Автомат освещения на пиродетекторе (RE46)
Принцип работы датчика движения таков, что он реагирует именно на движение предмета. Например, если установить устройство на кухне, то для поддержания освещения включенным необходимо все время двигаться в зоне контроля датчика, а если спокойно сесть за стол и почитать газету или покушать - прибор наличие объекта не воспринимает. Нами был выбран другой путь: из промышленного прибора взят самый важный и чувствительный элемент - датчик RE46 и собрана простая схема в корпусе промышленного прибора, так как линзу Френеля СЕ-01 нет возможности изготовить в домашней лаборатории. Новая доступная схема, адаптированная для управления светом на кухне или в любом помещении, предлагается читателям для повторения (рис. 1.21).
Схема состоит из инфракрасного датчика PR1, усилителя слабых сигналов D1 на ОУ К140УД7, фотореле, управляющего операционным усилителем, и схемы задержки выключения. На транзисторе VT1 выполнено фотореле, реагирующее на общую освещенность площади перекрытия. Два фоторезисторы СФЗ-1, подключенные параллельно для улучшения чувствительности, выведены замаскированным двухжильным неэкранированным проводом к оконному стеклу и обращены к улице. Это сделано для того, чтобы фотодатчики не реагировали на освещение, когда загорится лампа Л1 в самом помещении.
При затемненности фоторезистора R7 (2хСФЗ-1) на коллекторе транзистора VT1 почти нулевой потенциал. Когда фоторезисторы освещены (день), транзистор VT1 открыт и на его коллекторе имеется положительный потенциал. Транзистор VT2, включенный по схеме с общей базой, является простым аналоговым ключом. Когда на резистор R8 поступает напряжение амплитудой больше 2 В, транзистор насыщается и заземляет резистор R10, в результате чего сигнал в точке соединения резисторов R4, R5 ослабляется.
При открытом транзисторе потенциал на неинвертирующем входе (выв. 3 D1) ОУ становится равным примерно 0,6 В, вызывая соответственно на выходе D1 постоянное напряжение 0,6 В.
Рис.1.21
Для развязки между каскадами по постоянному току требуется переходный конденсатор С4. При отсутствии положительного сигнала (амплитуда напряжения с коллектора транзистора VT1 близка к нулю) транзистор VT2 выключается, в результате чего неинвертирующий вход ОУ (выв. 3 D1) оказывается незаземленным, и беспорядочные импульсы, вырабатываемые пироэлектрическим детектором PR1 во время движения в контролируем пространстве, проходят через усилитель. Если напряжение сигнала на коллекторе VT1 будет иметь амплитуду до 5В (это соответствует насыщенному освещению фоторезисторов, например, когда солнечная активность высока), достаточную для открывания перехода база-коллектор, то в выходной сигнал просачиваются положительные выбросы. Но это не влияет на работу схемы. Чувствительность фотореле на транзисторе VT1 можно регулировать перемещением движка переменного резистора R6, а если ее надо уменьшить, то можно отключить один из фоторезисторов. Амплитуда входного сигнала на выводе S PR1 не более 1,2 В (корректируется изменением сопротивления резистора R1). Фотореле необходимо для того, чтобы свет включался только во время явно недостаточной освещенности комнаты, например, вечером, а не каждый раз, когда входит человек.
Быстрое изменение теплового поля в зоне контроля датчика приводит к скачкам напряжения (до 200 мВ) на его выходе (S). Этот сигнал усиливается при наличии разрешающего сигнала от фотоключа (точка А схемы) операционным усилителем D1. Конденсатор СЗ ослабляет помехи, вызываемые искусственным освещением, когда свет уже зажжен. Если увеличить его емкость, то усилится помехоподавление, но снизится чувствительность - медленные во времени перемещения останутся без реакции прибора, что недопустимо.
Чувствительность датчика можно незначительно изменить подбором сопротивления резистора R3 или регулировкой резистором R11 обратной связи D1, т. е. изменяя коэффициент усиления ОУ. Коэффициент усиления ОУ также можно регулировать, изменяя соотношение между сигналами, поступающими на его входы. В случае равенства сигналов на входах они подавляются как синфазная помеха, и выходное напряжение равно нулю. Когда сигнал на одном входе больше, чем на другом, он усиливается. Для нейтрализации наводок и помех по питанию необходимы конденсато-ры-фильтры. Их роль выполняют конденсаторы С1, С2.
На транзисторе ѴТЗ реализовано реле времени, запускаемое сигналом, приходящим с выхода D1 (выв. 6). Резистор R12 задает смещение на базе транзистора ѴТ4. Время задержки выключения зависит от номиналов элементов R12, С5, R13. Хаотичная последовательность импульсов открывает транзистор ѴТЗ, позволяя заряжаться конденсатору С5. Когда он зарядится в состояние насыщения, то через ограничивающий резистор R13 напряжение поступает на транзисторный ключ, который коммутирует реле К1. Реле своими контактами на замыкание включает лампу Л1 освещения кухни. При отсутствии импульсов от ОУ транзисторный ключ на ѴТ4 будет открыт до тех пор, пока не разрядится конденсатор С5. Его разрядка через цепь R13VT4 обуславливает выдержку времени. Диод VD1 препятствует броскам напряжения в момент включения реле. При указанных на схеме значениях RC-цепи C5R13 задержка времени выключения составит около 70 с. Задержка выключения необходима квартирному автомату для плавного выключения света после возможного быстрого выхода человека из помещения.
Схему можно питать постоянным стабилизированным напряжением +11...+14 В, полученным от стабилизатора с понижающим трансформатором Т1 типа ТВЗ-1-12 (рис. 1.19) или от сетевого бестрансформаторного источника (рис. 1.20).
Печатная плата не разрабатывалась. Элементы схемы крепятся на монтажной плате и закрываются пластмассовым корпусом. Провода питания от фотодатчиков и к лампе Л1 соединяются со схемой через разъем РП10-6 или подобный ему. При монтаже необходимо соблюдать осторожность. Паять датчик PR1 нужно аккуратно, желательно с антистатическим заземленным браслетом, не перегревая выводов датчика - пайка каждого вывода не более 1 с. Перегрев может вывести прибор из строя или (что также подтверждено практикой) ухудшить его чувствительные характеристики. Датчик чувствительной стороной аккуратно приклеивают к линзе микрокаплей моментального клея типа «Супермомент-гель». Клей не должен попадать на защитное кварцевое окно. Линза СЕ-01 создает 24 сектора (зоны контроля) и обеспечивает стабильную реакцию на излучатель тепла в зоне от 1,5 до 7 м от датчика. Края линзы перед установкой в пластмассовый корпус необходимо проложить прорезиненной прокладкой, например, кембриком от электрического кабеля.
Немного об особенностях установки. Датчики движения редко дают сбои, связанные с ложными срабатываниями, однако совсем исключить их нельзя. Чаще всего причиной ложных срабатываний датчиков движения являются насекомые, в частности пауки, плетущие паутину под потолком в углах помещения - местах расположения пироэлектрических детекторов. Выйти из положения можно двояко: скомбинировать датчик движения с другим, например, емкостным датчиком или использовать для монтажа корпусов датчиков движения стойки из каштанового дерева (пауки избегают его), периодически распылять инсектициды вокруг корпусов пироэлектрических детекторов. Кроме того, нежелательно размещать датчики движения вблизи нагревательных приборов (камин, электровентилятор, кондиционер и другие - сами по себе являются источником излучения тепловых сигналов ИК спектра). В комнате необходимы шторы, прикрывающие линзу Френеля от попадания прямых солнечных лучей из окна. Во время молнии, как показала практика, не защищенный шторами датчик срабатывает произвольно.
Детали и настройка. Распайка пироэлектрического датчика RE46 приведена на рис. 1.22. Переменный резистор R6 желательно применить многооборотистый, типа СП-5-2В, К1 - реле на напряжение срабатывания 10...12 В, для управления нагрузкой до 2 А. В качестве К1 подходит автомобильное реле для 12-вольтовых бортовых сетей 3710-04. Элементы схемы С7, С8, R14 эффективно защищают контакты реле и лампу в моменты включения/выключения реле, обеспечивая длительную эксплуатацию реле и осветительных ламп мощностью до 75 Вт.
Транзисторы VT1, ѴТЗ можно заменить на КТ501(А-М), КТ502(А-Е), КТ3107(А-В). Транзистор ѴТ2 - на любой из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ504, КТ505, транзистор ѴТ4 - на КТ601, КТ602, КТ603 с любым буквенным индексом. При использовании в качестве К1 маломощного реле РЭС15 транзистор ѴТ4 можно заменить любым из серии КТ312, КТ315.
Рис.1.22
Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, резистор R14 -МЛТ-0,5. Оксидные конденсаторы - К50-6, К50-12 или аналогичные импортные аналоги. Операционный усилитель D1 можно заменить на К140УД6 или mA741 производства зарубежных фирм. Настройка схемы сводится к регулировке порога включения фотореле резистором R6. В верхнем (по схеме) положении движка R6 чувствительность схемы анализа освещенности минимальная.
Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008