Инфракрасный барьер своими руками

Простой инфракрасный барьер

В качестве сигнализатора нарушения шлейфа охраны может успешно послужить описанное ниже устройство, отличающееся от других аналогичных простотой и надежностью в эксплуатации. Стабильность работы данного электронного узла характеризуется целым годом беспрерывной круглосуточной эксплуатации в зимних (от -25°С) и летних (до +30°С) условиях. Весь этот период времени устройство было использовано для охраны лоджии от несанкционированного проникновения извне.

ИК сторож можно питать от стабилизированного источника напряжением от 9 до 15 В. Для стабилизации напряжения вполне подойдут широко распространенные микросхемы КР142ЕН8А—КР142ЕН8В. Потребляемый ток в дежурном режиме (при условии, что приемник и передатчик питаются от одного источника напряжения) — 25…30 мА. В тревожном режиме, когда нарушен шлейф охраны и включено реле, ток потребления составляет 50 мА. Максимальное расстояние от ИК излучателя до приемника — 9 м.

Устройство настолько просто, что повторить его способен радиолюбитель без опыта. Исполнительное устройство тревожной сигнализации не показано намеренно, т.к. недостатка в их описаниях в литературе нет.

В специализированных магазинах радиодеталей имеются в продаже готовые наборы отечественного и импортного производства для сборки подобных устройств. Можно купить систему «Инфракрасный барьер», обеспечивающую удаленность передатчика от приемника на расстояние до 50 м, однако стоимость таких наборов колеблется сегодня от 800 до 1500 руб. При этом следует учитывать, что все равно изготовлять корпус для устройства, производить монтаж и налаживание, собирать блок питания и монтировать кабели придется самому радиолюбителю. Предлагаемое здесь устройство более скромно по своим параметрам, зато затраты на его изготовление значительно ниже (около 100 руб.)

Излучатель и приемник монтируют на противоположных краях охраняемой зоны так, чтобы невидимый луч перекрывал место предполагаемого появления нарушителя. Нормальное состояние устройства — когда ИК луч беспрепятственно достигает чувствительной поверхности фототранзистора. При нарушении невидимого человеческим глазом инфракрасного луча включается устройство тревожной сигнализации. На одной стене лоджии закрепляется узел с излучающим ИК диодом, на противоположной стене — приемная часть устройства. Луч проходит на высоте 45…55 см над уровнем фасадной стены лоджии для того, чтобы исключить ложные срабатывания, например, от домашнего животного. Для уменьшения вредного воздействия внешней освещенности (в том числе от солнца) излучатель передатчика и фототранзистор приемника необходимо поместить в трубки длиной 15…20 см каждая. Для этой цели хорошо подходят отрезки дюралюминиевой лыжной палки. При последующем налаживании нужно будет совместить трубки с датчиками для точного улавливания ИК луча.

Для пояснения работы устройства ИК передатчика обратимся к его схеме на рис. 3.17. На транзисторах VT1 и VT2 собран несимметричный мультивибратор. Времязадающий конденсатор С1 определяет длительность импульсов мультивибратора. При увеличении его емкости частота импульсов уменьшается. Время- задающая цепь R1C1 определяет скважность импульсов. При подаче питания на элементы схемы передатчика транзисторы VT1 и VT2 будут периодически (в противофазе) открываться и закрываться, в соответствии с зарядом и разрядом конденсатора С1. Причем, когда открывается транзистор VT2, через излучающий диод HL1 течет постоянный ток, появляется инфракрасное излучение. Постоянный резистор R2 ограничивает ток через НИ. Существует зависимость импульсного прямого тока от длительности и скважности импульсов. В данном случае импульсы следуют с частотой более 10 кГц. Импульсный прямой ток через излучающий диод НИ примерно равен 18…20 мА. Параметры НИ таковы, что предельный постоянный ток в импульсном режиме не должен

Рис. 3.17. Электрическая схема ИК барьера, передатчик сигналов

превышать 0,8 А, постоянный прямой ток — 100 мА, максимальная мощность излучения рекомендуемого излучающего диода составляет не менее 60 мВт. Резистор R2 обеспечивает рабочий режим работы диода так, чтобы постоянное прямое напряжение, воздействующее на HL1, не превышало 2 В. Излучающий диод ИК спектра можно заменить на АЛ107Б (тогда мощность излучения уменьшится до 10 мВт) или АЛ115А. В последнем варианте ограничительный резистор R2 необходимо увеличить до 560 Ом. Поскольку расстояние между датчиками в данной охраняемой зоне невелико, такие замены оправданы.

Детали. Оксидный конденсатор С2 типа К50-20. Вместо транзистора КТ3102А можно применить КТ315А—Б, КТ375А—Б, КТ3102Б—Е. Транзистор КТ3107Б можно заменить на КТ3107А, КТ361А—Г. В налаживании передающий узел не нуждается.

Приемник (рис. 3.18) собран на основе микросхемы-таймера 555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Инфракрасные импульсы направлены в сторону фотоприемника, роль которого выполняет фототранзистор VT3. Этот транзистор имеет высокий коэффициент усиления по току. Чтобы этот обычный полупроводниковый прибор стал чувствителен к инфракрасным лучам, необходимо аккуратно спилить надфилем верхнюю часть корпуса (так, чтобы был виден кристалл) и расположить переделанный транзистор кристаллом в сторону излучателя ИК лучей. Хорошие результаты получаются, если применить в качестве фотодатчика фотодиод ФД-24К, однако, это достаточно дорогая замена. Чувствительность входа запуска микросхемы DA1 определяется

параметрами фототранзистора VT3 (И21э, ‘к max) и сопротивлением резистора R3 — чем оно выше, тем чувствительнее приемник.

DA1 включена по схеме детектора пропущенных импульсов. С нагрузки фототранзистора (резистора R3) последовательность импульсов проходит на вход запуска микросхемы DA1, на выходе которой — высокий уровень напряжения. Транзистор VT4 открыт, тринистор заперт, реле К1 обесточено. Рабочий цикл таймера (элементы R4R5C3 образуют цепь задержки выключения) постоянно прерывается поступающими на вход сброса (вывод 2) импульсами от ИК передатчика. Изменение частоты или пропуск импульса (что соответствует нарушению луча) вызывает нормальное завершение рабочего цикла таймера, т.е. после заряда конденсатора СЗ до уровня 2/3 ипит при отсутствии импульсов на входе на выходе таймера установится низкий уровень напряжения, о чем будет сигнализировать включение светодиода НИ. Вследствие этого транзистор VT4 закроется, а тринистор VS1 откроется, вызывая срабатывание реле К1. Контакты К1.1 реле К1 включают исполнительное устройство. Для стабильной работы узла необходимо, чтобы время задержки выключения, обусловленное значениями элементов R4R5C3, было немного больше, чем период ИК импульсов. От этого зависит функциональная чувствительность приемника — исполнительное устройство может войти в режим «тревога» после нарушения ИК луча лишь на единицы миллисекунд или только тогда, когда время нарушения превысит несколько секунд. При значениях элементов, показанных на схеме, чувствительность узла такова, что исполнительное устройство переходит в режим «тревога» при пролете в зоне охраны теннисного мячика. Время, необходимое для срабатывания исполнительного устройства при исчезновении входных импульсов можно изменять в широких пределах. Для уменьшения чувствительности сопротивление R6 необходимо увеличить, и, если этого окажется недостаточно, то и емкость конденсатора СЗ также нужно увеличить до 10 мкФ. Тогда СЗ заменяют на оксидный конденсатор типа К50-6. Он подключается плюсовым выводом к объединенным входам 6 и 7 (компаратора и разряда) микросхемы DA1.

После возобновления потока излучения тринистор останется открытым, а исполнительное устройство — в состоянии «тревога». Вернуть сторож в дежурный режим можно, разомкнув цепь питания тринистора VS1 (тумблером SA1) или кратковременно обесточив приемник.

Цепь R6HL2 можно исключить. Транзистор КТ312А можно заменить на КТ312Б—КТ312В, КТ315А—КТ315Б или любым другим маломощным п-р-п транзистором. Реле К1 типа РЭС15 (паспорт РС4.591.004). Его можно заменить на РЭС10 (паспорт РС4.524.302). Тринистор КУ101Б можно заменить на КУ101, КУ201 с любым буквенным индексом. При использовании три- нисторов КУ201 резистор R7 необходимо подобрать точнее. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Переменный резистор типа СПО-1. Оксидные конденсаторы — типа К50-20 на рабочее напряжение не менее 25 В. Конденсаторы С2, С4 сглаживают пульсации напряжения. Это особенно необходимо, если оба устройства удалены от источника питания на несколько метров. Остальные конденсаторы типа КМ5, КМ-6Б или аналогичные. Элементы схемы монтируются на печатной плате. Исполнительное устройство можно установить как снаружи помещения, так и внутри. При первом включении приемника произойдет самозапуск таймера, обусловленный разряженным конденсатором СЗ. Поэтому для нормальной эксплуатации устройства необходимо кратковременно разомкнуть контакты тумблера SA1. В дальнейшем подачу питания на элементы схемы приемника следует производить после включения передающего узла.

Простая инфракрасная система охраны

Конструкция представляет собой так называемый инфракрасный барьер и может использоваться для охраны периметра, окон, балконов и других слабо защищенных проемов. Автор использовал подобную конструкцию для охраны лоджии и остался доволен стабильностью работы и отсутствием ложных срабатываний. По его словам устройство надежно работало при температурах от -25 до +30 °С.

Конструктивно охранная система состоит из двух блоков – передатчика ИК-излучения и приемника, которые должны быть расположены по бокам проема, при этом ширина самого проема может достигать 9 м. Пока нарушения периметра нет, модулированное излучение ИК-светодиода передатчика беспрепятственно проходит на приемник и сигнала тревоги тоже нет. Как только невидимый луч пересекается нарушителем, включается сигнал тревоги.

Передатчик представляет собой несимметричный мультивибратор, собранный на транзисторах VT1 и VT2. Частота и скважность импульсов зависит от номиналов цепочки R1С1 и при указанных на схеме значениях примерно равна 10 кГц. Резистор R2 является токоограничивающим для инфракрасного светодиода HL1.

Электрическая схема передатчика инфракрасного барьера

Приемник собран на таймере КР1006ВИ1 (зарубежный аналог 555), роль ИК приемника выполняет фототранзистор VT3, имеющий достаточно большой коэффициент усиления по току. Для использования в конструкции его придется слегка доработать – аккуратно спилить надфилем верхнюю часть корпуса, чтобы на кристалл попадал свет. В принципе хорошей альтернативой фототранзистору может быть фотодиод ФД-24К, но стоимость его гораздо выше.

Электрическая схема приемника инфракрасного барьера

Чувствительность входа запуска Z таймера зависит от номинала резистора R3, который является нагрузкой фототранзистора VT3 – чем номинал выше, тем выше чувствительность приемника. Сам таймер DA1 включен по классической схеме детектора пропущенных импульсов. Пока на вход 2 микросхемы проходят импульсы с фотодатчика, таймер постоянно перезапускается, не закончив рабочий цикл. На его выходе Out постоянно высокий уровень. Транзистор VT4 открыт, тринистор VS1 закрыт, реле K1 обесточено.

Как только ИК луч будет перекрыт нарушителем, импульсы на входе сброса пропадут, цикл счета будет нормально закончен и на выводе 3 таймера установится низкий логический уровень. Транзистор VT4 закроется, тринистор VS1 откроется и включит реле К1, которое своими нормально разомкнутыми контактами включит сигнал тревоги или любое другое исполнительное устройство. Стоит заметить, что цепочка R4R5C3 подобрана таким образом, что для завершения рабочего цикла таймера достаточно пропуска нескольких импульсов с передатчика – тревога срабатывает при пролете между передатчиком и приемником теннисного мяча. Для уменьшения чувствительности достаточно увеличить номинал резистора R6 или конденсатора С3. После восстановления прохождения ИК луча схема вернется в исходное состояния за исключением тринистора, который останется открытым и не снимет сигнала тревоги, пока его питающая цепь не будет кратковременно разорвана выключателем SA1.

Читайте также:  светодиод сам включается в темноте

О деталях. В передатчике можно использовать транзисторы КТ315А – Б, КТ375А-Б, КТ3102Б-Е (VT1). На месте VT2 будут работать КТ3107А или КТ361А – Г. Конденсатор С2 – оксидный типа К50-20. В налаживании схема передатчика практически не нуждается. В приемнике можно использовать транзисторы КТ312Б – В, КТ315А – Б или любой другой маломощный структуры n-p-n (VT4). В качестве К1 используется реле РЭС15 паспорт РС4.591.004 или РЭС10 с паспортом РС4.524.302. Тринистор – КУ101 или КУ201 с любым буквенным индексом. Во втором случае возможно придется подобрать номинал резистора R7.

Оксидные конденсаторы – К50-20 на рабочее напряжение не ниже 25 В, остальные – КМ5, КМ6-Б. Резисторы – МЛТ-0.25. В качестве источника питания системы подойдет любой стабилизированный источник напряжением 9 – 15 В. Потребляемый ток в режиме охраны (приемник+передатчик) – 25 – 30 мА.

При первом включении из-за разряженного конденсатора С3 сразу же сработает таймер и включится тревога, для отключения которой достаточно кратковременно отключить переключатель SA1.

А.П. Кашкаров «Фото- и термодатчики в электронных схемах»,2004 г.

Схема инфракрасного барьера на таймере NE555

в Управление 0 389 Просмотров

Инфракрасный барьер — это проект, который разработан несколько лет назад. Он имеет релейный выход. Это позволяет подключать к нему любой тип электрического устройства.

Высокая мощность передатчика и чувствительность приемника, позволяют покрыть расстояния до 3…4 метров, а также использовать его в качестве рефлексивного датчика приближения с радиусом действия более одного метра.

Передатчик

Инфракрасный барьер разделен на два модуля: один — передатчик, а другой — приемник. В передатчике используется классический таймер NE555, работающий как генератор импульсов. Эти импульсы усиливаются транзистором средней мощности (BC327), который управляет инфракрасными светодиодами.

Импульсная передача имеет два преимущества: во-первых, приемник с помощью фильтров может идеально изолировать сигнал от фонового шума, избегая помех. Во-вторых, если импульсы имеют короткую длительность, мы можем подать больше энергии на передающие светодиоды, не рискуя сжечь их и, следовательно, получить большую дальность действия.

Обычно ИК-светодиоды выдерживают импульсные токи в 1 А или больше, если их длительность не превышает 5% относительно периода «молчания».

При значениях, указанных в схеме, частота передачи составляет 1,3 кГц, а импульсы будут иметь длительность 25 мксек. В то время как продолжительность молчания составляет 750 мксек. (соотношение от 1:30).

Было сделано несколько снимков с осциллографа, чтобы можно было рассмотреть форму сигналов. На первом рисунке мы видим импульсы с диапазоном 500 мксек . Частота (которая видна ниже буквы «f») составляет приблизительно 1300 Гц.

На втором изображении сделано горизонтальное увеличение (временная шкала 100 мксек на деление), чтобы показать длительность периода тишины между импульсами.

Как вы можете видеть, это примерно 750 мксек. (менее 8 квадратов). Наконец, увеличив горизонтальное масштабирование (временная шкала 5 секунд на деление), мы можем видеть продолжительность 25 мксек. (5 квадратов) каждого передаваемого импульса.

Как видите, печатная плата позволяет установить 3 инфракрасных светодиода. В зависимости от дальности действия, можно установить один, два или три светодиода. Если установлены не все светодиоды, то необходимо на месте отсутствующих установить перемычку.

Сопротивление ограничительного резистора для светодиодов составляет 10 Ом. Если необходимо уменьшить выходную мощность, то можно поставить резистор с сопротивлением 47 Ом.

Интегральная схема 555 выпускается многими производителями, и каждая версия отличается первоначальной аббревиатурой (NE555, CA555 и т. Д.). Для нашего инфракрасного барьера вы можете использовать любой из них.

Приемник

Схема приемника является более сложной по сравнению с передатчиком. В схеме приемника используется микросхема LM324, которая состоит из 4-х независимых операционных усилителей. Слабый сигнал, который поступает на фототранзистор, усиливается и фильтруется первым операционным усилителем, а затем снова усиливается вторым усилителем и выпрямляется диодами 1N914.

Вы можете наблюдать осциллограмму, которая снята с выхода операционного усилителя (вывод 7) до выпрямления диодами.

Выходные импульсы заряжают электролитический конденсатор 22 мкФ. На этом конденсаторе у нас будет постоянное напряжение в несколько вольт, когда инфракрасные импульсы достигают фотоприемника. Если же инфракрасные импульсы отсутствуют, то мы будем иметь напряжение близкое к 0В.

Это изменение напряжения сравнивается с помощью третьего операционного усилителя с фиксированным опорным напряжением, заданным резистивным делителем.

Когда напряжение конденсатора превышает пороговое значение компаратора, выходной сигнал будет отрицательным, а когда он не превышает его, он будет положительным. Этот перевернутый режим работы операционного усилителя получается путем подключения конденсатора к входу (-) операционного усилителя, а опорное напряжение подключенные к входу (+).

Наконец, выход оперативного управления управляет транзистором, который активирует реле. Четвертый операционный усилитель служит для генерирования опорного напряжения для 3-х других.

Светодиод в качестве смещения фототранзистора

Когда был собран прототип, было замечено, что схема была слишком чувствительной, когда комната была освещена, по сравнению с неосвещенной. Поскольку была потребность в инфракрасном барьере, который достигал многих метров, независимо от окружающего освещения, было решено добавить красный светодиод. Его назначение — освещение фототранзистора для введения «смещение света», чтобы минимизировать влияние освещенности окружающей среды. На фотографии видно, как это смонтировано.

Замечания

Дальность действия барьера зависит от мощности и концентрации инфракрасного света, излучаемого светодиодами, и может варьироваться от 1 до 5 метров.

Для получения максимальной мощности света необходимо установить три инфракрасных светодиода или если есть возможность использовать модели с очень узким углом излучения, такие как SFH4511.

Если нет необходимости в большой дальности, можно использовать более распространенные ИК-светодиоды, такие как, LD271, LD274 или любой светодиодный ИК-модуль телеуправления. В качестве фототранзистора использован SFH309. Но возможно, что и другие типы фототранзисторов будут работать

DrPciX › Блог › ИК — барьер

Сделал на днях инфракрасный барьер. Многословным не буду, принцип работы — на прерывание. При прерывании ик-луча срабатывает реле.
Схема передатчика:

Я делал на монтажной плате, не тратя сил на создание платы) Во первых надо было сделать в кратчайшие строки, во вторых не хотел заморачиваться с травлением плат.
Снял небольшое видео, в котором показал смысл работы. Что не понятно — спрашиваем)

Жмем “Нравится” и “Рекомендую”, для вас не сложно, а мне приятно)

PS: Был “протестирован” на третьем этапе национальных соревнований по автослалому. pp.vk.me/c618823/v618823130/ce81/B8aWz6I5mSU.jpg
Солнце засвечивало ТСОП, что давало срабатывание, я нашел выход и обмотал приемник фольгой. В дальнейшем обмотаю фольгой корпус внутри приемника. После чего ложных срабатываний не было, во время всего соревнования проработал без сбоев. Показал себя отлично. Займусь еще над одним приемником и передатчиком для запаса.

Смотрите также

Комментарии 24

какое рабочее напряжение?

Передатчик — крона 9В, можно 12В
Приемник — от АКБ 12В

собрал. с приемника дым пошел с R2

Передатчик — крона 9В, можно 12В
Приемник — от АКБ 12В

с чего бррал диоды?

можт маломощный был, я использовал четверть ватта
Диоды купил, просто уф диоды, без особых характеристик

агонь! ты сделал мой день! то что мне надо!

Ложных сработок не будет ?!

Думаю нет, на практике посмотрим)

Судя из схемы она больше подходит под отражение луча от обьекта.То есть это датчик присутствия скорее.Хотя как датчик эта штука будет работать слабо.Причина в вечно уплывающей несущей частоте.На микроконтроллере надо такие вещи строить.И проще и точнее получается.И чувствительность лучше.Плюс помехозащищенность от всяких пультов или энергосберегаек возможна

смотря где применять .

если для охраны гаражных ворот изнутри или между входными дверями (двойными), то помех не будет .

а вообще я считаю что приёмник должен быть проводами связан с передатчиком и потом надо сравнивать что излучили и что приняли .

или на самом деле использовать отраженку .

Да связывать проводом не надо.Достаточно просто посылать верную пачку с одного устройства на другое.А не просто мусор и его отлавливать, как в данном устройстве.

если связывать веревкой, то теоретически останется только сравнить ( элемент = ) .

а это в принципе простая схема будет . без МК

да и код можно будет слать любой . хоть с 2-х тактного генератора на КТ315

ПС : это мой взляд . как человек не дружащего с МК

Это да.Слать можно что угодно как раз генератор на сдвоенном таймере нормальный вроде бы вариант(Только нестабильный).Но отслеживать и сравнивать …(что бы исключить ложные сработки)…
Эту задачу можно решить на МК просто.Разумеется что можно и иначе подойти к вопросу.Но это затратно и разбухано будет.Только и всего…

Судя из схемы она больше подходит под отражение луча от обьекта.То есть это датчик присутствия скорее.Хотя как датчик эта штука будет работать слабо.Причина в вечно уплывающей несущей частоте.На микроконтроллере надо такие вещи строить.И проще и точнее получается.И чувствительность лучше.Плюс помехозащищенность от всяких пультов или энергосберегаек возможна

Согласен, но на улице, грубо говоря среди поля, отражатся нет от чего)

Система работает так.Пока отражаться не отчего -обмотка реле не запитана. Но как только появился человек-свет от него отразился и попал на ТСОП.Вот и сигнал к включению реле.В вашем же случае ТСОП постоянно засвечен, а свет перестает подаваться только в момент сработки.
И еще момент.У ТСОПа есть коррекция чувствительности.Потому при ярком солнечном дне он вообще потеряет связь с излучателем сигнала и как следствие ложная сработка.Светофильтр на ТСОПе вроде бы есть?Но как оно заработает?Имеется в виду расстояние от излучателя до приемника. На улице, грубо говоря в поле праблов будет мама не горюй.Хотя надеюсь что ошибаюсь и пару метров можно будет выдушить из данного устройства.
Я бы закрыл ТСОП со всех сторон непрницаемым экраном.Оставил только маленький глазок спереди.Чувствительность возрастет.И засветка от солнца будет меньше.

Читайте также:  Простая рация на трех транзисторах

тогда проще взять приемник-передатчик от ворот САМЕ и не парится )

кстати, они тоже не любят солнце, особенно яркое низкое зимнее .

а вообще бороться со светом на улице это как с шумом в цеху .

я-бы может даже рассматривал вариант акустического прострела защищаемой территории . как на ЖД переездах .

но вообще автор молодец что дружит с паяльником . плохо или отлично — не суть, главное ему это в кайф .
так что жму “нравится”

Возможно да.Какой-нибудь ультразвуковой сигнал хитро сформированный)
Конечно хорошо.Любое приложение рук -это зачет.Не важно.Паяльник, молоток, или авторучка…

Система работает так.Пока отражаться не отчего -обмотка реле не запитана. Но как только появился человек-свет от него отразился и попал на ТСОП.Вот и сигнал к включению реле.В вашем же случае ТСОП постоянно засвечен, а свет перестает подаваться только в момент сработки.
И еще момент.У ТСОПа есть коррекция чувствительности.Потому при ярком солнечном дне он вообще потеряет связь с излучателем сигнала и как следствие ложная сработка.Светофильтр на ТСОПе вроде бы есть?Но как оно заработает?Имеется в виду расстояние от излучателя до приемника. На улице, грубо говоря в поле праблов будет мама не горюй.Хотя надеюсь что ошибаюсь и пару метров можно будет выдушить из данного устройства.
Я бы закрыл ТСОП со всех сторон непрницаемым экраном.Оставил только маленький глазок спереди.Чувствительность возрастет.И засветка от солнца будет меньше.

Стоять будет на расстоянии 3-4 метра. Срабатывать будет на проезд машины на финише. Раньше была система лазер-фотодиод, но трабл в том что настраивать лазер надо точно в диод, по этому искал пути как от этого избавиться. И случайно наткнулся на ик-барьер, решил попробовать сделать, реально как поведет себя не знаю, за счет ложных срабатываний возможно и будут, уже нада будет смотреть. Если будут, то экранировать приемник. Сегодня под вечерок собираемся покатать фигурку вот и проверим так сказать в боевых действиях.

Инфракрасный барьер на современной элементной базе

Инфракрасный барьер на современной элементной базе

Многим из нас еще со школьных уроков физики знакомы приборы, реагирующие на пересечение непрозрачным предметом светового луча. Такие приборы обычно состоят из источника света, часто простой лампочки и фотоприемника с усилителем, нагруженным на исполнительное устройство. Такие приборы широко используются для счета продукции на конвейерах заводов, в системах охранной сигнализации, в турникетах метро, в приборах защитного отключения и во многих других местах.

При своей относительной простоте, приборам, построенным на базе лампочки накаливания и фотоприемника с усилителем, свойственен ряд недостатков – они отличаются низкой экономичностью, имеют значительные габариты, требуют дополнительную оптическую систему, плохо работают при наличии внешней засветки, имеют невысокую надежность и высокую вероятность ложных срабатываний. Кроме того, из-за использования диапазона видимого света такие устройства демаскируют себя, что затрудняет их использование в системах охраны.

Для устранения указанных недостатков разработчики профессиональных приборов такого класса в качестве источников используют излучатели, работающие в невидимом инфракрасном диапазоне которые излучают не непрерывный сигнал, а сигнал сложной формы. В приемниках используются специальные оптические фильтры, отсекающие мешающий сигнал видимого излучения, высокочувствительные PIN фотоприемники, усилители с АРУ и сложными системами фильтрации. Все эти меры позволяют создавать весьма надежные и эффективные системы контроля, называемые инфракрасными барьерами. Но из-за сложности и высокой цены они до недавнего времени были доступны только для профессионалов.

Однако развитие современной элементной базы позволило превратить «системы для профессионалов» в «системы для всех». Специалистами направления «МАСТЕР КИТ» был разработан комплект инфракрасных барьеров с использованием современной элементной базы, который по своим параметрам соответствует самым высоким требованиям. Набор получил название NK083. Ключевым элементом барьеров является микросхема интегрального фотоприемника TSOP1736 производства фирмы VISHAY. Ее структурная схема показана на рисунке 1.

барьер инфракрасный база элементарный

В качестве приемника оптического излучения в микросхеме установлен высокочувствительный PIN фотодиод, сигнал с которого поступает на входной усилитель, который преобразует выходной ток фотодиода в напряжение. Преобразованный сигнал поступает на усилитель с АРУ и далее на полосовой фильтр, который выделяет сигналы с рабочей частотой 36 кГц из шумов и помех. Выделенный сигнал поступает на демодулятор, который состоит из детектора и интегратора. Дело в том, что данная микросхема оптимизирована для приема сложного сигнала, представляющего собой короткие пакеты импульсов с рабочей частотой 36 кГц. В паузах между импульсами производится калибровка системы АРУ. Управляет этим схема управления. Вследствие такого построения, микросхема не реагирует на непрерывную помеху даже на рабочей частоте. Активный уровень выходного сигнала низкий. Микросхема не требует для своей работы установки никаких внешних элементов. Все ее компоненты, включая фотоприемник, защищены от внешних наводок внутренним электрическим экраном и залиты специальной пластмассой. Эта пластмасса является фильтром, отсекающим оптические помехи в видимом диапазоне света. Благодаря всем этим мерам микросхема отличается весьма высокой чувствительностью и низкой вероятностью появления ложных сигналов. При этом она имеет малые габариты (

5х10х13 мм) и, что весьма важно для радиолюбителей, низкую стоимость (

Принципиальная схема устройства

Комплект инфракрасного барьера состоит из двух отдельных модулей – приемника и передатчика. Технические характеристики ИК барьера даны в таблице 1. Принципиальная электрическая схема приемника приведена на рисунке 2, а чертеж печатной платы и расположение элементов показаны на рисунке 3a, 3b. Принципиальная электрическая схема передатчика приведена на рисунке 4, а чертеж печатной платы и расположение элементов показаны на рисунке 5a, 5b.

Технические характеристики ИК барьера

Напряжение питания передатчика 12 (7…13) В

Напряжение питания приемника 12 (9…13) В

Ток потребления передатчика не более 30 мА

Ток потребления приемника не более 60 мА

Коммутируемый ток реле фотоприемника 10 А

Максимальная удаленность между передатчиком иприемником 50 м

Размеры печатной платы передатчика 32х25 мм

Размеры печатной платы приемника 32х25 мм

Для нормальной работы ИК барьера передатчик должен формировать импульсы излучения в соответствии с диаграммой, показанной на рисунке 6. При изменении напряжения питания, температуры и других влияющих факторов частота импульсов не должна изменяться более чем на 5%. В качестве генератора импульсов, удовлетворяющего таким требованиям, в передатчике использован сдвоенный интегральный таймер типа NE556. На одной его половине собран генератор с частотой 36 кГц, эта частота задается элементами С3,R4,R5. На второй половине собран генератор огибающей, который управляет первым таймером. Его частота и скважность задается элементами С1,R1,R3,D1. Микросхема имеет мощный выход, способный отдавать в нагрузку ток в 200 мА, поэтому оказалось возможным подключить излучающие диоды непосредственно к выходу микросхемы. Элементы C2,C4,C5 служат для фильтрации питающего напряжения.

В приемнике элементы R2,C1,D1 служат для формирования питающего напряжения в 5 В для микросхемы фотоприемника. При наличии входного оптического сигнала, на выводе 3 фотоприемника присутствует последовательность коротких отрицательных импульсов. Эта последовательность непосредственно непригодна для управления реле. Поэтому она поступает через пиковый детектор, состоящий из элементов R1,D2,C3 на вход усилителя на полевом транзисторе VT1. Этот транзистор может коммутировать ток до 0,5 А что вполне достаточно для управления реле. В приемнике установлен дополнительный красный светодиод HL1, который загорается одновременно со срабатыванием реле. Наличие этого светодиода облегчает установку и контроль работы ИК барьера. Микросхема фотоприемника потребляет ток порядка 1 мА при напряжении питания 5 В. Поэтому диапазон рабочих напряжений и максимальный ток потребления определяется в основном параметрами реле. Так например установив в приемник маломощное реле на 5 В можно снизить общее напряжение питания до 5 В и уменьшить потребляемый ток, но при этом уменьшится допустимый коммутируемый ток нагрузки. Для управления нагрузкой предназначена перекидная группа контактов реле, и пользователь может сам решить какими контактами ему удобнее пользоваться – нормально замкнутыми или нормально разомкнутыми.

Передатчик и приемник ИК барьера выполнены на печатных платах одинакового размера и размещены в одинаковых малогабаритных пластмассовых корпусах, имеющих дополнительный фланец для крепления. Внешний вид блоков ИК барьера показан на рисунке 7 (корпус показан только один).

В корпусе приемника перед микросхемой фотоприемника необходимо просверлить отверстие диаметром 8мм, во второе предварительно просверленное отверстие нужно установить контрольный светодиод. Аналогичным образом устанавливаются светодиоды в блоке передатчика. При необходимости корпуса можно легко загерметизировать, что позволит использовать ИК барьер во влажных погодных условиях. Если барьер планируется использовать с дистанцией между передатчиком и приемником не более 18 м, то в передатчике достаточно установить один излучающий диод и резистор R2 с номиналом 56 Ом, если же планируется использовать ИК барьер с дистанциями до 50 м, то необходимо устанавливать два светодиода и резистор R2 с номиналом 39 Ом.

Возможные варианты использования ИК барьера показаны на рисунке 8. Основной вариант работы ИК барьера – это работа «на просвет», когда приемник и передатчик устанавливаются друг против друга на определенном расстоянии. В этом случае реле в приемнике срабатывает при пересечении непрозрачным предметом инфракрасного луча. При использовании такого режима барьер имеет некоторые особенности. Вследствие того, что приемник комплекта имеет весьма высокую чувствительность, то при использовании ИК барьера в ситуациях, когда рядом присутствуют значительные отражающие поверхности, например стены, могут иметь место сбои в работе, так как приемник будет реагировать на сигнал отраженный от стен. Для того чтобы избежать таких ситуаций рекомендуется на приемник и передатчик устанавливать защитные бленды – пластмассовые или металлические трубки, зачерненные внутри. Такие бленды сужают поле зрения приборов и повышают надежность их работы.

Читайте также:  Розетка с дистанционным управлением

Высокая чувствительность приемника позволяет кроме традиционной работы «на просвет» использовать ИК барьер в режиме работы «на отражение». Для реализации этого режима нужно чтобы в охраняемой зоне не было отражающих объектов. В этом случае приемник и передатчик ставятся рядом и направляются в сторону охраняемой зоны. Между ними устанавливается непрозрачная перегородка, препятствующая прямой засветке приемника передатчиком. При появлении в охраняемой зоне отражающего объекта приемник включит реле исполнительного механизма. Дальность действия в таком режиме зависит от величины отражающего объекта, но во всех случаях будет меньше, чем при работе на просвет.

При использовании ИК барьера с малым расстоянием между приемником и передатчиком рекомендуется кроме использования бленд, устанавливать перед приемником нейтральный поглощающий светофильтр – «темные очки», это позволит повысить защиту от внешней засветки и снизит вероятность сбоев.

Так же в заключение хотелось бы упомянуть еще об одной «побочной» возможности использования комплекта ИК барьеров. Так как приемник комплекта выполнен на базе микросхемы, предназначенной для построения фотоприемников дистанционного управления, то его с успехом можно использовать для контроля работоспособности ИК пультов ДУ.

Инфракрасный барьер своими руками

Здесь мы решили опубликовать обобщенный рассказ из переписки с разными инженерами установщиками, переписки с инсталляторами и собственный удачный и неудачный опыт использования ИК барьеров.

Первое утверждение, с которым все согласны:

ИК барьеры очень удобное оборудование в системах сигнализации.

Основные характеристики всех ИК барьеров:

  • Лучи контроля невидимы для человеческого глаза.
  • ИК лучи в барьерах достаточно тонкие 5 -7 см, что не требует большой полосы отчуждения на охраняемом объекте.
  • Лучей может быть много, обычно производится оборудование начиная с 2-х-лучевого и до 72-х.
  • Средний принятый интервал между лучами от 10 см до 25 см – это сделано с целью того, чтобы пропустить кошку, птицу или листопад, но при появлении в зоне контроля большой собаки или человека выдается сигнал тревоги.
  • ИК барьеры часто оборудование малогабаритное и легко камуфлируется на фоне ландшафта.
  • ИК барьеры мало потребляют электроэнергии.
  • При корректном проектировании системы безопасности ИК барьеры достаточно надежны, даже самые дешевые. На наших объектах китайские барьеры прошли эксплуатацию по 7 лет в любых погодных условиях, при нормальном техническом обслуживании в летний период.

В ходе проектирования системы контроля периметра мы перепробовали немало систем контроля периметра. По разным причинам Заказчик отклонял наши предложения.

Когда предложили японские ИК барьеры Optex – Заказчик одобрил. ИК барьеры должны были быть установлены на заборе завода и подавать сигнал в случае попыток перепрыгнуть.

О высоте контроля ИК барьера:

Уже в ходе монтажа представитель предприятия Заказчика высказал пожелание, чтобы устанавливать ИК барьеры не только на верхний участок забора (1,5 м), но на всю высоту забора. Это было нужно для случаев с попытками разобрать часть забора.

Группа наших инженеров на объекте попыталась смоделировать такое решение. Мы установили на нескольких сегментах ИК барьеры Optex 2 метра высотой, один над другим в 2 этажа. Настроить на надежную работу так и не удалось. Устройства сигнализировали о предельном уровне помех, на грани потери связи. Оказалось, что сигналы разных ИК барьеров, не согласованные между собой, воспринимаются как помеха, что приводит к ложным срабатываниям. Настройка несущих сигналов на разные частоты не решило задачу. А моделей более 2 метров высотой Optex не производит. От такой схемы пришлось отказаться.

Попытка применить аналогичные барьеры фирмы FOCUS тоже не дало положительного результата.

Надо сказать, что мы пытались применять указанные ИК барьеры в достаточно экстремальных условиях. Вряд ли производители закладывали такие возможности.

Несмотря на трудности и нестыковки – заказчик настаивал на применении именно ИК барьеров. Это не прихоть, а насущная потребность. По словам генерального директора, готовая продукция пропадала с территории завода контейнерами. Ясно, что воровали ее с использованием автокрана, не меньше. ИК барьеры для такого объекта очень удобное решение. Узкий луч в 5 см идет вдоль забора и выше забора, в случае пересечения выдается сигнал тревоги. Емкостным или радио лучевым сигнализациям нужна территория отчуждения от 2х до 5 метров ширины – не все предприятия имеют возможность отгораживать такие территории. Отчуждение территории на гражданских объекты вообще неприемлемо.

Наши поиски ИК барьеров способных контролировать заборы 4 и более метров в высоту – не увенчались успехом. А клиенты все чаще высказывали заинтересованность. Таким образом вышли на оптимальные 6 метров в высоту контроля датчика.

В коттеджных поселках высоту наших датчиков оценили тоже быстро. Китайские и японские производители делают ИК барьеры не более 2-х метров. Возможно потребности потребителей в Китае и Японии этим удовлетворяется. В России явно нужно больше.

Об универсальности внутренней начинки ИК барьеров.

Еще из особенностей ИК барьеров. Столкнулись с тем, что часть оборудования сгорела. Осталось несколько десятков датчиков. Бывало, что Master сгорел Slave остался целым. В случае с японскими китайскими немецкими или итальянскими устройствами – это не актив. Целое устройство одно никак нельзя использовать – ему нужна пара, причем пара, именно Master или Slave. Сами с этим столкнулись, и когда разрабатывали свои датчики, учли это неудобство. Наши датчики универсальны. Могут одновременно работать в режиме и Master и Slave, режим задается переустановкой джампера на плате. В случае использования наших датчиков клиент никогда не останется с двумя палками Masterа или Slavа, переставил джампер – устройства пошли в работу.

Об дальности связи между ИК барьерами.

Известные ИК барьеры Optex и FOCUS производят датчики на предустановленную дальность – 10, 20,40, 60 м. Польская компания Satel производит датчики 20 и 50 м.

В процессе эксплуатации Optex и FOCUS, столкнулись со сбоем по питанию. При скачке напряжения сгорела часть датчиков. Остались датчики из разных пар. Когда нашли, например, живые датчики Master на 60 метров дальности и Slave на 40 метров дальности. Использовать их вместе оказалось проблематично. Засвечиваются соседние датчики слишком мощным сигналом или 40-метровый не добивает по мощности излучения.

В нашей разработке продумали этот аспект архитектуры.

Из практики известно, что в этом году эта пара датчиков стоит на объекте на дальности 60 м, год прошел, надобность в датчике отпала, его переставляют на другой объект, а там дальность либо больше, либо меньше. Потому во всей линейке датчиков ИКБО и ИКБП мы реализовали настраиваемую мощность излучения. Инженер-инсталлятор сам задает параметр по необходимости.

Об устойчивости к электрическим скачкам.

В случае с барьерами фирмы FOCUS возникли проблемы со стабилизацией питания. На этом объекте сгорело в прямом смысле 8 комплектов устройств из-за срыва системы стабилизации питания. В паспорте заявлено, что можно использовать питание от 9 до 30 В. При подачи питания 24 В – барьер работал несколько дней, потом на наших глазах из него начинал валить дым – сгорали.

Думаю, что вряд ли это вина производителя оборудования. Проанализировав схему стабилизации, мы не увидели ни малейшей ошибки. Схема вполне работоспособна. Остается грешить на производителей радиокомпонентов.

Для себя решили, что питание всегда будем обеспечивать паспортное, не стоит поддаваться на описание что схема стабилизации работает в диапазоне от 9 до 30 В – как показал опыт – это рекламный ход производителей компонентов.

Несколько слов для тех, кто только начинает изучать ИК барьеры или, правильнее сказать, для тех, кто начинает работать с линиями связи большой протяженности:

Когда проектируешь линию связи вокруг коттеджного поселка, длинной около 2-х км, есть большой соблазн протянуть с двух сторон кабель от бесперебойного источника питания. Конечно постоянное напряжение будет затухать, каждые 100 м будет проседать на 3 В – при сечении кабеля 1,5 мм. Некоторые инженеры идут на то, чтобы на блоке питания поднять напряжение до 18 -20 В, чтобы в конце шлейфа иметь хотя бы 13-14 В.

Обратите внимание на то, что инженер компании инсталлятора не может быть уверен в качестве схем стабилизации в слаботочном устройстве. Рекомендуем не рисковать. Питание на шлейфе обязательно переменное – 24/48 В. Преобразование в точке подключения из переменного 24/48 В – в постоянное 12 В. Это проверено временем и опытом.

О широко спектральной солнечной помехе при работе с ИК барьерами.

Уже установленные ИК барьеры Optex в летний сезон удивили нас фактом того, что лучи солнца в утренние и вечерние часы попадают в фотоприемник, и они срываются в ложное срабатывание. Охрана объекта боролась с этим методом выключения на час, пока солнце не поднимется утром или пока не сядет вечером.

К слову, барьеры фирмы FOCUS также ослеплялись и каждые 5 минут выдавали сигнал тревоги.

Использование ИК барьеров Optex и FOCUS прекрасно показали себя на складах, в офисах, на парковках, которые затенены зданиями – работали долго и качественно. Мы их проектировали и устанавливали в больших количествах. Однако для некоторых специальных задач их использовать не удается.

О кабельном хозяйстве системы контроля периметра с помощью ИК барьеров.

Кабельное хозяйство любой распределенной системы сигнализации – это уязвимое место. Погодные условия средней полосы России таковы, что кабель углубленный выше точки промерзания – всегда намокает. Летом и в межсезонье влажный воздух проникает в кабельные вводы, а при понижении температуры влага конденсируется на дно трубы.Таким образом две три зимы и в кабельном канале набирается достаточно воды, чтобы образовался лед и разорвал слаботочный кабель. Нам удалось достичь хорошего результата при заглублении кабеля на 1,2 метра в Подмосковье.

Другой способ который позволяет избежать неисправностей из-за повреждения кабеля – проложить его в вентилируемом коробе на высоте не менее 50 см. Собственно высота выбрана с учетом высоты снежного покрова – на случай, если его не чистить.

Ссылка на основную публикацию