Home / Posts / Видеонаблюдение, охрана и безопасность / Инфракрасный барьер своими руками /


Инфракрасный барьер своими руками



Речь пойдет, собственно, об инфракрасном барьере - датчике на пересечение луча. В частности, о некоторых нюансах которые могут возникнуть, а также о впечатлениях о результате его работы. Целью этого эксперимента была установить, может ли такой датчик как-то работать, какова его надежность и целесообразность установки.

Есть много информации как сделать ИК барьер своими руками, приводятся различные схемы.

Первый принцип один из самых простейших, где просто излучатель и приемник ставятся напротив друг друга, и на излучатель подается постоянное напряжение. Естественно, такой датчик очень чувствителен к засветке, и в результате этого ненадежный. Если на приемник попадет постороннее излучение, то для приемника не будет разницы происхождение этого излучения, и датчик всегда будет показывать порядок даже если луч пересечен. В таком случае придется тщательно настраивать приемник, и к тому же излучение засветки должно быть меньше чем излучение передатчика. Естественно, такой гарантии нет, если только датчик не находится в полной темноте.

Другой принцип заключается в том, что на излучатель подаются импульсы с определенной частотой, а в приемнике есть схема, которая выделяет переменный сигнал и потом пропускает его через частотный фильтр. Такой датчик уже более помехоустойчив, потому что даже если на приемник попадет какое-либо постороннее инфракрасное излучение, схема его проигнорирует и все равно выделит наш сигнал с излучателя. Это позволит датчику стабильно работать. Но и здесь есть нюанс - если постороннее излучение будет настолько сильно, что фототранзистор впадет в насыщение, то наше нужное излучение уже не сможет менять состояние фототранзистора - он уже будет насыщен. Так что нужно будет защитить датчик от насыщения. Но тем не менее плюс по сравнению с простейшим датчиком очевиден и заключается в том, что излучение засветки может быть больше чем излучение передатчика.

Также используются TSOP датчики. Но на излучатель следует подавать гораздо более сложный сигнал - пачки импульсов с частотой 36 кГц. И, соответственно, можно передавать некий код - ключ. Так что вопрос по поводу упрощения схемы остается открытым.

Еще один нюанс - нам нужно иметь постоянную частоту на передатчике, такую чтобы пройти через фильтр приемника. Т.е. надо либо ее как-то стабилизировать, чтобы никакие факторы не могли на нее повлиять, либо синхронизировать приемник и передатчик.

Есть такая микросхема LM567 - тональный детектор. Ее можно использовать для датчика, т.к. она способна детектировать нужную частоту (на которую она настроена). Когда на ее входе появляется сигнал определенной частоты, на выходе появляется логический ноль. Эта настройка осуществляется элементами R и C.

 

 

Соответственно, существует и довольно популярная схема такого датчика. Принцип его работы достаточно прост - генератор микросхемы настраивается на произвольную частоту. Сигнал с генератора идет на ключ, который зажигает ИК светодиод. На входе у нас фототранзистор, который "ловит" излучение светодиода, микросхема выделяет сигнал, а так как он имеет, естественно, ту же частоту, то на выходе будет логический ноль. Если прервать луч, то сигнала не будет. 

При этом, если частота изменится, это никак не отразится на работе датчика.

 

 

Мои изменения заключались лишь в том, что я заменил подстроечный резистор на постоянный 100 кОм, а также подключил оптопару к выходу.

 

 

Еще вместо биполярного транзистора я применил полевик IRLML0030.

Пять ИК светодиодов с током до 50 мА соединены последовательно и через резистор 91 Ом подключены к 12 вольт (таково питание моего датчика, микросхема питается через 78l05).

При данном сопротивлении резистора ток составил около 22 мА.

 

 

Теперь переходим к практической реализации. 

С приемником все понятно - это обычный фототранзистор без каких-либо примочек, достаточно засунуть его в трубку, либо заклеить куском тонировки при необходимости. Нам просто нужно направить его в сторону передатчика, замаскировать и защитить от возможной засветки.

Насчет передатчика сложнее - тут нужна линза, чтобы сфокусировать пучок света.

В журналах Радио было много публикаций Виноградова по этой теме. Вот, собственно, некоторые соображения.

Ну тут в общем то все понятно, нужно подобрать линзу и расположить светодиоды в ее фокусе.

 

 

Конструкция здесь может быть любой, главное соблюдать данный принцип.

Я взял линзу и тубус от диапроектора. Линза от него довольно плохо подходит, т.к. светодиоды нужно располагать довольно далеко от линзы - соответственно, больше потери. Которые можно частично компенсировать, обклеив тубус изнутри фольгой. Сама линза приклеена герметиком.

 

 

Светодиоды были установлены на вырезанном из пенопласта кружке. Как видно по фото, сначала их было два.

 

 

С другой стороны выведены провода и вкручен саморез.

 

 

Таким образом, светодиодная сборка может перемещаться в тубусе, при этом оставаясь на оптической оси. 

 

 

Здесь видно что светодиоды не совсем в фокусе, но датчик пока на этапе испытаний.

 

 

Далее - испытания в полевых условиях. Условия, кстати, самые что ни на есть полевые, в прямом смысле этого слова.

 

 

 

 

На сколько хватило провода (а это 16 м), луч прекрасно доставал до приемника. В ходе испытаний я определил, как лучше фиксировать светодиоды, на каком расстоянии от линзы.

Далее был изготовлен окончательный вариант датчика.

Приемник представляет собой простую небольшую коробочку из стеклотекстолита.

 

 

Под светодиодом видна микросхема, но это всего навсего сгоревший микроконтроллер, он там играет роль стенки у коробочки.

Держаться приемник будет на кронштейне от какой-то камеры.

 

 

Внутри у него маленькая платка и клеммы - в общем, ничего необычного.

 

 

Передатчик также претерпел изменения.

Во-первых, были добавлены еще 3 светодиода, теперь их пять.

Светодиоды были припаяны к кусочку макетной платы и поплотнее друг к другу, что позволило им не болтаться.

Сама сборка зафиксирована герметиком.

Был подобран резистор 91 Ом. При данном значении ток через светодиоды составил около 22 мА (само собой, ток средний). Впрочем, светодиоды позволяют и гораздо больший ток (50 мА постоянного).

 

 

Теперь, по поводу установки. Приемник просто пока прикреплен к стене в нужном месте. Туда не попадает прямой солнечный свет.

 

 

Передатчик установлен внутри помещения, т.е. он светит через двойное оконное стекло, да еще и под углом около 25°.

Расстояние между приемником и передатчиком 22м.

 

 

Можно себе представить, какие это потери, но я пока не придумал ничего лучше.

Вот приблизительный рисунок. Давайте попробуем вычислить, сколько примерно света пройдет через стекло.

 

 

 

Толщина стекла, допустим, 3 мм.

Какое расстояние пройдет луч через стекло?

Теорема синусов нам в помощь.

 

 

То есть, если смотреть по нашему рисунку, у нас сторона с будет равна

с = b / sin 25° 

А общий путь луча через стекло S будет равен

S = 2*b / sin 25°

S = 2*3 / sin 25° = 6 / 0.422 = 14.22 мм.

Иными словами, на пути луча около 14 мм стекла.

Если не углубляться в расчеты и просто взять из интернета таблицу, то видно что коэффициент пропускания в таком случае будет около 76%.

 

 

Т.е. только 76 % излучения пройдет через наше стекло. Это еще без учета потерь на отражение, на загрязнения этого стекла. А так на практике наверное пройдет всего то 50 %, если не 40 и не 30.

Итог, в общем то, такой. Работает датчик достаточно стабильно в тихую погоду. Возможные ложные сработки купируются небольшой задержкой в 200 мкс, которая установлена в охранном приборе. От засветки фототранзистор также защищен - достаточно было отрезка изоляции от провода, и кусочка полупрозрачной пленки.

Конечно, в дождь / снегопад неизбежно будут ложные сработки, во время дождя он работает нестабильно, и ему нельзя доверять собственное спокойствие. То же самое при любых существенных изменениях видимости.

Т.е. вывод я бы сделал следующий:

Тот датчик, в том виде какой он у меня есть, будет стабильно работать в крытом помещении, где не будет тумана, дыма и тд. Чтобы он работал и при любых погодных условиях, его необходимо доработать - возможно, увеличить мощность, установить его за окном, а не внутри, поработать над оптической системой.


,






Еще статьи по теме


GSM сигнализация своими руками
Домашняя система видеонаблюдения
Охранная сигнализация своими руками
Домашняя система видеонаблюдения своими руками
Сигнализация для дома своими руками




Свежие статьи


Часы на газоразрядных индикаторах ИН-8
Инфракрасный барьер своими руками
Светодиодное освещение - продолжение эволюции
Часы на газоразрядных индикаторах ИН-12 (Nixie Clock)
Светодиодное освещение своими руками



Главная



Комментарии (1)


Спасибо за интересную микросхему!


Игорь, 2017-02-11 15:31:27










Подписка


Поиск