Пироэлектрический детектор

Пироэлектрический приемник - простое средство для включения источника света в тех случаях, когда человек входит в комнату, гараж, поднимается по лестнице, идет по коридору. Чаще всего таким приемником управляет реле времени, которое включается при обнаружении движущегося человека. Этот принцип особенно широко применяется в проходных помещениях или комнатах (архивах, офисах), куда часто входят с занятыми руками только для того, чтобы положить необходимые предметы и выйти. Поскольку включать свет в залах площадью в сотни квадратных метров (например, в архивах) всякий раз, когда туда заходит человек, неэкономно, то помещение разбивают на зоны освещения, каждая из которых управляется отдельным пироэлектрическим приемником.

Разумеется, использование приемника с реле времени в помещениях, где люди работают, читают, смотрят телевизор и т.д. (то есть там, где они находятся в течение длительного времени), нецелесообразно, за исключением, быть может, детских комнат (ведь дети часто забывают выключать свет, выходя из комнаты или засыпая). Поэтому наиболее рациональным является автоматическое зажигание света без применения реле и выключение его вручную.

Применение пироэлектрического приемника в установке сигнализации и при управлении освещением основано на одном и том же принципе. Рис. 6.5 показывает, что в обоих случаях за пироэлектрическим датчиком следует усилитель с большим коэффициентом усиления; он в состоянии обеспечить напряжение, достаточное для приведения в действие любого из двух компараторов, каждый из которых настроен на свой порог срабатывания и определяет одно из направлений движения человека (к датчику/от датчика). При приближении человека к датчику первый компаратор, с низким порогом, формирует положительный перепад. Второй компаратор, с высоким порогом, наоборот, срабатывает от отрицательного перепада при удалении человека от датчика.

Таким образом, оба компаратора, дополняя друг друга, чувствительны к положительным и отрицательным перепадам напряжения. Тем не менее они обеспечивают положительный выходной импульс, когда сигнал на входе одного компаратора станет больше, а на входе другого - меньше своего входного порогового уровня.

Далее следует логическая схема. Она представляет собой схему ИЛИ на диодах, в которую входит устройство временной задержки. Как будет показано ниже, для уменьшения влияния помех можно добавить счетчик, включающий реле времени только в том случае, если им зарегистрировано минимум импульсов за определенный отрезок времени.

На рис. 6.6 приведена схема автоматического управления освещением. Она содержит следующие элементы:

• С1: 10 нФ, керамический или пленочный;
• С2: 1 мкФ, 25 В электролитический;
• СЗ: 10 нФ, керамический или пленочный;
• С4: 47 мкФ, 10 В, электролитический;
• С5: 150 мкФ, пленочный;
• С6: 4,7 мкФ, 25 В, электролитический;
• С7: 1 мкФ, 25 В, электролитический;
• С8: 22 нФ, пленочный;
• С9: 68 мкФ, электролитический (предпочтение отдается танта-ловому);
• D1, D2, D3: BA 317 или 1 N 4148;
• IC1: счетверенный операционный усилитель LM 324;
• IC2: сдвоенный одновибратор HEF 4538 или CD 4538 В;
• R1: 56 кОм;
• R2: 100 кОм;
• R3: 3,9 МОм;
• R4: 390 кОм;
• R5: 3,3 кОм;
• R6: 330 кОм;
• R7, R8: 100 кОм;
• R9: 1,5 МОм;
• R10: 39 кОм;
• R11: ЮкОм;
• R12: 39 кОм;
• R13: 100 кОм;
• R14: 2,2 МОм;
• R15: 4,7 МОм;
• R16: 6,8 МОм;
• R17: 10 МОм;
• R18: 1 кОм;
• TR1: ВС 109 или ВС 549 В;
• реле для коммутации цепи с напряжением в 220 В, с откликом на 5 В, 50 мА;
• переключатель на пять позиций;
• пироэлектрический приемник.

Учитывая высокий коэффициент усиления усилителя, необходимо обеспечить достаточную фильтрацию напряжения питания пироэлектрического приемника, которую выполняет цепь R1C2C3. Для обработки сигнала, показанной на рис. 6.5, используется счетверенный операционный усилитель ICla-ICld (LM 324). Элементы а и b составляют избирательный усилитель. На рис. 6.7 представлена его амплитудно-частотная характеристика.

Два других элемента образуют два компаратора с пороговыми уровнями, величины которых определяются резисторами RIO, R11 и R12.

Сигналы с выходов компараторов собираются на схеме ИЛИ (элементы Dl, D2, R18 схемы на рис. 6.6), запускающей схему временной задержки на ИС HEF 4538 В (вывод 4), у которой используется один единственный выход (вывод 6). Всего же в ИС HEF 4538 В два одно-вибратора, на которых выполняются схемы временной задержки. Выводы 7, 9, 10 и 14 не подключаются к элементам схемы.

Когда переключатель временной задержки соединен с резистором R13, свет остается включенным приблизительно в течение 7 с. В случае подключения к резисторам с R14 по R17 длительность включения составляет 2,5, 5,5, 7,5 и 11 мин соответственно.

Предложенная схема применяется с простым пироэлектрическим приемником без линзы. При этом радиус ее действия составит 2-3 м. Он может быть увеличен более чем в 3 раза при использовании сдвоенного детектора, но тогда совершенно необходимо снабдить его оптической системой на линзах Френеля так, как она была описана в главе 3.

На входы питания пироэлектрического детектора можно подавать напряжение в пределах 7,7-25 В при минимальном токе нагрузки 100 мА. В него встроен трехвыводной стабилизатор питания на микросхеме 78L05 и элементах CI, С2, R1, представленный на рис. 6.8.

Элементы схемы, изображенной на рис. 6.8 (схема питания):

• С1: 220 нФ, пленочный;
• С2: 470 нФ, пленочный;
• СЗ: 10 нФ, керамический или пленочный;
• R1: 4,7 кОм;
• схема регулирования: 78 L 05 или аналогичная.

Задачей схемы является выпрямление и фильтрация, в результате которых на ее выходе поддерживается постоянное напряжение 5 В. Для того чтобы приемник мог реагировать на все перемещения объекта в жилой комнате, лучше всего расположить его под потолком недалеко от двери, как показано на рис. 6.9.

Литература:  2003 · Инфракрасные лучи в электронике. Шрайбер Г