Praktickým příkladem využití detektorů přiblížení jsou automatické vodovodní baterie nebo samočinné splachování na moderních sociálních zařízeních, v mnoha provozech také podobné zařízení počítá výrobky na páse nebo hlídá exponáty před odcizením. Následující zapojení bylo využito ke spínání osvětlení po průchodu osoby a je proto vybaveno časovačem, který prodlužuje čas sepnutí i do doby, kdy se překážka již nepohybuje ve sledovaném prostoru. Tento detektor přiblížení pracuje na principu odrazu infračerveného paprsku a umožňuje detekci překážky do vzdálenosti cca 50 - 100cm.

Popis zapojení

Základem zapojení jsou infračervené LED diody D1, D2 a fototranzistor T2. Tyto prvky musí být konstrukčně uspořádány tak, aby mezi nimi nebyla přímá optická vazba. Pokud se před LED diodou a fototranzistorem objeví nějaká překážka, IR signál odražený od předmětu dopadne na fototranzistor a ten indikuje přítomnost signálu. Aby nebyl detektor ovlivňován okolním osvětlením, je zde použita modulace signálu kmitočtem asi 4,5 kHz. Základem detektoru je tónový detektor s fázovým závěsem NE567. Obvod obsahuje integrovaný oscilátor, jehož kmitočet je porovnáván v obvodu fázového závěsu s kmitočtem na vstupu obvodu. V případě, že kmitočty na vstupu a výstupu jsou stejné, překlopí se výstup do nízké úrovně. Za tímto obvodem je zařazen časovač a jako výstupní prvek je použito relé. Výstup oscilátoru je na pinu č. 5 IO1, R4 a C2 určují jeho kmitočet. Signálem z oscilátoru je spínán tranzistor T1, v jehož kolektorovém obvodu jsou zapojeny infračervené LED diody, v sérii s omezovacím rezistorem R1. V případě, že na fototranzistor T2 dopadne IR záření vysílané diodami D1, D2 (odražené od překážky), objeví se na jeho kolektoru modulovaný signál se shodným kmitočtem jako signál vysílaný diodami D1, D2. Z běžce trimru P1 je tento signál veden přes kondenzátor C3, který odděluje stejnosměrnou složku, na vstup IO1 (pin 3). Při dostatečné úrovni signálu dojde k překlopení výstupu IO1 (pin 8) a rozsvícení indikační LED D3. Citlivost můžeme nastavit trimrem P1. Nízká úroveň z výstupu IO1 projde přes diodu D4, která je zde nutná z důvodu oddělení kondenzátoru C7 od IO1, na vstup časovače IO2 a dojde k vybití kondenzátoru C7. Tím se nastartuje časovač IO2 a na výstupu (pin 3) se objeví vysoká úroveň, sepne relé K1 a rozsvítí se indikační LED dioda D6. Obvod IO2 je zapojen jako časovač se zpožděním a čas, kdy je relé sepnuto se tedy počítá až od poslední sestupné hrany signálu na pinu 2 IO2 Dá se říci, že každou další aktivací IO1 dojde k vynulování IO2 a započetí počítání zpoždění znovu od začátku. Trimrem P2 nastavujeme požadované zpoždění odpanutí relé, rezistor R8 je zde pouze pro případ vytočení běžce P2 do krajní polohy. V případě, že by nestačil rozsah trimru P2 a potřebovali bychom zpoždění zvětšit, můžeme hodnoty kondenzátoru C7 a (R8 + P2) vypočítat ze vztahu: T = 1,1 × (R8+P2) × C7. Kondenzátor C8 je zde jako ošetření nezapojeného vstupu. Dioda D5 chrání IO2 před napěťovými špičkami, které mohou vznikat v cívce relé K1. Kontakty relé jsou vyvedeny na svorkovnici X2. Obvod zdroje je zde řešen s využitím stabilizátoru IO3 78L08, dioda D7 chrání obvod před náhodným přepólováním. Kondenzátory C1, C4, C9 filtrují napájecí napětí. Napájení je připojeno pomocí šroubovací svorkovnice X1, s ohledem na použitý stabilizátor a úbytek napětí na diodě D5 se má pohybovat okolo 12 V.

 
Schéma zapojení. Kliknutím na náhled získáte obrázek ve vyšší kvalitě

Mechanická konstrukce

Obvod je navržen do hlubší lištové krabice, která je běžně k dostání v každém obchodě s elektroinstalačním materiálem. Vysílací infračervené diody procházejí víčkem krabičky, stejně jako fototranzistor T1. Vodiče procházejí do krabičky otvorem ve dnu, nebo na boku, podle využití a konečné instalace zařízení. Indikační LED diody D3 a D6 mohou být v případě potřeby také vyvedeny na čelní panel. Plošný spoj dosedá na trojici distančních sloupků, které vlepíme do krabičky a je přišroubován jedním samořezným šroubem.

 
Osazení plošného spoje. Kliknutím na náhled získáte obrázek ve vyšší kvalitě

Stavba a oživení

Stavbu začneme opracováním plošného spoje, nejprve vyřízneme vybrání pro připojovací vodiče v prostoru svorkovnice X1 a X2, dále vyvrtáme a vybrousíme otvory pro sloupky uvnitř krabičky, jak je naznačeno na plošném spoji a nezapomeneme vyvrtat otvor ?d = 3 mm pro samořezný šroub, který upevňuje desku plošných spojů v krabičce. Nyní převrtáme otvory pro trimry P1, P2 na d = ?1 mm a relé K1, svorkovnice X1 a X2 na d = ?1,3 mm. Tím je plošný spoj opracován a můžeme vyzkoušet, zda jde vložit do krabičky. Pokud je vše v pořádku, můžeme pokračovat. Nyní musíme připravit krabičku. Do víčka vyvrtáme otvory pro infračervené LED diody vrtákem o d = 3 mm a pro fototranzistor o d = ?5 mm. Vyvrtáme také otvor pro vodiče, buď ve dnu, nebo na boku krabičky. Nyní vlepíme (sekundovým lepidlem) dva distanční sloupky výšky 8 mm do rohů krabičky v části, kde se nachází sloupek s otvorem pro samořezný šroub, kterým bude upevněna deska plošných spojů, a další sloupek přilepíme do prostoru pod relé K1. Na sloupky dosedne deska a zajistíme tak její rovnoběžnost s dnem krabičky. Když máme tyto přípravné práce hotové, můžeme přistoupit k osazování plošného spoje. Diody D1, D2 a fototranzistor T2 musíme osadit tak, aby procházely čelním panelem, je dobré raději vše dvakrát přeměřit... Po zapájení všech součástek očistíme plošný spoj od zbytků tavidla a přistoupíme k oživení. Trimr P1 vytočíme na doraz směrem ke kondenzátoru C3 a trimr P2 také do kraje odporové dráhy směrem k C7. Nyní připojíme napájecí napětí 12 V. Odběr proudu by neměl přesahovat 120 mA. Pokud není před zařízením překážka, měly by bliknout LED D3 a D6 a krátce sepnout relé. Pokud jsou obě LED rozsvíceny a relé je sepnuto trvale, pravděpodobně dochází k optické zpětné vazbě mezi infradiodami a fototranzistorem. (k odstranění stačí lehce ohnout diody D2, D3 směrem od tranzistoru T1, dokud nezhasne D1 a následně D4. Pro další experimentování můžeme D1, D2 umístit na kousek kablíku a zkoušet různé nastavení vůči T2. Při pokusech se mi podařilo zvýšit dosah až na 1 m, ale jelikož infračervené záření není vidět, vyžaduje toto experimentování silnou trpělivost. Zkoušel jsem i zapojit místo D1, D2 supersvítivé LED červené barvy a zařízení fungovalo také, přibližně na 20 cm. Je také možno experimentovat s proudem, který prochází diodami D1, D2 pomocí změny rezistoru R1. Efektní by mohlo být použití modrých LED diod, ale tuto variantu jsem nezkoušel. Citlivost (dosah) můžeme regulovat trimrem P1, čas po který je sepnuto relé K1 potom trimrem P2. Nakonec doporučuji plošný spoj nastříkat ochranným lakem (např.PLASTIK 70) pro zvýšení odolnosti proti okolním vlivům.  Poté můžeme desku vestavět do krabičky a přišroubovat. Při instalaci dbáme na to, aby na fototranzistor T2 nedopadalo přímé sluneční záření, nebo aby nebyl silně osvětlen jiným zdrojem světla, jelikož by docházelo k zmenšení citlivosti zařízení. K podložce přišroubujeme přístroj pomocí dvou vrutů, které procházejí připravenými otvory ve dně krabičky.

Seznam součástek

Download a odkazy

• Download schéma a plošného spoje ve formátu Eagle a PDF - detektor_priblizeni.zip

Použitá literatura

• AR SAK 1998/5 strana 2
• Václav Malina, Poznáváme elektroniku III.