Включение освещения в помещении может быть как традиционным, с ручным выключателем, так и автоматическим. Последний метод требует регистрации того, что кто-то вошел/вышел для включения/выключения света. Одним из решений может быть оптический затвор.
Самое простое решение для автоматического включения освещения — использовать готовый датчик движения. К сожалению, у большинства из них моностабильные выходы, которые включаются на заданное время. Представленная в данной статье система является бистабильной, т.е. изменяет состояние под действием определенного раздражителя. В каждом из состояний (включено/выключено) реле может находиться сколько угодно долго.
Основные параметры:
- Устройство генерирует модулированный луч инфракрасного (ИК) света
- Встроенный ИК передатчик и приемник
- Переключение контактов реле после отражения или пересечения ИК-луча
- Два режима работы, выбираемые перемычкой: отражение или пересечение луча
- Напряжение питания 12 В.
В отличие от обычных датчиков движения, данное устройство посылает инфракрасный луч света и ожидает его отражения или пересечения. Поэтому вы можете выбрать один из двух режимов работы: отражение или пересечение. Передатчик (инфракрасный светодиод) и приемник образуют оптический затвор.
Принцип работы обоих режимов показан на следующем рисунке.
В режиме отражения передатчик и приемник располагаются рядом друг с другом. Появление препятствия вблизи передатчика и приемника вызывает отражение части излучаемого света передатчика в сторону приемника.
Режим пересечения основан на постоянной оптической связи между передатчиком и приемником, поскольку они расположены друг напротив друга. Передатчик посылает импульсы приемнику, который постоянно из фиксирует. Появление объекта, который на мгновение прерывает этот «разговор», интерпретируется как необходимость изменить состояние реле.
Оба режима работы имеют свои преимущества и недостатки. Несомненным преимуществом режима отражения является размещение передатчика и приемника рядом в одном корпусе. Однако при этом могут возникнуть проблемы, если контролируемый проход очень широкий — человек, проходящий по нему вдали от оптоэлектронных элементов, может остаться ими незамеченным.
Режим пересечения не имеет этого ограничения, так как расстояние между передатчиком и приемником может составлять до 2 метров. Однако при этом необходимо протянуть дополнительную проводку до приемника.
Сборка и эксплуатация
Принципиальная схема автоматического выключателя освещения показана ниже. Питание схемы осуществляется от линейного стабилизатора 78М05. Диод D1 защищает устройство от повреждения при обратном подключении питания.
Основным компонентом, управляющим работой устройства, является популярный, дешевый и всем известный микроконтроллер ATtiny13A. У него всего 1 КБ флэш-памяти, но и этого достаточно для данного проекта.
Разъем J3 используется для внутрисхемного программирования ATtiny13A. Неиспользуемые контакты подтягиваются резисторами для определения их логического состояния.
Управление светом осуществляется контактами реле PK1. Само реле управляется транзистором VТ1 (BSS123), емкость затвор-исток которого разряжается через резистор R2. Загорание светодиода LED1 указывает на то, что реле включено и его контакты замкнуты.
Искрение, образующиеся на контактах реле в момент их переключения, может быть источником электромагнитных помех. Это особенно опасно для микроконтроллеров, так как подобные помехи легко нарушают их работу, вызывая сбой программы. RC цепь, состоящая из элементов R3 и C6, уменьшает искрение и, как следствие, ограничивает энергию помех.
Передатчик инфракрасного луча представляет собой одиночный светодиод типа L53F3C. Длина волны излучаемого света этим светодиодом составляет 940 нм, что почти идеально соответствует максимальной чувствительности используемого фотоприемника (TSOP4836). Нет никаких препятствий для использования другого светодиода, но с такой же или близкой длиной волны излучаемого инфракрасного света.
Транзистор Т2 (BSS123) включает светодиод LED2, а параллельно подключенные резисторы R8 и R9 ограничивают его рабочий ток. Задача конденсатора С7 — уменьшить пульсации от источника питания.
Как уже было сказано ранее, инфракрасный приемник представляет собой специальный чип TSOP4836 от Vishay, реагирующий на модулированный сигнал с несущей частотой 36 кГц. Элементы R13, C8 и C9 фильтруют линию питания, делая работу фотоприемника более стабильной. Ток потребления TSOP4836 не превышает 1 мА, поэтому резистор на 220 Ом не внесет заметного падения напряжения.
Поскольку фотоприемник может быть отрезан от основной печатной платы и подключен длинными проводами, то необходимо было обеспечить соответствующее подавление помех, которые могут возникнуть в длинных проводах.
Диоды D3 и D4 ограничивают амплитуду, а резисторы R10, R11 и R14 увеличивают время нарастания напряжения и ограничивают ток защитных диодов — резистор R10 предназначен для диодов, встроенных в микроконтроллер.
Монтаж и наладка
Схема собрана на двухсторонней печатной плате размерами 80×30 мм, при этом небольшой участок платы размером 10×30 мм предназначен для фотоприемника и может быть отрезан по пунктирной линии.
Сборка начинается с пайки SMD элементов, которые есть только на верхней стороне платы. Далее можно переходить к пайке компонентов для сквозного монтажа. Монтаж разъемов J4 и J5 не обязателен, если только датчик не отрезается от платы.
Если сборка прошла правильно, то к разъему J1 можно подключить источник питания с напряжением 12 В или около того, а к разъему J3 программатор микроконтроллеров AVR с поддержкой ISP. Фьюзы необходимо выставить следующим образом:
- High Fuse = 0xF9
- Low Fuse = 0x7A
На разъем J3 можно поставить перемычку, о чем кратко говорят надписи на плате. При его отсутствии схема работает в режиме «Отражение» (REFLECT). После установки перемычки система переключается в режим «Пересечение» (TRANSMIT).
Потребляемый ток устройством составляет около 12 мА в режиме ожидания и около 42 мА после включения реле при питании от 12 В.
После включения питания реле выключается и система производит зондирование окружающей среды в соответствии с установленным режимом работы. После обнаружения отражения или пересечения луча реле переключается, и система в течение короткого времени (примерно 500 мс) перестает на что-либо реагировать. Это необходимо для предотвращения переключения, например, из-за включения освещения.
Следующее изменение состояния контактов реле будет возможно после выполнения двух условий. Первое условие – это прохождение «мертвого» времени (примерно 500 мс). Второе условие – восстановление оптико-электронного барьера в нормальный режим работы, т.е. без каких-либо объектов в зоне его действия. Поэтому остановка в проеме двери на длительное время не вызовет циклического переключения реле, ведь препятствие будет «видно» все время.
Скачать файлы проекта (14,4 KiB, скачано: 90)
