Инфракрасный датчик присутствия

21 мая 2007  |  Оптикоэлектронные, инфракрасные CO



Предлагаемое устройство предназначено для охраны помещений. Тревожный сигнал зазвучит в том случае, если в охраняемом помещении будет обнаружен движущийся или неподвижный объект, отсутствовавший в момент включения устройства.

Очень часто в охранных системах используют бесконтактные датчики для контроля ближней зоны. Это — пространство около дверей, часть коридора, лестничного марша, стол, сейф и т. п. Обычно такие задачи решают средствами высокочастотной техники. Датчиком могут быть LC-генератор, расстраивающийся при приближении посторонних объектов, теряющий баланс высокочастотный мост и др. Но есть и другие средства.

На рис.1 показана схема прибора, формирующего короткие инфракрасные (ИК) импульсы и принимающего их отражение от появившегося поблизости объекта. Здесь ВI1 — ИК диод, периодически возбуждаемый импульсами тока, амплитуда которых Iимп=(Uпит-3,5)/R5 может многократно превышать среднее допустимое значение. Длительность этих импульсов tимп=0,7R3C2=10 мкс, а период следования T=1,4R2C1 =0,2 с.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.1.

Отраженный ИК импульс попадает на фотодиод BL1. После усиления и ограничения микросхемой DA1 он поступает на один из входов элемента DD2.1 (выв. 13). Если отраженный импульс совпадает с излученным (импульс, возбуждающий ИК диод, поступает на выв. 12 DD2.1), то на выходе DD2.1 возникает короткий (tимп) импульс низкого уровня, который запускает од-новибратор (DD2.2, DD2.3). На выходе одновибратора возникает импульс длительностью Tзв=0,7R8C7=0,1 с. Он поступает на вход звукового генератора (DD2.4, DD1.6). Динамическая головка НА1 издает короткий звуковой сигнал частотой около 1400 Гц.Так прибор "озвучивает" отраженные ИК импульсы. Серия таких импульсов будет трансформироваться им в тревожно звучащую последовательность, следующую с частотой ИК импульсов. В таб.1 (см.рис.7) показаны дальность обнаружения человека (Dчелl) и стены (Dст) в зависимости от тока в ИК диоде (Iвi1), т. е. от сопротивления резистора R5. Измерения были проведены при напряжении питания 6 В. Минимальное значение Dчел соответствует человеку в темном халате.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.7.

Устройство собрано на печатной плате из двусторонне фольгированно-го стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис.2). Фольга под деталями использована лишь в качестве общего провода. Соединения с ней выводов резисторов, конденсаторов и др. показаны черными квадратами. Черными квадратами со светлой точкой в центре показаны те выводы микросхем и оксидных конденсаторов, которые должны быть соединены с общим проводом и при этом проходить сквозь плату. В фольге в местах пропуска проводников должны быть вытравлены защитные кружки диаметром 2...2,5 мм (на рис.2 не показаны). Фольга должна быть снята и под транзистором VT1, который крепят к плате винтом МЗ. Передняя панель прибора, на которую устанавливают фотодиод и ИК све-тодиод, имеет размеры 92x32x3 мм. Ее изготавливают из черного ударопрочного полистирола (рис.3). В местах установки ИК диода и фотодиода ома должна иметь утолщения (сверху и снизу на панель наклеивают кольца из того же полистирола), которые должны изолировать их оптически.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.2.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.3.

Полностью смонтированную плату устанавливают на переднюю панель так, как показано на рис.3: к трем стойкам высотой 14 мм, приклеенным к панели (на рисунке показана лишь одна), плату крепят винтами М2. Во избежание подсветки фотодиода со стороны выводов "донные" части ИК диода и фотодиода заклеивают кружками черной изоленты. В микросхему DA1 входит высокочувствительный усилитель, поэтому ее нужно экранировать. Экран сгибают из жести в виде открытой коробки размерами 32x16x10 мм. Ее пропаивают в углах, в "крыше" делают отверстие под фотодиод, низ выравнивают широким напильником с мелкой насечкой и припаивают к фольге платы в положении, показанном на рис.2 штриховой линией. Если потребуется заэкранировать и фотодиод, его помещают в тонкостенную металлическую трубку подходящего диаметра и длины, которую припаивают непосредственно к коробке-экрану.

Правильно собранное устройство обычно сразу начинает работать в режиме тревоги — потолок, стены, мебель дают вполне достаточный отраженный сигнал. Но если оно продолжает звучать и положенное "лицом" на стол, то потребуется обнаружить и ликвидировать пути проникновения ИК излучения на фотодиод внутри самого прибора. После этого останется определить получившуюся "дальнобойность" и выставить нужную подбором резистора R5. Иногда столь непосредственная реакция прибора, озвучивающего каждый отраженный импульс, совсем не обязательна. На рис.4 показана часть схемы устройства, которую нужно изменить, чтобы сигнал тревоги формировался лишь при прохождении компактной группы отраженных сигналов.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.4.

Сигнал тревоги прозвучит лишь в том случае, если на вход СР счетчика DD3.1 поступят четыре отраженных импульса. Но произойти это должно на временном интервале длительностью 16Т (3,2 с), поскольку спадом каждого шестнадцатого импульса задающего генератора счетчик DD3.1 возвращается в нулевое состояние (импульс сброса длительностью 20 мкс формируется на выходе элемента DD2.2). То есть, если на одном из таких временных интервалов датчик зафиксирует четыре отраженных импульса, он включит тревожную сигнализацию. Время ее звучания — tтр

Устройство может войти в охранную систему в качестве одного из ее датчиков. Для нее будет представлять интерес лишь сигнал, возникающий на выходе элемента DD2.1.

В таб.2 (см.рис.8) показаны зависимости тока, потребляемого ИК сенсором в дежурном режиме (Iдеж), тока, потребляемого им в режиме тревоги (Iтр), а также мощности тревожного сигнала (Ртр) от напряжения источника питания (Uпит) при сопротивлении динамической головки НА1 25 Ом и R5=16 Ом.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.8.

Отражения от стен, потолка, мебели и др. при неудачном размещении устройства внутри помещения могут оставить в построенной защите немалые "дыры", а то и полностью заблокировать его работу. Так, если датчик с R5=16 Ом будет установлен в коридоре шириной 3,2 м в позиции 1 (см. рис.5, а), то у дальней стены коридора останется неконтролируемый проход шириной не менее 1,6 м. Но если датчик установить в позиции 2, то пройти в дверь незамеченным уже не удастся. А так как здесь он "светит" вдоль коридора, то, не опасаясь отражений, мощность излучения можно увеличить (позиция 3 на рис.5, а). Для контроля лестничного прохода (рис.5, б) резистор R5 подбирают так, чтобы датчик перестал реагировать на отражения от противоположной стены. А поскольку Dчел,>0,5Dст (см. {таб.2}), человек, проходящий по ближнему маршу лестницы, будет замечен. В проеме ворот (самих ворот может и не быть) устройство устанавливают так, как показано на рис.5, в. Для того чтобы предотвратить отражение ИК импульсов от противоположного столба, нужно немного повернуть устройство во двор (таким образом, датчик не будет реагировать на прохожих).


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.5.

Даже минимальное Dст, указанное в {таб.1}, может оказаться чрезмерным, если под контроль ставятся тесный проход, лаз, кабельный коридор, воздуховод и т. п. Но уменьшение Dст (соответственно и Dчел) — не проблема: нужно лишь увеличить сопротивление резистора R5.

При необходимости "дальнобойность" датчика можно увеличить. На рис.6 показана схема генератора ИК импульсов повышенной мощности.


Инфракрасный датчик присутствия

Рис.6.

С тем же ИК диодом АЛ 156В Dчел) и Dст возрастет в 1,5...2 раза, а с ИК диодом АЛ123А — в 2,5...Зраза. Диаграмма направленности датчика зависит от диаграммы излучения ИК диода, чувствительности фотодиода и от того, насколько и тот и другой "утоплены" в своих гнездах.

Все составляющие прибора — сам датчик, источник питания и динамическая головка — могут быть объединены в единую конструкцию. Но если сигнал тревоги не должен быть всеобщим, динамическую головку и источник питания выносят в другое помещение и связывают их с платой трехпроводной линией.

Автор: Ю. Виноградов, г. Москва. Радио 1/2002


Код для размещения на форумах или блоге

«
»