Senzori de mișcare - incredibili lucru convenabil, care vă permite să controlați lumina din cameră sau să controlați deschiderea și închiderea ușilor și vă poate anunța și despre oaspeții nedoriți. În acest articol vă vom spune cum să faceți un senzor de mișcare cu propriile mâini acasă și să priviți zona aplicație posibilă datele dispozitivului.
Pe scurt despre senzori
Una dintre cele mai tipuri simple senzori - întrerupător de limită sau buton de auto-resetare (fără fixare).
Este instalat în apropierea ușii și reacționează la deschiderea și închiderea acesteia. Folosind un circuit simplu, acest dispozitiv aprinde lumina din frigider. Poate fi dotat cu o camera de depozitare sau vestibul de hol, o usa la intrare, o camera de serviciu Iluminare de fundal cu LED, utilizați acest comutator ca o alarmă care vă va anunța când ușa este deschisă sau închisă. Dezavantajele designului pot fi dificultăți în instalare și uneori aspect neprezentabil.
Dispozitivele bazate pe magneți pot fi văzute pe ușile și ferestrele obiectelor protejate. Principiul lor de funcționare este foarte asemănător cu cel al unui buton. Un comutator lamelă poate deschide sau conecta contacte atunci când este adus la el un magnet convențional. Astfel, comutatorul în sine este instalat pe ușă, iar magnetul este atârnat pe ușă. Acest design arată îngrijit și este folosit mai des decât un buton obișnuit. Lipsa dispozitivelor pentru aplicații foarte specializate. Nu sunt potrivite pentru monitorizarea zonelor deschise, pătratelor și pasajelor.
Pentru pasajele deschise, există dispozitive care răspund la schimbări în mediu inconjurator. Acestea includ fotorelee, capacitive (senzori de câmp), termice (PIR), relee de sunet. Pentru a înregistra intersecția unei anumite zone, a controla un obstacol sau prezența mișcării unui obiect în zona de suprapunere, se folosesc dispozitive foto sau ecou sonor.
Principiul de funcționare al unor astfel de senzori se bazează pe formarea unui impuls și înregistrarea acestuia după reflectarea unui obiect. Când un obiect intră într-o astfel de zonă, caracteristica semnalului reflectat se modifică, iar detectorul generează un semnal de control la ieșire.
Pentru claritate, este prezentată o diagramă schematică a funcționării unui releu foto și a unui releu de sunet:
LED-urile cu infraroșu sunt folosite ca dispozitiv de transmisie în senzorii optici, iar fototranzistoarele sunt folosite ca receptor. Senzori de sunet Aceștia funcționează în intervalul de ultrasunete, așa că funcționarea lor pare silențioasă urechilor noastre, dar fiecare dintre ele conține un mic emițător și un catcher.
De exemplu, este grozav să echipați o oglindă iluminată din spate cu un detector de mișcare. Iluminatul se va aprinde numai în momentul în care o persoană se află direct lângă el. Nu vrei să-ți faci unul singur?
Scheme de asamblare
Cuptor cu microunde
Pentru a controla spațiile deschise și a monitoriza prezența obiectelor în zona dorită, există un releu capacitiv. Principiul de funcționare a acestui dispozitiv constă în măsurarea cantității de absorbție a undelor radio. Toată lumea a observat sau a participat la acest efect atunci când, apropiindu-se de un receptor radio care funcționează, frecvența pe care operează se pierde și apar interferențe.
Să vorbim despre cum să faci un senzor de mișcare de tip microunde. Inima acestui detector este un generator de microunde radio și o antenă specială. 
Pe aceasta diagramă schematică prezintă o modalitate simplă de a realiza un senzor de mișcare cu microunde. Tranzistorul VT1 este un generator de înaltă frecvență și, de asemenea, un receptor radio. Dioda detector redresează tensiunea prin aplicarea unei polarizări la baza tranzistorului VT2. Înfășurările transformatorului T1 sunt reglate la frecvențe diferite. În starea inițială, când antena nu este afectată de capacitatea externă, amplitudinile semnalelor sunt compensate reciproc și nu există tensiune pe detectorul VD1. Când frecvența se modifică, amplitudinile lor sunt adăugate și detectate de o diodă. Tranzistorul VT2 începe să se deschidă. Ca comparator pentru procesarea clară a stărilor „pornit” și „oprit”, este utilizat tiristorul VS1, care controlează un releu de putere de 12 volți.
Mai jos este o diagramă eficientă a unui releu de prezență folosind componente disponibile, care vă va ajuta să asamblați un detector de mișcare cu propriile mâini sau pur și simplu vă va fi utilă pentru a vă familiariza cu dispozitivul.
Termic
Thermal IR (PIR) este cel mai comun dispozitiv cu senzori din sectorul de afaceri. Acest lucru se explică prin componente ieftine, o schemă simplă de asamblare, absența unor setări complexe suplimentare și o gamă largă de temperatură de funcționare.
Aparatul finit poate fi achiziționat de la orice magazin de produse electrice. Adesea, acest senzor este echipat cu lămpi, dispozitive de alarmă și alte controlere. Cu toate acestea, acum vă vom spune cum să faceți un senzor de mișcare termic acasă. Schemă simplă pentru a repeta arata cam asa: 
Un senzor termic special B1 și un element foto VD1 alcătuiesc un complex de control automat al luminii. Dispozitivul începe să funcționeze abia după amurg; pragul de răspuns poate fi setat cu rezistența R2. Senzorul conectează sarcina atunci când o persoană în mișcare intră în zona de control. Timpul temporizatorului încorporat pentru oprire poate fi setat folosind regulatorul R5.
Modul de casă pentru Arduino
Un senzor ieftin poate fi realizat din plăci speciale gata făcute pentru un designer radio. Astfel poți obține un dispozitiv destul de miniatural. Pentru asamblare vom avea nevoie de un modul senzor de mișcare pentru microcontrolere Arduino și un modul de releu cu un singur canal.
Fiecare placă are un conector cu trei pini, VCC +5 volți, GND -5 volți, ieșire OUT pe detector și intrare IN pe placa releului. Pentru a crea un dispozitiv cu propriile mâini, trebuie să furnizați 5 volți (plus și minus) plăcilor de la sursa de alimentare, de exemplu, de la un încărcător de telefon, și conectați împreună. Conexiunile pot fi realizate folosind conectori, dar va fi mai sigur să lipiți totul. Puteți urma diagrama de mai jos. Un tranzistor miniatural, de regulă, este deja încorporat în modulul de releu, deci nu este nevoie să îl instalați suplimentar.
Când o persoană se mișcă, modulul trimite un semnal către releu și acesta se deschide. Rețineți că există relee de nivel înalt și scăzut. Trebuie selectat pe baza semnalului pe care îl produce senzorul la ieșire. Detectorul finit poate fi plasat într-o carcasă și mascat în interior in locul potrivit. În plus, vă recomandăm să vizionați videoclipuri care demonstrează clar instrucțiunile pentru asamblarea senzorilor de mișcare de casă acasă. Dacă mai aveți întrebări, le puteți adresa oricând în comentarii.
Astăzi nu vei surprinde pe nimeni cu scopuri și eficiență diferite. dispozitive electronice avertismente preventive care anunță oamenii sau pornesc alarma de securitate cu mult înainte de contactul direct al unui oaspete nedorit cu o graniță (teritoriu) protejată. Multe dintre aceste noduri descrise în literatură, de exemplu în, potrivit autorului, sunt interesante, dar complicate.
Spre deosebire de ei, un simplu circuit electronic senzor capacitiv fără contact (Fig. 2.2), pe care chiar și un radioamator începător îl poate asambla. Dispozitivul are o sensibilitate mare de intrare, ceea ce îi permite să fie folosit pentru a avertiza că o persoană se apropie de senzorul E1.
Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe schimbarea capacității dintre senzorul-antena E1 și „împământare” (fir comun: tot ceea ce corespunde buclei de masă - în în acest caz, acestea sunt podeaua și pereții camerei). Când o persoană se apropie, această capacitate se modifică semnificativ, ceea ce este suficient pentru a declanșa microcircuitul K561TL1.
Orez. 2.2. Schema electrica senzor capacitiv fără contact
Designul se bazează pe două elemente ale microcircuitului K561TL1 (DD1), conectate ca invertoare. Acest microcircuit conține patru elemente de același tip cu funcție 2I-NOT cu declanșatoare Schmitt cu histerezis (întârziere) la intrare și inversare la ieșire.
Utilizarea microcircuitului K561TL1 se datorează consumului scăzut de curent, imunității ridicate la zgomot (până la 45% din nivelul tensiunii de alimentare), funcționării într-o gamă largă de tensiune de alimentare (în intervalul 3-15 V), protecției de intrare de la electricitate statică și excesul pe termen scurt al nivelurilor de intrare și multe alte avantaje care permit cipului să fie utilizat pe scară largă în proiecte de radio amatori fără a necesita precauții și protecție speciale.
În plus, microcircuitul K561TL1 vă permite să conectați elementele sale logice independente în paralel, ca elemente tampon, în urma cărora puterea semnalului de ieșire crește proporțional. Declanșatoarele Schmitt sunt circuite bistabile care pot funcționa cu semnale de intrare care cresc încet, inclusiv cele care conțin zgomot. În același timp, muchiile ascuțite ale impulsurilor care asigură ieșirea pot fi transmise la nodurile ulterioare ale circuitului pentru cuplarea cu alte elemente cheie și microcircuite. Microcircuitul K561TL (precum și K561TL2) poate selecta un semnal de control (inclusiv digital) pentru alte dispozitive dintr-un impuls de intrare analogic sau fuzzy.
Analogul străin al lui K561TL1 este CD4093B.
Schema de conectare a invertorului este clasică, este descrisă în publicațiile de referință. Particularitatea dezvoltării prezentate constă în nuanțele sale de design. După pornirea alimentării, la intrarea elementului DD1.1 este prezentă o stare nedefinită apropiată de un nivel logic scăzut. La ieșirea DD1.1 - nivel inalt, ieșirea DD1.2 este din nou scăzută. Tranzistorul VT1 este închis. Capsula piezoelectrică HAI (cu generator intern 34) nu este activă.
O antenă este conectată la senzorul E1 - o antenă telescopică a mașinii va face. Când o persoană se află lângă antenă, capacitatea dintre pinul antenei și podea se schimbă. Acest lucru face ca elementele DD1.1, DD1.2 să treacă în starea opusă. Pentru a comuta nodul, o persoană de înălțime medie trebuie să fie (mers) lângă o antenă de 35 cm lungime la o distanță de până la 1,5 m. La pinul 4 al microcircuitului apare un nivel de tensiune ridicat, în urma căruia tranzistorul VT1 se deschide și capsula HA1 sună.
Prin selectarea capacității condensatorului C1, puteți schimba modul de funcționare al elementelor de microcircuit. Deci, atunci când capacitatea C1 este redusă la 82-120 pF, nodul funcționează diferit. Acum semnal sonor Sună numai în timp ce intrarea DD1.1 este afectată de interferența tensiunii AC - atingere umană.
Circuitul electric (Fig. 2.2) poate fi, de asemenea, utilizat ca bază pentru un senzor tactil de declanșare. Pentru a face acest lucru, eliminați rezistența constantă R1, firul ecranat, iar senzorul este microcircuit contactele 1 și 2.
Un fir ecranat este conectat în serie cu R1 (cablu RK-50, RK-75, fir ecranat pentru semnale AF - toate tipurile sunt potrivite) 1-1,5 m lungime, ecranul este conectat la firul comun, miezul central la capătul este conectat la pinul antenei.
Dacă sunt respectate recomandările specificate și sunt utilizate tipurile și evaluările elementelor indicate în diagramă, unitatea generează un semnal sonor cu o frecvență de aproximativ 1 kHz (în funcție de tipul de capsulă HA1) atunci când o persoană se apropie de pinul antenei la o distanta de 1,5-1 m. Nu exista efect de declansare. De îndată ce obiectul se îndepărtează de antenă, senzorul intră în modul de securitate (standby).
Experimentul a fost efectuat și cu animale - o pisică și un câine: nodul nu reacționează la apropierea lor de senzorul antenei.
Capacitățile dispozitivului cu greu pot fi supraestimate. In varianta autorului se monteaza langa cadru de ușă; Ușa de la intrare este metalică.
Volumul semnalului AF emis de capsula HA1 este suficient pentru a-l auzi într-o loggie închisă (este comparabil cu volumul unui sonerie de apartament).
Alimentarea este stabilizată, cu o tensiune de 9-15 V, cu o bună filtrare a tensiunii de ondulare la ieșire. Consumul de curent este neglijabil în modul standby (mai mulți microamperi) și crește la 22-28 mA când emițătorul HA1 funcționează activ. O sursă fără transformator nu poate fi utilizată din cauza probabilității de deteriorare soc electric. Condensatorul de oxid C2 acționează ca un filtru suplimentar de alimentare, tipul său este K50-35 sau similar, pentru o tensiune de funcționare nu mai mică decât tensiunea sursei de alimentare.
În timpul funcționării unității, au fost dezvăluite caracteristici interesante. Tensiunea de alimentare a nodului afectează funcționarea acestuia: atunci când tensiunea de alimentare crește la 15 V, ca senzor se folosește doar un fir de cupru electric neecranat obișnuit cu o secțiune transversală de 1-2 mm și o lungime de 1 m. antenă; În acest caz, nu este nevoie de ecran sau rezistor R1; firul electric de cupru este conectat direct la pinii 1 și 2 ai elementului DD1.1. Efectul este similar. Când se schimbă fazatul ștecherului de alimentare, nodul își pierde în mod catastrofal sensibilitatea și poate funcționa doar ca senzor (reacționează la atingerea E1). Acest lucru este valabil pentru orice valoare a tensiunii de alimentare în intervalul 9-15 V. Evident, al doilea scop al acestui circuit este un senzor obișnuit (sau senzor-declanșator).
Aceste nuanțe ar trebui luate în considerare la repetarea dispozitivului. Cu toate acestea, dacă este conectat corect așa cum este descris aici, se obține o componentă importantă alarmă anti-efracție, asigurând siguranța locuinței, avertizând proprietarii chiar înainte de apariția unei situații de urgență.
Elementele sunt montate compact pe o placă din fibră de sticlă. Carcasa dispozitivului este orice material dielectric (neconductor). Pentru controlul sursei de alimentare, dispozitivul poate fi echipat cu un LED indicator conectat în paralel cu sursa de alimentare.
Nu este necesară nicio ajustare dacă recomandările sunt respectate cu strictețe. Dacă experimentați lungimea cablului de ecranare, lungimea și aria antenei senzorului E1 și modificați tensiunea de alimentare, poate fi necesar să ajustați rezistența rezistorului R1 într-un interval larg - de la 0,1 la 100 MOhm. Pentru a reduce sensibilitatea, creșteți capacitatea condensatorului C1. Dacă acest lucru nu aduce rezultate, un rezistor constant cu o rezistență de 5-10 MOhm este conectat în paralel cu C1.
Orez. 2.3. Senzor capacitiv
Condensatorul nepolar C1 este de tip KM6. Rezistor fix R2—MLT-0,25. Rezistorul R1 - tip BC-0.5, BC-1. Tranzistorul VT1 este necesar pentru a amplifica semnalul de la ieșirea elementului DD1.2. Fără acest tranzistor, capsula HA1 nu sună tare. Tranzistorul VT1 poate fi înlocuit cu KT503, KT940, KT603, KT801 cu orice index de litere.
Capsula emițător HA1 poate fi înlocuită cu una similară cu un generator încorporat 34 și un curent de funcționare de cel mult 50 mA, de exemplu FMQ-2015B, KRKH-1212V și similare.
Datorită utilizării unei capsule cu generator încorporat, unitatea prezintă un efect interesant: atunci când o persoană se apropie de senzorul-antena E1 îndeaproape, sunetul capsulei este monoton și când persoana se îndepărtează (sau se apropie de persoană, începând de la o distanță de 1,5 m până la E1), capsula produce un sunet intermitent stabil în conformitate cu modificarea nivelului potențial la ieșirea elementului DD1.2. (Un efect similar a stat la baza primului electronic instrument muzical- „Theremin”.)
Pentru o înțelegere mai completă a proprietăților unui senzor capacitiv, autorul recomandă să vă familiarizați cu materialul.
Dacă o capsulă cu un generator AF încorporat, de exemplu KRI-4332-12, este utilizată ca HA1, atunci când o persoană este relativ departe de antena senzorului, sunetul va semăna cu o sirenă și, la apropierea maximă, un semnal intermitent.
Unele dintre dezavantajele dispozitivului pot fi considerate lipsa selectivității (sistemul de recunoaștere „prieten/dușman”), astfel încât nodul va semnala apropierea oricărei persoane de E1, inclusiv proprietarul apartamentului care a ieșit la cumpara paine. Baza funcționării dispozitivului este interferența electrică și modificările capacității, care sunt cele mai utile atunci când sunt utilizate în zone rezidențiale mari cu o rețea dezvoltată de comunicații electrice; Evident, aparatul va fi inutil în pădure, pe câmp și oriunde unde nu există comunicații electrice.
Scheme Kashkarov A.P. 500 pentru radioamatori. Senzori electronici.
Printre varietatea mare de modele capacitive, uneori poate fi dificil să alegeți cea mai potrivită opțiune de senzor capacitiv pentru un anumit caz. În multe publicații pe tema dispozitivelor capacitive, domeniul de aplicare și trăsături distinctive Proiectele propuse sunt descrise foarte pe scurt și radioamatorul adesea nu își poate da seama ce circuit de dispozitiv capacitiv ar trebui să fie preferat pentru repetare.
Acest articol descrie tipuri variate senzori capacitivi, lor caracteristici comparativeși recomandări pentru utilizarea practică cât mai rațională a fiecărui tip specific de structuri capacitive.
După cum se știe, senzorii capacitivi sunt capabili să răspundă la orice obiect și, în același timp, distanța lor de răspuns nu depinde de astfel de proprietăți ale suprafeței obiectului care se apropie, cum ar fi, de exemplu, dacă este cald sau rece ( spre deosebire de senzori infrarosu), precum și tare sau moale (spre deosebire de senzori ultrasonici mișcări). În plus, senzorii capacitivi pot detecta obiecte prin diverse „bariere” opace, de exemplu, pereții clădirilor, garduri masive, uși etc. Astfel de senzori pot fi folosiți atât în scopuri de securitate, cât și în uz casnic, de exemplu, pentru a aprinde iluminatul la intrarea într-o cameră; pentru deschiderea automată a ușii; în alarme de nivel de lichid etc.
Există mai multe tipuri de senzori capacitivi.
1. Senzori pe condensatori.
La senzorii de acest tip, semnalul de răspuns este generat folosind circuite condensatoare și modele similare pot fi împărțite în mai multe grupuri.
Cele mai simple dintre ele sunt circuite bazate pe divizoare capacitive.
În astfel de dispozitive, de exemplu, antena-senzor este conectat la ieșirea generatorului de lucru printr-un condensator de separare de capacitate mică, iar în punctul de conectare a antenei și a condensatorului de mai sus, se formează un potențial de funcționare, nivelul din care depinde de capacitatea antenei, în timp ce antena-senzor și separator Condensatorul formează un divizor capacitiv și atunci când orice obiect se apropie de antenă, potențialul în punctul de conectare a acesteia cu condensatorul de separare scade, ceea ce este un semnal pt. dispozitivul să funcționeze.
Există, de asemeneadiagrame peGeneratoare RC.În aceste modele, de exemplu, pentru a genera un semnal de răspuns, se folosește un generator RC, al cărui element de setare a frecvenței este un senzor-antenă, a cărui capacitate se modifică (crește) când orice obiect se apropie de el. Semnalul specificat de capacitatea antenei senzorului este apoi comparat cu semnalul de referință care vine de la ieșirea celui de-al doilea generator (de referință).
Senzori pe condensatori instalați.În astfel de dispozitive, de exemplu, două plăci metalice plate plasate în același plan sunt folosite ca antenă-senzor. Aceste plăci sunt plăcile unui condensator desfășurat și atunci când orice obiect se apropie, constanta dielectrică a mediului dintre plăci se modifică și, în consecință, capacitatea condensatorului de mai sus crește, ceea ce este un semnal pentru declanșarea senzorului.
Sunt cunoscute și dispozitivele, de exemplu, în care se folosesc o metodă de comparare a capacității unei antene cu capacitatea unui condensator exemplificativ (de referință)(link Rospatent).
în care, trăsătură caracteristică
senzori capacitivi pe condensatori este imunitatea lor scăzută la zgomot - intrările unor astfel de dispozitive nu conțin elemente care pot suprima efectiv influențele străine. Diverse capturi și interferențe radio primite de antenă creează o cantitate mare de zgomot și interferențe la intrarea dispozitivului, făcând astfel de modele insensibile la semnale slabe. Din acest motiv, raza de detectare a obiectelor senzorilor pe bază de condensator este mică; de exemplu, aceștia detectează apropierea unei persoane de la o distanță care nu depășește 10 - 15 cm.
În același timp, astfel de dispozitive pot fi foarte simple în proiectare (de exemplu) și nu este nevoie să folosiți părți de înfășurare - bobine, circuite etc., datorită cărora aceste modele sunt destul de convenabile și avansate din punct de vedere tehnologic la fabricare.
Zona de aplicare senzori capacitivi pe condensatori.
Aceste dispozitive pot fi utilizate acolo unde nu sunt necesare sensibilitate ridicată și imunitate la zgomot, de exemplu în detectoarele de contact cu metale. obiecte, senzori de nivel de lichid etc., precum și pentru radioamatorii începători care se familiarizează cu tehnologia capacitivă.
2.
Senzori capacitivi pe un circuit LC cu setarea frecvenței.
Dispozitivele de acest tip sunt mai puțin susceptibile la interferențe și interferențe radio în comparație cu senzorii bazați pe condensator.
Antenă cu senzor (de obicei placa metalica) este conectat (fie direct, fie printr-un condensator cu o capacitate de câteva zeci de pF) la circuitul LC de setare a frecvenței al generatorului RF. Când orice obiect se apropie, capacitatea antenei se modifică (crește) și, în consecință, capacitatea circuitului LC. Ca urmare, frecvența generatorului se modifică (descrește) și are loc funcționarea.
Particularități senzori capacitivi de acest tip.
1) Circuitul LC cu antena senzorului atașată la acesta face parte din generator, drept urmare interferența și interferența radio care afectează antena afectează și funcționarea acesteia: prin elementele pozitive părere Semnalele de interferență (în special cele pulsate) se scurg la intrarea elementului activ al generatorului și sunt amplificate în acesta, formând zgomot străin la ieșirea dispozitivului, ceea ce reduce sensibilitatea structurii la semnale slabe și creează riscul de fals. alarme.
2) Circuitul LC, care funcționează ca element de setare a frecvenței al generatorului, este puternic încărcat și are un factor de calitate redus, în urma căruia proprietățile selective ale circuitului sunt reduse și capacitatea sa de a-și modifica acordul atunci când antena modificările capacității sunt deteriorate, ceea ce reduce și mai mult sensibilitatea designului.
Caracteristicile menționate mai sus ale senzorilor de pe circuitul LC cu setarea frecvenței le limitează imunitatea la zgomot și domeniul de detectare a obiectelor; de exemplu, distanța de detectare a omului cu senzori de acest tip este de obicei de 20 - 30 cm.
Există mai multe varietăți și modificări de senzori capacitivi cu un circuit LC de setare a frecvenței.
1)
Senzori cu rezonator de cuarț.
În astfel de dispozitive, de exemplu, pentru a crește sensibilitatea și stabilitatea frecvenței generatorului, sunt introduse următoarele: un rezonator de cuarț și un transformator RF diferenţial, a cărui înfășurare primară este un element al circuitului de setare a frecvenței generator, iar cele două înfășurări secundare (identice) ale sale sunt elemente ale punții de măsurare la care este conectat o antenă-senzor conectată în serie cu un rezonator de cuarț, iar atunci când orice obiect se apropie de antenă, se generează un semnal de răspuns.
Sensibilitatea unor astfel de modele este mai mare în comparație cu senzorii convenționali pe un circuit LC cu setare de frecvență, cu toate acestea, acestea necesită fabricarea unui transformator HF diferenţial (în designul de mai sus, înfășurările sale sunt plasate pe un inel de dimensiune standard K10 × 6 × 2 din ferită M3000NM, în același timp, pentru a crește factorul de calitate, în inel este tăiat un spațiu de 0,9...1,1 mm lățime.
2)
Senzori cu aspiratieCircuit LC.
Aceste modele, de exemplu, sunt dispozitive capacitive în care, pentru a crește sensibilitatea, este introdus un circuit LC suplimentar (numit de aspirație), cuplat inductiv la circuitul de setare a frecvenței al generatorului și reglat în rezonanță cu acest circuit.
Senzorul de antenă, în acest caz, este conectat nu la circuitul de setare a frecvenței, ci la circuitul LC de aspirație menționat mai sus, care include un condensator de capacitate mică și un solenoid, a cărui inductanță este, în consecință, crescută. Deoarece Condensatorul de buclă, în acest caz, ar trebui să fie mic - la nivelul M33 - M75.
Datorită capacității mici a acestui circuit, capacitatea antenei senzorului devine comparabilă cu aceasta, din cauza căreia modificările capacității antenei au un impact semnificativ asupra setării circuitului LC de aspirație de mai sus, în timp ce amplitudinea oscilațiilor în frecvență -circuitul de setare al generatorului și, respectiv, este nivelul semnalului RF la ieșirea acestuia.
De asemenea, se poate observa că, în astfel de proiecte, conexiunea dintre antenă și circuitul de setare a frecvenței al generatorului nu este directă, ci inductivă, din cauza căreia influențele meteorologice și climatice asupra antenei nu pot avea un efect direct asupra funcționării sistemului. element activ al generatorului (tranzistor sau op-amp), care este proprietate pozitivă structuri similare.
Ca și în cazul senzorilor bazați pe un rezonator cu cuarț, creșterea sensibilității dispozitivelor capacitive cu un circuit LC de aspirație se realizează datorită unor complicații ale designului - în acest caz, este necesară fabricarea unui circuit LC suplimentar, inclusiv un inductor. cu un număr de spire de două ori mai mare (în - 100 de spire) în comparație cu bobina circuitului LC cu setarea frecvenței.
3)
Unii senzori capacitivi folosesc o metodă precummărirea dimensiunii antenei senzorului. În același timp, astfel de structuri își măresc și susceptibilitatea la interferențe electromagnetice și interferențe radio; din acest motiv, precum și din cauza volumului unor astfel de dispozitive (de exemplu, grila metalica 0,5 × 0,5 M), este recomandabil să utilizați aceste modele în afara orașului - în locuri cu un fundal electromagnetic slab și, de preferință, în afara spațiilor rezidențiale - astfel încât să nu existe interferențe din firele de rețea.
Dispozitive cu dimensiuni mari senzorii sunt cel mai bine utilizați în zone rurale pentru protecția terenurilor de grădină și a obiectelor de câmp.
Zona de aplicare senzori cu un circuit LC cu setarea frecvenței.
Astfel de dispozitive pot fi utilizate în diverse scopuri casnice (aprinderea luminilor etc.), precum și pentru detectarea oricăror obiecte în locuri cu un mediu electromagnetic liniștit, de exemplu în subsoluri(situați sub nivelul solului), precum și în afara orașului (în zonele rurale - în absența interferențelor radio - senzorii de acest tip pot detecta, de exemplu, apropierea unei persoane la o distanță de până la câteva zeci de cm ).
În condiții urbane, este recomandabil să folosiți aceste modele fie ca senzori tactili obiecte metalice, sau ca parte a acelor dispozitive de alarmă care, în cazul unor alarme false, nu provoacă mari inconveniente altora, de exemplu, în dispozitivele care includ un flux luminos descurajant și un semnal sonor scăzut.
3.
Senzori capacitivi diferențiali(dispozitive pe transformatoare diferențiale).
Astfel de senzori, de exemplu, diferă de modelele descrise mai sus prin faptul că au nu una, ci două antene cu senzori, ceea ce permite suprimarea (compensarea reciprocă) a influențelor meteorologice și climatice (temperatură, umiditate, zăpadă, îngheț, ploaie etc. ).
În acest caz, pentru a detecta apropierea obiectelor de oricare dintre antenele dispozitivului capacitiv, se folosește o punte LC de măsurare simetrică, care răspunde la modificările capacității dintre firul comun și antenă.
Aceste dispozitive funcționează după cum urmează.
Elementele sensibile ale senzorului - antene - sunt conectate la intrările de măsurare ale podului LC, iar tensiunea RF necesară pentru alimentarea podului este generată într-un transformator diferențial, a cărui înfășurare primară este alimentată cu un semnal de alimentare RF de la ieșirea generatorului RF (în - de dragul simplității, - bobina circuitului de setare a frecvenței al generatorului este, de asemenea, înfășurarea primară a transformatorului diferenţial).
Transformatorul de proiectare diferențială conține două înfășurări secundare identice, la capete opuse ale cărora este generată o tensiune RF alternativă antifază pentru a alimenta puntea LC.
În acest caz, la ieșirea punții, nu există tensiune RF, deoarece semnalele RF la ieșirea acesteia vor fi egale ca amplitudine și semn opus, datorită cărora va avea loc compensarea și suprimarea lor reciprocă (în puntea LC de măsurare, curenţii de funcţionare merg unul spre celălalt şi se compensează reciproc la ieşire).
În starea sa inițială, nu există semnal la ieșirea podului LC de măsurare; dacă un obiect se apropie de oricare dintre antene, capacitatea unuia sau altuia dintre brațul punții de măsurare crește, provocând un dezechilibru în echilibrarea acestuia, ca urmare din care compensarea reciprocă a semnalelor RF ale generatorului devine incompletă și apare un semnal de declanșare a dispozitivului la ieșirea podului LC.
În plus, dacă capacitatea crește (sau scade) pentru ambele antene simultan, atunci funcționarea nu are loc deoarece în acest caz, echilibrarea punții LC nu este perturbată și semnalele RF care curg în circuitul punții LC păstrează în continuare aceeași amplitudine și semne opuse.
Datorită proprietății de mai sus, dispozitivele bazate pe transformatoare diferențiale, precum și senzorii condensatorului diferențial descriși mai sus, sunt rezistente la intemperii și fluctuațiile climatice deoarece ele afectează ambele antene în mod egal și apoi se anulează reciproc și sunt suprimate. În acest caz, interferențele și interferențele radio nu sunt suprimate, doar influențele meteorologice și climatice sunt eliminate, prin urmare, senzorii diferențiali, precum senzorii de pe circuitul LC cu setarea frecvenței, experimentează periodic alarme false.
Antenele trebuie poziționate astfel încât atunci când un obiect se apropie, impactul asupra unuia dintre ele să fie mai mare decât asupra celuilalt.
Caracteristicile senzorilor diferenţial.
Raza de detecție a acestor dispozitive este puțin mai mare în comparație cu senzorii de pe un circuit LC cu setare de frecvență, dar senzorii diferențiali sunt mai complexi în proiectare și au un consum de curent crescut din cauza pierderilor din transformator, care are o eficiență limitată. În plus, astfel de dispozitive au o zonă de sensibilitate redusă între antene.
Zona de aplicare.
Senzorii cu transformator diferențial sunt destinati utilizării în condiţiile străzii. Aceste dispozitive pot fi utilizate în același loc cu senzorii de pe circuitul LC de setare a frecvenței, singura diferență fiind că pentru a instala un senzor diferențial este nevoie de spațiu pentru o a doua antenă.
4.
Senzori capacitivi rezonanți(brevet RF nr. 2419159; link Rospatent).
Dispozitive capacitive foarte sensibile - semnalul de răspuns în aceste modele este generat în circuitul LC de intrare, care se află într-o stare parțial dezacordată în raport cu semnalul de la generatorul RF de lucru, la care circuitul este conectat printr-un condensator mic ( element necesar rezistență în circuit).
Principiul de funcționare al unor astfel de structuri are două componente: prima este un circuit LC configurat corespunzător, iar al doilea este un element de rezistență prin care circuitul LC este conectat la ieșirea generatorului.
Datorită faptului că circuitul LC se află într-o stare de rezonanță parțială (la panta caracteristicii), rezistența sa în circuitul de semnal RF depinde puternic de capacitatea - atât a propriei sale, cât și a capacității antenei senzorului atașat la acesta. . Ca urmare, atunci când orice obiect se apropie de antenă, tensiunea RF de pe circuitul LC își schimbă semnificativ amplitudinea, care este un semnal pentru declanșarea dispozitivului.
În același timp, circuitul LC nu își pierde proprietățile selective și suprimă eficient (sunturile către carcasă) influențele străine provenite de la antena senzorului - interferențe și interferențe radio, asigurând un nivel ridicat de imunitate la zgomot al designului.
La senzorii capacitivi rezonanți, semnalul de funcționare de la ieșirea generatorului RF trebuie furnizat circuitului LC printr-o anumită rezistență, a cărei valoare trebuie să fie comparabilă cu rezistența circuitului LC la frecvența de funcționare, în caz contrar, atunci când obiectele se apropie. antena senzorului, tensiunea de funcționare Circuitul LC va răspunde foarte slab la modificările rezistenței circuitului LC din circuit (tensiunea RF a circuitului va repeta pur și simplu tensiunea de ieșire a generatorului).
Poate părea că un circuit LC care se află într-o stare de rezonanță parțială va fi instabil și va fi prea afectat de schimbările de temperatură. În realitate, - cu condiția să se folosească un condensator de buclă cu o valoare mică, adică. (M33 – M75) - circuitul este destul de stabil, inclusiv atunci când dispozitivul capacitiv funcționează în condiții de exterior. De exemplu, când temperatura se schimbă de la +25 la -12 grade. Tensiunea RF pe circuitul LC se modifică cu cel mult 6%.
În plus, în modelele capacitive rezonante, antena este conectată la circuitul LC printr-un condensator mic (nu este nevoie să utilizați o cuplare puternică în astfel de dispozitive), datorită căruia influențele meteorologice asupra antenei senzorului nu perturbă funcționarea Circuitul LC și tensiunea RF de funcționare rămâne practic neschimbată chiar și pe ploaie.
În ceea ce privește gama lor, senzorii capacitivi rezonanți sunt semnificativ (uneori de mai multe ori) superiori dispozitivelor bazate pe circuite LC cu setare a frecvenței și transformatoare diferențiale, detectând apropierea unei persoane la o distanță care depășește semnificativ 1 metru.
Cu toate acestea, modelele extrem de sensibile care utilizează principiul rezonant de funcționare au apărut doar recent - prima publicație pe această temă este articolul „Releu capacitiv” (revista „Radio” 2010 / 5, pp. 38, 39); In afara de asta, Informații suplimentare despre dispozitivele capacitive rezonante și modificările acestora este disponibil și pe site-ul web al autorului articolului de mai sus: http://sv6502.narod.ru/index.html.
Caracteristicile senzorilor capacitivi rezonanți.
1) La fabricarea unui senzor rezonant destinat utilizării în condiții de exterior, este necesară testarea obligatorie nod de intrare pentru stabilitatea termică, pentru care potențialul la ieșirea detectorului este măsurat la diferite temperaturi (pentru aceasta puteți folosi congelatorul unui frigider), detectorul trebuie să fie stabil termic (pe un tranzistor cu efect de câmp).
2) La senzorii capacitivi rezonanți, conexiunea dintre antenă și generatorul RF este slabă și, prin urmare, emisia de interferențe radio în aer pentru astfel de modele este foarte nesemnificativă - de câteva ori mai puțină în comparație cu alte tipuri de dispozitive capacitive.
Zona de aplicare.
Senzorii capacitivi rezonanți pot fi utilizați în mod eficient nu numai în mediul rural și în câmp, ci și în condiții urbane, abținându-se în același timp de la plasarea senzorilor în apropierea surselor puternice de semnal radio (stații radio, centre de televiziune etc.), în caz contrar, dispozitivele capacitive rezonante vor prezenta, de asemenea, false. declanșarea.
Senzorii rezonanți pot fi instalați și în imediata apropiere a altor dispozitive electronice - datorită nivelului scăzut de emisie de semnal radio și a imunitații ridicate la zgomot, structurile capacitive rezonante au o compatibilitate electromagnetică crescută cu alte dispozitive.
Nechaev I. „Releu capacitiv”, jurnal. „Radio” 1988 /1, p.33.
Erșov M. „Senzor capacitiv”, jurnal. „Radio” 2004 / 3, p. 41, 42.
Moskvin A. „Senzori capacitivi fără contact”, jurnal. „Radio” 2002/10,
p. 38, 39.
Galkov A., Khomutov O., Yakunin A.. „Sistem de securitate adaptativ capacitiv” Brevet RF Nr. 2297671 (C2), cu prioritate din 23 iunie 2005 – Buletinul „Invenții. Modele de utilitate”, 2007, nr. 11.
Savcenko V., Gribova L.„Senzor capacitiv fără contact cu cuarț
rezonator”, jurnal. „Radio” 2010 / 11, p. 27, 28.
„Releu capacitiv” - jurnal. „Radio” 1967/9, p. 61 (secția de străini
structuri).
Rubtsov V.„Dispozitiv de alarmă de securitate”, jurnal. „Radioamator” 1992 / 8, p. 26.
Gluzman I. „Releu de prezență”, jurnal. "Designer de modele" 1981 / 1,
p. 41, 42).
La ce trucuri apelează proprietarii pentru a-și proteja proprietatea! Pornind de la cele mai simple lacăte de mărimea caramida buna(în Nord au folosit chiar... capcane pentru lup!) la sisteme moderne de alarmă cu electronică sofisticată. Securitatea electronică se bazează adesea pe faptul că infractorul se va da cumva și va trimite informații despre aspectul său. Ar putea fi sunetul unor pași - „urechile” electronice vor reacționa instantaneu și vor da un semnal de pericol. Există sisteme de securitate care răspund la radiațiile umane, a căror compoziție spectrală diferă mult de fundalul principal. Dar criminalul nu doarme, încercând să rămână neobservat în timp ce își comite faptele murdare - apar costume speciale de camuflaj și tot felul de dispozitive ingenioase.
Între timp există absolut sistem fiabil protecţie. Este reglat pe un astfel de câmp fizic al unei persoane, pentru care natura însăși exclude posibilitatea oricăror obstacole. Acesta este câmpul gravitațional pe care îl are fiecare obiect care are masă. Gravitația este gravitația (atracția), interacțiunea universală între orice tip de materie fizică (materie obișnuită, orice câmp fizic), așa cum spune a treia lege a lui Isaac Newton.
Acest principiu a stat la baza dispozitivului faimosului inventator Sh. Lifshitz. Forțele gravitaționale sunt neglijabile. Să zicem că atracția reciprocă dintre două corpuri situate la o distanță de un metru unul de celălalt și cu fiecare masă de o tonă este de numai aproximativ 0,006 g. Ele pot fi observate doar cu ajutorul unor dispozitive voluminoase care se folosesc doar în planetarii. Aparatul lui Sh. Lifshitz este mic, compact, extrem de simplu de fabricat și ingenios, ca tot ce este ingenios. Baza sa este un vas transparent lipit împreună din plexiglas. În interior există un despărțitor care îl împarte simetric la jumătate din înălțime și iese afară. Două tuburi cu o secțiune transversală de 1 metru pătrat sunt montate pe ambele părți ale despărțitorului. mm. Pe lateralele vasului sunt două tuburi scurte cu robinete. Toate conexiunile dispozitivului sunt sigilate.
Vasul este așezat pe o masă sau pe o platformă fixă. În tuburile mici se introduce o picătură de lichid colorat. Ambele picături ar trebui să fie la același nivel. După aceasta, vasul este umplut cu apă prin tuburi scurte până la un nivel la care partea inferioară a peretelui este complet scufundată în lichid, iar un strat de aer de 2 - 3 mm rămâne înaintea capacului vasului. Robinetele sunt închise și dispozitivul este gata de utilizare. Dacă o persoană se apropie acum de unul dintre capete, o parte din lichid, sub influența forței gravitaționale, se va deplasa de la o jumătate a vasului la cealaltă - la cea de care s-a apropiat. Și deoarece mișcarea lichidului în părțile separate ale vasului este asociată cu mișcarea stratului de aer, picăturile colorate din tuburile mici se vor mișca și ele. Scoaterea unei persoane din dispozitiv va provoca efectul opus - deplasarea inversă a picăturilor. Există o demonstrație a efectului gravitației.
Dacă aduceți o greutate la dispozitiv, scăderea din capilarul stâng va crește, iar în dreapta va cădea
Acum poți ghici unde mergem cu asta? Trebuie doar să ne îmbunătățim ușor dispozitivul, astfel încât să dea automat un semnal atunci când o persoană se apropie de el. Există multe opțiuni aici. Picăturile în mișcare, colorate, pot bloca fasciculul de lumină și pot provoca fotocelula să declanșeze și să pornească sirena.
Privește imaginea și vei înțelege mai bine mecanismul de acțiune al unui astfel de gardian. Dispozitivul funcționează dacă este asigurat în spatele unei uși blindate seif sau în spatele unei uși groase perete de beton- nu există obstacole pentru gravitație. Cu alte cuvinte, asemănătoare dispozitiv de securitate cel mai de încredere.
Un astfel de dispozitiv va suna automat un semnal atunci când o persoană se apropie de el.
Astăzi, nimeni nu va fi surprins de dispozitivele electronice de avertizare care variază ca scop și eficacitate, care notifică sau pornesc alarma de securitate cu mult înainte de contactul direct al unui „oaspete” nedorit cu o graniță (teritoriu) protejată. Multe dintre aceste noduri descrise în literatură, după părerea mea, sunt interesante, dar prea complexe.
Spre deosebire de acestea, este propus un senzor capacitiv simplu fără contact (Fig. 4.11), care poate fi asamblat de un radioamator începător. Dispozitivul are numeroase avantaje, dintre care unul (sensibilitate mare de intrare) este folosit pentru a avertiza cu privire la apropierea oricărui obiect animat (de exemplu, o persoană) de senzorul E1.
Aplicarea practică a nodului este greu de supraestimat. În versiunea autorului, dispozitivul este montat lângă tocul ușii unui bloc de apartamente. Usa de intrare- metal. Volumul semnalului 34 emis de capsula ΗΑ1 este suficient pentru a fi auzit într-o logie închisă și este comparabil cu volumul soneriei unui apartament.
Sursa de alimentare este stabilizată, tensiune 9…15 V, cu o bună filtrare a tensiunii de ondulare la ieșire. Consumul de curent este neglijabil în modul standby (câțiva µA) și crește la 22...28 mA când emițătorul HA1 funcționează activ. O sursă fără transformator nu poate fi utilizată din cauza posibilității de șoc electric.
Toate acestea ar trebui luate în considerare la realizarea unității. Cu toate acestea, când conexiunea corectă este posibil să se creeze o parte importantă și stabilă a sistemului de alarmă de securitate, asigurând siguranța locuinței și avertizând proprietarii despre o situație de urgență chiar înainte ca aceasta să apară. Dispozitiv terminat prezentat în Fig. 4.12.
Orez. 4.12. Dispozitiv cu antenă auto sub formă de senzor capacitiv
Poate că, cu alte opțiuni pentru senzori și antene, nodul se va manifesta într-o calitate diferită. Dacă experimentați cu lungimea cablului de ecranare, lungimea și aria antenei senzorului E1 și tensiunea de alimentare a nodului, este posibil să fi necesar să ajustați HA1. Poate fi înlocuită cu o capsulă similară cu un generator încorporat 34 și un curent de funcționare de cel mult 50 mA, de exemplu: FMQ-2015B, KRKH-1212V și similar.
Datorită utilizării unei capsule cu generator încorporat, apare un efect interesant: atunci când o persoană se apropie de senzorul-antena E1, sunetul capsulei este monoton, iar când o persoană se îndepărtează (sau se apropie de o distanță de aproximativ 1,5 m de E1), capsula emite un sunet intermitent stabil în conformitate cu modificările nivelului potențialului la ieșirea elementului DD1.2.
Dacă o capsulă cu un generator de întrerupere încorporat 34, de exemplu KPI-4332-12, este utilizată ca HA1, sunetul va fi asemănător cu o sirenă la o distanță relativ mare a unei persoane de senzorul antenei și un semnal intermitent stabil la maximum abordare.
Un dezavantaj relativ al dispozitivului poate fi considerat lipsa selectivității „prieten/dușman”, deoarece nodul semnalează apropierea oricărei persoane de E1, inclusiv proprietarul apartamentului care a ieșit „să cumpere o pâine”. Baza funcționării unității este interferența electrică și modificările capacității. Un astfel de nod funcționează eficient numai în zone rezidențiale mari cu o rețea dezvoltată de comunicații electrice.
Este posibil ca un astfel de dispozitiv să fie inutil în pădure, pe câmp - oriunde unde nu există comunicații electrice ale rețelei de iluminat de 220 V. Aceasta este o caracteristică a dispozitivului.
Experimentând cu această unitate și microcircuit (chiar și atunci când este pornit ca standard), puteți câștiga o experiență neprețuită și reală, ușor de repetat, dar originală în esență și caracteristici funcționale dispozitive electronice.
Elemente de asamblare
Elementele sunt montate pe o placă din fibră de sticlă. Carcasa dispozitivului poate fi realizată din orice material dielectric.
Pentru a controla sursa de alimentare, dispozitivul poate fi echipat cu un LED indicator, care este conectat în paralel cu sursa de alimentare.
