Автор: Anbyc

Несколько датчиков движения своими руками

Несколько датчиков движения своими руками.

В этой статье мы начнем путь от самых легких и примитивных схем и закончим более сложными и интересными решениями, но сначала небольшое предисловие.

Если вы читаете эту статью в надежде найти в ней схемы инфракрасных датчиков движения или схемы датчиков, которые достаточно сложно собрать в домашних условиях, то это статья не для вас. Но если вы решили развить свой кругозор и ваш выбор пал на изучение принципов работы датчиков движения, то это статья подходит вам как нельзя лучше.

Самый простой датчик движения который можно придумать – это датчик с применением проволочного резистора, или, как их правильно называть, потенциометрические резистивные преобразователи. Стоит сделать небольшую оговорку, что это не совсем датчик движения, а скорее датчик перемещения и попал в статью лишь благодаря своей простоте.

Предположим, на необходимо зафиксировать линейное передвижение малогабаритного объекта из точки А в точку Б. Тут нам и понадобиться подобный датчик, поскольку применение более сложных датчиков для таких целей просто нецелесообразно.

Рисунок 1:

Как видите все весьма просто, наш объект соединен с движком, который в свою очередь перемещается по резистору, изменяя напряжение на вольтметре. Было бы не совсем справедливо с моей стороны умолчать тот факт, что конструкция, показанная выше, не совсем рабочая. Проблема в том что преобразование линейного перемещения в напряжение происходит не по линейному закону, так как обычно эти датчики подключены к какой – нибудь нагрузке (в этой схеме вместо вольтметра). Но в схеме, показанной на рисунке 2, этот недостаток устранен.

Рисунок 2:

Назначение элементов:
GB1 – источник питания.
R1 – проволочный резистор.
R2 – резистор, который шунтирует верхние плече потенциометра. Зачем? Это вы увидите на рисунке 3.
R3 – сопротивление нагрузки, в качестве нагрузки сюда можно подключить любой тип индикации, начиная с обычных лампочек и заканчивая схемами, способными воспроизводить звуковой сигнал.
V – сюда можно подключить вольтметр.

Рисунок 3:

Красной линией показана кривая преобразования движения в напряжение, если в схеме нет R2. А зеленой, почти прямой линией, показано преобразование с R2.

Теперь обсудим достоинства и недостатки таких датчиков.
+ Сравнительно простые в исполнение.
+ Достаточно точные.

- Требуют небольшой отладки перед использованием. Заключается эта отладка в снятии графика как на рисунке 3 для того, что бы определить качество датчика.

Датчики движения с применением фотоэлементов.

Здесь уже предстоит более сложная, но и интересная работа. Мы пойдем по наиболее простому пути, и для сборки такого датчика придется раздобыть фототранзистор. Его можно спокойно приобрести в магазине или сделать самому, так как это достаточно не сложно. Возьмите транзистор, который имеет корпус как на рисунке 4.

Рисунок 4:

Отпилите верхнею часть корпуса так, что бы на верху образовалось своего рода окно или отделите корпус так, что бы открыть весь кристалл (рисунок 5).

Рисунок 5:

В этом случаи, если на транзистор попадет свет, он будет работать как фототранзистор, но возможно в некоторых случаях будет менее чувствительный.

Теперь нам нужно собрать две достаточно простые схемы. Одна схема будет представлять собой источник света, а другая будет схемой фотоприемника. Начнем с конца.

Рисунок 6:

Назначение элементов:
VT1 – фототранзистор
R1 – резистор, выполняющий две функции: устанавливает рабочую точку и играет роль коллекторной нагрузки. К сожалению его номинал подбирается опытным путем, поэтому наберитесь терпения.
C1 – конденсатор, его назначение будет подробнее описано ниже.
DA1 – операционный усилитель с обратной связью.
R2 – резистор, на котором реализована обратная связь ОУ. Чем больше его наминал, тем больше коэффициент усиления, но стоит помнить: чем больше Кu, тем меньше устойчивость усилителя. Ищите золотую середину.

Схема работает следующим образом. Попадание света на VT1 можно принять за подачу небольшого постоянного напряжения на базу транзистора. Тогда, после попадания луча света на VT1, он откроется, конденсатор С1 зарядится, и в момент, когда свет перестанет падать на транзистор, начнет разряжаться, при этом напряжение в точке А начнет плавно уменьшаться. Отсюда следует, что оно упадет и на выходе. Тогда зачем операционный усилитель? Ведь можно обойтись и без него. Возьмем и сделаем выход не после ОУ, а из точки А. Можно и так, но операционный усилитель усиливает сигнал, снятый в точке А, что бы этот датчик можно было соединить с различными устройствами.

По сути дела, это обычный фотодатчик, можете подумать вы, и я буду вынужден согласиться, но только с одной оговоркой. До тех пор, пока мы не затемним транзистор (окно, пропиленное в крышке VT, надо закрыть темным пропускающим свет материалом, что бы уменьшить влияние обычного освещения) и не поставим напротив него источник света. Тогда у нас появиться оптическая связь, и до тех пор, пока кто то не перекроет луч света, напряжение на выходе второй части датчика не будет меняться. Но как только оптическая связь разорвана, напряжение на выходе почти мгновенно станет равно нулю благодаря операционному усилителю.

Что использовать в качестве излучателя решайте сами, можете поставить простой светодиод, но тогда расстояние до фотоприемника придется сильно сократить. Или поставить обычный красный лазер, сильно выиграв в расстоянии. Хотите, что бы датчик был незаметен? Поставьте ИК диоды.

Так же не забывайте, что на излучатель можно поставить линзу, которая будет фокусировать излучение.

Я не буду приводить схемы излучателя, так как вам достаточно вбить в поисковике фразу: ” Как включить светодиод” и вы получите миллионы схем.

Нам так же необходимо анализировать информацию, полученную с датчика. Для этого добавим к схеме один новый элемент – реле.

Все очень просто: обмотку реле соединяем с нашим входом, на один из контактов подаем напряжение, у меня это 12В. Другой заземляем, а на третий подключаем, например, радиоприемник, как на рисунке 7.

Рисунок 7:

Тогда, пока на датчик падает свет, цепь питания приемника соединена с корпусом и радио молчит, но когда свет не достигает VT1, реле срабатывает и замыкает цепь питания с 12В, рисунок 8.

Рисунок 8:

И тогда наш радиоприемник заработает, таким образом подав вам звуковой сигнал. Вместо радиоприемника может быть все что вам захочется, была бы фантазия.

Важно так же уточнить: если вы решите собрать эту схему и не знакомы с реле, ознакомьтесь с принципом работы и основными параметрами, это знание сильно облегчит настройку датчика.

Перед завершением статьи, пару слов о плюсах и минусах.
+ Простая схема.
+ Возможность анализировать состояния датчика, не переводя аналоговый сигнал в цифровой.
- Сложная система калибровки.

---

---