Детектори переміщення та їх практичне застосування

Існує кілька видів детекторів переміщень, які розрізняються між собою за типом використовуваних датчиків. У пропо Гаєм статті будуть розглянуті детектори переміщення на основі датчиків інфрачервоного (ІК) випромінювання.

ІЧ випромінювання присутня в електромагнітному спектрі. Його довжина хвилі більше довжини хвилі видимого світла. ІЧ випромінювання неможливо побачити неозброєним оком, але воно визначається за допомогою спеціальних датчиків. Людське тіло, а також тіла тварин активно випромінюють в ІК діапазоні. Максимум такого випромінювання припадає на довжину хвилі 9,4 мкм.

Для детектування ІК випромінювання застосовують піроелектричні датчики. Їх створюють на основі спеціального кристалічного матеріалу, здатного при впливі на нього ІК випромінювання виробляти поверхневий електричний заряд. Цей заряд посилюється вбудованим в ІК датчик підсилювачем на польовому транзисторі, що забезпечує формірованіеуправляющего напруги. Оскільки датчик реагує на ІЧ випромінювання в широкому діапазоні, для звуження останнього застосовується спеціальний фільтр, що обмежує сприйняття датчиком ІК випромінювання тільки в діапазоні від 8 до 14 мкм.

./240820101200002040.gif

На рис. 1 зображена структурна схема детектора переміщень. Висновок 2 датчики через шунтувальний резистор опором 100 кОм з'єднаний з корпусом. Сигнал з датчика подається на двох-каскадний узгоджений підсилювач, що забезпечує загальний коефіцієнт посилення 10000. При типовому застосуванні смуга пропускання підсилювача обмежена до 10 Гц для ослаблення високочастотних перешкод і надійного спрацювання компаратора при сприйнятті позитивних і негативних перепадів вихідної напруги датчика. Добре відфільтроване напруга живлення величиною від 3 до 15 В подається на висновок один датчика.

./240820101200002041.gif

Датчик RE200B має два чутливих елемента, включених за схемою компенсації напруги. Такий спосіб включення дозволяє позбутися від сторонніх сигналів, що викликаються вібрацією, зміною температури і сонячного освітлення. При переміщенні людини в зоні дії датчика спочатку активізується один елемент, а потім іншою (рис. 2). Джерело випромінювання переміщається в горизонтальній площині. При цьому висновки 1 і 2 також повинні бути розташовані в горизонтальній площині. Для збільшення дальності зони дії датчика застосовують лінзи Френеля. З їх використанням ця зона збільшується п рімерно до 25-30 м. У комплекті з датчиком поставляється комплект лінз FL65. Лінзаявляетсясобірательной, але, от-відмінність від звичайних опуклих лінз, лінзи Френеля мають набагато менші розміри, обумовлені їх конструкцією (Мал.3).

./240820101200002042.gif

На рис. 4 зображена типова схема застосування ІК датчика переміщення. Елементи R11 і С6 задають час включення реле RY1 після спрацьовування датчика переміщення. У схемі використовується датчик типу RE200 В, який має наступні характеристики:

• реакція на теплове випромінювання в спектрі 5 … 14мкм;

• вихідна напруга 20 мВ;

• напруга шумів 0,4 мВ;

• напруга зміщення 0.1 В;

• напруга пітаніяот 2,2 до 15В;

• робоча температура від -30 до +70 ° С.

Висновки датчика внутрішньо з'єднані: висновок один – зі стоком, висновок 2 – з витоком польового транзистора, висновок 3 – загальний. Тим висновками 2 і 3 повинен бути включений резистор опором 100 кОм.

./240820101200002043.gif

У схемі детектора переміщень використовується дешевий счетверенний операційний підсилювач LM324. Перші два ОУ – IC1A, IC1В – виконують функції підсилювача, два інші – функціонально ІК омпаратора. Випрямлений діодами D3, D4 сигнал надходить на одновібратор IC2, який управляє транзисторним ключем Q1. У ланцюг колектора транзистора Q1 включена обмотка виконавчого реле.

Не завжди биваетудобно або можливо пов'язати датчик з виконавчим пристроєм за допомогою дротів. У таких випадках оптимальною є зв'язок датчика з виконавчим пристроєм по радіоканалу. У країнах Європи і США дозволена робота пристроїв дистанційного керування і автосигналізацій на частоті 418 МГц. Пристрої, що відповідають умовам застосування для роботи на цій частоті, не вимагають сертифікації та дозволи. Якщо раніше існували деякі труднощі в проектуванні і виготовленні таких приемопередающее пристроїв, то після випуску уніфі Рован-них модулів передавача TM1V і приймача RM1V проблема реалізації зв'язку пристроїв дистанційного управління по радіоканалу на частоті 418 МГц просто зникла. Працює з роботи близько розташованих пристроїв ДУ забезпечується завдяки використанню мікросхем кодера в передавачі і декодера в приймачі.

На рис. 5 наведена схема передавального модуля ІК датчика переміщення. Підсилювач сигналу датчика виконаний на здвоєному ОУ типу MAX407 від фірми Maxim, або LT1495 від фірми Linear Technologies. Елементи R3, R4, С2 визначають коефіцієнт посилення ОУ IC1A і уровеньопорного напруги. Конденсатор СЗ забезпечує звуження смуги пропускання підсилювача до 10 Гц. Елементи R5, R6, R7, R10 визначають коефіцієнт посилення ОУ IC1B, а конденсатор С5 обмежує його смугу пропускання до 10 Гц. Резистори R7 і R9 визначають величину напруги зміщення, яка повинна бути рівною 2,5 В.

./240820101200002044.gif

Компаратор модуля зібраний на основі здвоєного компаратора MAX922 або LTC1440. Причому IC2A виконує функції компаратора, a IC2B – функції одновіб-ратора. При відсутності переміщення напруга на виході датчика відсутній, напруга на виході IC1B (висновок 1) складає 2,5 В. Через дільник R11 R12 R13 напруга зсуву через R14, R15 прикладається до висновків 5 і 6IC2A. Напруга на виведення 5 на 250 мВ перевищує напругу на виводі 6. У результаті цього на виведення серпня присутній рівень логічного 0.

При переміщенні людини взоне дії ІК датчика на виведення 1 IC1B виникає позитивний перепад напруги, який через діод D2 надходить на висновок 6IC2A, і в результаті його потенціал стає вище потенціалу на виведенні 5. На виведення 8IC2Aформіруется високий рівень. Потім по другому сигналу з датчика на виведення 1 IC1B формується негативний перепад. Це в свою чергу призводить до зниження потенціалу на виведення 5 IC2A, що також формує напруга високого рівня на виведення серпня IC2A.

Позитивний перепад напруги на виводі 8 IC2A через конденсатор C6 надходить на IC2B. У результаті на її виході (висновок 1) формується низький рівень. Цей уровеньчерез діод D3 прикладається до висновку 5 IC2А і перемикає стан цієї мікросхеми на час розряду конденсатора С6 через резистор R17 або R18.

Перемичку PJ використовують для зменшення часу перемикання при перевірці роботи схеми.

Коли конденсатор С6 розрядиться до напруги, меншого величини опорного напруги на виводі 3, IC2B переключиться, і напруга на виводі 1 знову зросте. Времязадающая ланцюжок C6R15R18 задає постійну часу, що становить близько 90 з при розірваної перемичці PJ або 1 с при замкнутою. Резистори R19, R20 і R21 формують гістерезис каскаду на IC2B, що забезпечує незалежність напруги на виході IC2B у процесі розряду конденсатора С6 від флуктуації (випадкових відхилень) сигналу. Ланцюжок C7R16D4 призначена для формування вузького негативного імпульсу, який надходить на кодер IC3 і активізує передачу кодової цифрової послідовності імпульсів.

У процесі перемикання IC2B кодер формує три групи бітів, що містять дані та адресну інформацію, і послідовно передає їх на модуль передавача TM1V. Кодер програмується чотирьохпозиційний DIP перемикачем SA1-4 на один з шістнадцяти адрес, що забезпечує роботу декількох незалежних пристроїв такого типу. Вхід даних також програмується за допомогою перемикачів SA5-8 для ідентифікації передавача за номером (1 -4). Тільки один з цих перемикачів може знаходитися у включеному стані.

Схема живиться від батареї напругою 6 … 9 В. Робоча напруга становить 5 В. У якості стабілізатора напруги застосований мікромощний стабілізатор напруги ТС55RP5002EZB фірми Telcom (IC4). Завдяки етомуток, споживаний схемою в режимі очікування, складає всього лише 20 мкА – у 100 разів менше, ніж споживаний струм в інших детекторах переміщень.

Сигнал від детектора переміщень приймає модуль приймального пристрою, в який входить власне модуль приймача RM1V, пов'язаний з декодером НТ694 фірми Holtek, програмованим перемикачем SAдля роботи з певним передавачем. Декодер послідовно отримує три групи бітів, що містять дані та адресну інформацію, зберігає їх, а потім порівнює одні сдругімі. При збігу двох з них, декодованому дані з'являються на одному з висновків – 1,2, 3 або 4 – в залежності від того, який перемикач вибору номера передавача включений. Потім керуючий сигнал високого рівня надходить на четирехелементную схему-засувку IC3.На виведення 5IC1 при прийомі вірних даних завжди формується сигнал логічної 1, який відкриває транзистор і запускає таймер IC2, що формує на виведення 3 (вихід Momentary) сигнал тривалістю близько 2 с. Цей сигнал використовується для керування зумер, що служить для індикації роботи передавача. У наведеній на рис. 6 схемою використовуються виходи на польових транзисторах з робочим струмом стоку близько 150 мА, що достатньо для підключення світлодіодних індикаторів. Є можливість скидання в нульове стан мікросхеми IC3. Для цього слід швидко з'єднати висновок Reset з виводом джерела живлення +5 В. Звичайно первинним джерелом харчування для такої схеми служить мережевий адаптер на напругу 12В.

./240820101200002045.gif

Спільно з приймачем можна використовувати різні виконавчі пристрої, наприклад електромагнітні або твердотільні реле, що включають освітлювальні прилади або сигналізацію. Можливі й інші варіанти. На рис. 7 наведена схема з використанням мікросхеми для запису мовних повідомлень. Схема забезпечує відтворення попередньо записаного мовного повідомлення під час вступу сигналу тривоги від детектора переміщень.

./240820101200002046.gif

На закінчення необхідно відзначити, що в якості кодера і декодера можуть також застосовуватися мікросхеми GL-104 від фірми Glolab, що включаються в схему особливим способом і замінюють розглянуті вище кодер і декодер від фірми Holtek.

Виробництвом та постачанням ІК датчиків переміщення, модулів приймача RM1V і передавача TM1V, а також готових модулів, описаних в цій статті, займається американська фірма Glolab Corporation ( www.glolab.com , kits@glolab.com).

Дмитро Хрустальов, pierce_arrow@mtu-net.ru

Схемотехніка № 3, березень 2001, с.2-4.