
    │  ┌──────┐  │
    │  │щель  │  │
    │  └──────┘  │
    │ A       C  │
    │ K       E  │
    └────────────┘

• A — анод ИК-светодиода
• K — катод ИК-светодиода
• C — коллектор фототранзистора
• E — эмиттер фототранзистора

Точную распиновку уточняйте по datasheet конкретного производителя (Vishay, Kingbright, Everlight и др.).

Парт-номера и аналоги

| Обозначение | Производитель / примечание | |---|---| | TCST2103 | Vishay Semiconductors (оригинал) | | TCST2103-ND | Digi-Key парт-номер | | TCST2103 | Everlight, Kingbright — совместимые клоны | | TCST1103 | Аналог Vishay с другой чувствительностью | | TCST1230 | Аналог, увеличенная щель | | ITR20001 | Ближайший аналог, другой корпус | | H21A1 / H21A3 | Семейство slotted optical switch (Fairchild/ON Semi) | | GP1S51 / GP1S52 | Sharp, близкие аналоги | | LTH-301-07 | Lite-On, аналог | | OPB860/OPB870 | Optek/TT Electronics — аналоги | | CTX740 | Клон |

⚠️ Для разработки под Arduino лучше ориентироваться на маркировку по «TCST2103» — у большинства продавцов (AliExpress, ChipDip, eBay) используется именно она.

Совместимые модели / модули

С напрямую совместимыми контроллерами:

• Arduino Uno / Nano / Mega / Leonardo / Micro
• Arduino Pro Mini / Pro Micro
• ESP8266 / ESP32
• STM32 (Blue Pill, Black Pill)
• Raspberry Pi (пины GPIO)
• NodeMCU, Wemos D1 mini

Готовые модули, в которых встречается TCST2103 или аналог:

• Модуль энкодера HW-201 / MH-Sensor-Series (часто стоит похожий оптический сенсор)
• Speed sensor module (велосипедный/энкодерный)
• Оптические концевые выключатели для 3D-принтеров (как замена механическим концевикам)
• Rotary encoders в аудио-технике
• Оптические считыватели для счётчиков газа/воды

Типовые наборы Arduino, где он встречается:

• 37-в-1 Sensor Kit
• 45-в-1 Starter Kit
• Проекты Line Follower Robot Kits

Пример подключения к Arduino

TCST2103
Анод светодиода  ── 220 Ω ──  Arduino D3 (или +5 В)
Катод светодиода ── GND
Коллектор фото   ── D2 (digital input)
Коллектор фото   ── 10 кΩ ── +5 В  (pull-up)
Эмиттер фото     ── GND

Простой скетч:

const int emittor = 3;   // А светодиода через резистор
const int receiver = 2;  // коллектор фототранзистора (подт. 10к на +5В)

void setup() {
  pinMode(emittor, OUTPUT);
  pinMode(receiver, INPUT);
  digitalWrite(emittor, HIGH);  // постоянно включён
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int v = digitalRead(receiver);
  // Препятствие в щели -> фотранзистор закрыт -> HIGH
  Serial.println(v == HIGH ? "ПРЕПЯТСТВИЕ" : "СВОБОДНО");
  delay(100);
}

Также датчик часто используют в режиме A/B энкодера — с парой TCST2103 и диском со щелями, подключая оба выхода к входам с прерываниями (attachInterrupt).

Полезные замечания

• Обязателен токоограничивающий резистор для ИК-светодиода (иначе сгорит).
• Для устойчивой работы фототранзистору нужен подтягивающий резистор 4,7–10 кОм или включение внутреннего INPUT_PULLUP.
• Чувствительность зависит от прозрачности объекта в щели и расстояния — открытый корпус TFTC лучше использовать с фильтром-флажком из непрозрачного материала.
• Ток фототранзистора очень мал, поэтому при работе с длинными проводами лучше использовать модуль с усилителем (LM393).
• Частота переключения достаточна для энкодеров до ~10 000 импульсов/сек. темп, см. datasheets дизайн.

Если нужны данные из официального datasheet Vishay (графики зависимости тока от If) или помощь с конкретным проектом — скажите, распишу.