02.04.21

[Домашняя]

Многочисленные публикации в литературе описаний и схем приборов автопарковщиков интересны и побуждают к разработке своей, улучшенной схемы. Наиболее просто изготовить автомобильный парковщик с помощью двух узлов (передатчика и приемника) на основе инфракрасного (ИК) излучения. Немаловажно, чтобы в таком устройстве передатчик и приемник сигналов располагались на максимально возможном удалении друг от друга. От этого зависит чувствительность узла. Передающее и приемное устройства, направляют в одну строну, и располагают в одной плоскости. Если сигнал передатчика уходит в пространство и не отражается (слабо отражается) от препятствия, то фотодатчик приемника не улавливает в достаточной степени отраженный сигнал, последовательность импульсов на входе операционного усилителя DA1 (приемника) отсутствует, на выходе микросхемы - низкий уровень напряжения. Транзистор VT1 закрыт и пьезоэлектрический капсюль НА1 в кабине автомобиля неактивен. Любое препятствие, находящееся пределах 5 м от автомобиля (его переднего бампера, где установлены передатчик с приемником), вызывает отражение импульсов передатчика, которые (хотя и в ослабленном виде) улавливаются приемником, в результате чего включается звуковая сигнализация, предупреждающая о приближении к препятствию. Уровень отраженного сигнала (его сила) характеризует препятствие, которым может быть как стена дома или забор (максимальный уровень отражения сигнала), так и отдельный осветительный столб или высокий поребрик (средний уровень сигнала). Слабое отражение может давать на расстоянии 1-2 м даже высокая трава или пробежавшее домашнее животное (собака) - настолько чувствителен прибор. Так, если фотодатчик приемного узла улавливает пачки импульсов, генерируемые передатчиком, их инфракрасная (невидимая человеческому глазу) составляющая преобразовывается в электрический ток, который беспрепятственно проходит неполярный конденсатор С1 (приемника) и поступает на вход операционного усилителя DA1 (рис. 1.25). Усиленный сигнал оказывается достаточным для открывания ключевого транзистора VT1, на пьезоэлектрический капсюль поступает постоянное напряжение, и он издает звук частотой около 1100 Гц (паспортные данные капсюля). В данном примере рассматривается одна часть общего устройства, располагающаяся на бампере автомашины и контролирующая приближение к препятствию в одном направлении, сектор ответственности которого определяется примерно как 45°. Для контроля сектора в 180°необходимо наличие четырех подобных устройств, установленных на переднем бампере автомашины. Передающее устройство собрано на двух популярных микросхемах КР1006ВИ1. Узел передатчика формирует прямоугольные пачки импульсов частотой примерно 35 кГц, длительностью 1,5 мс с периодом повтора 5 мс. При изменении напряжения питания относительно указанного на принципиальной схеме в пределах 10-15 В, частота и период следования импульсов изменяются незначительно. В свою очередь, приемный узел воспринимает посредством фотодатчика отраженный от препятствия сигнал, преобразовывает, усиливает его и активирует звуковую сигнализацию, которая установлена в кабине транспортного средства. Рассмотрим отдельно передающий и приемный узлы. На рис. 1. представлена схема передающего (излучающего) узла.

РИС. 1

Генератором импульсов в данном устройстве является популярная микросхема - таймер КР1006ВИ1. На первом таймере DA1 собран генератор импульсов с частотой около 36 кГц по классической схеме мультивибратора. Частота данного генератора зависит от RC- элементов C1R2R3. На однотипной микросхеме DA2 собран генератор огибающей - он вырабатывает сигнал инфранизкой частоты (обеспечивает скважность выходных импульсов 5 сек). Он управляется первым генератором. Зачем это сделано? А затем, чтобы на выходе второго генератора присутствовали пачки импульсов с положительными фронтами, т.к. они способствуют невидимому человеческому глазу свечению светодиодов HL1 - HL3, включенных последовательно. Последовательное включение позволяет расширить сегмент излучения передатчика, что особо важно при широком контроле пространства. Переменный резистор R6 ограничивает ток через светодиоды-излучатели, тем самым регулируя мощность сигнала (излучения). Прерывистые пачки импульсов ограничивают общее потребление тока устройством, а также защищают устройство, если оно используется в качестве охранного комплекса. Не зная параметров генератора, пачки импульсов труднее подделать и искусственно локализовать. Оксидный конденсатор С4 выполняет роль фильтра по питанию. Все постоянные резисторы - типа МЛТ-0,25 (MF-25). Применяется переменный ограничительный резистор R6 типа СПО-1 с линейной характеристикой изменения сопротивления. Оксидные конденсаторы - типа К50-20, К50-24 и аналогичные, неполярные - типа КМ-5, КМ-6 и аналогичные. Излучающие диоды HL1 - HL3 заменяют на АЛ115, АЛ119, АЛ107, АЛ147, АЛ118, АЛ123, АЛ108 с любым буквенным индексом или на зарубежные аналоги, например RS276-143. При замене излучающих светодиодов, рекомендуемых на принципиальной схеме, следует иметь в виду их мощность излучения (которую уточняют по справочнику) и стремиться к тому, чтобы мощность излучения заменяемых приборов стремилась к максимуму. Относительно мощный выход микросхемы КР1006ВИ1 позволяет коммутировать ток до 200-220 мА, что является допустимым для применения на выходе DA2 мощных излучающих диодов и (как вариант) даже включение их в параллельном соединении. Вместо микросхем КР1006ВИ1 можно применить Р1006ВИ1, М1006ВИ1, КФ1006ВИ1, МС1455В, M51848L-M51848P, КР1441ВИ1 производства АО «Микрон» (Зеленоград), ILC555N-ILC555D производства РПО «Интеграл» (Минск), AS7555IPA АО «Альфа» (Рига), КА5551, ECG955M, ALD1502DA, ALD555DA, TS3V5551, XR-L555M, XR-L555CP (или аналогичные различных производителей) или сдвоенную микросхему ILC556N-ILC556D, со­держащую две однотипных КР1006ВИ1. Представленное на рис. 2. устройство приема сигнала позволяет принимать амплитудно-моделированные сигналы ИК-спектра излучения и преобразовывать их в электрический ток.

РИС. 2

Простора схемы основана на применении только одного операционного усилителя (ОУ) К140УД708, включенного по классической схеме с положительной обратной связью. При наличии входного отраженного от препятствия сигнала на входе ОУ (вывод 3 микросхемы DA1) присутствует последовательность (пачки) коротких отрицательных импульсов. Сами эти импульсы еще слишком слабы для управления устройствами нагрузки, поэтому их нужно многократно, в 10-80 раз, усилить. Операционный усилитель DA1 многократно усиливает входной сигнал, причем на выходе (вывод 6) он получается инвертированным относительно вход­ного, что позволяет управлять ключевым транзистором VT1. ОУ потребляет ток 5-6 мА при напряжении питания 12 В. Чувствительность узла зависит от мощности излучаемого сигнала (в передатчике присутствует регулировка) параметров фотодиода VD1, а кроме того, от соотношения значений делителя напряжения R2R3. При сбоях в работе приемного узла (слишком большой его чувствительности) оптимальным решением является уменьшение сопротивления резистора R5. Обратная связь, обеспечиваемая резистором R5, устраняет искажения входного сигнала при его усилении. Оксидный конденсатор СЗ отфильтровывает пульсации напряжения источника питания. Вместо указанного на схеме фотодиода допустимо применять ФТ-2К, L14-G2 и аналогичные по электрическим характеристикам. Напряжение питания узла устанавливают в диапазоне 9-15 В. Общий ток потребления от источника питания (аккумуляторной батареи автомобиля) обоих постоянно включенных узлов не превышает 70 мА (в максимальном режиме потребления - режиме звуковой сигнализации). Подключение устройства производят непосредственно к замку зажигания автомобиля так, чтобы при выключенном зажигании ток не потреблялся. Фотодиод VD1 при установке в корпус должен быть экранирован от воздействия фоновой засветки - лучей солнечного спектра. Для этого его рабочую поверхность закрывают кусочком засвеченной и проявленной фотопленки. В другом случае на рабочую поверхность фотодиода надевают трубу - тубус для устранения постороннего влияния. Схема приемно-передающего узла может эффективно использоваться и как составная часть устройства, реагирующего на ИК-лучи, и составляет конкуренцию уже опубликованным вариантам. Вместо ОУ К140УД708 применяют без изменения схемы К140УД6, К140УД608, К140УД7, К140УД120 и аналогичные (последний вариант микросхемы включает четыре однотипных ОУ, поэтому применяют один из них в соответствии с его цоколевкой). Вместо фотодиода ФД8К применяют приборы ФД6Т, ФД7А, ФД7К, ФД24К. Отечественные фотодиоды в данном случае заменяют на приборы SEP8703-1, FIL-3C, ВР-104 и аналогичные по электрическим характеристикам. Все постоянные резисторы - типа МЛТ-0,25, зарубежный аналог MF-25. Параметры резисторов и конденсаторов могут отличаться от указанных на схеме в пределах ±20%. Оксидные конденсаторы - типа К50-24, К50-35 на рабочее напряжение не ниже напряжения источника питания. Неполярные конденсаторы - типа КМ-6. Транзистор VT1 выполняет роль усилителя тока, поэтому может быть заменен широким спектром кремниевых полупроводниковых приборов, например КТ603, КТ608, КТ605, КТ601, КТ630, КТ940 с любым буквенным индексом. Активный звуковой капсюль (со встроенным генератором ЗЧ) - излучатель НА1 - должен быть рассчитан на постоянное напряжение 5-15 В. Указанный в схеме прибор, заменяют на аналогичный по электрическим характеристикам, например HSB23-A8, KPI4510L, PKLCD1212R1000-R1, PKLCS1212E4001-R1, KPI2313L-Leader, 75PZ23350RH, КРХ1212В. Узлы передатчика и приемника выполняют на однотипных перфорированных платах и размещают в компактных пластмассовых корпусах размером каждый 40x60 мм. Обе конструкции устанавливают под передним бампе­ром автомашины, с рабочими поверхностями, обращенными в одной внешней плоскости. В пластмассовых корпусах передающего и приемного узлов сверлят отверстия диаметром 4-5 мм (в передающем узле одно, в приемном, соответственно, три), в которые выводят и жестко закрепляют рабочие поверхности излучающих диодов и приемного фотодиода. После проверки работоспособности системы и до окончания монтажа корпусов к бамперу автомашины места вывода проводников и корпуса узлов герметизируют автомобильным герметиком (для надежной работы в непогоду и в условиях влажности). После его подсыхания (в течение 1-2 ч) приступают к эксплуатации устройства. В наладке узел не нуждается и при исправных элементах начинает работать сразу после подачи питания. Если вместо внутренней звуковой сигнализации (с помощью усилителя, коммутационного узла или слаботочного электромагнитного реле) подключить сирену внешней сигнализации или дополнительный мощный излучатель, то рассматриваемое устройство легко превратить в охранный комплекс автомобиля. При этом звуковая сигнализация будет включаться, если к автомобилю на стоянке слишком близко подойдут посторонние люди. Возможно, сигнали­зация пресечет криминальные намерения злоумышленников. Если нет, то хозяин, услышав сигнал, поспешит к автомобилю. Для такого варианта необходимо лишь увеличить количество приемопередатчиков (увеличив зону охраны автомобиля до круговой - 360°) и произвести соответствующие подключения. Объектом охраны и предупреждения о критическом приближении к препятствию (как изначально и разрабатывалось устройство) может стать не только легковой, но и грузовой автомобиль. При напряжении аккумуляторной батареи 24 В между АКБ и устройством включают адаптер для надежной и безопасной работы устройства. При эксплуатации устройства в стационарных условиях, например, для охраны объектов в помещениях или на улице, принцип его работы остается тем же - реакция на отраженный ИК-сигнал. В этом случае желательно применять стабилизированный источник питания с напряжением 10-15 В и замаскировать рабочие поверхности передающего и приемного узлов от постороннего глаза. Вариантов использования рассмотренной конструкции может быть сколь угодно много, и они ограничиваются только фантазией радиолюбителя.

Книга: Новаторские решения в электронике