Принципиальная схема оптического ИК-выключателя (К561ЛН2, К561ТМ2)
Схема простого самодельного оптического выключателя для управления различными нагрузками.
В статье автора «Волшебный» выключатель (РК №6 за 2013 год) описывался выключатель,которым можно управлять поднесением к нему руки. Здесь приводится усовершенствованный вариант, в котором увеличена дальность реагирования и на выходе установлено электромагнитное реле, теперь выключателем можно включать и выключать что угодно, а не только лампу накаливания. Плюс, оптимизирована схема устройства. Новый вариант схемы показан на рисунке 1.
Основные отличия от предыдущего варианта:
- Генератор датчика выполнен на микросхеме К561ЛН2, содержащей шесть инверторов повышенной нагрузочной способности, три из которых включены параллельно для еще большего увеличения нагрузочной способности. Теперь ток, протекающий через ИК-светодиод может быть выше, следственно, излучение светодиода с большей силой, и дальность действия тоже больше.
- Упразднен одновибратор, который был между выходом ИК-фотоприемника и синхровходом D-триггера на ИМС D2. В нем не было необходимости, так как цепь C5-R6 и без того задерживает переключение триггера. Вместо одновибратора включен один инвертор микросхемы D1.
- На выходе схемы вместо симистора работает электромагнитное реле.
Рис.1. Принципиальная схема выключателя нагрузок с оптическим ИК управлением.
Рабочий узел датчика состоит из ИК-светодиода HL1 и интегрального фотоприемника HF1. Светодиод и фотоприемник устанавливаются так чтобы они были направлены в одну сторону, - под прямым углом от поверхности выключателя, если он устанавливается на стене.
Поскольку между ними есть непрозрачная перегородка луч от светодиода попасть на фотопремник может только при отражении от какой-то поверхности. Например, от поднесенной руки. При отражении этого луча на выходе логического элемента D1.3 появляется положительный импульс.
ИК-канал модулированный, поэтому, ИК-светодиод HL1 излучает не непрерывный поток света, а вспышки, следующие с частотой 36 кГц. Модулирующие импульсы генерирует мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2, которые поступают на светодиод через усилитель на элементах D1.4-D1.6 и токоограничительные резисторы R2 и R3.
Частота модуляции зависит от цепи R1-C1, при использовании другого фотоприемника (на другую частоту) нужно и этот мультивибратор настроить на эту частоту. А сила света зависит от положения движка резистора R2.
Приемная схема датчика выполнена на одном элементе микросхемы D1, - D1.3, а так же, D-триггере на микросхеме D2.
HF1 - интегральный фотоприемник, такой как во многих телевизорах. В нем есть полосовой фильтр, настроенный на частоту 36 кГц и формирователь импульсов с выходным транзисторным ключом. При приеме ИК-излучения, частота которого равная 36 кГц (или близка к 36 кГц), этот ключ открывается и на выходе (выв. 3) появляется логический ноль.
Резистор R5 подтягивает его к единице, чтобы в отсутствие приема на выв. 3 была единица. Конденсатор С2 подавляет различные помехи. В ждущем состоянии сигнал от HL1 не поступает на HF1, так как перед ними нет отражающей поверхности. На выходе HF1 - единица.
При отражении луча начинается поступление ИК-вспышек от HL1 на HF1. В этот момент уровень на выходе фотоприемника изменяется. Возникший логический ноль (или импульс, если отражение было кратковременным) инвертируется элементом D1.3 и поступает на исполнительную часть схемы, которая выполнена на D-триггере D2 и выходном ключевом каскаде на транзисторах VТ1, VТ2 с обмоткой реле К1 в коллекторной цепи.
Цепь C6-R5 предназначена для принудительной установки триггера в нулевое состояние на инверсном выходе сразу после подачи питания. После подачи питания заряд С6 формирует импульс произвольной формы, который поступает на вход S триггера D2. Это устанавливает триггер в единицу (на инверсном выходе ноль).
Ключ VТ1-VТ2 получающий управление от этого выхода оказывается закрытым, ток на обмотку реле К1 не поступает и контакты реле остаются разомкнутыми. Нагрузка (на схеме не показана) выключена. Данная цепь (С6-R5) исключает возможность самопроизвольного включения нагрузки после перерыва в подаче электричества.
При поднесении руки к датчику выключателя на необходимое расстояние формируется импульс, который поступает с вход С триггера. Триггер переключается в противоположное установившемуся состоянию, так как на его вход D поступает уровень с его инверсного выхода.
Цепь C5-R6 защищает триггер от ложных многократных переключений, которые мугут быть следствием неравномерного движения рук перед датчиком, - между переключениями должно пройти время на зарядку - разрядку конденсатора С5 через резистор R6. Поэтому любое количество импульсов в течение этого времени меняет состояние триггера только один раз.
Выходной ключ сделан по транзисторной схеме. Составной транзистор VТ1-VТ2 управляет электромагнитным реле К1. Реле типа BS-115C с обмоткой на 5V. Его контакты позволяют коммутировать ток до 10А, при напряжении до 250V.
Их нужно включить параллельно выключателю прибора, которым нужно управлять или в разрыв цепи его питания.
Напряжение питания 5V выбрано не зря. Дело в том, что сейчас в различных магазинах есть очень большой выбор самых недорогих зарядных устройств и компактных блоков питания для питания портативной аппаратуры через USB-разъем. Там стандартное напряжение 5V.
Данную схему несложно переделать для работы на пересечение луча. Например, чтобы какая-то нагрузка включалась при проходе человека в помещение и выключалась при его выходе. Или не человека, а перемещения какого-то предмета.
В этом случае нужно всего лишь отключить логический элемент D1.3, а сигнал на синхровход триггера D2 подавать непосредственно с выхода фотоприемника.
Галышев А.Н. РК-2016-01.
Литература:
- Галышев А.Н. «ИК-датчик сигнализации на пересечение луча». РК №5 за 2009 год.
- Лыжин Р. «Волшебная кнопка» РК №5 за 2009 год.
- Галышев А.Н. «Волшебный выключатель». РК №6 за 2013 год.