17 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Инфракрасный барьер своими руками

Простой инфракрасный барьер

В качестве сигнализатора нарушения шлейфа охраны может успешно послужить описанное ниже устройство, отличающееся от других аналогичных простотой и надежностью в эксплуатации. Стабильность работы данного электронного узла характеризуется целым годом беспрерывной круглосуточной эксплуатации в зимних (от -25°С) и летних (до +30°С) условиях. Весь этот период времени устройство было использовано для охраны лоджии от несанкционированного проникновения извне.

ИК сторож можно питать от стабилизированного источника напряжением от 9 до 15 В. Для стабилизации напряжения вполне подойдут широко распространенные микросхемы КР142ЕН8А—КР142ЕН8В. Потребляемый ток в дежурном режиме (при условии, что приемник и передатчик питаются от одного источника напряжения) — 25…30 мА. В тревожном режиме, когда нарушен шлейф охраны и включено реле, ток потребления составляет 50 мА. Максимальное расстояние от ИК излучателя до приемника — 9 м.

Устройство настолько просто, что повторить его способен радиолюбитель без опыта. Исполнительное устройство тревожной сигнализации не показано намеренно, т.к. недостатка в их описаниях в литературе нет.

В специализированных магазинах радиодеталей имеются в продаже готовые наборы отечественного и импортного производства для сборки подобных устройств. Можно купить систему «Инфракрасный барьер», обеспечивающую удаленность передатчика от приемника на расстояние до 50 м, однако стоимость таких наборов колеблется сегодня от 800 до 1500 руб. При этом следует учитывать, что все равно изготовлять корпус для устройства, производить монтаж и налаживание, собирать блок питания и монтировать кабели придется самому радиолюбителю. Предлагаемое здесь устройство более скромно по своим параметрам, зато затраты на его изготовление значительно ниже (около 100 руб.)

Излучатель и приемник монтируют на противоположных краях охраняемой зоны так, чтобы невидимый луч перекрывал место предполагаемого появления нарушителя. Нормальное состояние устройства — когда ИК луч беспрепятственно достигает чувствительной поверхности фототранзистора. При нарушении невидимого человеческим глазом инфракрасного луча включается устройство тревожной сигнализации. На одной стене лоджии закрепляется узел с излучающим ИК диодом, на противоположной стене — приемная часть устройства. Луч проходит на высоте 45…55 см над уровнем фасадной стены лоджии для того, чтобы исключить ложные срабатывания, например, от домашнего животного. Для уменьшения вредного воздействия внешней освещенности (в том числе от солнца) излучатель передатчика и фототранзистор приемника необходимо поместить в трубки длиной 15…20 см каждая. Для этой цели хорошо подходят отрезки дюралюминиевой лыжной палки. При последующем налаживании нужно будет совместить трубки с датчиками для точного улавливания ИК луча.

Для пояснения работы устройства ИК передатчика обратимся к его схеме на рис. 3.17. На транзисторах VT1 и VT2 собран несимметричный мультивибратор. Времязадающий конденсатор С1 определяет длительность импульсов мультивибратора. При увеличении его емкости частота импульсов уменьшается. Время- задающая цепь R1C1 определяет скважность импульсов. При подаче питания на элементы схемы передатчика транзисторы VT1 и VT2 будут периодически (в противофазе) открываться и закрываться, в соответствии с зарядом и разрядом конденсатора С1. Причем, когда открывается транзистор VT2, через излучающий диод HL1 течет постоянный ток, появляется инфракрасное излучение. Постоянный резистор R2 ограничивает ток через НИ. Существует зависимость импульсного прямого тока от длительности и скважности импульсов. В данном случае импульсы следуют с частотой более 10 кГц. Импульсный прямой ток через излучающий диод НИ примерно равен 18…20 мА. Параметры НИ таковы, что предельный постоянный ток в импульсном режиме не должен

Рис. 3.17. Электрическая схема ИК барьера, передатчик сигналов

превышать 0,8 А, постоянный прямой ток — 100 мА, максимальная мощность излучения рекомендуемого излучающего диода составляет не менее 60 мВт. Резистор R2 обеспечивает рабочий режим работы диода так, чтобы постоянное прямое напряжение, воздействующее на HL1, не превышало 2 В. Излучающий диод ИК спектра можно заменить на АЛ107Б (тогда мощность излучения уменьшится до 10 мВт) или АЛ115А. В последнем варианте ограничительный резистор R2 необходимо увеличить до 560 Ом. Поскольку расстояние между датчиками в данной охраняемой зоне невелико, такие замены оправданы.

Читать еще:  Отопительная батарея на дровах из газовых баллонов

Детали. Оксидный конденсатор С2 типа К50-20. Вместо транзистора КТ3102А можно применить КТ315А—Б, КТ375А—Б, КТ3102Б—Е. Транзистор КТ3107Б можно заменить на КТ3107А, КТ361А—Г. В налаживании передающий узел не нуждается.

Приемник (рис. 3.18) собран на основе микросхемы-таймера 555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Инфракрасные импульсы направлены в сторону фотоприемника, роль которого выполняет фототранзистор VT3. Этот транзистор имеет высокий коэффициент усиления по току. Чтобы этот обычный полупроводниковый прибор стал чувствителен к инфракрасным лучам, необходимо аккуратно спилить надфилем верхнюю часть корпуса (так, чтобы был виден кристалл) и расположить переделанный транзистор кристаллом в сторону излучателя ИК лучей. Хорошие результаты получаются, если применить в качестве фотодатчика фотодиод ФД-24К, однако, это достаточно дорогая замена. Чувствительность входа запуска микросхемы DA1 определяется

параметрами фототранзистора VT3 (И21э, ‘к max) и сопротивлением резистора R3 — чем оно выше, тем чувствительнее приемник.

DA1 включена по схеме детектора пропущенных импульсов. С нагрузки фототранзистора (резистора R3) последовательность импульсов проходит на вход запуска микросхемы DA1, на выходе которой — высокий уровень напряжения. Транзистор VT4 открыт, тринистор заперт, реле К1 обесточено. Рабочий цикл таймера (элементы R4R5C3 образуют цепь задержки выключения) постоянно прерывается поступающими на вход сброса (вывод 2) импульсами от ИК передатчика. Изменение частоты или пропуск импульса (что соответствует нарушению луча) вызывает нормальное завершение рабочего цикла таймера, т.е. после заряда конденсатора СЗ до уровня 2/3 ипит при отсутствии импульсов на входе на выходе таймера установится низкий уровень напряжения, о чем будет сигнализировать включение светодиода НИ. Вследствие этого транзистор VT4 закроется, а тринистор VS1 откроется, вызывая срабатывание реле К1. Контакты К1.1 реле К1 включают исполнительное устройство. Для стабильной работы узла необходимо, чтобы время задержки выключения, обусловленное значениями элементов R4R5C3, было немного больше, чем период ИК импульсов. От этого зависит функциональная чувствительность приемника — исполнительное устройство может войти в режим «тревога» после нарушения ИК луча лишь на единицы миллисекунд или только тогда, когда время нарушения превысит несколько секунд. При значениях элементов, показанных на схеме, чувствительность узла такова, что исполнительное устройство переходит в режим «тревога» при пролете в зоне охраны теннисного мячика. Время, необходимое для срабатывания исполнительного устройства при исчезновении входных импульсов можно изменять в широких пределах. Для уменьшения чувствительности сопротивление R6 необходимо увеличить, и, если этого окажется недостаточно, то и емкость конденсатора СЗ также нужно увеличить до 10 мкФ. Тогда СЗ заменяют на оксидный конденсатор типа К50-6. Он подключается плюсовым выводом к объединенным входам 6 и 7 (компаратора и разряда) микросхемы DA1.

После возобновления потока излучения тринистор останется открытым, а исполнительное устройство — в состоянии «тревога». Вернуть сторож в дежурный режим можно, разомкнув цепь питания тринистора VS1 (тумблером SA1) или кратковременно обесточив приемник.

Цепь R6HL2 можно исключить. Транзистор КТ312А можно заменить на КТ312Б—КТ312В, КТ315А—КТ315Б или любым другим маломощным п-р-п транзистором. Реле К1 типа РЭС15 (паспорт РС4.591.004). Его можно заменить на РЭС10 (паспорт РС4.524.302). Тринистор КУ101Б можно заменить на КУ101, КУ201 с любым буквенным индексом. При использовании три- нисторов КУ201 резистор R7 необходимо подобрать точнее. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Переменный резистор типа СПО-1. Оксидные конденсаторы — типа К50-20 на рабочее напряжение не менее 25 В. Конденсаторы С2, С4 сглаживают пульсации напряжения. Это особенно необходимо, если оба устройства удалены от источника питания на несколько метров. Остальные конденсаторы типа КМ5, КМ-6Б или аналогичные. Элементы схемы монтируются на печатной плате. Исполнительное устройство можно установить как снаружи помещения, так и внутри. При первом включении приемника произойдет самозапуск таймера, обусловленный разряженным конденсатором СЗ. Поэтому для нормальной эксплуатации устройства необходимо кратковременно разомкнуть контакты тумблера SA1. В дальнейшем подачу питания на элементы схемы приемника следует производить после включения передающего узла.

Простая инфракрасная система охраны

Конструкция представляет собой так называемый инфракрасный барьер и может использоваться для охраны периметра, окон, балконов и других слабо защищенных проемов. Автор использовал подобную конструкцию для охраны лоджии и остался доволен стабильностью работы и отсутствием ложных срабатываний. По его словам устройство надежно работало при температурах от -25 до +30 °С.

Читать еще:  Поделки из пластиковых труб

Конструктивно охранная система состоит из двух блоков – передатчика ИК-излучения и приемника, которые должны быть расположены по бокам проема, при этом ширина самого проема может достигать 9 м. Пока нарушения периметра нет, модулированное излучение ИК-светодиода передатчика беспрепятственно проходит на приемник и сигнала тревоги тоже нет. Как только невидимый луч пересекается нарушителем, включается сигнал тревоги.

Передатчик представляет собой несимметричный мультивибратор, собранный на транзисторах VT1 и VT2. Частота и скважность импульсов зависит от номиналов цепочки R1С1 и при указанных на схеме значениях примерно равна 10 кГц. Резистор R2 является токоограничивающим для инфракрасного светодиода HL1.

Электрическая схема передатчика инфракрасного барьера

Приемник собран на таймере КР1006ВИ1 (зарубежный аналог 555), роль ИК приемника выполняет фототранзистор VT3, имеющий достаточно большой коэффициент усиления по току. Для использования в конструкции его придется слегка доработать – аккуратно спилить надфилем верхнюю часть корпуса, чтобы на кристалл попадал свет. В принципе хорошей альтернативой фототранзистору может быть фотодиод ФД-24К, но стоимость его гораздо выше.

Электрическая схема приемника инфракрасного барьера

Чувствительность входа запуска Z таймера зависит от номинала резистора R3, который является нагрузкой фототранзистора VT3 – чем номинал выше, тем выше чувствительность приемника. Сам таймер DA1 включен по классической схеме детектора пропущенных импульсов. Пока на вход 2 микросхемы проходят импульсы с фотодатчика, таймер постоянно перезапускается, не закончив рабочий цикл. На его выходе Out постоянно высокий уровень. Транзистор VT4 открыт, тринистор VS1 закрыт, реле K1 обесточено.

Как только ИК луч будет перекрыт нарушителем, импульсы на входе сброса пропадут, цикл счета будет нормально закончен и на выводе 3 таймера установится низкий логический уровень. Транзистор VT4 закроется, тринистор VS1 откроется и включит реле К1, которое своими нормально разомкнутыми контактами включит сигнал тревоги или любое другое исполнительное устройство. Стоит заметить, что цепочка R4R5C3 подобрана таким образом, что для завершения рабочего цикла таймера достаточно пропуска нескольких импульсов с передатчика – тревога срабатывает при пролете между передатчиком и приемником теннисного мяча. Для уменьшения чувствительности достаточно увеличить номинал резистора R6 или конденсатора С3. После восстановления прохождения ИК луча схема вернется в исходное состояния за исключением тринистора, который останется открытым и не снимет сигнала тревоги, пока его питающая цепь не будет кратковременно разорвана выключателем SA1.

О деталях. В передатчике можно использовать транзисторы КТ315А – Б, КТ375А-Б, КТ3102Б-Е (VT1). На месте VT2 будут работать КТ3107А или КТ361А – Г. Конденсатор С2 – оксидный типа К50-20. В налаживании схема передатчика практически не нуждается. В приемнике можно использовать транзисторы КТ312Б – В, КТ315А – Б или любой другой маломощный структуры n-p-n (VT4). В качестве К1 используется реле РЭС15 паспорт РС4.591.004 или РЭС10 с паспортом РС4.524.302. Тринистор – КУ101 или КУ201 с любым буквенным индексом. Во втором случае возможно придется подобрать номинал резистора R7.

Оксидные конденсаторы – К50-20 на рабочее напряжение не ниже 25 В, остальные – КМ5, КМ6-Б. Резисторы – МЛТ-0.25. В качестве источника питания системы подойдет любой стабилизированный источник напряжением 9 – 15 В. Потребляемый ток в режиме охраны (приемник+передатчик) – 25 – 30 мА.

При первом включении из-за разряженного конденсатора С3 сразу же сработает таймер и включится тревога, для отключения которой достаточно кратковременно отключить переключатель SA1.

А.П. Кашкаров «Фото- и термодатчики в электронных схемах»,2004 г.

Схема инфракрасного барьера на таймере NE555

в Управление 0 759 Просмотров

Инфракрасный барьер — это проект, который разработан несколько лет назад. Он имеет релейный выход. Это позволяет подключать к нему любой тип электрического устройства.

Высокая мощность передатчика и чувствительность приемника, позволяют покрыть расстояния до 3…4 метров, а также использовать его в качестве рефлексивного датчика приближения с радиусом действия более одного метра.

Передатчик

Инфракрасный барьер разделен на два модуля: один — передатчик, а другой — приемник. В передатчике используется классический таймер NE555, работающий как генератор импульсов. Эти импульсы усиливаются транзистором средней мощности (BC327), который управляет инфракрасными светодиодами.

Читать еще:  Забавный кубик из бумаги

Импульсная передача имеет два преимущества: во-первых, приемник с помощью фильтров может идеально изолировать сигнал от фонового шума, избегая помех. Во-вторых, если импульсы имеют короткую длительность, мы можем подать больше энергии на передающие светодиоды, не рискуя сжечь их и, следовательно, получить большую дальность действия.

Обычно ИК-светодиоды выдерживают импульсные токи в 1 А или больше, если их длительность не превышает 5% относительно периода «молчания».

При значениях, указанных в схеме, частота передачи составляет 1,3 кГц, а импульсы будут иметь длительность 25 мксек. В то время как продолжительность молчания составляет 750 мксек. (соотношение от 1:30).

Было сделано несколько снимков с осциллографа, чтобы можно было рассмотреть форму сигналов. На первом рисунке мы видим импульсы с диапазоном 500 мксек . Частота (которая видна ниже буквы «f») составляет приблизительно 1300 Гц.

На втором изображении сделано горизонтальное увеличение (временная шкала 100 мксек на деление), чтобы показать длительность периода тишины между импульсами.

Как вы можете видеть, это примерно 750 мксек. (менее 8 квадратов). Наконец, увеличив горизонтальное масштабирование (временная шкала 5 секунд на деление), мы можем видеть продолжительность 25 мксек. (5 квадратов) каждого передаваемого импульса.

Как видите, печатная плата позволяет установить 3 инфракрасных светодиода. В зависимости от дальности действия, можно установить один, два или три светодиода. Если установлены не все светодиоды, то необходимо на месте отсутствующих установить перемычку.

Сопротивление ограничительного резистора для светодиодов составляет 10 Ом. Если необходимо уменьшить выходную мощность, то можно поставить резистор с сопротивлением 47 Ом.

Интегральная схема 555 выпускается многими производителями, и каждая версия отличается первоначальной аббревиатурой (NE555, CA555 и т. Д.). Для нашего инфракрасного барьера вы можете использовать любой из них.

Приемник

Схема приемника является более сложной по сравнению с передатчиком. В схеме приемника используется микросхема LM324, которая состоит из 4-х независимых операционных усилителей. Слабый сигнал, который поступает на фототранзистор, усиливается и фильтруется первым операционным усилителем, а затем снова усиливается вторым усилителем и выпрямляется диодами 1N914.

Вы можете наблюдать осциллограмму, которая снята с выхода операционного усилителя (вывод 7) до выпрямления диодами.

Выходные импульсы заряжают электролитический конденсатор 22 мкФ. На этом конденсаторе у нас будет постоянное напряжение в несколько вольт, когда инфракрасные импульсы достигают фотоприемника. Если же инфракрасные импульсы отсутствуют, то мы будем иметь напряжение близкое к 0В.

Это изменение напряжения сравнивается с помощью третьего операционного усилителя с фиксированным опорным напряжением, заданным резистивным делителем.

Когда напряжение конденсатора превышает пороговое значение компаратора, выходной сигнал будет отрицательным, а когда он не превышает его, он будет положительным. Этот перевернутый режим работы операционного усилителя получается путем подключения конденсатора к входу (-) операционного усилителя, а опорное напряжение подключенные к входу (+).

Наконец, выход оперативного управления управляет транзистором, который активирует реле. Четвертый операционный усилитель служит для генерирования опорного напряжения для 3-х других.

Светодиод в качестве смещения фототранзистора

Когда был собран прототип, было замечено, что схема была слишком чувствительной, когда комната была освещена, по сравнению с неосвещенной. Поскольку была потребность в инфракрасном барьере, который достигал многих метров, независимо от окружающего освещения, было решено добавить красный светодиод. Его назначение — освещение фототранзистора для введения «смещение света», чтобы минимизировать влияние освещенности окружающей среды. На фотографии видно, как это смонтировано.

Замечания

Дальность действия барьера зависит от мощности и концентрации инфракрасного света, излучаемого светодиодами, и может варьироваться от 1 до 5 метров.

Для получения максимальной мощности света необходимо установить три инфракрасных светодиода или если есть возможность использовать модели с очень узким углом излучения, такие как SFH4511.

Если нет необходимости в большой дальности, можно использовать более распространенные ИК-светодиоды, такие как, LD271, LD274 или любой светодиодный ИК-модуль телеуправления. В качестве фототранзистора использован SFH309. Но возможно, что и другие типы фототранзисторов будут работать

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector