Automatiniai apšvietimo jungikliai su infraraudonųjų ir garso jutikliais

Šiuolaikinė elementari elektronikos bazė leidžia jums sukurti įrenginius, paprastus grandinėmis, tačiau turinčius gana platų funkcijų diapazoną. Anksčiau tokius prietaisus buvo galima naudoti tik sudėtingose ​​ir brangiose profesionaliose sistemose, o dabar jų naudojimas daro mūsų kasdienį gyvenimą patogesnį ir lengvesnį.

Šiame straipsnyje bus kalbama apie prietaisus, naudojančius infraraudonųjų spindulių jutikliai. Kadaise tokie jutikliai buvo dažniausiai naudojami apsaugos sistemose, dabar niekas nestebina nei durų, atsidarančių priešais kiekvieną atvykstantį asmenį, nei automatinio apšvietimo įtraukimo į įėjimą. Ir visa tai infraraudonųjų spindulių jutikliai! Dažnai jie vadinami piroelektriniais jutikliais.

Piroelektrinis jutiklis. Įrenginys ir veikimo principas

Piroelektriniai jutikliai iš esmės yra pasyvūs. Tai reiškia, kad jie nesukuria jokių elektromagnetinių signalų, o tiesiog yra infraraudonųjų spindulių imtuvasTodėl žmonėms jis yra visiškai nekenksmingas.

Kiekvienas daiktas yra infraraudonųjų spindulių šaltinis, ir žmogaus kūnas šia prasme taip pat nėra išimtis. Piroelektriniai jutikliai yra suprojektuoti taip, kad jie nereaguoja į pačią infraraudonąją spinduliuotę, jos absoliučiąją vertę, o greičiau į jos pokyčius. Todėl net ir nežymus objekto judesys, pavyzdžiui, tokiu jutikliu bus aptiktas žmogus.

Kaip pavyzdį pažiūrėkime į piroelektrinį jutiklį IRA-E710 iš Murata. Jo įtaisas parodytas 1 paveiksle.

1 paveikslas. Piroelektrinio jutiklio „IRA-E710“ įtaisas

Piroelektrinio jutiklio pagrindas yra infraraudonųjų spindulių jautrus fotoelementas, kuris skleidžia elektrinį signalą, proporcingą radiacijos kiekiui. Norėdami suderinti fotoelementą su grandine ir pradiniu signalo stiprinimu, naudojamas lauko efekto tranzistorius.

Jei jutiklis yra pastatytas tik ant vieno fotoelemento, jis suveikia ne tik dėl judančių objektų, bet ir tiesiog dėl išorinės temperatūros, saulės spindulių, radiatorių ir paties jutiklio, tiksliau, jo kūno, pokyčių.

Kitaip tariant, tokio jutiklio atsparumas triukšmui yra per žemas. Norėdami jį padidinti, piroelektriniai jutikliai yra pagaminti remiantis dviem priešinga kryptimi įtaisytais fotoelementais, kaip parodyta paveiksle, kuris leidžia jums kompensuoti ką tik paminėtus veiksnius.

Toks jutiklis reaguoja tik į radiacijos dydžio pokyčius, o tai leidžia jį naudoti kaip judesio detektorių. Dar didesnį jutiklio veikimo patikimumą suteikia šviesos filtras, sureguliuotas iki 5–14 mikronų bangos ilgio. Tokia radiacija būdingiausia žmogaus organizmui.

Tačiau nereikia manyti, kad jutiklis renkasi tik šildomų objektų judėjimą. Kambaryje visada yra tam tikras infraraudonųjų spindulių fonas, todėl bet kurio objekto perkėlimas, net esant aplinkos temperatūrai, keičia bendrą foną ir jutiklis suveikia.

Aprašyto jutiklio trūkumus galima priskirti tai, kad jis jautrus tik judesiams skersai, tai yra, iš vieno fotoelemento į kitą. Kai judate abiejų fotoelementų paviršiais, signalas nebus generuojamas. Todėl, diegdami tokius jutiklius, jie turėtų būti atitinkamai orientuoti, kaip bus aptarta aukščiau.

Siekiant atsikratyti tokio žalingo poveikio ypač kritiniais atvejais, jie yra kuriami ir taikomi. jutikliai, pagrįsti keturiais fotoelementais. Tiesa, šio tipo jutikliai yra sudėtingesni ir brangesni, o tai taip pat apsunkina jų prijungimo ir valdymo schemą.

Jutiklius galima montuoti įprastai ir ant paviršiaus (SMD). Jų išvaizda parodyta 2 paveiksle.

2 pav. IRA-E710 jutikliai. Išvaizda

Judesio jutiklių naudojimas

Iš pradžių judesio jutikliai skirtas sukurti apsaugos nuo įsilaužimo sistemos. Tobulėjant elementų bazei, piroelektriniai jutikliai tapo daug pigesni ir prieinamesni, tai leido juos naudoti buities reikmėms.

Tai visų pirma automatinis apšvietimo įtraukimas, durų atidarymas, taip pat vaizdo stebėjimo sistemų valdymas. Tokia automatika leidžia sutaupyti nemažą elektros ar šilumos kiekį kambaryje. Kai naudojama vaizdo stebėjimo sistemose, vietos taupoma kompiuterio, valdančio vaizdo sistemos veikimą, standžiajame diske.

Automatinio šviesos jungiklio algoritmas

Kai šviesa įjungiama automatiškai, pavyzdžiui, įėjime, kai asmuo pasirodo prietaiso matymo lauke, apšvietimas turėtų įsijungti, o po kurio laiko išsijungti. Kol asmuo yra prietaiso matymo lauke, apšvietimas neturėtų išsijungti, padidėja užrakto greitis. Dienos šviesoje automatinis šviesos įjungimas neturėtų vykti.

Prožektoriai su judesio davikliu, skirtu įrengti lauke, taip pat tiksliai veikia: apšviečiami vartai ir kiemas prie namo, laiptai prie įėjimo į parduotuvę ir kitais atvejais. Tokie prožektoriai yra prieinami kartu su judesio jutikliu, arba judesio jutiklis gali būti atskiras.

Vienas iš automatinės apšvietimo valdymo grandinės parodyta 3 paveiksle.

3 pav. Apšvietimo valdymo schema iš judesio jutiklio (spustelėkite paveikslėlį, jei norite pamatyti schemą didesniu formatu)

Grandinės aprašymas

Kaip naudojamos infraraudonosios spinduliuotės imtuvas piroelektrinis jutiklis PIR1. Priešais jo fotoelementus yra sumontuota siaurų nepermatomų ir skaidrių juostelių modulinė grotelė, esanti horizontaliai. Todėl paaiškėja, kad fotodetektoriui objektas, judantis per moduliacinės grotelės juostas, yra arba atidarytas, arba uždarytas, todėl jutiklio išvestyje atsiranda kintama įtampa.

Tai, kas išdėstyta, parodyta 4 paveiksle, kuriame parodyta teisinga jutiklio vieta. Prietaiso aptiktas objekto dydis nustatomas pagal moduliacinės grotelės pralaidumą. Keisdami pralaidumą, galite pakoreguoti viso prietaiso jautrumą. Įrenginio diapazono plotį galima reguliuoti keičiant lango moduliacijos grotelės dydį.

4 pav. Judesio jutiklio įrengimo schema

PIR1 jutiklio vidinio stiprintuvo galia tiekiama į jo 1 išėjimą per filtrą R1C1. Jutiklio išėjimo signalas pašalinamas iš 2 kaiščio ir tiekiamas į neinversuojamą DA1 tipo LM324 lusto operacinio stiprintuvo 1 įvestį. Ši mikroschema yra keturi vienas nuo kito nepriklausomi operaciniai stiprintuvai (op-amp). Vienintelis dalykas, kuris juos vienija, yra bendros valdžios išvados ir atvejis.

Stiprintuvas, kurio padidėjimas yra apie 150, yra surenkamas OS1, prie kurio PIR1 jutiklis yra tiesiogiai prijungtas. Jei jutiklio aprėpties srityje judesių nėra, tada OS1 išvestyje palaikomas pastovus įtampos lygis, maždaug pusė maitinimo šaltinio įtampos.

Kai jutiklio matymo lauke 2 gnybte aptinkamas judantis objektas, atsiranda kintama įtampa, kurią sustiprina OS1. OS1 išvestyje atsiranda kintamasis komponentas, kuris per kondensatorių C2 tiekiamas į kitą OS2 stiprinimo etapą, kurio padidėjimas yra maždaug 100.

Po šių etapų ateina signalas, sustiprintas iki reikiamo lygio į palyginamojo įvestį ant OU3 - DA1 lusto 10 kaištis. Lygintuvo reakcijos lygis nustatomas pagal rezistorių R8, R11, R20 vertę. Pradinėje būsenoje komparatoriaus išėjimo įtampa yra maža.

Jei ОУ2 išvestyje - 14 išvestyje - pasirodo stačiakampiai impulsai, viršijantys nurodytą veikimo lygį, tuo lygintuvo ОУ3 išėjime - 8 išėjimas - pasirodo aukštas įtampos lygis, tiksliau, taip pat impulsai, įkraunantys kondensatorių C7. VD5 diodas neleidžia iškrauti šio kondensatoriaus per komparatoriaus išėjimą, kai jis žemas. Todėl kondensatorių galima iškrauti tik per nuoseklias grandines R14 ir R22. Naudojant kintamą rezistorių R22, iškrovos laiką galima nustatyti per 5 sekundes ... 5 min.

Kondensatoriaus C7 sukaupta įtampa tiekiama į neinversinį antrojo komparatoriaus įvestį, padarytą OS4, kurio atsako lygį nustato daliklis R9, R13. Šio lygintuvo išėjimo signalas tiekiamas į tranzistoriaus VT1 pagrindą, kuris naudojant triakas VD2 jungia krovinį.

Kompaktoriaus reakcijos laikas OS4 yra nustatomas pagal kondensatoriaus C7 įkrovimo laiką, kuris padidėja jutiklio reakcijos laiku: kol judėjimas prietaiso regėjimo lauke nesustos, kondensatorius C7 pasikrauna. Taigi, kol kažkas juda kambaryje, negarantuojama, kad apšvietimas išsijungs.

Kad apšvietimas neįsijungtų dienos šviesos valandomis, įrenginyje yra šviesos jutiklis, pagamintas FD263 tipo VD7 fotodiode, kuris įjungiamas priešinga kryptimi. Veikimo režimus nustato daliklis R15, R23.

Kintamo rezistoriaus R23 variklio įtampa tiekiama į tranzistoriaus VT2 pagrindą. Kol tamsus fotodiodas yra uždarytas kambaryje, o tranzistoriaus VT2 pagrindo įtampa yra aukšta, todėl jis yra uždarytas ir nedaro įtakos grandinės veikimui.

Didėjant apšvietimui, fotodiodas atsidaro, o VT2 apačioje krenta įtampa, kuri lemia jo atidarymą. Atviras tranzistorius per VD9 diodą nukreipia signalą iš op 2 stiprintuvo išvesties į komparatoriaus įvestį op 3 stiprintuve. Todėl kondensatorius C7 neįkraunamas ir apšvietimas taip pat nebus įjungtas.

Kad dienos šviesos jutiklis neįjungtų dienos šviesos, jos veikimas blokuojamas per diodą VD8, prijungtą prie OU4 komparatoriaus išėjimo. Kondensatorius C10 uždelsia įjungiant aplinkos šviesos jutiklį, kai įjungiama lempa, ir taip išvengiama klaidingo jutiklio aliarmo.

Įrenginio galia yra be transformatorių. Per gesinimo kondensatorių C9 tinklo įtampa tiekiama į lygintuvą, pagamintą dioduose VD4 ir VD6. Rektifikuotosios įtampos virpėjimas yra išlyginamas kondensatoriumi C8, o įtampa stabilizuojama esant 16 V Zenerio diodui VD3. Ši įtampa naudojama tranzistoriaus VT1, kuris kontroliuoja „triac VD2“ maitinimo jungiklio veikimą, pagrindiniam etapui maitinti.

Ant elementų R2, C3 ir VD1 surinktas 9,1 V parametrų įtampos reguliatorius, kuris naudojamas maitinti visus prietaiso mazgus: PIR jutiklį, DA1 mikroschemą ir dienos šviesos foto jutiklis ant tranzistoriaus VT2.

Apibūdinta grandinė pagaminta kaip pagrindinis rinkinys. Komplekte yra visi būtini radijo komponentai, paruošta plokštė ir korpusas, skirtas prietaisui surinkti, kaip parodyta 5 paveiksle. Komplekte taip pat yra prietaiso surinkimo ir nustatymo instrukcijos.

Nors paprastai grandinė laikoma paprasta ir surinkus be klaidų iš eksploatuojamų dalių, ji turėtų pradėti veikti nedelsiant, noriu atkreipti dėmesį į tai, kad ji turi transformatorių galią. Todėl montuodami ir paleidžiant eksploatuoti turėtumėte būti ypač atsargūs, laikytis saugos taisyklių, o dar geriau - naudoti izoliacinį transformatorių.

5 pav. „Master Kit“ komplekto dėklas

Grandinė pilnai pereina į darbo režimą per pusantros ar dvi minutes po įjungimo, todėl visi nustatymai turėtų būti atlikti praėjus šiam laikui. Nustatymai yra paprasti ir sumažinami taip, kad rezistorius R22 nustatytų reikiamą vėlavimo laiką, o rezistoriaus R23 pagalba pasirenkamas šviesos jutiklio slenkstis.

Pats judesio jutiklio slenkstis nustatomas pagal rezistoriaus R11 vertę.Jei reikia padidinti jautrumą, jo vertė gali būti šiek tiek sumažinta. Atitinkamai, turėdami daug klaidingų teigiamų rezultatų, turėsite pakeisti vertę augimo kryptimi.

6 paveiksle parodyta kita infraraudonųjų spindulių judesio jutiklio schema, kuri labai panaši į 3 paveiksle pavaizduotą grandinę.

6 paveikslas. Infraraudonųjų spindulių judesio jutiklis. 2 variantas (spustelėkite norėdami padidinti paveikslėlį)

Panašioje schemoje yra įrengtas prožektorius su halogenine lempa vieno prietaiso pavidalu ir paprastai įrengiamas prie privačių namų ūkių įėjimų. Jos tikslas - įjungti kieme esančią šviesą, kai atvyksta namo savininkai, be to, įspėti savininkus apie svečių, įskaitant nekviestus, įsiskverbimą į teritoriją. Pati schema yra labai panaši į ankstesnę ir atlieka tas pačias funkcijas, todėl išsamus aprašymas nereikalingas. Gyvenkime tik ant atskirų mazgų.

Kaip infraraudonųjų spindulių jutiklis naudojamas fototransistorius PIR D203C, kurio signalas tiekiamas į DA1 lustą, tas pats, kaip ir ankstesnėje grandinėje. Jutiklio jautrumas reguliuojamas kintamu rezistoriumi VR3. Šviesos jutiklis pagamintas ant CDS fotorezistoriaus, kuris per dienos šviesos tranzistorių VT2 blokuoja tranzistoriaus VT1, kuris apima apkrovos valdymo relę, veikimą. Todėl dienos metu prožektorius neįtraukiamas.

Kaip ir ankstesnėje, grandinėje yra laiko uždelsimas, kuris atliekamas kondensatoriui C14, kurio iškrovos laiką reguliuoja kintamasis rezistorius VR1. Laiko reguliavimo ribos yra nurodytos tiesiai diagramoje.

Halogeninis prožektorius su judesio davikliu yra skirtas montuoti gatvėje, todėl katės, šunys ar kiti maži gyvūnai, be žmonių, gali patekti į jutiklio aprėpties vietą. Tai gali sukelti klaidingą jutiklių įsijungimą ir šviesos įsiskverbimą.

Norint apsisaugoti nuo tokių melagingų aliarmų, prieš jutiklį rekomenduojama įrengti apsauginį ekraną, kuris šiek tiek apribotų prietaiso matomumo diapazoną iš apačios: visiškai pakanka pamatyti ne visus vartus, o tik jo viršutinę pusę, kad būtų galima atskirti atėjusį žmogų.

Sudėtingesniuose judesio jutikliuose šią problemą išsprendžia integruotas mikrovaldiklis, kuris gana gerai gali nustatyti objekto dydį: mašina, asmuo ar pele. Žinoma, tokie jutikliai yra brangesni.

Automatiniai apšvietimo jungikliai su garso jutikliais

Už šviesos valdymas daugiabučių namų įėjimuose taip pat naudojami optiniai akustiniai jungikliai. Jungikliuose yra mikrofonas, optinis jutiklis ir išvesties rakto įtaisas.

Tokių jungiklių veikimo logika yra tokia pati kaip ir infraraudonųjų spindulių: dienos metu mikrofoną išjungia optinis jutiklis, o tamsoje apšvietimas įsijungs net esant nereikšmingiems garsams įėjime. Ekspozicijos laikas yra apie 1 minutė, po to užgęsta lemputė.

Atsiradus garsams, ciklas kartojasi. Mikrofono jautrumas yra toks, kad jis skleidžia garsą iki 5 m atstumo, kurio visiškai pakanka prieigos sąlygoms. Žinoma, tokio jutiklio negalima naudoti gatvėje, nes šviesa įsijungs iš bet kokio garso, pavyzdžiui, iš pravažiuojančio automobilio.

Iš esmės akustiniai-optiniai jungikliai yra dviejų variantų: arba kaip atskiras elementas, montuojamas ant sienos ar lubų, arba įmontuojami į įvairių konstrukcijų šviestuvus. Tokie jungikliai parodyti atitinkamai 7 ir 8 paveiksluose.

7 pav. Optinio-akustinio energijos taupymo jungiklis EV-05

8 pav. Lempa „EVS-01“ su įmontuotu optiniu-akustiniu jungikliu

Tokių jungiklių kaina, kaip taisyklė, yra mažesnė nei jungiklių su infraraudonųjų spindulių jutikliu, todėl juos galima rekomenduoti naudoti būsto ir komunalinėse tarnybose, nors tai neatmeta ir infraraudonųjų spindulių jutiklių įrengimo.

Taip pat skaitykite:Kaip pasirinkti, sukonfigūruoti ir prijungti lauko ar vidaus apšvietimo foto relę