Сьогодні нікого не здивуєш різними за призначенням та ефективності електронними пристроями превентивного попередження, які сповіщають людей або включають охоронну сигналізацію задовго до безпосереднього контакту небажаного гостя з охоронюваним кордоном (територією). Багато з таких вузлів, описаних в літературі, наприклад в [48], на думку автора, цікаві, але ускладнені.

На противагу їм розроблена проста електронна схема безконтактного ємнісного датчика (рис. 2.2), зібрати яку під силу навіть початківцю радіоаматорові. Пристрій має високу чутливість по входу, що дозволяє використовувати його для попередження про наближення людини до сенсора Е1.

Принцип дії пристрою заснований на зміні ємності між сенсором-антеною Е1 і «землею» (загальним проводом: всім тим, що співвідноситься до заземлюючого контуру, – в даному випадку це підлога і стеніі приміщення). При наближенні людини ця ємність істотно змінюється, що виявляється достатнім для спрацювання мікросхеми K561TЛ1.

   

Рис. 2.2. Електрична схема безконтактного ємнісного датчика

В основі конструкції – два елементи мікросхеми K561TЛ1 (DD1), включені як інвертори. Ця мікросхема має в своєму складі чотири однотипних елемента з функцією 2И-НЕ з тригерами Шміта з гістерезисом (затримкою) на вході і інверсією по виходу.

Застосування мікросхеми K561TЛ1 обумовлено малим споживанням струму, високої перешкодозахищеністю (до 45% від рівня напруги живлення), роботою в широкому діапазоні живлячої напруги (У діапазоні 3-15 В), захищеністю по входу від статичної електрики і короткочасного перевищення вхідних рівнів, і багатьма іншими достоїнствами, які дозволяють широко використовувати мікросхему в радіоаматорських конструкціях, не вимагаючи якихось особливих заходів обережності і захисту.

Крім того, мікросхема K561TЛ1 дозволяє включати свої незалежні логічні елементи паралельно, в якості буферних елементів, внаслідок чого потужність вихідного сигналу пропорційно збільшується. Тригери Шміта-бістабільні схеми, здатні працювати з повільно зростаючими вхідними сигналами, в тому числі з домішкою перешкод. При цьому забезпечують по виходу круті фронти імпульсів можна передавати в наступні вузли схеми для стикування з іншими ключовими елементами і мікросхемами. Мікросхема K561TЛ (як, втім, і K561TЛ2) можуть виділяти керуючий сигнал (у тому числі цифровій) для інших пристроїв з аналогового або нечіткого вхідного імпульсу.

Зарубіжний аналог К561ТЛ1 – CD4093B.

Схема включення інверторів – класична, вона описана в довідкових виданнях. Особливість представленої розробки – в конструктивних нюансах. Після включення живлення на вході елемента DD1.1 присутній невизначений стан, близький до низького логічного рівня. На виході DD1.1 – високий рівень, на виході DD1.2 – знову низький. Транзистор VT1 закритий. П’єзоелектричний капсуль НАІ (з внутрішнім генератором 34) не активний.

До сенсору Е1 підключена антена – підійде автомобільна телескопічна. При знаходженні людини поряд з антен-

ної змінюється ємність між штирем антени і підлогою. Від цього перемикаються елементи DD1.1, DD1.2 в протилежний стан. Для перемикання вузла людина середнього зросту повинен знаходитися (Проходити) поряд з антеною довжиною 35 см на відстані до 1,5 м. На виводі 4 мікросхеми з’являється високий рівень напруги, внаслідок цього транзистор VT1 відкривається і звучить капсуль НА1.

Підбором ємності конденсатора С1 можна змінити режим роботи елементів мікросхеми. Так, при зменшенні ємності С1 до 82-120 пФ вузол працює інакше. Тепер звуковий сигнал звучить тільки, поки на вхід DD1.1 впливає наведення змінної напруги – дотик людини.

Електричну схему (рис. 2.2) можна використовувати і як основу для тригерній сенсорного датчика. Для цього виключають постійний резистор R1, екранований провід, а сенсором є контакти мікросхеми 1 і 2.

Послідовно з R1 підключають екранований провід (кабель РК-50, РК-75, екранований провід для сигналів ЗЧ – підходять всі типи) завдовжки 1-1,5 м, екран з’єднується із загальним проводом, центральна жила на кінці з’єднується зі штирем антени.

При дотриманні зазначених рекомендацій і застосуванні зазначених у схемі типів і номіналів елементів, вузол генерує звуковий сигнал частотою близько 1 кГц (залежить від типу капсуля НА1) при наближенні людини до штиря антени на відстань 1,5-1 м. Критичний ефект відсутній. Як тільки об’єкт віддаляється від антени, датчик переходить в режим охорони (очікування).

Експеримент проводився також з тваринами-кішкою і собакою: на їх наближення до сенсора-антені вузол не реагує.

Можливості пристрою важко переоцінити. В авторському варіанті воно змонтоване поряд з дверною коробкою; вхідні двері – металева.

Гучність сигналу ЗЧ, випромінюваного капсулем НА1, достатня для того, щоб почути його на закритій лоджії (вона порівнянна з гучністю квартирного дзвінка).

Джерело живлення-стабілізований, з напругою 9-15 В, з хорошою фільтрацією напруги пульсацій по виходу. Струм споживання мізерно малий в режимі очікування (кілька мікроампер) і збільшується до 22-28 мА при активній роботі випромінювача НА1. Бестрансформаторним джерело застосовувати не можна через ймовірності ураження електричним струмом. Оксидний конденсатор С2 діє як додатковий фільтр по живленню, його тип – К50-35 або аналогічний, на робочу напругу не нижче напруги джерела живлення.

При експлуатації вузла виявлені цікаві особливості. Напруга живлення вузла впливає на його роботу: при збільшенні напруги живлення до 15 В в якості сенсора-антени використовується тільки звичайний багатожильний неекранований електричний мідний дріт перетином 1-2 мм завдовжки 1 м; ніякого екрану і резистора R1 в такому разі не треба, електричний мідний дріт під’єднується безпосередньо до висновків 1 і 2 елементи DD1.1. Ефект аналогічний. При зміні фазування мережевої вилки джерела живлення вузол катастрофічно втрачає чутливість і здатний працювати тільки як сенсор (Реагує на дотик до Е1). Це актуально при будь-якому значенні напруги джерела живлення в діапазоні 9-15 В. Очевидно, що друге призначення даної схеми – звичайний сенсор (або сенсор-тригер).

Ці нюанси слід враховувати при повторенні пристрої. Однак у випадку правильного підключення, описаного тут, виходить важлива складова охоронної сигналізації, що забезпечує безпеку житлу, попереджуючої господарів ще до виникнення нештатної ситуації.

Монтаж елементів здійснюється компактно на платі з склотекстоліти. Корпус для пристрою – будь-який з діелектричного (непровідного) матеріалу. Для контролю включення живлення пристрій може бути забезпечене індикаторним світлодіодом, підключеним паралельно джерелу харчування.

Налагодження при точному дотриманні рекомендацій не потрібно. Якщо експериментувати з довжиною екрануючого кабелю, довжиною і площею сенсора-антени Е1 і зміною напруги живлення, можливо буде потрібно скорегувати опір резистора R1 в широких межах – від 0,1 до 100 МОм. Для зменшення чутливості збільшують ємність конденсатора С1. Якщо це не приносить результатів, паралельно С1 включають постійний резистор опором 5-10 МОм.

   

Рис. 2.3. Ємнісний датчик

Неполярний конденсатор С1 – типу КМ6. Постійний резистор R2-МЛТ-0, 25. Резистор R1 – типу НД-0, 5, НД-1. Транзистор VT1 необхідний для посилення сигналу з виходу елемента DD1.2. Без цього транзистора капсуль НА1 звучить неголосно. Транзистор VT1 можна замінити на КТ503, Кт940, КТ603, КТ801 з будь-яким буквеним індексом.

Капсуль-випромінювач НА1 може бути замінений на аналогічний з вбудованим генератором 34 і робочим струмом не більше 50 мА, наприклад FMQ-2015B, КРГ-1212В і аналогічними.

Завдяки застосуванню капсуля з вбудованим генератором вузол проявляє цікавий ефект: при близькому наближенні людини до сенсора-антені Е1 звук капсуля монотонний, а при видаленні (або наближенні людини, починаючи з відстані 1,5 м до Е1) – капсуль видає стабільний за характером переривчастий звук відповідно до зміни рівня потенціалу на виході елемента DD1.2. (Подібний ефект ліг в основу першого електронного музичного інструменту – «терменвокс».)

Для більш повного уявлення про властивості ємнісного датчика автор рекомендує ознайомитися з матеріалом [53].

Якщо в якості НА1 застосувати капсуль з вбудованим гені-ратбром ЗЧ, наприклад КРІ-4332-12, то при порівняно великому видаленні людини від сенсора-антени звук буде нагадувати сирену, а при максимальному наближенні – переривчастий сигнал.

Деяким мінусом пристрою можна вважати відсутність вибірковості (системи розпізнавання «свій / чужий»), так вузол буде сигналізувати про наближення до Е1 будь-якої особи, в тому числі вийшов «за хлібом» господаря квартири. Основа роботи пристрою – електричні наводки і зміна ємності максимально корисні при експлуатації у великих житлових масивах з розвиненою мережею електричних комунікацій; очевидно, прилад буде марний в лісі, в полі і скрізь, де немає електричних комунікацій.

Кашкаров А. П. 500 схем для радіоаматорів. Електронні датчики.