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.

Самые интересные ролики на Youtube

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».

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?

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.

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».

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».

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

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

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

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.

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

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

Печатная плата блока управления кофеваркой в сборе.

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

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.

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

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

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».

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

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

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

Скачать схему импортного датчика движения.