Принципы работы детекторов движения и их применение

Всего разработано несколько видов детекторов перемещений, они между собой имеют мпецифические отличия по типу примененных датчиков. Ниже будут описаны детекторы перемещения на основе датчиков инфракрасного (ИК) излучения.

ИК излучение находится в электромагнитном спектре. Длина волны больше длины волны видимого света. ИК излучение невозможно увидеть, но оно характерно фиксируется при помощи специально предназначенных для этогодатчиков. Человеческое тело, впрочем как и у животных, довольно интенсивно излучают в ИК диапазоне. Максимум такого излучения преобладает в длиннне волны 9,4 мкм.

Распознования ИК излучения основывается на пироэлектрических датчиках. Они сделаны из специального кристаллического материала, который при воздействии на него ИК излучения вырабатывает поверхностный электрический заряд. Встроенный в датчик уселитель на полевом транзисторе значительно повышает распознование этого заряда, и обеспечивает формирование управляющего напряжения. Поскольку датчик срабатывает на ИК излучение в широком диапазоне, для сужения последнего используется фильтр специального назначения, ограничивающий восприятие датчиком ИК излучения только в диапазоне от 8 до 14 мкм.



На рис. 1 изображена структурная схема детектора перемещений. Вывод 2 датчика через шунтирующий резистор сопротивлением 100 кОм соединен с корпусом. Сигнал с датчика подается на двухкаскадный согласованный усилитель, который обеспечивает общий коэффициент усиления 10000. В стандартном использовании полоса пропускания усилителя ограничена до 10 Гц для ослабления высокочастотных помех и надежного срабатывания компаратора при восприятии положительных и отрицательных перепадов выходного напряжения датчика. Хорошо отфильтрованное напряжение питания величиной от 3 до 15 В подается на вывод 1 датчика.



Датчик RE200B снабжен двумя чувствительными элементами, включенных по схеме компенсации напряжения. Этот способ включения избавляет от сторонних сигналов, вызываемых вибрацией, изменением температуры и солнечного освещения. При перемещении объекта в зоне действия датчика сначала активизируется один элемент, а затем другой (рис. 2). Источник излучения перемещается в горизонтальной плоскости. При этом выводы 1 и 2 также должны быть расположены в горизонтальной плоскости. Для увеличения дальности зоны действия датчика применяют линзы Френеля. С их использованием эта зона увеличивается п римерно до 25-30 м. В комплекте с датчиком поставляется комплект линз FL65. Линзаявляетсясобирательной, но, в отличие от обычных выпуклых линз, линзы Френеля имеют гораздо меньшие размеры, обусловленные их конструкцией (рис.3).



На рис. 4 изображена типовая схема применения ИК датчика перемещения.



Элементы R11 и С6 задают время включения реле RY1 после срабатывания датчика перемещения. В схеме применяется датчик типа RE200 В, который имеет следующие характеристики:

• реакция на тепловое излучение в спектре 5…14мкм;

• выходное напряжение 20 мВ;

• напряжение шумов 0,4мВ;

• напряжение смещения 0.1 В;

• напряжение питанияот 2,2 до 15В;

• рабочая температура от -30 до +70°С.

Выводы датчика внутренне соединены: вывод 1 - со стоком, вывод 2 - с истоком полевого транзистора, вывод 3 - общий. Между выводами 2 и 3 должен быть включен резистор сопротивлением 100 кОм.

В схеме детектора перемещений используется дешевый счетверенный операционный усилитель LM324. Первые два ОУ - IC1A, IC1В - выполняют функции усилителя , два другие - функци ИК омпаратора. Выпрямленный диодами D3, D4 сигнал поступает на одновибратор IC2, который управляет транзисторным ключом Q1. В цепь коллектора транзистора Q1 включена обмотка исполнительного реле.

Порой не всегда удобно или возможно привязать датчик с исполнительным устройством посредством проводов. В таких случаях оптимальной является связь датчика с исполнительным устройством по радиоканалу. В странах Европы и США разрешена работа устройств дистанционного управления и автосигнализаций на частоте 418 МГц. Устройства, отвечающие условиям применения для работы на этой частоте, не требуют сертификации и разрешения. Если раньше существовали некоторые трудности в проектировании и изготовлении таких приемопередающих устройств , то после выпуска унифицированных модулей передатчика TM1V и приемника RM1V проблема реализации связи устройств дистанционного управления по радиоканалу на частоте 418 МГц попросту исчезла. Совместимость работы близкорасположенных устройств ДУ обеспечивается благодаря использованию микросхем кодера в передатчике и декодера в приемнике.



На рис. 5 изображена схема передающего модуля ИК датчика перемещения. Усилитель сигнала датчика выполнен на сдвоенном ОУ типа MAX407 от фирмы Maxim, либо LT1495 от фирмы Linear Technologies. Элементы R3, R4, С2 определяют коэффициент усиления ОУ IC1A и уровень опорного напряжения. Конденсатор СЗ обеспечивает сужение полосы пропускания усилителя до 10 Гц. Элементы R5, R6, R7, R10 определяют коэффициент усиления ОУ IC1B, а конденсатор С5 ограничивает его полосу пропускания до 10 Гц. Резисторы R7 и R9 определяют величину напряжения смещения, которая должна быть равной 2,5 В.

Компаратор модуля разработан на соеденение компаратора MAX922 или LTC1440. Причем IC2A выполняет функции компаратора, a IC2B - функции одновибратора. Если нат перемещения напряжение на выходе датчика, то напряжение на выходе IC1B (вывод 1) составляет 2,5В. Через делитель R11, R12, R13 напряжение смещения через R14, R15 прикладывается к выводам 5 и 6 IC2A. Напряжение на выводе 5 на 250 мВ превышает напряжение на выводе 6. В результате этого на выводе 8 присутствует уровень логического 0.

При перемещении человека взоне действия ИК датчика на выводе 1 IC1B возникает положительный перепад напряжения , который через диод D2 поступает на вывод 6IC2A, и в результате его потенциал становится выше потенциала на выводе 5. На выводе 8IC2Aформируется высокий уровень. Затем по второму сигналу с датчика на выводе 1 IC1B формируется отрицательный перепад. Это в свою очередь приводит к снижению потенциала на выводе 5 IC2A, что также формирует напряжение высокого уровня на выводе 8 IC2A.

Положительный перепад напряжения на выводе 8 IC2A через конденсатор C6 поступает на IC2B. В результате на ее выходе (вывод 1) формируется низкий уровень. Этот уровень через диод D3 прикладывается к выводу 5 IC2А и переключает состояние этой микросхемы на время разряда конденсатора С6 через резистор R17 или R18.

Перемычку PJ используют для уменьшения времени переключения при проверке работы схемы.

Когда конденсатор С6 разрядится до напряжения, меньшего величины опорного напряжения на выводе 3, IC2B переключится, и напряжение на выводе 1 снова увеличится. Времязадающая цепочка C6R15R18 создает постоянную времени, составляющую около 90 с при разорванной перемычке PJ или 1 с при замкнутой. Резисторы R19, R20 и R21 формируют гистерезис каскада на IC2B, обеспечивающий независимость напряжения на выходе IC2B в процессе разряда конденсатора С6 от флуктуации (случайных отклонений) сигнала. Цепочка C7R16D4 предназначена для формирования узкого отрицательного импульса, который поступает на кодер IC3 и активизирует передачу кодовой цифровой последовательности импульсов.

При переключения IC2B кодер формирует три группы битов, содержащих данные и адресную информацию, и последовательно передает их на модуль передатчика TM1V. Кодер программируется четырехпозиционным DIP переключателем SA1-4 на один из шестнадцати адресов, что обеспечивает работу нескольких независимых устройств такого типа. Вход данных также программируется с помощью переключателей SA5-8 для идентификации передатчика по номеру (1-4). Только один из этих переключателей может находиться во включенном состоянии.

Запитка происходит от батареи напряжением 6...9 В. Рабочее напряжение составляет 5 В. Для стабилизации напряжения служит микромощный стабилизатор напряжения ТС55RP5002EZB фирмы Telcom (IC4). Благодаря нему ток, потребляемый схемой в режиме ожидания, составляет всего лишь 20 мкА - в 100 раз меньше, чем потребляемый ток в других детекторах перемещений.

Сигнал от детектора перемещений принимает модуль приемного устройства, в который входит собственно модуль приемника RM1V, связанный с декодером НТ694 фирмы Holtek, программируемым переключателем SA для работы с определенным передатчиком. Декодер последовательно получает три группы битов, содержащих данные и адресную информацию, хранит их, а затем сравнивает одни сдругими. При совпадении двух их них, декодированные данные появляются на одном из выводов - 1, 2, 3 или 4 - в зависимости от того, какой переключатель выбора номера передатчика включен. Затем управляющий сигнал высокого уровня поступает на четырехэлементную схему-защелку IC3.На выводе 5IC1 при приеме верных данных всегда формируется сигнал логической 1, который открывает транзистор и запускает таймер IC2, формирующий на выводе 3 (выход Momentary) сигнал длительностью около 2 с. Этот сигнал используется для управления зуммером, служащим для индикации работы передатчика. В приведенной на рис. 6 схеме используются выходы на полевых транзисторах с рабочим током стока около 150 мА, что достаточно для подключения светодиодных индикаторов. Имеется возможность сброса в нулевое состояние микросхемы IC3. Для этого следует кратковременно соединить вывод Reset с выводом источника питания +5 В. Обычно первичным источником питания для такой схемы служит сетевой адаптер на напряжение 12В.



Вместе с приемной частью рекомендуется применять разнообразные исполнительные устройства, например электромагнитные или твердотельные реле, включающие осветительные приборы или сигнализацию. Возможны и другие варианты.

На рис. 7 приведена схема с использованием микросхемы для записи речевых сообщений. Схема обеспечивает воспроизведение предварительно записанного речевого сообщения при поступлении сигнала тревоги от детектора перемещений.



В подведении итого стоит упомянуть, что в качестве кодера и декодера могут также служить микросхемы GL-104 от фирмы Glolab, включаемые в схему особым способом и заменяющие рассмотренные выше кодер и декодер от фирмы Holtek.

Автор
Хрусталев Дмитрий
pierce_arrow@mtu_net.ru