Реле «присутствия»

Электронный прибор, о котором пойдет речь, реагирует на присутствие человека, приводя в действие различные исполнительные устройства. Реле «присутствия» можно использовать для охраны помещений и отдельных предметов, для автоматического открывания дверей, в качестве сигнализатора, предупреждающего об опасности, и т. д.

Прибор отличается простотой схемы, небольшими размерами, высокой температурной стабильностью, легкостью настройки, не содержит дефицитных деталей. Он состоит из генератора сигналов ультразвуковой частоты, индуктивно-емкостного моста с двумя антеннами, усилителя ультразвуковой частоты, порогового устройства и исполнительного реле.

Генератор выполнен на транзисторе VT1 (рис. 1) по схеме с общим коллектором. В качестве индуктивности LC-контура используется первичная обмотка трансформатора Т1. Две его вторичные обмотки и конденсаторы С1 — С3 образуют симметричный LC-мост, который благодаря индуктивной связи первичной и вторичных обмоток Т1 питается переменным напряжением частотой 60…70 кГц. Выходное напряжение LC-моста снимается с переменного резистора R1. Настраивают мост элементами С2, R2. К обмоткам II и IIІ подсоединены антенны WA1 и WA2 — рабочая и компенсационная.

С выхода моста сигнал поступает на трехкаскадный усилитель переменного тока (VT2—VT4) с коэффициентом усиления 2000…2500. Выходной каскад усилителя нагружен на мостовой выпрямитель VD1—VD4. Выпрямленное напряжение сглаживается RC фильтром C13R14C14 и поступает на пороговое устройство, представляющее собой триггер Шмитта, в котором для уменьшения гистерезиса сигнала управления до 0,05 В в эмиттерные цепи VT5, VT6 включены стабилитроны VD7—VD9. Цепочка R15VD5VD6 в базовой цепи VT5 обеспечивает температурную стабильность порога срабатывания. Чтобы ослабить влияние нагрузочных цепей на работу триггера, исполнительное реле К1 включено в цепь коллектора дополнительного транзистора VT7, выполняющего одновременно функцию инвертора.

Устройство питается от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 15…18 В. Использование индуктивно-емкостного моста с двумя антеннами, включенными в противоположные плечи, исключает ложные срабатывания в результате влияния на чувствительные элементы изменения температуры и влажности окружающей среды. В этом случае дестабилизирующие факторы действуют на LC-мост одновременно и в противофазе, и напряжение в выходной диагонали моста не меняется. Высокая температурная стабильность прибора обеспечивается применением в LC-мосте конденсаторов с низким ТКЕ, усилением сигнала разбаланса только в усилителе переменного тока, использованием цепочек отрицательной обратной связи в УУЧ и установкой термокомпенсирующих элементов (RK1 и VD5VD6).

Работает реле «присутствия» следующим образом. В исходном состоянии LC-мост сбалансирован или близок к балансу, напряжение на входе VT2 составляет 1…1,5 мВ, а на выходе выпрямителя (в контрольных гнездах ХТ1, ХТ2) — не более 2,5…3 В. Этого напряжения недостаточно для срабатывания триггера Шмитта, и реле К1 остается обесточенным. При приближении человека к одной из антенн изменяется емкость соответствующего плеча LC-моста относительно общего провода, и напряжение в выходной диагонали моста (на R1) увеличивается. Соответственно возрастает постоянное напряжение на входе порогового устройства. Когда напряжение между точками А и Б превысит значение 4 В, триггер Шмитта срабатывает и контактная система реле включает исполнительный механизм (пускатель, электромагнит, звонок, лампу и т. д.). После удаления человека от антенны на достаточное расстояние (зависит от чувствительности устройства) напряжение Uаб снижается до уровня менее 4 В, триггер Шмитта отпускает и К1 обесточивается.

Монтаж всех элементов (кроме антенн) выполнен на печатной плате размером 120X85X1,5 мм (рис. 2). Плата помещается в корпус, изготовленный из серийной пластмассовой коробки для хранения фотопленок. Внешние цепи подсоединяются с помощью штырьков и гнезд от прямоугольного разъема типа РП10.

В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ и УЛМ мощностью 0,125, 0,25 Вт, переменные резисторы СП3-1б, терморезистор ММТ-4 или ММТ-1. Конденсаторы: постоянные КТ, КМ, КД (С1, С3 — с ТКЕ группы М33 или М47), оксидные — типа К50-6, К50-12, подстроечный — типа КПК-М. Транзистор VT1 может быть заменен транзистором КТ602 или КТ605 с любым буквенным индексом. В качестве VT2, VT3, VT5—VT7 допустимо использовать любые кремниевые транзисторы малой мощности с допустимым напряжением «коллектор — эмиттер» и «коллектор — база» не менее напряжения источника питания, при этом допустимый ток коллектора транзистора VT7 должен быть выше тока срабатывания реле К1. Допустимое напряжение «коллектор — эмиттер» транзистора VT4 должно не менее чем в два раза превышать напряжение источника питания. В устройстве применено реле РЭС-9 (паспорт РС4.524.201 или РС4.524.200).

Диоды Д311 можно заменить на диоды Д2, Д9. Трансформатор Т1 изготавливается на ферритовом броневом сердечнике Б22, марка феррита 1500НМ3 (1500НМ2). Обмотки II и III содержат по 100 витков провода ПЭВ 0,15 и наматываются первыми одновременно в два провода. Первичная обмотка содержит 29+30 витков провода ПЭШО 0,2 и наматывается поверх вторичных обмоток. При монтаже трансформатор Т1 следует установить на высоте 10 мм от поверхности платы при помощи распорной втулки (капроновая пробка).

В качестве трансформатора Т2 используется согласующий трансформатор от транзисторного приемника, выполненный на магнитопроводе из пермаллоя. Отношение витков первичной и вторичной обмоток должно быть в пределах 0,4…0,6. Электромагнитное реле К1 можно заменить на любое другое, рассчитанное на напряжение 12…14 В, при этом ток срабатывания не должен превышать допустимого тока коллектора транзистора VT7.

При монтаже деталей на плате следует установить разделительный экран, который выполняется из гнутого латунного уголка сечением 30X5X0,5 мм, длиной 118 мм. Экран надежно соединяется с общей шиной устройства.

Антенны WA1 и WA2 выполняются из алюминиевого или медного провода Ø 2…3 мм и длиной 0,7…4 м, в виде прямого отрезка или рамки. Еще эффективнее плоские антенны из тонкого листового алюминия или фольгированного гетинакса площадью 0,1…0,3 м2. Размеры и форма антенн в каждом конкретном случае определяются назначением реле и местом установки. Важно, чтобы по форме и размерам антенны были одинаковы. Антенны и соединительные провода необходимо жестко закрепить. В пространстве антенны располагают так, чтобы при приближении к ним человека емкость между ним и одной из антенн (рабочей) возрастала существенно быстрее, чем между человеком и компенсирующей антенной; иными словами, по отношению к человеку антенны должны располагаться асимметрично.

Налаживать прибор начинают при отключенных антеннах. Монтажную плату устанавливают на временных жестких стойках из изоляционного материала длиной 40…50 мм, чтобы устранить влияние па LС-мост диэлектрических свойств столешницы рабочего стола. Затем поворачивают движок переменного резистора R1 влево (по схеме) до упора, подключают устройство к источнику питания и измеряют ток покоя в его цепи. Он не должен превышать величину 9…11 мА. Затем медленно поворачивают движок R1 вправо. В какой-то момент должно включиться исполнительное реле К1, что будет заметно по резкому возрастанию тока питания до 38…45 мА (в зависимости от типа К1). Затем балансируют LC-мост переменными резистором R2 и конденсатором С2. Момент наступления баланса определяют по минимуму напряжения в контрольных гнездах ХТ1, ХТ2. Движок R1 постепенно переводят в противоположное положение, при этом напряжение Uаб должно составлять 1,5…2 В; при большом разбалансе оно достигает уровня 8…9 В. Срабатывание реле К1 должно происходить при напряжении в контрольных гнездах 4…4,2 В. Правильность работы устройства проверяется так: медленным и плавным вращением С2 устанавливают контрольное напряжение, близкое к состоянию баланса (3 В); при поднесении пальца руки к одному из гнезд X1 или Х2 контрольное напряжение должно возрастать, при поднесении к другому гнезду — снижаться. Если при балансировке минимальное контрольное напряжение достигается при емкости С2 «максимум», следует к С2 параллельно подпаять конденсатор емкостью 1,5…7,5 пФ, типа КТ с ТКЕ группы М33, М47 и вновь повторить балансировку. Если С2 при балансировке окажется в положении «минимум» — дополнительный конденсатор следует припаять параллельно С3.

Настройка реле с подключенными антеннами выполняется аналогично, при этом положение тела оператора и его рук в пространстве должно быть таким, чтобы оказывать наименьшее влияние на антенны.

При окончательной настройке реле переменным резистором R1 подбирают желаемую чувствительность устройства. Под чувствительностью следует понимать максимальное расстояние между человеком и рабочей антенной в мм, при котором происходит срабатывание автомата.

Пример установки реле «присутствия» в небольшом помещении для автоматического включения света показан на рисунке 3. Антенны и реле располагают на боковой стене. Прибор стараются расположить по возможности симметрично относительно обеих антенн. Блок питания, лампу накаливания и выключатель устанавливают в удобных для пользования местах. Для повышения чувствительности вывод Х5 желательно соединить проводом Ø 0,3…0,5 мм с заземленными элементами (например, газовой или водопроводной трубой). Антенны прячут под обоями или закрывают декоративными накладками. При входе в комнату свет автоматически зажигается и горит, пока человек находится в помещении. Как только комната опустеет, свет автоматически гаснет.

При монтаже элементов реле в помещении следует избегать близкого расположения антенн (менее 1 м) от источников электромагнитного поля, например холодильника, работающей стиральной машины, телевизора и т. д., во избежание дестабилизирующего действия на настройку реле. Если стены выполнены из армированных панелей, то для повышения чувствительности реле антенны желательно разместить на расстоянии 40…50 мм от поверхности стен.

В качестве блока питания можно использовать любой выпрямитель с транзисторным стабилизатором напряжения. Коэффициент стабилизации источника должен быть не менее 100, а нагрузочная способность — не менее 50 мА. Обязательное требование — наличие надежной гальванической развязки между выходными цепями источника и сетью.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РЕЛЕ «ПРИСУТСТВИЯ»

Напряжение питания, В … 16
Ток потребления при покое, не более, мА … 10
Ток потребления при срабатывании, не более, мА … 45
Максимальная чувствительность при площади антенн 0,2 м2, не менее, мм … 1000
Дрейф контрольного напряжения в диапазоне температур 20…45°С, мВ гр … 3
Габариты (без антенн), мм … 129x94x40

И. ГЛУЗМАН, г. Киев