Охоронна і сторожова сигналізації є завжди популярною темою книг для любителів саморобок, і тому автор не втримався від спокуси включити в книгу опису одного з таких пристроїв. На жаль, більшість конструкцій є типовим, вже багато разів повтореними комбінаціями, що включають в себе фотодетектор і реле.

Ніхто не збирається критикувати схему сигналізації, проте для її роботи потрібно джерело живлення, який деколи знайти не дуже просто.

Оскільки дана книга присвячена Фотоелектрика і пристроям харчування, що використовують фотоелектричні перетворювачі, то, здається, єдино правильної передумовою буде розглянути джерело світла, який сам послужить джерелом енергії й забезпечить нею схему детектора, розташовану на деякій відстані від нього.

Фактично така охоронна сигналізація повністю живить сама себе. Необхідно почати з джерела світла. Промінь світла направляється уздовж дверного отвору, вікна або кімнати, утворюючи охоронну зону. На приймальному кінці сонячний елемент виявляє наявність світлового променя і перетворює його в електроенергію.

Сонячний елемент відіграє головну роль в роботі пристрою, він не тільки виявляє світло, але і забезпечує енергією саму схему сигналізації. Весь секрет полягає в виборі схеми сигналізації, яка була спеціально розроблена з метою забезпечення мінімального споживання енергії. Завдяки такій характеристиці схеми вихідний сигнал сонячного елемента одночасно використовується в якості корисної інформації про світловому пучку і для енергоживлення всього пристрою.

Схему сигналізації можна умовно розділити на три частини. Почнемо розгляд з фотоелектричного перетворювача. Фактично під сонячним елементом, про який говорилося досі, подразумевалась сонячна батарея з п’яти елементів, з’єднаних послідовно. Повне вихідна напруга батареї складає 1,6 В при струмі близько 1 мА в залежності від реальної освітленості елементів.

Перш за все сонячна батарея повинна забезпечити харчуванням схему сигналізації. Це досягається зарядкою невеликий акумуляторної нікель-кадмієвої батареї. Ланцюг заряду містить сонячну батарею, діод D і акумуляторну батарею. Коли на поверхню сонячної батареї падає «охоронний» світловий промінь, акумуляторна батарея заряджається струмом, що протікає через діод D1.

З попередньої глави відомо, що акумуляторна батарея буде знижувати зарядна напруга приблизно до 1,35 В. З цієї точки зору акумуляторну батарею фактично можна розглядати як стабілітрон. З урахуванням падіння напруги 0,3 В на діоді D1 напруга самої сонячної батареї стабілізується на рівні 1,65 В.

Струм від сонячної батареї протікає також через опору R1 і R2. Величина цього струму становить менше 250 мкА, в той час як більша частина струму йде на зарядку акумуляторної батареї. Резистори R1 і R2 є важливою складовою частиною схеми детектування. Розглянемо все по порядку (рис. 1).

При протіканні струму через R1 і R2 відбувається розподіл напруги. Опору резисторів R1 і R2 підібрані так, щоб при освітленні сонячних елементів на резисторі R1 падіння напруги становило лише близько 0,21 В. Ця напруга складається з падінням напруги на діоді D1 (0,3 В), в результаті різниця потенціалів між базою і емітером транзистора Q1 становить 0,51 В.

Оскільки Q1 – кремнієвий транзистор з мінімальним напруженням зсуву 0,7 В, то напруга на базі занадто мало, щоб відкрити транзистор. При висвітленні сонячної батареї світлом транзистор замкнений і через нього не тече ніякого струму.

Рис. 1

Однак при перериванні світлового пучка струм від фотоелектричного перетворювача припиняється, отже, через резистор R1 не тече ніякого струму. Припиняється струм також через діод D1.

При цьому відбудеться наступне: R1 стане високоімпедансное джерелом, D1-обратносмещенного діодом (через зникнення напруги від сонячного елемента) і струм потече через R2 і перехід база-емітер транзистора Q1. Тепер з’явиться і колекторний струм.

Колекторний струм надходить на мікросхему ІС1 (генератор сигналу тривоги). У даній конструкції використовується саме ця мікросхема, оскільки вона працює при вкрай низькій напрузі харчування і споживає дуже малий струм. При напрузі живлення 1,5 В (характерному для сигналізації) мікросхема LM3909 перех-0іт в нестійкий стан і, отже, буде перебувати

в режимі генерації Значення компонентів R5, R6 і С1 визначають частоту генерації. Мікросхема LM3909 містить також вихідний каскад посилення потужності. Підключаючи акустичний перетворювач (Гучномовець) між виходом генератора (вивід 2) і плюсової клемою батареї, при роботі генератора можна почути гучний, добре помітний сигнал.

При перериванні світлового променя схема детектора відразу ж спрацьовує і лунає звуковий сигнал. Коли світловий промінь відновлюється, транзистор Q1 вимикається і генерація припиняється Таким чином, схема відіграє роль дзвіночка, дзвінкого при відкриванні дверей або хвіртки.

Якщо автоматичне відновлення схеми небажано, наприклад, в системі охоронної сигналізації, в базовий пристрій вводиться схема фіксації. Це в основному елементи схеми R3, Q2 і /? 4, проте вся хитрість роботи схеми фіксації визначається мікросхемою LM3909.

Усередині мікросхеми між висновками 5 і 6 включений резистор опором 12 Ом. Поки на плюсовий висновок 5 не подано напругу, на виводі 6 воно буде також відсутнім. Це – стан схеми до фіксації.

Коли промінь світла переривається, включається транзистор Q1 і подає живлення на вивід 5, запускаючи генератор. На виведення 6 також з’являється потенціал. Якщо перемикач «фіксація S1» включений, то напруга з виведення 6 через резистор R4 надходить на базу транзистора Q2. Через транзистор Q2 і резистор R3 починає текти струм, ще більш збільшуючи струм, вже поточний через базу транзистора Q1.

Якщо навіть з сонячного елемента знову надходить напруга, шлях протікання струму, що генерується сонячними елементами, значно змінюється. У результаті опір резистора R1 вже не менше опору резистора R2 і падіння напруги на R1 увелічіваается. Ефективний опір R2, R3 і Q2 стає малим в порівнянні з R1, і сонячні елементи не здатні вивести транзистор Q1 зі стану насичення. Таким чином, сигнал тривоги буде подаватися навіть при відновленні світлового променя. Його можна відключити тільки вимикачем S1.

Основою конструкції є батарея, складена з п’яти мініатюрних сонячних елементів, з’єднаних послідовно і зовні нагадують черепичний дах. Зрозуміло, що можна використовувати досить мініатюрні елементи, оскільки від них потрібно мінімальний струм. Таку батарею виготовити непросто без достатнього володіння технікою різання елементів і відповідних для цього пристосувань. Настійно рекомендується придбати готову батарею, зазначену в списку деталей.

Рис. 2

Для збільшення дальності дії охоронної сигналізації сонячні елементи забезпечуються параболічним дзеркалом. Дзеркало збирає промені світла з великого простору і фокусує їх на елементах. Для цієї мети був використаний переносний ліхтарик, і ви можете зробити теж саме. Необхідно вибрати ліхтарик з найбільшою апертурою лінзи, яку можна знайти, – це важливо. Потім розібрати вузол відбивача і видалити лампочку.

Тепер сонячна батарея приклеюється зсередини до прозорої захисної лінзі в її центрі, тильна сторона батареї при цьому повинна бути звернена до лінзи. Лінза встановлюється на місце так, щоб сонячна батарея розташовувалася проти отвори від лампочки. Через цей отвір пропускаються два провідника від батареї, а потім закріплюється відбивач.

Звичайно, батарея загороджує собою значну частину прозорої лінзи, і через це необхідно вибрати можливо більший відбивач. Можна також зменшити розміри окремих сонячних елементів і знизити габарити батареї.

Оскільки висновки серійних сонячних батарей не мають кольорового маркування, необхідно самим визначити їх полярність. Провід, припаяний до лицьової поверхні нижнього елемента, має негативну полярність і приєднується до корпусу. Інший провід, припаяний до тильній поверхні верхнього елемента, має позитивну полярність. Детекторний і генераторний вузли пристрою розміщуються на друкованій платі, представленої на рис. 2, а розміщення деталей на ній – на рис. 3.

Всі деталі припаюються до плати, за винятком сонячної батареї. Якщо її приєднати, то спрацює сигналізація. При бажанні можна послідовно з батареєю встановити вимикач, дозволяє відключати сигналізацію, коли нею не користуються.

Рис. 3

Друкована плата встановлюється у відсік ліхтарика, призначений зазвичай для батарейок. Необхідно розмістити плату так, щоб акустичний перетворювач повідомлявся із зовнішнім простором, в іншому випадку його пронизливий звук буде приглушений. Крім того, свердлиться отвір у корпусі для перемикача «фіксація». Необхідно закріпити провідники, що йдуть від сонячних елементів, і акуратно зібрати ліхтарик, на цей раз припаявши батарею до схеми. Охоронний пристрій готове до роботи.

Якщо монтаж виконаний правильно, система буде видавати пронизливий сигнал тривоги. Щоб її «заспокоїти», необхідно вимкнути фіксацію спрацьовування і висвітлити поверхню сонячних елементів. Зробити це просто: до установки системи на пред * призначене для неї місце вона поміщається під настільну лампу.

Типова схема установки охоронного пристрою в дверному отворі представлена ​​на рис. 4. Вона закріплюється на висоті 60 см, достатньою для більшості випадків. Промінь світла направляється так, щоб він перекривав прохід в приміщення.

Рис. 4

Тепер необхідно встановити пристрій сигналізації на протилежній стороні прорізу. Можливо, буде потрібно підрегулювати напрям променя світла, щоб він точно падав на поверхню сонячних елементів. Це легко встановити: при точному наведенні променя сигнал тривоги припиниться.

В якості джерела світла можна використовувати будь потужний ліхтар. Для цієї мети був узятий такий же ліхтарик, що і для розміщення схеми сигналізації. Батарея була замінена 6-вольта знижуючим трансформатором, причому один висновок 6-вольтової обмотки був приєднаний до лампочки, а інший – до мережі.

Якщо є бажання зробити промінь світла непомітним, можна використовувати інфрачервоний світлофільтр. Навіть червоний целофан зробить промінь менш помітним Оскільки кремнієвий сонячний елемент володіє значною чутливістю в червоній та інфрачервоній областях спектру, втрата в чутливості буде незначною. Тим не менш необхідно враховувати ослаблення, що вноситься фільтром: не можна очікувати, що дальність дії системи залишиться колишньою.

Слід звернути увагу на те, що, якщо фільтр закриє поверхню светоізлучателя, може відбутися його нагрів. Ступінь нагрівання залежить від виду фільтра і його пропущення. При сильному нагріві можливе загоряння.

Використання джерела світла, питомого від мережі змінного струму, має додаткове гідність: схема сигналізує про припинення подачі електроенергії.

   Список деталей

   Резистори

R1-1 кОм

R2 – 6,8 кОм.

R3 – 180 Ом

R4 – 3,9 кОм

R5-220 Ом

R6-470 Ом

   Конденсатори

С1-1, 0 мкф

   Напівпровідник

   D1 — 1N34A

   IC1—LM3909

   Q1—ECG 159

Q2 – ECG 123 А

   Інші деталі

S1-SPST перемикач

Сонячна батарея – (Edmund Scientific, іомер по каталогу С42, ​​464)

Акустичний перетворювач – 45-омний гучномовець (Panasonic EAF-I4R06)

Нікель-кадмієві батарея-тип 1/3 ААА

Портативний переносний ліхтарик (див. текст)

Література: Байєрс Т. 20 конструкцій з сонячними елементами: Пер. з англ. – М.: Мир, 1988 рік.