Датчик движения своими руками


Датчик движения своими руками

Датчик движения своими руками.

В статье рассказано о пиромодулях или датчиках движения (PIR Motion Sensor) и приведён пример их включения и использования в любительской конструкции.


Пролог

Выражаю благодарность Сергею Соколову за помощь в приобретении пиромодулей!


В связи с попыткой перейти от растворимого кофе к натуральному продукту – кофе в зёрнах, решил модернизировать электрокофеварку «ЭК-0,3».

Кофеварка «ЭК-0,3».

Дело в том, что данная допотопная модель кофеварки не умела автоматически выключаться по окончании приготовления ароматного напитка. А, памятуя о нескольких взорвавшихся электрочайниках без такой же автоматизации, предположил, что жизнь этой кофеварки тоже будет недолгой, если не предпринять никаких мер.

Сначала хотел было ограничиться термо-выключателем, который мог бы отключить кофеварку, когда температура корпуса превысит 110-120°С или, проще говоря, когда резервуар окажется обезвоженным. Но, это бы привело к перерасходу электроэнергии и перегреву корпуса кофеварки. Так что, решил использовать датчик движения, который бы отслеживал момент, когда кофе начнёт выливаться в кофейник.

Должен заметить, что мне очень понравились опыты с пиромодулями, и один из моих будущих проектов будет посвящён антивандальному датчику движения, который я собираюсь установить на лестничной клетке.


Что такое пиромодуль или PIR (motion) Sensor?

Пиростатический эффект.

Аббревиатура ПИР или PIR расшифровывается, как Passive Infra-Red или Пассивный Инфракрасный.


Пиромодуль, или PIR-sensor, это устройство преобразующее изменение интенсивности инфракрасного излучения в электрический ток. Работа пиромодуля основана на пиростатическом эффекте, который возникает в некоторых кристаллических материалах при изменении температуры. Изменение же температуры сенсора может быть вызвано инфракрасным излучением.

Так как изменение электрического поля кристаллических диэлектриков компенсируется полем свободных электрических зарядов, то зарегистрировать поле можно только при его изменении. Это замечательное свойство датчиков, построенных на основе пироэлектриков, позволяет отслеживать мизерные изменения интенсивности излучения, произошедшие за сравнительно короткие промежутки времени, тогда как плавно меняющаяся температура самого пиромодуля не оказывает влияние на результаты измерений.

Внешний вид пиромодулей «ПМ-4» и «D203S».

Для защиты от помех и других вредных воздействий, пиро-сенсор заключён в герметичный металлический корпус, который снабжён окошком. Окошко закрыто инфракрасным режекторным фильтром, пропускающим свет в узком диапазоне излучения, горб спeктральной характеристики которого находится в районе 10мкм (1*104нм). На картинке изображены пиромодули: советский «ПМ-4» и импортный «D203S».


Схема включения и распиновка импортного пиромодуля PIR D203S.

В импортных пиромодулях за инфракрасным фильтром расположен не только сам пиро-сенсор, но и усилитель на малошумящем униполярном (полевом) транзисторе. На картинке схема включения и цоколёвка пиромодуля иностранного производства «PIR D203S».


Схема включения и распиновка советского пиромодуля «МП-4».

Для подключения пиромодулей советского производства, полевой транзистор требовалось устанавливать дополнительно. На картинке схема включения и распиновка пиромодуля «ПМ-4» советского производства.


Тепловые головки самонаведения (Heatseeker).


Когда-то пиромодули были секретной разработкой военно-промышленного комплекса и устанавливались в ТГС Тепловые Головки Самонаведения (Heatseeker) ракет и другие боевые устройства.


Датчик движения «Feron LX20/SEN5», управляющий освещением.

Но, сейчас, пиромодули широко используются и в гражданской технике. В основном, они применяются в качестве детекторов движения систем сигнализации и управления освещением. На картинке один из таких датчиков «Feron LX20/SEN5», предназначенный для управления освещением.



Техническое задание для блока управления кофеваркой

Техническое задание состоит всего из двух пунктов.

1. Полное обесточивание кофеварки сразу после того, как кофе начнёт вытекать в кофейник. Тепловой энергии, накопленной корпусом достаточно, чтобы процесс был успешно завершён.

2. Аварийное отключение кофеварки при превышении температуры 120°С. Это, чтобы кофеварка не перегорела, если в резервуаре включённой кофеварки не окажется воды.


Схема блока управления кофеваркой

Блок-схема системы управления кофеваркой.

Конструирование блока управления кофеваркой начал с того, что нарисовал вот такую блок-схему.

Как видите, сигналы от датчика движения и температуры поступают в «Блок управления», который в нужный момент отключает электромагнитное реле. Последнее отключает от сети не только нагревательный элемент, но и блок питания, то есть, всю кофеварку.


Полная электрическая схема блока управления кофеваркой.

А это уже электрическая схема блока управления. Назначение элементов схемы следующее.


ПМ-4 пиромодуль (не содержит встроенного усилителя).

VT1 усиливает сигнал пиромодуля.

DA1-1-DA1-2 корректирующий усилитель сигнала пиромодуля.

VD1 датчик температуры на основе германиевого диода.

DA1-3 усилитель сигнала датчика температуры.

DA1-4 стабилизатор виртуальной земли.

VS1 пороговый элемент, блокирующий питание реле Р1.

VT2 реле задержки. Предотвращает отключение кофеварки во время переходных процессов, возникающих в схеме усилителя датчика движения, после подачи питания.

Z1 стабилизатор напряжения 12 Вольт.

Z2 стабилизатор напряжения 8 Вольт.


Конструкция и детали

Чертёж печатной платы.


Все детали конструкции, кроме датчика температуры, собраны на печатной плате размером 45х85мм.


Печатная плата блока управления кофеваркой в сборе.


Печатная плата блока управления кофеваркой в сборе.


Датчик температуры.


Датчик температуры выполнен на основе германиевого диода, который вставлен в крепление, изготовленное из жести от консервной банки.


Крепление датчика температуры к корпусу кофеварки.


Закреплён термодатчик на корпусе кофеварки с помощью силиконового герметика. Между жестяным кронштейном и корпусом нанесена небольшая капля термопасты КПТ-8. Подключение датчика осуществлено с помощью провода МГТФ во фторопластовой изоляции.


Доработка кофеварки.


Вся слесарная доработка свелась к сверлению всего двух отверстий в подставке кофеварки.


Монтаж блока управления на корпусе кофеварки.


Через эти отверстия были проложены два провода питания, один провод управления нагрузкой и два провода термодатчика. Как видите, ремонтопригодность блока управления обеспечена.


Блок управления, установленный на кофеварку.

Для защиты глазка пиромодуля была использована пластинка полипропилена, которую я отрезал от поршня одноразового шприца.

Интересно, что узкий спектр инфракрасного излучения, в котором работает пиромодуль, блокируется обычным стеклом и плексигласом, хотя пропускается многими типами пластмасс, включая капрон (полиэтилен), полипропилен и др.





А вот как это работает. Видеоролик в разрешении HD (1280x720px).



Дополнительные материалы

Скачать инструкцю по эксплуатации. Кофеварка ЭК-0,3 ТУ16-539.149-68 (1,8МБ).

Электрическая схема и перечень элементов советского датчика движения для систем сигнализации типа «Извещатель ИОП 409-1» или «Фотон-1».

Схема датчика «Извещатель ИОП 409-1» («Фотон-1»).

Скачать электрическую схему датчика «Извещатель ИОП 409-1» («Фотон-1»).


Перечень элементов датчика.

Скачать перечень элементов датчика «Извещатель ИОП 409-1» («Фотон-1»).


Схема и перечень элементов блока питания «ИОП 409-1» («Фотон-1»).

Скачать схему и перечень элементов блока питания «ИОП 409-1» («Фотон-1»).


Схема импортного датчика движения.

Скачать схему импортного датчика движения.




Нашли ошибку в тексте?Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо за помощь!

Комментарии (32)

Страниц: « 1 2 3 [4] Показать все

adminОктябрь 6th, 2016 at 17:33

Сергей, теперь понял. Я думал, что вы нашли датчик, у которого в одном корпусе два независимых датчика и напряжения которых можно сравнивать. Я не видел таких датчиков и такого схемного решения.

Для данной же схемы, количество датчиков непринципиально. На выходе, мы всё равно будем иметь некоторую постоянную составляющую, которую придётся отсекать, чтобы можно было работать с переменной составляющей, причём в определённом диапазоне частот, генерируемых движущимся человеком. То есть, что внутри «чёрного ящика», большого значения не имеет. Датчик будет работать даже с несфокусированным ИК светом, что я и использовал в «антивандальном датчике». Или, говоря иначе, достаточно изменить температуру объекта перед датчиком с некоторой скоростью и он отреагирует, хотя на оба датчика внутри корпуса будет попадать один и тот же уровень ИК излучения.

Глубоко в физику работы этих датчиков я не вдавался. Но, смею предположить, что два сенсора внутри датчика используются для какой-нибудь компенсации дрейфа или других флуктуаций.

СергейОктябрь 8th, 2016 at 01:44

там один датчик дает положительный полупериод, а второй — отрицательный. Но суть не в этом, импортные датчики действительно, черные ящики. Я думал что советский тоже имеет несколько кристаллов пироелектриков и каждый имеет вывод на ноги.

Страниц: « 1 2 3 [4] Показать все

Оставить комментарий

Загрузка...
Загрузка...