Датчик движения для охранных систем

В последнее время в устройствах охраны нередко можно встретить бесконтактные датчики, реагирующие на тепловое излучение. Внешне они выглядят как некие коробочки с матовым стеклом, обращенным к зоне охраны. «Матовое стекло» неоднородно: оно разграничено на сектора с разным углом наклона и разной плотностью относительно поверхности. Это линзы Френеля. В зависимости от типа применяемой линзы можно получать территорию перекрытия (охраны) такого датчика вертикальную - типа «занавес», широкую по глубине, сфокусированную или размытую. Когда в зоне защиты появляется излучатель тепла - человек или животное, - тепловое излучение в инфракрасном спектре улавливается датчиком, усиливается и управляет оконечным силовым каскадом. Оконечное устройство - реле может управлять сиреной либо любой другой нагрузкой. Таким образом, удалось создать автоматический выключатель освещения, который в активное состояние приводится при появлении человека в комнате. Чувствительность прибора регулируется изменением угла наклона и приближения к линзе самого датчика и электронным способом - регулировкой усиления первого каскада схемы. В схемах охраны такие датчики получили названия инфракрасных датчиков движения или просто «датчиков движения». Инфракрасный датчик - это пироэлектрический детектор, состоящий из чувствительных керамических поверхностей, закрытых кварцевым окном, пропускающим только ИК лучи. В корпусе типа ТО-5 реализован полевой транзистор, усиливающий сигнал с чувствительной поверхности.

Электрическая схема устройства (рис. 1.17) состоит из инфракрасного датчика PR2, двухкаскадного усилителя и схемы задержки выключения. Кроме того, на одном элементе D1.3 выполнено фотореле, реагирующее на общую освещенность площади перекрытия. Задержка выключения 30...60 с необходима квартирному автомату для плавного выключения света после возможного быстрого выхода человека из помещения. Фотореле также необходимо для того, чтобы свет включался только во время явно недостаточной освещенности комнаты, например, вечером, а не каждый раз, шэгда входит человек. Оба второстепенные устройства можно Последствий из схемы исключить или дополнить. Если оставить ітолько датчик движения, то элементы D1.3, D1.4, R17, R18, R19, •R20, PR1, R6, R7, R11, R12, R13.R14, R15, С6, С8 из схемы нужно Исключить, а между выв. 1 и 3 D1.2 включить компенсационную ідепь обратной связи, аналогичную C3R2 в первом каскаде. Ограничительный резистор R16 в таком варианте следует подключать к точке соединения катодов VD1, VD2.

Рис. 1.17

Наш полный вариант прибора без сбоев работает на кухне, ^обеспечивая управление освещением. Самая дорогостоящая деталь схемы - сам датчик - пироэлектрический детектор марки RE46, который взят из схем охраны. Однако ввиду массового производства датчиков движения стоимость его стала невелика, а .эффективность предлагаемой схемы превосходит распространенные на практике среди радиолюбителей устройства типа емкостных и индуктивных датчиков и инфракрасных барьеров.

Схема работает следующим образом. Быстрое изменение теплового поля в зоне активности датчика приводит к небольшим до (50 мВ) скачкам напряжения на его выходе. Этот сигнал усиливается первым каскадом на полосовом усилителе D1.1 подается на неинвертирующий вход элемента ОУ D1.1 с той же полярностью. Микросхема D1 КР1401УД2А состоит из четырых независимых однотипных операционных усилителей, объединенных по питанию, и реализованных на полевых транзисторах по КМОП-технологии. Следующий усилительный каскад выполнен на втором ОУ. Конденсатор С2 ослабляет помехи, вызываемые искусственным освещением, когда свет уже зажжен. Если увеличить его емкость, усилится помехоподавление, но снизится чувствительность - медленные во времени перемещения останутся без реакции прибора, что недопустимо.

Чувствительность датчика можно незначительно изменить резистором R4 и конденсатором С1. Делитель напряжения R8 R5 R9 задает смещение ОУ около 8В, т. е. 2/3 Un. На компараторе D1.3 реализовано фотореле, порог срабатывания которого регулируется переменным резистором R14. Фоторезистор чувствительной поверхностью должен быть закреплен на раме и обращен к стеклу окна. При затемненности фоторезистора PR1 (СФЗ-1) на выходе ОУ D1.3 имеется положительный потенциал, корректирующий режим усиления второго каскада. Конденсатор С4 не пропускает постоянную составляющую двух каскадов усиления, а конденсатор С5 стабилизирует напряжение смещения D1.2. Коэффициент усиления первых двух ОУ регулируется резистором R4. На элементе D1.4 реализовано реле времени, запускаемое выпрямленным положительным сигналом, приходящим с выхода D1.2. Время задержки выключения зависит от номиналов элементов С6, R6, R7. Цепь R6 R7 при нахождении оптимальной задержки целесообразно заменить на один постоянный резистор. Диод VD1 препятствует току утечки конденсатора Сб. С выхода D1.4 импульс включения поступает на транзисторный ключ, который коммутирует реле К1. Реле своими контактами на замыкание включает лампу освещения кухни. К1 - реле на напряжение срабатывания 10...12 В с контактами управления нагрузкой до 2 А. В качестве К1 подходит автомобильное реле. Эксперименты со схемой показали, что есть еще один, альтернативный, вариант подключения инфракрасного (рис. 1.18) где показан первый каскад усиления. Регулируется усиление переменным резистором R6.

Схему можно питать постоянным стабилизированным напряжением +12...+14 В, полученным от стабилизатора с понижающим трансформатором Т1 типа ТВЗ-1-12(рис. 1.19) или от сетевого бес-трансформаторного источника (рис. 1.20).

Рис. 1.18

Печатная плата не разрабатывалась. Элементы схемы крепятся на монтажной плате и закрываются пластмассовым корпусом типа ОПК-10. При монтаже необходимо быть осторожным. Паять датчик PR2 нужно аккуратно, желательно с антистатическим заземленным браслетом, не перегревая его выводов - пайка каждого вывода не более 1 с.

Рис. 1.19

Перегрев может вывести прибор из строя или (что также подтверждено практикой) ухудшить его чувствительные характеристики.

Рис. 1.20

Линза Френеля заимствована из охранной системы, так как дает наибольший эффект, а изготовить ее самостоятельно не представляется возможным. Датчик PR2 чувствительной стороной аккуратно приклеивают к линзе микрокаплей моментального клея типа «Супермомент-гель». Клей не должен попадать на защитное кварцевое окно. Линза СЕ12 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. При отсутствии промышленной линзы можно использовать выпуклое или плоское матовое оргстекло размерами 40x60 мм. Тогда чувствительность ухудшится, но будет обеспечен контроль территории на глубину 2...3 м от поверхности датчика.

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 рабочую поверхность датчика от попадания прямых солнечных лучей из окна по причине, рассмотренной выше.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008