Автоматический включатель освещения на базе датчика движения

Курсовая работа

Автоматический включатель освещения на базе датчика движения

Современное время характеризуется стремительным развитием технологий. Жизнь человека благодаря этому становится все более комфортной и удобной. Есть возможность сэкономить значительное количество времени и физических сил. Большой популярностью пользуется такое устройство, как включатель с датчиком движения. Теперь при спуске в темноте, например, по крутым ступенькам подвального помещения, совершенно не обязательно искать выключатель, проводя рукой по холодной и влажной стене, с намерением включить свет. Процесс можно значительно упростить, если предварительно установить на стене датчик движения — как только человек появляется в зоне действия такого приспособления, свет включается сам собой.

1. Схема автоматического включателя освещения на базе датчика движения

2. Принцип работы схемы

Инфракрасное излучение улавливается пироэлектрическим приемником PIR1. Так как такой приемник реагирует на изменение уровня ИК-излучения между площадками приемника, то перед ним можно установить модуляционную решетку, которая состоит из узких горизонтальных прозрачных и непрозрачных полосок. Тепловой объект, передвигаясь поперек них, оказывается поочередно закрыт — открыт для фотоприемника. Это вызывает появление на выходе фотоприемника переменного напряжения, которое является признаком движущегося объекта.

Питание на встроенный усилитель пироэлектрического приемника заводится через сглаживающий фильтр R1, C1. Выходной сигнал снимается с вывода 2. Резистор R19 является внешней нагрузкой встроенного полевого транзистора. Дальше сигнал поступает на усилитель с коэффициентом усиления примерно 150, собранный на DA1 (выводы 1, 2, 3). При отсутствии движения в зоне действия датчика напряжение на выходе операционного усилителя будет постоянным. При появлении движущихся объектов на выходе ОУ появляется переменная составляющая, которая через конденсатор С2 поступает на второй каскад усиления на DA1 (выводы 12, 13, 14). Этот каскад имеет усиление около 100. Далее сигнал подается на компаратор, собранный на DA1 (выводы 8, 9, 10) и имеющий порог срабатывания, задаваемый резистивным делителем R8, R11, R20. В начальном состоянии напряжение на выходе компаратора близко к 0, и конденсатор С7 разряжен. Если переменная составляющая сигнала от датчика движения превышает порог срабатывания компаратора, то на его выходе появляется сигнал высокого уровня, который быстро заряжает конденсатор С7, который задает время. Диод VD5 не дает разрядиться конденсатору С7 через низкое выходное сопротивление компаратора. Разряд конденсатора происходит через последовательно соединенные резисторы R14, R22. С помощью резистора R22 можно задать время свечения лампы, от 5 секунд до 5 минут, после последнего опознанного движения. Конденсатор С7 подключен к неинвертирующему входу второго компаратора, собранного на DA1 (выводы 5, 6, 7). Порог срабатывания этого компаратора задается резистивным делителем R9, R13. Сигнал с выхода этого компаратора поступает на усилитель на транзисторе VT1 и далее на управляющий вывод полупроводникового симистора VD2, который подает напряжение на нагрузку. Время включенного состояния нагрузки определяется суммой продолжительности действия сигнала с датчика движения и постоянной времени разряда цепи С7, R14, R22.

Помимо инфракрасного датчика движения, в устройстве установлен фотоприемник видимого света — фотодиод VD7 типа ФД263. На фотодиод, включенный в обратном направлении, через резисторы R15, R23 подается напряжение питания. Напряжение с образовавшегося делителя поступает через резистор R23 на базу транзистора VT2. Пока внешняя освещенность мала, напряжение на базе транзистора высокое, и он не оказывает никакого влияния на транзистор VT2, который в этом случае оказывается открытым, а диод VD9 запертым. Внешняя освещенность, при которой происходит блокировка включения лампы по датчику движения, регулируется переменным резистором R23. Если же освещенность достаточная, то фотодиод VD7 закрывает транзистор VT2. Через диод VD9 начинает заряжаться конденсатор С11, низкое напряжение которого будет блокировать сигнал, идущий на пироэлектрический датчик PIR1.

Если произошло включение лампы по датчику движения, то работа схемы контроля внешнего освещения блокируется при помощи диода VD8, замыкает блок контроля внешнего освещения. При выключении лампы конденсатор С10 обеспечивает задержку включения схемы контроля внешнего освещения на 2−3 с, время задержки включения определяется зарядом конденсатора, что помогает предотвратить ложные переключения во время переходных процессов при выключении нагрузки.

Устройство получает питание от бестрансформаторного блока питания, состоящего из выпрямителя на R21, R18, C9, VD4, VD6, C8 и двухступенчатого стабилизатора на VD3, R2, C3, VD1.

В ходе работы была спаяна схема автоматического включателя света на базе датчика движения; исследован и проанализирован принцип работы схемы. Полученное устройство работает корректно.

Элементы, использованные в схеме

* Подстроечный резистор — переменный резистор, предназначенный для более точной настройки устройства.

** ИМС (интегральная микросхема) — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковой пластине и помещенная в неразборный корпус.

3. Описание микросхемы DA1

Микросхема LM324 — 4-канальный операционный усилитель широкого применения. LM324 выпускается в двух типах корпусов: DIP и SOIC. В состав LM324 входят четыре независимых операционных усилителя. Диапазон напряжений от 3 В до 30 В (+15, -15). Микросхема LM324 может работать как при однополярном, так и при двухполярном питании. Диапазон рабочих температур от 0 до +70 градусов по Цельсию.

Аналоги: КР1401УД2А, Б Расположение контактов микросхемы LM324:

Назначение выходов

Основные характеристики

4. Описание симистора

Симистор (Тиристор) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре так называемых сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

датчик симистор фотодиод автоматический

5. Описание фотодиода

Фотодиод — это полупроводниковый прибор, который имеет светочувствительную поверхность. В зависимости от величины освещённости этой поверхности, меняется ток через фотодиод, если на него подано напряжение (фотодиод включается в обратном направлении, как и стабилитрон). Этот эффект используется в различных оптических датчиках.

Режим работы светодиод — фотодиод называется фотодиодный режим. Такой режим используется в компьютерной мыши. Однако фотодиод может работать и в режиме генерации электроэнергии (солнечные батареи). В этом случае напряжение на светодиод не подаётся, а наоборот, снимается. Это называется фотогальванический режим.

Таким образом, принцип работы фотодиода определяется выбранным режимом. В фотодиодном режиме фотодиод может работать как датчик освещённости. В фотогальваническом — как источник электроэнергии. Конечно, один фотодиод — это очень слабый источник электроэнергии. Для того чтобы получить хоть какую-то реальную энергию, нужно включить вместе десятки и сотни фотодиодов. Отсюда и внушительные размеры солнечных батарей.