Сьогодні нікого не здивуєш різними за призначенням та ефективності електронними пристроями попередження, які сповіщають або включають охоронну сигналізацію задовго до безпосереднього контакту небажаного «Гостя» з охоронюваним кордоном (територією). Багато з таких вузлів, описаних в літературі, на мій погляд, цікаві, але занадто складні.

На противагу їм пропонується проста електронна схема безконтактного ємнісного датчика (Мал. 4.11), зібрати яку в силах початківець радіоаматор. Пристрій має численні достоїнства, одне з яких (висока чутливість по входу) використовується для попередження про наближення будь-якого живого об’єкта (наприклад, людини) до сенсора Е1.

Рис. 4.11. Електрична схема безконтактного ємнісного датчика

Елементи схеми і їх призначення

Основу схеми складають два елементи мікросхеми К561ТЛ1 (DD1), включених як інвертори. Ця мікросхема має в своєму складі чотири однотипних елемента з функцією 2И-НЕ з тригерами Шмітта з гістерезисом (Затримкою) на вході і інверсією сигналу на виході. У таких елементах петля гистерезиса показується всередині їх позначення.

Застосування мікросхеми К561ТЛ1 в даному випадку виправдано тим, що вона, як і серія К561 зокрема має:

гранично малий робочий струм;

високу перешкодозахищеність (до 45% від рівня напруги живлення);

широкий діапазон живлячої напруги – від 3 до 15 В;

захищеність по входу від потенціалу статичної електрики і короткочасного перевищення вхідних рівнів.

Ці та інші достоїнства мікросхеми дозволяють використовувати її в радіоаматорських конструкціях без будь-яких особливих заходів обережності і захисту. Крім того, мікросхема К561ТЛ1 дозволяє включати свої незалежні логічні елементи паралельно, як буферні елементів, внаслідок чого потужність вихідного сигналу кратно збільшується.

Тригери Шмітта – це, як правило, бістабільні схеми, здатні працювати з повільно зростаючими вхідними сигналами, в тому числі з «домішкою» перешкод. При цьому вони забезпечують по виходу круті фронти імпульсів, які можна передавати в наступні вузли схеми для стикування з іншими ключовими елементами і мікросхемами. Мікросхема К561ТЛ1 (як, втім, і мікросхема К561ТЛ2) може виділяти керуючий сигнал, у тому числі цифровій, для інших пристроїв з аналогового, або нечіткого, вхідного імпульсу. Закордонним аналогом мікросхеми К561ТЛ1 є мікросхема CD4093B.

Схема включення інверторів – класична і описана в довідкових виданнях. Особливість представленої розробки полягає в конструктивних нюансах.

Після включення живлення на вході елемента DD1.1 виникає невизначений стан, близький до низького логічного рівня. На виході DD1.1 є напруга високого рівня, на виході DD1.2 знову низька. Транзистор VT1, який грає роль підсилювача струму, закритий. П’єзоелектричний капсуль НА1 з внутрішнім генератором 34 не активний.

До сенсору Е1 підключена автомобільна телескопічна антена. При знаходженні людини поруч з антеною змінюється ємність між штирем антени і підлогою. При цьому елементи DD1.1, DD1.2 перемикаються в протилежні стани. Для перемикання вузла людина середнього зросту повинен знаходитися або проходити поруч з антеною довжиною 35 см на відстані до 1.5 м.

На виводі 4 мікросхеми з’являється напруга високого рівня. При цьому відкривається транзистор VT1 і звучить капсуль НА1.

Конденсатор С). Від ємності конденсатора С( залежить режим роботи елементів мікросхеми. Так, при зменшенні ємності С \ до 82 … 120 пФ вузол працює інакше. Тепер звуковий сигнал звучить тільки поки на вхід DD1.1 впливає наводка змінної напруги – Дотик людини. Тип конденсатора – КМ6.

Електричну схему (Рис. 4.11) можна використовувати і як основу для триггерного сенсорного вузла. Для цього слід виключити зі схеми постійний резистор Rlt екранований провід. Сенсором в цьому випадку будуть контакти мікросхеми 1 і 2.

Послідовно з R] підключається екранований провід (кабель РК-50, РК-75, екранований провід для сигналів 34 – підходять всі типи) довжиною 1.0 … 1.5 м, екран з’єднується із загальним проводом. Центральний (Неекранований) провід на кінці з’єднується зі штирем антени.

При дотриманні цих рекомендацій, т. Е. При 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 10 … 1.5м. При цьому критичний ефект відсутній, т. Е. При видаленні людини від антени звук в капсулі НА1 припиняється.

В експерименті брали участь тварини – кішка і собака. Виявилося, що на їх наближення до сенсора-антені вузол не реагує. Принцип дії в цьому пристрої заснований на зміні ємності між сенсором-антеною Е1 і землею (загальним проводом, всім тим, що співвідноситься до заземлюючого контуру; в даному випадку це підлогу і стіни приміщення). При наближенні людини ця ємність істотно змінюється, що виявляється достатнім для спрацювання мікросхеми К561ТЛ1.

Практичне застосування вузла важко переоцінити. В авторському варіанті пристрій змонтовано поряд з дверною коробкою багатоквартирного житлового будинку. Вхідні двері – металева. Гучність сигналу 34, випромінюваного капсюлем ΗΑ1, достатня, щоб почути його на закритій лоджії, і порівнянна з гучністю квартирного дзвінка.

Джерело живлення – стабілізований, напругою 9 … 15 В, з хорошою фільтрацією напруги пульсацій по виходу. Струм споживання мізерно малий в режимі очікування (кілька мкА) і збільшується до 22 … 28 мА при активній роботі випромінювача НА1. Бестранс- форматорний джерело застосовувати не можна через можливість ураження електричним струмом.

Оксидний конденсатор С2. Діє як додатковий фільтр по харчуванню. Тип конденсатора – К50-35 або аналогічний на робочу напругу не нижче напруги джерела живлення.

При експлуатації вузла виявлені цікаві особливості. Так, на роботу вузла впливає напруга живлення. Виявилося, що при збільшенні напруги живлення до 15 В в якості сенсора-антени досить використовувати один звичайний багатожильний неекраніро- ний електричний мідний дріт перетином 1 … 2 мм, довжиною 1 м, без екрану і без резистора R ^. Електричний мідний дріт під’єднується безпосередньо до висновків 1 і 2 елементи DD1.1. Ефект виявляється таким же.

При зміні фазування мережевої вилки джерела живлення вузол катастрофічно втрачає чутливість і здатний працювати тільки як сенсор, тобто реагує на дотик до Е1. Це важливо при будь-якому значенні напруги джерела живлення в діапазоні 9 … 15 В. Очевидно, що друге призначення даної схеми – звичайний сенсор або сенсор-тригер.

Все це слід враховувати при виготовленні вузла. Однак при правильному підключенні можна створити важливу і стабільну частину охоронної сигналізації, що забезпечує безпеку житла і попереджує господарів про нештатну ситуацію ще до її виникнення. Готове пристрій показано на Рис. 4.12.

Рис. 4.12. Пристрій з автомобільною антеною у вигляді ємнісного датчика

При неухильному дотриманні всіх рекомендацій пристрій не вимагає налагодження.

Можливо, за інших варіантах сенсорів і антен вузол проявить себе в іншій якості. Якщо експериментувати з довжиною екрануючого кабелю, довжиною і площею сенсора-антени Е1 і напругою живлення вузла, не виключено, що буде потрібно скорегувати опір резистора R \ в межах 0.1 … 100 МОм. Для зменшення чутливості вузла збільшується ємність конденсатора Ct. Якщо це не приносить бажаних результатів, паралельно С] включається постійний резистор опором 5 … 10 МОм.

Резистор R {. Тип резистора – ВС-0,5, ВС-1.

Резистор /?2. Тип резистора – МЛТ-0,25.

Транзистор VT1. Необхідний для посилення сигналу з виходу елемента DD1.2. Без цього транзистора капсуль НА1 звучить слабо. Може бути замінений транзисторами КТ503, КТ940, КТ603, КТ801 з будь-яким буквеним індексом.

Капсуль-випромінювач НА1. Може бути замінений аналогічним капсюлем з вбудованим генератором 34 і робочим струмом не більше 50 мА, наприклад: FMQ-2015B, КРГ-1212В і аналогічними.

Завдяки застосуванню капсуля з вбудованим генератором проявляється цікавий ефект: при наближенні людини до сенсора-антені Е1 звук капсуля монотонний, а при видаленні (або наближенні людини на відстань близько 1,5 м від Е1) капсуль видає стабільний переривчастий звук відповідно до зміни рівня потенціалу на виході елемента DD1.2.

Якщо в якості НА1 застосувати капсуль з вбудованим генератором переривань 34, наприклад KPI-4332-12, звук буде нагадувати сирену при відносно великій відстані людину від сенсора-антени і стабільний переривчастий сигнал при максимальному наближенні.

Відносним недоліком пристрою можна вважати відсутність вибірковості «свій / чужий», так як вузол сигналізує про наближення до Е1 будь-якої особи, у тому числі що вийшов «за булкою хліба» господаря квартири. Основа роботи вузла – електричні наводки і зміна ємності. Такий вузол ефективно працює тільки у великих житлових масивах з розвиненою мережею електричних комунікацій.

Можливо, що такий прилад буде марний в лісі, в полі – скрізь, де немає електричних комунікацій освітлювальної мережі 220 В. Така особливість пристрою.

Експериментуючи з даним вузлом і мікросхемою К561ТЛ1 (навіть у штатному її включенні), можна отримати безцінний досвід і реальні, прості в повторенні, але оригінальні по суті і функціональним особливостям електронні пристрої.

Елементи збірки

Монтаж елементів виконується на платі з склотекстоліти. Корпус для пристрою може бути з будь-якого діелектричного матеріалу.

Для контролю включення живлення пристрій може бути забезпечене індикаторним світлодіодом, який підключається паралельно джерела живлення.

Джерело: Кяшкаров А. П., Збери сам: Електронні конструкції за один вечір. – М .: Видавничий дім «Додека-ХХ1», 2007. – 224 с .: іл. (Серія «Збери сам»).