02.04.21

[Домашняя]

Метод передачи сигнала на расстояние с помощью лучей ИК-спектра сегодня достаточно популярен среди радиолюбителей. Пульты дистанционного управления, ИК-порты для персональных компьютеров, «дистанционные наушники», сигнализация «ИК-барьер» - вот малая толика направлений радиотехнической мысли. Суть метода во всех перечисленных примерах одинакова - направленные друг на друга передатчик и приемник сигналов ИК-спектра взаимодействуют, передавая и принимая сигнал. Достижения метода кажутся безусловными - отсутствие проводной связи и эффективная работа на расстоянии, которое в отдельных случаях может достигать 50-100 метров. Однако даже при использовании дистанционного метода передачи информации посредством ИК-лучей - в частности, для охраны различных объектов - ему можно найти альтернативное применение. Так, например, стандартный вариант охранной сигнализации, называемый ИК-барьер, предполагает, что удаленно расположенные приемник и передатчик «смотрят» в сторону друг друга (здесь не обязательна точность наведения лучей, как, например, в фотоэлектрическом варианте распространения видимого светового луча). Если невидимый человеческому глазу луч улавливается приемником, значит, барьер не нарушен - это нормальное состояние охранного шлейфа. Даже при кратковременном исчезновении сигнала (зависит от быстродействия и чувствительности схемы управления), охранный шлейф оказывается нарушенным и включается сигнализация оповещения. Располагая передатчик и приемник ИК-лучей, на некотором расстоянии друг от друга, но в одной плоскости с рабочими областями, направленными в пространство, получают устройство, реагирующее на отраженный сигнал. Пока в зоне действия лучей нет препятствия (лучи растворяется в пространстве), сигнализация неактивна. Как только в зоне действия устройства появляется препятствие, отражающее сигнал (например, человек), приемник тут же принимает отраженный от него ИК-луч и включает сигнализацию. Расстояние, с которого устройство будет эффективно реагировать на отраженный сигнал, зависит от нескольких факторов, таких как мощность излучения передатчика, способность поглощения сигнала препятствием (при зеркальной отражательной поверхности зона действия устройства намного увеличится) и чувствительность приемника. Сигнализация препятствия может быть любой, например звуковой, и соответствовать задачам и вкусу радиолюбителя. Применение звуковой сигнализации позволяет по громкости звука судить о характере препятствия и его приближении к приемно-передающему узлу. По силе и скорости нарастания сигнала можно также судить о поведении человека (препятствия) в охраняемой зоне. На основе охранных систем, реагирующих на отраженный сигнал ИК-спектра, создано простое устройство автомобильного парковщика. Принцип действия устройства аналогичен описанному выше, место монтирования устройства - бампер автомобиля (или «юбка» под бампером), в зависимости от конструктивных особенностей автомобиля. Устройство активирует звуковую сигнализацию при расстоянии между ним и препятствием (например, бордюром) в 1,2 м. Электрическая схема устройства показана на рисунке.

Приемный фотодиод ИК-сигнала VD1, включенный на входе операционного усилителя DA1, преобразует ИК-луч в электрический ток. Передатчик ИК-сигнала собран на транзисторах VT3, VT4 и светодиодах HL1 -HL3. Передатчик представляет собой генератор коротких импульсов частотой около 30 Гц. Светодиоды HL3 и HL4 преобразуют импульсы генератора в ИК-сигнал. Таким образом, генерация импульсов происходит постоянно, пока включено питание. Если ИК-лучи не отражаются от препятствия в отсутствии такового и растворяются в пространстве, приемный фотодиод VD1 не реагирует на общий фон, и вследствие этого на выходе ОУ DA1 присутствует высокий уровень напряжения. Оксидный конденсатор С4 не пропускает сигнал постоянного тока, транзистор VT2 закрыт и излучатель НА1 выключен. При отражении ИК-лучей от препятствия на неинвертирующем входе ОУ (вывод 3) периодически (в соответствии с импульсами генератора) появляется сигнал низкого уровня, который усиливается микросхемой DA1, вследствие этого на выходе ОУ (вывод 6) появляются импульсы звуковой частоты. Таким образом, генератор на ОУ DA1 дистанционно управляется импульсами от генератора на транзисторах VT3, VT4. Оксидный конденсатор С4 беспрепятственно пропускает импульсы на диодный детектор VD2, VD3, реализованный по схеме удвоения напряжения. Далее выпрямленный сигнал передается на управляемый генератор звуковой частоты. Порог включения генератора зависит от положения движка переменного резистора R4. При нижнем (по схеме) положении движка R4 чувствительность звукового генератора максимальна. Чувствительность приемного узла на фотодиоде VD1 зависит от сопротивления резистора R1. Чем больше это значение, тем чувствительность приемного узла выше. При использовании значений элементов, указанных на схеме, чувствительность устройства такова, что звуковая сигнализация будет активирована при приближении препятствия к приемному фотодиоду на расстояние 1,2 м и менее. Причем громкость звука в излучателе с приближением препятствия будет возрастать. Недостатком данного устройства является необходимость в двуполярном питании. Питание устройства осуществляется от аккумуляторной батареи автомобиля с постоянным напряжением 12 В через адаптер, схема которого показана на рис. 2.

Интегральные стабилизаторы DA2, DA3 устанавливать на теплоотводы не нужно. При использовании устройства для других целей и сред, например, при стационарной эксплуатации на балконе (лоджии) первого-второго этажей с целью предупреждения несанкционированного проникновения, общее напряжение питания может варьироваться в пределах до 16 В без каких-либо изменений в номиналах элементов схемы. Источник питания должен быть также двуполярным и стабилизированным. Общий ток потребления устройства не превышает 45 мА в режиме отсутствия отраженного сигнала и 60-65 мА в режиме включения звуковой сигнализации. В последнем случае ток потребления зависит от типа применяемого излучателя. Как автомобильный парковщик, устройство подключается к замку зажигания автомобиля так, что напряжение питания на элементы схемы поступает только в режиме включенного зажигания. Однако относительно малый ток потребления устройства позволяет использовать его и как элемент охранной сигнализации автомобиля, которая реагирует на слишком близкое приближение человека к припаркованной ма­шине. Такое приближение в отсутствие автовладельцев может трактоваться как покушение на транспорт или неоправданный интерес к содержимому салона. В последнем варианте использования желательно установить в салоне несколько подобных устройств, с рабочими зонами, направленными в разные стороны. Мощность звукового сигнала в таком случае также следует увеличить или подключить управляющий сигнал к контакторам открывания дверей и капота (как правило, они включены параллельно) - тогда сработает штатная сигнализация автомобиля. Наладка устройства сводится к установке порога включения звукового генератора - изменению сопротивления резистора R4. При первом включении движок переменного резистора R4 устанавливают в крайне нижнее (по схеме) положение. Далее осциллографом проверяют работу ИК-излучателя в точке коллектора усилителя тока - транзистора VT4. Осциллограф должен показывать короткий отрицательный уровень при постоянном сигнале высокого уровня. Частота импульсов этого генератора на однопереходном транзисторе VT3 зависит от значений элементов R6 и С7. При увеличении емкости конденсатора С7 частота генератора уменьшается. Если нет возможности контролировать работу осциллографом, параллельно излучающим диодам HL1 -HL3 устанавливают высокоомные телефоны с сопротивлением катушки не менее 1 кОм - по щелчкам в них контролируют работу генератора. Когда передающий узел настроен, выполняют установку порога чувствительности приемного узла. Излучающие светодиоды направляют на рабочую поверхность фотодиода VD1, а щуп осциллографа устанавливают на выход ОУ (вывод 6). По максимальному размаху амплитуды импульсов на выходе микросхемы DA1 подбирают сопротивление резистора R1. Оксидный конденсатор С5, включенный параллельно излучателю, благодаря своей зарядке, обеспечивает некоторую инерцию в звучании капсюля, необходимую, на взгляд автора, для того, чтобы звуковая сигнализация продолжала звучать на 2-3 с дольше, чем на входе узла присутствует отраженный ИК-сигнал. Так как препятствие может носить кратковременный характер (особенно при движении автомобиля к месту парковки), для водителя желательно фиксировать любое опасное приближение бампера к препятствию (например, бордюру). Конденсатор С6, шунтирующий излучатель, обеспечивает более мягкое качество звука. В качестве излучателя применен прерывистый излучатель KPI-4332-12: благодаря такому решению схема упрощается, и нет необходимости в дополнительном генераторе. Ложных срабатываний (например, от лучей солнечного спектра) при испытаниях устройства не зафиксировано. Однако в случае их появления необходимо обернуть рабочую поверхность приемного фотодиода кусочком засвеченной фотопленки или надеть на нее полихлорвиниловую темную трубку. Чувствительность приёмного узла можно уменьшить и электрическим способом - для этого нужно включить параллельно VD1 шунтирующий резистор сопротивлением 1 МОм. В устройстве, кроме указанных на схеме элементов, могут быть использованы и другие, близкие по электрическим характеристикам. Вместо ОУ К140УД6 можно применить КР140УД6, КР140УД608, КР140УД7, КР140УД708, КР140УД120, КР140УД1201. Фотодиод VD1 заменяют на ФД24-К, ФД7-К, ФД8-К, FIL-3C, SEP8703-1. Кремниевые фотодиоды более чувствительны к инфракрасному излучению, чем к излучению видимого человеком светового спектра, поэтому фотографы знают и рекомендуют использовать соответствующий светофильтр, надеваемый на фотодиод. Для других устройств хороших результатов достигают, применяя фотодиоды на основе арсенида-фосфида-галлия. Такой материал характеризуется высокой чувствительностью к излучению видимого спектра и сравнительно низкой к ИК-лучам. ИК-излучающие диоды HL1 - HL3 выбирают с максимально возможной мощностью излучения. Их можно заменить на АЛ107А (60 мВ), АЛ107Б, АЛ108А, АЛ119А, АЛ123А, АЛ123Б, RS276-143. Диоды VD2, VD3 - любые из серии КД521, КД522, Д2, Д9, КД101, КД102. Транзисторы VT1 - серии КТ312А - КТ312В, КТ315А - КТ315Д, КТ342, КТ373, КТ3102, КТ503 с любым буквенным индексом. VT2, VT4 - серии КТ603, КТ608, КТ605, КТ940 - все с любым буквенным индексом. Однопереходный транзистор VT3 - любой из серии КТ117А - КТ117Г. Не­полярные конденсаторы С6, С7 типа KM, КТ4-23. Все оксидные конденсаторы - типа К50-24, К50-35. Постоянные резисторы - типа МЛТ-0,25. Переменный резистор R4 - типа СПО-1, СПЗ-19. Включатель питания - П1М9-1Т или любой подходящий. Он выводится на доску приборов в автомобиле. Вместо излучателя НА1 можно применить любой другой со встроенным генератором, например RPI-2313 PIN, RPI-451-L и аналогичные. Элементы устройства монтируют на экспериментальной плате из листового стеклотекстолита. Соединения выводов выполняют проводом МГТФ-0,8.

Книга: Новаторские решения в электронике