Датчик присутствия своими руками схема

Автор: sathv, sathv@mail.ru
Опубликовано 14.11.2017
Создано при помощи КотоРед.

Двухканальный инфракрасный датчик присутствия на TSOP.

Предлагается схема инфракрасного датчика препятствий с использованием фотоприемника пульта ДУ на TSOP1736. Подобные самодельные устройства есть на сайтах робототехники, упоминается даже упрощенный “дальномер”. После прочтения таких статей захотелось внести свою лепту в дело использования микросхем не по назначению.
Можно ли вообще измерять расстояние по мощности отраженного излучения? Да, примерные измерения возможны, поскольку большинство используемых нами вещей — руки, головы, хвосты и лапы — хорошо отражают ИК излучение в диапазоне 0,95 мкм; если поле зрения ИК-передатчика и приемника ограничить небольшими телесными углами, вписывающимся в отражающий в направлении излучателя предмет , то принимаемая мощность будет обратно пропорциональна кубу расстояния (приблизительно), а поскольку коэффициент отражения материала входит в затухание в первой степени, то его влияние невелико. Понятно, что о точности речи быть не может, но можно попытаться установить несколько зон, например- “близко”, “далеко”, “ничего не видно”.
После этого следует решить, как определять эти зоны? Конечно, по мощности, при которой принимаемый сигнал пропадает. Но момент пропадания сигнала при изменении мощности излучающего ИК-диода фиксируется нечетко и с большой дисперсией результата, что позволяет определить только две зоны- “видно” и “ничего не видно”. Этого недостаточно, поэтому было решено подсчитывать количество ошибок в цикле из восьми импульсов. Если ошибка одна или две- цикл принят, если больше двух, то не принят. Ошибка определяется по ошибочному появлению на выходе TSOP высокого уровня вместо низкого при наличии ИК-импульса. Поскольку применен не манчестерский, а простой импульсный код, ошибки в “нулях” ИК-последовательности считать мало смысла- это только фон, например, от ламп дневного света.
И последнее условие для разработки. Микросхема TSOP , наверное, имеет АРУ (может быть с выделителем тактовой частоты 36 КГц) с постоянной времени около 1 мс (поскольку в описании рекомендуется делать пробелы между импульсами на поднесущей 36 КГц не менее 15 или 12, т. е. 28мкс х 15= 420 мкс). Этот параметр, как оказалось, сильно влияет на чувствительность фотоприемника при приеме сигнала переменной мощности. Если перерывы между импульсами слишком длинные, чувствительность ухудшается и приемник “слепнет”, если слишком короткие, приемник “пытается“ принимать самый слабый сигнал и порог пропадания размывается. Оптимальный пробел между циклами из восьми импульсов общей длиной 9мс по необъяснимой причине оказался 15-20мс; эта величина и была сохранена в программе. Кроме того, мощность сигнала должна изменяться от максимума к минимуму, а не наоборот. Чтобы 15-20мс перерыва не пропадали даром, в схему добавлен второй ИК-датчик, который работает независимо от первого в вышеназванных пробелах между циклами. При этом, конечно, передатчик одного датчика не должен “засвечивать” приемник другого.
После этого вступления рассмотрим алгоритм работы датчика.
На диаграмме ниже показаны последовательности импульсов с четырьмя уровнями мощности. В верхней строке- излучение ИК-диода, импульсы с частотой 36 КГц (периодом 28мкс) разной скважинности в количестве от 10 до 25. Так формируются импульсы с периодом 1120 мкс и длительностью от 280 до 700 мкс и регулируется излучаемая оптическая мощность, составляющая, примерно,
-32 , -28, -24 и -20дБм (при работе в непрерывном режиме; это не совсем та мощность , которая присутствует на поднесущей 36КГц ИК-излучения, но позволяет сравнить мощность излучения датчика, например, с пультом управления телевизором,-его мощность около -20дБм).
Во второй строке показаны следующие друг за другом циклы из восьми импульсов со ступенчато увеличивающейся мощностью; длительность цикла составляет:
8 х 1120мкс(импульсы первого датчика)
+ 3мс(пробел)
+ 8 х1120мкс (импульсы второго датчика)
+ 3мс(пробел)
= 24мс.
Четыре таких цикла образуют с-цикл (так уж он оказался назван; в отличие от рисунка импульсы в программе следуют не с возрастающей, а с уменьшающейся мощностью). С-цикл имеет длительность24 х4= 96мс, в нем определяется уровень мощности (обозначенный в программе как GR), при котором принимаемый сигнал пропадает (число ошибок в цикле становится больше двух), при этом GR может принимать значение от ноля до четырех. Проверка принятых импульсов на ошибку производится сразу по окончании передачи последнего импульса из заполнения 36КГц (см. первую строку рис.1); это допустимо, поскольку задержка импульсов на выходе TSOP составляет около 150мкс и момент определения ошибки сдвигается ближе к средней, плоской части принятого импульса.
К сожалению, в одном с-цикле достоверно определить уровень пропадания сигнала не получается. Мешают помехи люминисцентных ламп, солнечные блики, изменение отражающих поверхностей. Поэтому пришлось усреднять результат по четырем с-циклам. Получился м-цикл длительностью 96 х 4=384мс, в котором суммируются значения четырех GR. Сумма может меняться от 0 до 16:
— сумма GR= от 0 до 2, это зона “близко”(если сигнал вообще не пропадает, то GR присваивается ноль),
-сумма GR= от 3 до11, это зона “далеко”,
-сумма GR= от 12 до 16, это зона “ничего нет”,
— также, если минимальное или максимальное значение GR повторяется три раза, то не выполняется четвертый с-цикл и м-цикл прекращается,- зона определяется как “близко” или “ничего нет”(это укорачивает м-цикл на ¼ ).
За стабильность результата пришлось дорого заплатить,- значительным снижением быстродействия; минимальная частота определения положения всего 2,6 Гц (1 /0,384) . В действительности частота определения составляет 4-5 Гц из-за того, что при пропадании отраженного сигнала с-цикл прекращается, значение GR записывается и с максимальной мощности начинается новый с-цикл.
Датчик имеет второй канал измерения, который позволяет создавать разные алгоритмы работы . В предлагаемой конструкции это “датчик прохождения”, который переключает исполнительное устройство только при поочередном появлении препятствия у двух датчиков в определенном порядке за заданный промежуток времени.
Программа для датчика разработана в среде MPLAB и приложена ниже с краткими пояснениями . В ней не трудно поменять логику работы датчика, величины задержек времени. Изменить дальность обнаружения проще меняя размер поля зрения датчика; в пределах
+/- 20%. мощность излучения можно изменить сопротивлениями, включенными последовательно с ИК-диодами.
Схема датчика показана на рисунке:

Основой ее служит контроллер PIC16F84A-04 с кварцем на 8МГц. Надежность этого PIC’а при увеличении тактовой частоты как будто не страдает, а цена датчика уменьшается. Первый канал образован ИК-диодом VD9 и приемником TSOP (без индекса), второй ИК-диодом VD8 и приемником TSOP Y. Включенные на выходе приемника диоды Шоттки служат для получения положительного и отрицательного фронта одинаковой длины при переключении приемника (на случай использования другого кода и алгоритма определения ошибок).
Выход RB4 используется как датчик движения- на нем устанавливается “единица” при изменении состояния любого датчика, которая через несколько секунд сбрасывается.
Выход RB2, импульсы с-цикла удобно использовать для синхронизации осциллографа при проверке работы каналов. Также, он используется в модели Proteus’а для имитации принятого приемником сигнала. Проект также приложен ниже, он позволяет полностью проверить передающую часть датчика и устранить некоторые ошибки в приемной. Для имитации реальных условий с меняющимся коэффициентом отражения он, конечно, не предназначен.
Выход RB7 управляет исполнительным механизмом- электромотором. На порт RB6 подается импульс от концевого выключателя Q2, останавливающий поворачиваемый электромотором рычаг в заданном положении. При поломке и несрабатывании Q2 рычаг останавливается через некоторое время таймером датчика. Кнопка Q1 служит для ручного изменения состояния RB7 при настройке или какой-либо ошибке. Светодиоды VD1и VD2 показывают состояние первого датчика, VD3 и VD4 — датчика Y, выключенные светодиоды обозначают зону “ничего не видно”.
Питает устройство источник напряжением 5В +/- 5% и максимальным током нагрузки не менее 150мА и 12В, 100мА.
Для описания конструкции и применения датчика приходится сделать мало интересное отступление, не касающееся электроники. ИК-датчик изготовлен после неудачных попыток утепления хода на холодную веранду нашей кошки Мурки. То, что представлялось элементарным, на самом деле таковым не оказалось и растянулось с большими перерывами на несколько лет. По замыслу, кошка должна пройти через утепляющую завесу; после прохождения завеса как-либо уплотняется. Причем нельзя использовать дверки, чтобы не напугать животное, а также предусмотреть возможность прохода при пропадании сети (чтобы не оставить мерзнуть кошку на веранде). В разное время были изготовлены или испытаны датчики,- все не подходящие для обнаружения небольших тел:
— емкостной имел небольшую дальность и к тому же был нестабильным;
— датчику на фототранзисторе требовалась подсветка;
— два промышленных пироэлектрических датчика движения дороги и технологически не вписываются в простую конструкцию;
— инфракрасный барьер на основе контроллера требовал большого свободного от предметов пространства;
— датчик присутствия-выключатель от Aliexpress подходил лучше всего, но не имел четкой границы срабатывания.
Описанный двойной ИК-датчик контролирует границы зон по обе стороны капитальной стены и включает моторчик с редуктором, который с помощью П-образного стержня расправляет завесу после возвращения кошки с прогулки, что позволило воплотить первоначальный замысел утепления. Даже при значительных помехах от ЛДС, изменениях окружающих поверхностей, размерах и густоте кошачьей шубки (привлекались два почти добровольца) простейший алгоритм контроля поочередного переключения датчиков от зоны к зоне обеспечивал адекватную работу устройства. Примерное расстояние обнаружения указано в таблице:

(пред. изм. от 0 до 16)

Схематический рисунок и фотографии конструкции представлены ниже:
— на фото1 показан первый датчик с излучателем и приемником,

— на фото2 его расположение у прохода в стене,

— на фото3 видны второй датчик, корпус со схемой и мотор с редуктором и П-образным стержнем (синего цвета),

— на фото4 плата и механическая часть поближе,

— на фото5 завеса после прохода кошки,

— фото6, это момент приподнимания завесы,

— и на фото7 расправленная завеса без промежутков.

Видно, что приемник и передатчик датчика помещены в половинки корпуса маркера и закреплены на общем основании . Длина корпуса составляет 6,5 см, диаметр 1,4 см, что дает поле зрения на границе зоны 0,2м ( “близко”) диаметром 5см, на границе зоны 0,8м (“далеко”) – 18см. Это означает, что при диаметре любого предмета 15-20см, попавшего в поле зрения датчика, расстояния будут определяться более-менее правильно. Конечно, передатчик и приемник не обязательно размещать рядом,- все зависит от предназначения датчика.

После прочтения написанного возникает вопрос,- не проще ли положить в отверстие стены кабель для обогрева труб не пользуясь электроникой. Конечно проще и может быть эффективнее. Но идет 21-й век и недалеко то время, когда двери будут управляться кототрекером, поэтому нужно торопиться, пока примитивные фотодатчики не ушли в прошлое.

Описание видов датчиков присутствия и как сделать своими руками

Охрана жилого или производственного помещения в современном мире — одна из главнейших задач. Датчик движения, либо же присутствия позволяет обнаруживать движущийся объект и включать свет. Это свойство не только позволяет оградить дом от грабителей, но и применяется в робототехнике, системах видеонаблюдения и контроля расхода электрической энергии.

Общее описание

Датчик присутствия в упрощенном виде представляет собой специальный волноискатель, который улавливает движения в помещении. Например, если человек попал в зону охвата, то есть в ту зону, на которую распространяется работа прибора, то он активирует систему. Она в свою очередь заставит заработать механизм — переключит его в иное состояние.

К примеру, если свет в помещении выключен, то движущийся объект заставит переключится механизм в активное состояние, то есть свет включится. Или же наоборот: если действий в определенно отведенное время движения в зоне охвата не присутствует, то сенсорная система перейдет в дезактивированный режим.

Сейчас датчики движения стали часто использовать в быту, а не только в офисах, производственных или правительственных зданиях для их охраны. Объясняется этот рядом плюсов:

включение света автоматическим образом убережет от получения травмы, если в помещении наблюдается беспорядок;
если в дом заберутся забраться грабители, то включение света, как, впрочем, и любая активность, отпугнет их.

Датчики выпускают проводными или беспроводными, меняется принцип их действия. Используется он не только для охраны, но и для открытия ворот, сигнализации и другого.

В отличии от датчика движения датчик присутствия основывается на принципе работы эффекта Доплера. Если заглянуть в физический справочник, то можно понять, что суть заключается в том, чтоб улавливать частоту и динамику распространения волны. Сенсор улавливает малейшее изменение и направляет ее в устройства программного контроля. Оно в свою очередь выполняет переключение, которое проявляется в виде включения света или звука. В датчики присутствия есть генератор и антенна, если сигнала нет, то приборы переходят в спящий режим, но мгновенно включаются при изменении.

Сферы применения

Оборудование применяется во многих областях, а не только для охранных систем. Универсальный прибор надежен и позволяет во многом сэкономить на других, ранее распространенных деталях, выполняющих аналогичные функции.

Жилые помещения

Основная сфера применения — система умный дом. Датчик присутствия позволяет оптимизировать расход электроэнергии. Когда она не нужна, то свет отключается.

Охранные системы

Охранный прибор убережет дом от взлома. Он мгновенно перейдет в активный режим, если появится активность, пусть даже минимальная.

Робототехника

Эта область не так распространена в бытовом плане. Но планируется постепенно внедрять в оборот роботизированную технику, которая будет работать на основе сверхчувствительного оборудования.

Разнообразные производственные процессы

Системы под контролером можно оптимизировать многие производственные процессы. Уже сейчас их можно встретить на административных и офисных сооружениях в крупных городах, на детских садиках и институтах, в гостиницах и спортивных площадках.

Системы видеонаблюдения

Позволяют включать и выключать свет, а также при использовании ночью снижают яркость, что экономит деньги.

Контроль расхода электрической энергии

Простейшие датчики, которые некоторые радиолюбители, которые даже изготавливают дома, способны контролировать расход энергии, то есть отключать ее, если в помещении никого нет.

Существует несколько классификаций приборов. При выборе и покупке следует обращать внимание на каждый из них, так как от этого зависит эффективность работы, многофункциональность и безопасность.

По принципу действия

Принцип действия — это способ регистрации изменений. Самые простые — звуковые, но для некоторых целей их мощности может быть недостаточно. Принцип их действия основан на то, что прибор срабатывает только в случае, когда объект издает звуки. Этот принцип заложен в простейшие выключатели, которые работают от хлопка. Понятно, что для охранной системы и робототехники такие вариант не подойдут. Вместо них используются более современные и удобные.

Ультразвуковой

Состоит из приемника и генератора сигналов. Функционирует на основе эффекта Доплера. То есть, когда происходит изменения частоты или длины волны, то на приемник поступает сигнал. Импортируется в устройстве сигнализаций и осветительных приборах.

Фотоэлектрический

Датчик фотоэлектрический работает за счет обнаружения неизменный интенсивности света. Это в свою очередь подкрепляется или воздействием предмета, или изменением формы, отражения, размера объекта. Есть современные фотоэлектрические приборы, способные считывать информацию вплоть до нескольких сот метров.

Емкостной

Емкостный предназначен непосредственно для получения и обработки излучений, но уже отраженных. Подходящий для охранной системы сигнализации, но может использоваться и в осветительных видах приборов.

Акустический

Срабатывают при обнаружении изменения длины звуковой волны. Включаются, если уровень шума превышает номинальный. Устанавливается норма самостоятельно пользователем.

Инфракрасный

ИК датчики популярны за счет эффективности и точности в сочетании с небольшой ценой. Этот механизм включаются при возникновении, смещении или устранении ИК волны на фотоэлементе.

Датчик нагрузки

Включается при достижении на определенную локацию нормативного веса. Например, устанавливается в прихожей входной двери. Человек заходит и свет включается автоматически.

Комбинированный

Плюс в том, что он снижает число ложных срабатываний и тем самым экономит ресурсы. Устанавливает две системы определения передвижения (сейчас могут быть любые, но обычно это акустика и инфракрасный или ИК и ультразвуковой). Свет появится только того, когда сигнал примут и обработают оба детектора.

По количеству блоков

Важная характеристика, которая определяет функционал устройства.

Однопозиционные

Одно позиционные варианты позволяют контролировать движения из одной точки. Это самый ненадежный вариант, но в ряду случаев его функционала достаточно.

Двухпозиционное

Вариант с двумя позициями показывает большую эффективность. Устройство контролирует происходящее из нескольких точек.

Многопозиционные

Наиболее универсальные. Походят для охранных систем, осуществляющих включение молниеносно.

По способу монтажа

По способу установки оборудование различается на встроенного типа и накладное. Первые фиксируются в стене или на поверхности при помощи специального отверстия. Накладные прибиваются при помощи дупелей. Уличные датчики важно закреплять максимально прочно.

По методу получения входящего

Метод получения сигнала — это разделение на инфракрасные, звуковые и другие виды. В зависимости от этой характеристики меняется параметр мощности. Современные устройства для дома рассчитаны на 1000-2000 Ватт.

По способу передачи исходящего сигнала

Исходящий сигнал определяет тип используемых ламп. Это могут быть лампы накаливания или галогенные, люминесцентные. Дальность реагирования, то есть передачи исходящего сигнала, для дома до 20 метров.

Как сделать своими руками

Простейший датчик делается своими руками. Но не всегда затраты по времени и цене деталей оправданы.

Емкостной

Схема основана на понимании работы излучения. Прибор состоит из:

транзисторов;
резисторов;
пироэлектрического датчика;
микросхемы;
линзы Френеля.

Волны, которые выделяет объект, попадают на пиротехнический датчик. Он фиксирует их и передает на модуль управления. Тот формирует сигнал, который выдает необходимый функционал.

Тепловой

Самодельный датчик создан на основе пироэлектрического элемента. Он улавливает источник теплового излучения в зоне распространения и преобразует информацию в электрический сигнал. Обратите внимание, что устройство:

ставят вдали от радиаторов и обогревателей;
нельзя использовать в помещении с животными.

Прибор интегрируется в иные системы, например, осветительные или охранные.

Производители

Theben AG

Немецкая компания существует с 1921 года. Поставляет высококачественные датчики, которые вписываются в интерьер любого помещения. Занимается разработкой инновационных продуктов.

OMRON

Это крупная японская корпорация, извечный мировой производитель электроники. Компании равняются на этого лидера в производстве средств автоматизации.

PD 360/8 Basic

Современный датчик присутствия с полным охватом территории (360 градусов). Он монтируется легко на потолок и стал поистине универсальным.

ESYLUX

Фирма занимается прямыми поставками осветительного оборудования и датчиков. Специализируется на изготовлении универсальных и практичных приборов, которые будут удобны любому россиянину вне зависимости от его финансового состояния.

Способы практического применения

Часть датчиков интегрируются в охранные и осветительные системы, другая работает самостоятельно. Использование прибора позволяет оптимизировать производственный процесс и контролировать расход ресурсов. С их помощью осуществляется диммирование — при ненужности яркого освежения они снижают яркость света. Оптимально в комплексе с датчиком объема.

Особенности подключения и настройки

Подключение ведется в зависимости от типа интегрируемой системы и особенностей эксплуатации. Монтаж бывает проходной (контроль за происходящим происходит из двух и более независимых точек) или непроходной (из одной точки наблюдения).

Схема датчика присутствия (КП305, КТ315, КУ101)

Изображенная на рис. 2.7 электрическая схема, представляет собой чувствительную автономную сигнальную систему. Устройство реагирует в случае приближения человека (или любого другого объекта соответствующих габаритов) к антенне «А» на небольшое расстояние (0,5 м). Разумеется, датчик будет срабатывать (включать нагрузку в анодной цепи тиристора) и при непосредственном контакте с антенной.

Чувствительность схемы обеспечена применением во входном каскаде полевого транзистора КП305 (в небольших пределах чувствительность можно регулировать, изменяя режим работы полевого транзистора путем корректировки сопротивления резистора R3).

Датчик устройства используется для охраны входной двери. Напряжение питания— 4,5 В (три пальчиковых аккумулятора ААА), однако схема сохраняет работоспособность при падении напряжения до 2,7 В и увеличении напряжения до 5 В.

Не рекомендую читателям питать схему от стационарного, даже очень стабильного источника напряжения, так как она работоспособна только при автономном режиме питания. Необходимо уделить внимание подбору соответствующего реле К1 для того, чтобы устройство надежно срабатывало и при понижении напряжения. Ток, потребляемый схемой в ждущем режиме, крайне незначителен, составляет 5—8 мА, что обеспечит (установлено практикой) десятисуточный режим беспрерывной работы в режиме ожидания.

Рис. 2.7. Электрическая схема датчика присутствия

Датчик реагирует, когда кто-либо подходит слишком близко к антенне, касается дверной ручки или пытается открыть дверь ключом. Чувствительность настолько высока, что сигнализация сработает, даже если взломщик орудует в кожаных или резиновых перчатках. Реле будет включено до тех пор, пока кратковременным размыканием S1 не будет обесточена вся схема.

Компактно смонтированное устройство нужно подвесить на внутреннюю сторону двери ближе к дверной ручке или замку (защелке). Элементы схемы монтируются на небольшой монтажной или печатной плате: необходимо следить за тем, чтобы длина проводников и выводов элементов была минимальной (для уменьшения помех, приводящих к возможностям ложного срабатывания), а также обеспечить меры безопасности для полевого транзистора, исключив воздействие на него статического электричества.

Для этого следует заземлить жало маломощного паяльника, не будет лишним и применение антистатического заземленного браслета. Вместо К1 можно использовать зуммер от будильника типа «Слава» или аналогичного ему. В качестве Т1 применяется согласующий трансформатор СТ-1А, которым оснащались транзисторные портативные радиоприемники.

Устройство компактно в изготовлении, помещается в небольшой диэлектрический неэкранированный корпус размерами с мыльницу, за пределы корпуса выводится лишь антенна «А». В корпус размещены: монтажная плата, зуммер (реле), выключатель S1 и элементы питания. Антенна изготавливается из крепкой медной проволоки, которую, просунув в торце корпуса, припаивают к точке «А». Она представляет собой изогнутый в виде вопросительного знака (петли) кусок провода общей длиной 60—90 см. Конденсатор С2, при необходимости, нужно более точно подобрать для лучшего согласования с длиной и расположением антенны.

Практикой установлено, что система надежно работает в сочетании с деревянными дверьми и установленными на них металлическими токопроводящими замками и защелками. К сожалению, металлические двери экранируют и перегружают маломощный генератор, что исключает их оснащение датчиками присутствия. В качестве транзистора VT2 можно использовать любой маломощный транзистор п-р-п структуры.

Реле К1 на напряжение срабатывания, соответствующее напряжению питания схемы, например герконовое реле РЭС-55, обеспечивает стабильную коммутацию исполнительного устройства при относительно низких напряжениях. Исполнительное устройство (на которое подается питание с помощью контактов реле К1) на схеме не показано, однако подразумевается, что в его качестве радиолюбитель применит подходящую звуковую схему.

На полевом транзисторе VT1 собран высокочастотный генератор, частота которого будет изменяться в случае приближения к точке «А» любого крупного предмета, поглощающего ВЧ-излучение. Резистор R3 подключен параллельно обмотке обратной связи и регулирует чувствительность.

Как действует электрическая схема: в охранном (ждущем) режиме при подаче питания полевой транзистор в сочетании с возбуждающейся обмоткой Т1 генерирует ВЧ-колебания. Со вторичной обмотки Т1 (правая по схеме) колебания выпрямляются диодом VD1, и этот положительный потенциал удерживает транзистор VT2 постоянно открытым. Напряжение «коллектор-эмиттер» транзистора практически равно нулю. А это, в свою очередь, обеспечивает постоянно закрытое состояние тиристора VS1.

Антенна в виде металлической петли нагружает (в случае приближении объекта к антенне) высокочастотный генератор, его генерация срывается, в результате прекращается подача положительного открывающего напряжения на базу VT2, он закрывается, а тиристор, наоборот, открывается и включает реле (зуммер). Так как тиристор запитан от источника постоянного тока, он останется в открытом состоянии до тех пор, пока не разорвут питающую его цепь или не обесточат схему полностью.

Этот простой датчик отличают следующие достоинства: портативность, автономность, гальваническая развязка с сетью переменного тока, небольшие затраты на сборку и установку. Между тем польза от его применения очевидна, особенно в тех случаях, когда необходимо быстро и незаметно установить систему сигнализации.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

Как самому изготовить датчики человеческого присутствия для экономии электроэнергии?

Сегодня стали очень модны датчики присутствия для обнаружения движения при перемещении человека по помещению.

При подключении такого устройства к осветительным приборам, вы получите автоматическую систему по включению света. Датчик присутствия для обнаружения человека самостоятельно может собрать практически любой. И здесь схема сборки будет основной. Все о процессе сборки вы узнаете из этой статьи.

Принцип работы

Первое, что нужно знать при самостоятельной сборке такого прибора – это принцип его работы.
Обратите внимание! Многие путают такие устройства с датчиками движения. Но это разные модели.
Принцип работы прибора основан на реакции сенсора на местоположение человека или крупного животного. В основе работы устройства лежит эффект Доплер – изменение длины и частоты волны. Эти изменения регистрирует сенсор и передает их на прибор, для дальнейшего включения освещения или звукового сигнала. Причем сигнал на сенсор поступает вне зависимости от того, движется ли объект или остается неподвижным. Прибор оснащен антенной и генератором. Без наличия отражающего антенной сигнала, устройство пребывает в спящем режиме. Схема устройства работы приведена ниже.

При подключении прибора к источнику света, в ситуации появления любого объекта в рабочей зоне происходит активация включения света. При этом для включения освещения как такового не нужно наличие движения (даже незначительного).

Где используется

Датчик присутствия сегодня активно применяется в следующих областях:

система «умный дом» для включения света в автоматическом режиме (схема подключения приведена ниже). В этой ситуации он позволяет в разы сэкономить потребление электроэнергии;

охранные системы;
робототехника;
различные производственные линии;
системы видеонаблюдения;
для управления потребления электроэнергии и т.д.

Помимо этого все чаще появляются интерактивные игрушки, оснащенные подобными устройствами. Но в большинстве случаев при реагировании прибора нет необходимости включения света. Подобные изделия могут реагировать на температуру, ультразвук, вес объекта и многие другие параметры. Включения освещения здесь не происходит. Прибор реагирует, например, включением звука или передачей сигнала на портативное мобильное устройство (у современных моделей).
Особенно незаменимы такие разработки в охранной системе. Но не каждый человек может позволить себе приобрести такого устройство. Они достаточно дороги и могут оказаться не по карману. Поэтому некоторые делают такие устройства своими руками.

Приступаем к сборке

Для того чтобы собрать датчик, вам нужна будет приведенная ниже схема.

Помимо этого вам понадобится:

генератор СВЧ;
транзистор КТ371 (КТ368), который должен быть предварительно усилен КТ3102;
компаратор;
микросхема К554СА3.

Все необходимые компоненты для сборки можно отыскать на радиорынке или в специализированных магазинах электроники.
По этой схеме необходимо собрать и припаять вышеперечисленные элементы.
По приведенной схеме сенсор будет работать так:

генератор вырабатывает СВЧ сигнал;
далее он передается на штыревую антенну;
затем сигнал отражается от перемещающегося в контролируемой зоне объекта;
в результате получается частотный сдвиг;
затем происходит его возврат на антенну и СВЧ генератор.

На данном этапе он будет работать по принципу приемника прямого преобразования. Это связано с тем, что полученный сигнал преобразуется в инфразвуковой (низкой частоты).
После преобразования сигнала происходит следующее:

теперь уже полученные низкочастотные колебания, попадая на предварительный усилитель, усиливаются;
затем они передаются на компаратор и преобразуются в импульсы (прямоугольные).

Если отражение сигнала не происходит, то на выходе с компаратора получается напряжение высокого уровня.
Подстроечный конденсатор необходим для установления частоты. Она должна быть равна резонансной частоте, имеющейся у антенны.

Обратите внимание! Данный параметр надлежит подбирать по максимальной чувствительности сенсора.

С конструктивной точки зрения, прибор должен выполняться на печатной схеме, выполненной из стеклотекстолита. Плата должна размещаться на пластмассовом корпусе.

Печатная схема (пример)

В качестве антенны можно использовать кусок жесткого провода. Для ее изготовления лучше выбрать медный провод. Его припаиваем к контактной площадке полученной платы. Вывод антенны осуществляется через выход на корпусе. Специалисты рекомендуют располагать антенну вертикально.
Помните, что в непосредственной близости от собранного своими руками датчика не должны размещаться любые экранирующие предметы. Помимо этого следует знать, что для нормального функционирования спаянного изделия его общий провод должен обладать емкостной связью с землей.

Завершающий этап

После того, как вы смонтировали компактное устройство, его следует подвесить с внутренней стороны двери, максимально близко к дверной ручке и дверному замку. Также изделие можно разместить и в других местах. Главное, чтобы контролируемая зона была достаточной.
В ходе монтажа необходимо следить за тем, чтобы длина проводников и выводов элементов была минимальна. Это позволит избежать помех, в результате наличия которых прибор может начать работать не адекватно.
Следуя приведенной инструкции и схеме, собрать своими руками датчик присутствия можно относительно просто. Главное – это смонтировать все составляющие в нужном порядке.

Датчики присутствия для включения света

Датчики присутствия для включения света собственноручно

Кратко о датчиках

Датчики присутствия для включения света — одним из самых простых датчиков движения является концевой выключатель вмонтированный проем двери. Так же и принцип его работы не сложный — срабатывает, когда дверь открывается или закрывается. Довольно простенькая схема используется в холодильнике, в домашнем баре, которая при открывании двери включает освещение. Эту конструкцию можно применить в подсобном помещении, в прихожей квартиры, на входной двери подъезда. По этой аналогии можно изготовить «дежурку» выполненную на светодиодах, используя такой «концевик» либо сигнализацию, которая будет предупреждать при срабатывании.

Именно такие приборы, состоящие из электромеханического устройства геркона и магнита сейчас устанавливают в помещениях находящихся под охраной. Тем не менее это устройство имеет свое слабое звено — узко направленное применение. Если потребуется контролировать большие внешние территории, крупные помещения, то от них пользы не будет никакой. Что касается проходов открытого типа, то для них существуют приборы способные реагировать на любые изменения вокруг. В число таких датчиков входят фотореле, емкостные датчики, тепловые извещатели, а также акустическое реле.

Для контроля перемещения на определенном пространстве применяются датчики присутствия для включения света не только промышленного производства, но и изготовленные собственноручно. Широко используются фото приборы, устройства оценки эхо-сигналов, звуковые сигнализаторы. Они отлично справляются с работой оповещения при движении объекта в радиусе действия приборов. Принципиальная основа функционирования таких приборов заключается в создании импульсного сигнала и его фиксирование в момент отражения от предмета. В момент поступления импульса в такую область контроля, меняются свойства отражающего сигнала, и обнаружитель создает управляющий сигнал в выходной цепи.

Ниже показана принципиальная схема функционирования светочувствительного автомата и акустического реле:

Двери открывающиеся в автоматизированном режиме, акустические сигнализаторы, караульная спец сигнализация, и многая другая техника, точно фиксирующая позицию предмета.

В частности, примечательно было бы оборудовать датчиком присутствия ваше зеркало с эффектом светодиодной подсветки. Подключение иллюминации будет выполняться только в то время, когда вы приблизитесь к зеркалу. Кстати, такую схему можно собрать собственными руками в домашних условиях.

Принципиальные схемы устройств

Микроволновый прибор

Одним из самых востребованных сигнализаторов считаются датчики присутствия для включения света, прекрасно подходят для наблюдения за открытым пространством. Для этих же целей существует еще не менее эффективное устройство — емкостной датчик. Особенность действия этого прибора состоит в определении коэффициента трансформации радиоволн. Наверное многие из вас когда-либо подмечали в действии такой эффект. В момент приближения к включенному радиоприемнику появляется фоновый шум и он начинает уходить с настроенной волны. Если есть желание повторить схему датчика движения работающего по микроволновому принципу, то абзац размещенный ниже это для вас. Основой такого волнового уловителя является генератор сверхвысокочастотных колебаний и специализированная антенна.

Ниже описан метод изготовления датчика движения микроволнового типа с рабочей принципиальной схемой, в создании которой нет ничего сложного. Полевой транзистор КП306 VT1 выполняет роль генератора высоких частот, а также выполняет функции радиоприёмника. Выпрямительный диод VD1 используется для детектирования сигнала, направляя напряжение смещения на базовый переход транзистора VT2. Специфика трансформатора Т1 предусматривает работу каждой из обмоток на разных частотах.

В исходном положении, при котором на антенну нет внешнего влияния емкости, размах амплитуды симметрично уравновешиваются и на диоде VD1 отсутствует напряжение. Когда меняется частота, тогда происходит сложение амплитуд и диод выполняет их преобразование, в это время переходы транзистора VT2 переходят в открытое состояние. Для быстрого сравнивания значений двух сигналов друг с другом, в схеме предусмотрен компаратор, собранный на тиристоре VS1. Его основное назначение — управлять реле, рассчитанного на напряжение питания 12v.

Далее также показана проверенная схема реле присутствия, реализованная на недорогих электронных элементах. На ее основе можно собственноручно изготовить качественный волновой уловитель движения. А возможно кто-то найдет ему другое применение или просто использует для знакомства с прибором.

Тепловой датчик присутствия

Пироэлектрический инфракрасный сенсор движения входит в разряд самых распространенных тепловых датчиков применяемых в различных отраслях хозяйства. Его популярность обусловлено доступностью комплектующих, простотой изготовления и настройки, гарантированно широким диапазоном температурной составляющей.

Немало таких готовых приборов имеются в продаже. В основном такие сенсоры устанавливаются в светильники, приборы сигнализации и ряд других контроллеров. Тем не менее, доступная для изготовления схема в домашних условиях показана ниже:

Специализированный тепловой уловитель В1 и фотоэлемент VD1 образовывают комплекс автоматического управления световым излучением. Прибор сразу включается в работу как только начинает темнеть. За настройку параметра внешней освещенности отвечает подстроечный резистор R2. Сенсор срабатывает, как только движущий объект попадает в зону действия датчика. Контроль за временем действия прибора выполняется за счет интегрированного таймера, установка значений выставляется переменным резистором R5.

Датчик присутствия своими руками схема