Изготовление датчика движения в домашних условиях — подробная схема, необходимые инструменты и материалы

На чтение 9 мин Просмотров 4.3к. 01.02.2021 11.02.2021

1. Какой датчик можно изготовить самостоятельно
2. Приборы и материалы
3. Датчик емкостного типа
4. Сборка детектора
5. Проверка исправности электронных компонентов
6. Разметка и обрезка платы
7. Инфракрасный сенсор и Ардуино
8. Проверка работоспособности и настройка датчиков
9. Подключение нагрузки

Датчик движения можно приобрести в магазине, но если есть немного свободного времени, навыки и знания, такой сенсор можно изготовить самостоятельно. Это позволит сэкономить немного денег и предоставит приятное времяпровождение, занимаясь техническим творчеством.

Какой датчик можно изготовить самостоятельно

Существует несколько видов датчиков движения, и каждый тип, в принципе, можно изготовить самостоятельно. Но ультразвуковые и радиочастотные сенсоры сложны в изготовлении, требуют специальных навыков и приборов для наладки. Поэтому проще изготовить сенсоры емкостного и инфракрасного типа.

Приборы и материалы

Для изготовления детектора движения потребуются:

• паяльник и расходники;
• соединительные провода;
• мелкий слесарный инструмент;
• мультиметр.

Также для изготовления сенсора понадобится макетная плата. И еще неплохо иметь осциллограф для контроля работоспособности устройства на базе ВЧ-генератора.

Датчик емкостного типа

Эти сенсоры реагируют на изменение электрической емкости. В интернете, в быту и даже в технической документации часто применяется ошибочный термин «объемный датчик». Это понятие возникло из-за неверной ассоциации между геометрической емкостью и объемом. На самом деле сенсор реагирует на электрическую емкость пространства. Объем, как геометрический параметр, здесь не играет никакой роли.

Схема сенсора на одной микросхеме.

Датчик движения реально сделать своими руками. Простое емкостное реле можно собрать всего на одной микросхеме. Для построения датчика применен триггер Шмитта К561ТЛ1. Антенной служит провод или штырь длиной несколько десятков сантиметров, или другая проводящая конструкция схожих размеров (металлическая сетка и т.п.). При приближении человека увеличивается емкость между штырем и полом, напряжение на выводах 1,2 микросхемы увеличивается. При достижении порога триггер «опрокидывается», транзистор через буферный элемент D1/2 открывается и запитывает нагрузку. Ей может быть низковольтное реле.

Недостатком таких простейших датчиков является недостаточная чувствительность. Для его срабатывания требуется, чтобы человек находился на расстоянии нескольких десятков, а то и единиц сантиметров от антенны. Более чувствительны схемы с ВЧ-генератором, но они сложнее. Также проблемой могут стать намоточные детали. В большинстве случаев их придется изготовить самостоятельно.

Схема детектора на основе ВЧ-генератора.

Достоинство этой схемы – возможность применения готового трансформатора от транзисторного приемника СТ1-А. Он входит в схему генератора (индуктивной «трехточки») на транзисторе VT1. Резистором R1 регулируют глубину обратной связи, добиваясь появления колебаний. Колебания в генераторе трансформируются в обмотку III, выпрямляются диодом VD1. Выпрямленное напряжение открывает транзистор VT2, он подает положительный потенциал на управляющий электрод тиристора. Тиристор, открываясь, запитывает реле K1, контакты которого можно использовать для подключения сигнализации.

Антенной служит кусок провода длиной около 0,5 метра. При приближении человека (на расстояние 1,5-2 метра) емкость, вносимая его телом в контур генератора, срывает колебания. Напряжение на обмотке III исчезает, транзистор закрывается, выключается тиристор, реле обесточивается.

Читайте также

Устройство и принцип работы датчиков движения

Сборка детектора

Для сборки самодельного датчика можно сделать печатную плату. Например, методом ЛУТ. Технология несложна, освоить ее легко. Но если изготовление сенсора носит разовый характер, не имеет смысла тратить время на эксперименты. Лучшим выходом станет применение макетной монтажной платы.

Макетная монтажная плата.

Она представляет собой плату с металлизированными отверстиями со стандартным шагом, в которые можно впаивать электронные компоненты. Соединение в схему производится подпайкой проводников к соответствующим точкам.

Соединения на макетной плате.

Можно применить и беспаечную макетную плату (breadboard), но надежность соединений на ней гораздо ниже. Этот вариант лучше оставить для экспериментов и оттачивания искусства схемотехники.

Проверка исправности электронных компонентов

В первую очередь надо выполнить осмотр подобранных деталей. Если они не были в употреблении, следы пайки отсутствуют, и нет механических повреждений, то дальнейшая проверка особого смысла не имеет. Вероятность того, что компоненты исправны – 99 процентов. В противном случае детали неплохо проверить:

• резисторы прозванивают мультиметром — он должен показать номинальное сопротивление (с учетом класс точности резистора);
• намоточные детали прозванивают на отсутствие обрыва;
• конденсаторы малой емкости тестером можно проверить только на отсутствие короткого замыкания;
• конденсаторы большой емкости можно проверить стрелочным мультиметром в режиме проверки сопротивления – стрелка должна дернуться вправо, а потом медленно вернуться к нулю (влево);
• диоды проверяют тестером в режиме проверки диодов – в одном положении сопротивление должно быть бесконечным, в другом мультиметр покажет какое-то значение (зависит от типа диода);
• биполярные транзисторы проверяют в том же режиме как два диода – между базой и коллектором и между базой и эмиттером.

Эквивалентная схема проверки биполярного транзистора.

Микросхемы с помощью мультиметра проверить не удастся.

Разметка и обрезка платы

Дальше все компоненты надо разместить на плате так, чтобы оптимизировать будущие соединения. Для этого их надо расположить в одном углу или около одной стороны. Потом нанести линии, удалить элементы и отрезать лишнее. Этого можно не делать, но тогда плата займет больше места и потребует большего по размерам корпуса (а он понадобится, если детектор будет установлен на улице).

Размещение элементов и нанесение разметки.

Края платы надо обработать напильником. На работоспособность не влияет, но смотрится лучше.

Необработанный край – работает, но плохо выглядит.

Потом детали вставляются обратно, впаиваются в отверстия и соединяются проводниками согласно схеме.

Инфракрасный сенсор и Ардуино

Сделать неплохой датчик движения можно на платформе Arduino. В состав электронного «конструктора» входит модуль PIR-датчика HC-SR501. В него входит инфракрасный детектор, дистанционно реагирующий на изменение температуры, с контроллером.

Контроллер инфракрасного датчика Ардуино.

Модуль полностью совместим с основной платой и подключается к ней тремя проводниками.

Подключение детектора к плате.

Чтобы система заработала, надо загрузить в Ардуино следующий скетч:

Скетч для управления ИК-сенсором.

Сначала устанавливаются константы, определяющие назначение выводов основной платы:

const int IRPin=2

Константа IRPin означает номер пина для входа от датчика, ему назначается значение 2.

const int OUTpin=3

Константа OUTpin означает номер пина для выхода на исполнительное реле, ей присваивается значение 3.

В разделе void setup() устанавливаются:

• Serial.begin(9600) — скорость обмена с компьютером;
• pinMode(IRPin, INPUT) – вывод 2 назначается входом;
• pinMode(OUTpin, OUTPUT) – вывод 3 назначается выходом.

В разделе void loop константе val присваивается значение входа от датчика (ноль или единица). Дальше, в зависимости от значения константы, на выходе 3 появляется высокий или низкий уровень.

Проверка работоспособности и настройка датчиков

Перед первым включением собранного сенсора надо тщательно проверить монтаж. Если ошибок не найдено, можно подавать напряжение. В течение нескольких секунд после включения питания надо проконтролировать отсутствие локальных перегревов и дыма. Если «смок-тест» пройден, можно проверить работоспособность датчиков. Сенсоры на триггере Шмитта и на Ардуино наладки не требуют. Надо лишь имитировать нахождение объекта рядом с датчиком (поднесение руки) и проконтролировать изменение сигнала на выходе. Детектор на основе ВЧ-генератора требует установки момента начала генерации с помощью потенциометра Р1. Проконтролировать начало возникновения колебаний можно осциллографом или по щелчку реле.

Читайте также

Схема подключения датчика движения к светодиодному прожектору

Подключение нагрузки

Если сенсор работоспособен, к нему можно подключить нагрузку. Ей может служить вход другого электронного устройства (звуковой сигнализатор), Но часто от детектора требуется управлять освещением. Проблема в том, что нагрузочная способность выхода самодельного датчика не позволяет подключать даже маломощные светильники напрямую. Поэтому обязательно потребуется промежуточный ключ в виде реле.

Подключение датчика через реле-повторитель.

Подключение Ардуино через транзисторный ключ, промежуточное реле и реле-повторитель.

Выход Ардуино настолько маломощен, что не сможет управлять реле или пускателем напрямую. Потребуется дополнительное реле с транзисторным ключом.

Если все этапы сборки и настройки прошли удачно, можно устанавливать сенсор стационарно, выполнять окончательное подключение и наслаждаться четко работающей автоматикой.

Когда срабатывает датчик Холла?

Датчик Холла — это электронный прибор, который реагирует на изменения магнитного поля. Обычно он состоит из магнитночувствительного элемента, такого как полупроводниковый кристалл, на который действует магнитное поле, и усилительной схемы, которая усиливает сигнал, создаваемый при действии магнитного поля на магнитночувствительный элемент.

Датчик Холла срабатывает при изменении магнитного поля вблизи его магнитночувствительного элемента. Когда магнитное поле меняется, то происходит смещение зарядов в магнитночувствительном элементе, что приводит к возникновению электрического сигнала. Этот сигнал может быть использован для измерения магнитной индукции или для определения положения объекта, на котором установлен датчик Холла.

Например, датчики Холла широко используются в автомобильной промышленности для измерения скорости и положения вращающихся деталей, таких как колеса, распределительный вал и коленчатый вал двигателя. В этом случае, при движении магнита вблизи датчика Холла, изменяется магнитное поле, и датчик срабатывает, генерируя электрический сигнал. Этот сигнал затем используется для определения скорости и положения вращающихся деталей.

Также датчики Холла могут использоваться в других областях, где требуется обнаружение магнитного поля или определение положения объектов.

Видео. Как сделать простой и полноценный датчик движения своими руками