Микроволновой датчик движения.

Автор: Игорь Парунин, egor-palunin@rambler.ru
Опубликовано 17.08.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2012!"

Сразу признаюсь – схема и конструкция не полностью мои… Самая главная часть честно «содрана» с фирменного датчика, не помню уже какой модели, дело весьма давнее, он не польского, а весьма стабильного (что-то крутится в голове Prestige, но не уверен) и было это в начале далеких девяностых, когда в нашу серую жизнь ворвались перемены и стало вокруг все настолько спортивно что... но отбросим лирику и займемся физикой… но это был весьма удачный коммерческий проект…

Итак, микроволновый датчик, он же радарный датчик движения. Смысл его существования, фиксировать движение посторонних лиц вблизи транспортного средства или проникновение на охраняемую территорию. Но применение может быть и не таким милитариским. Я, например, использую его на кухне для включения лампы над столом, очень удобно в вечернее время, приглушенный свет включается автоматически.

Теперь о том, как это работает. В датчике используется эффект Доплера. Который заключается в изменении длинны волны, отразившейся от движущегося нарушителя. При работе датчик постоянно излучает высокочастотные колебания, и если нарушителей спокойствия нет, то излученные колебания, гуляя по округе, сохраняют свою длину волны неизменной. Но если в зоне распространения излучения появляется движущийся объект, то длина волны, отраженная от объекта, смещается в большую или меньшую сторону. Это зависит от того, приближается объект или удаляется от датчика. Собственно в данном случае это и не важно, главное это то, что что-то меняется. Далее, измененные колебания возвращаются на датчик, он по совместительству еще и приемник, и складываются с колебаниями с основной длиной волны, да он еще и смеситель, тоже по совместительству. В результате, получается разностный низкочастотный сигнал. Частота его будет зависеть от того с какой скоростью бегают нарушители спокойствия и в каком направлении. Но нас это мало волнует, главное – это амплитуда! Которая будет зависеть от мощности принимаемого, отраженного от нарушителя сигнала, а значит и от расстояния до нарушителя. И тут, появляется возможность строить датчики с двумя, и даже с тремя зонами обнаружения. В рассматриваемом датчике это не реализовано, так как радиус его стабильно прогнозируемого срабатывания всего четыре метра.

Теперь о схеме. Схема датчика проста, и условно делится на высокочастотную и низкочастотную части. Высокочастотная часть состоит из одного транзистора и загадочного рисунка на обеих сторонах печатной платы. Этот рисунок и образует все катушки, конденсаторы и дроссели высокочастотной схемы, ну и пара резисторов с диодом.

Если честно, моих познаний в СВЧ технике не достаточно, чтобы подробно описать работу этого узла схемы. Может, кто-нибудь, об этом расскажет поподробней. Я же, расскажу на свой дилетантский манер. Элемент печатной платы W1 (2) и его зеркальный брат близнец W2 (1), на другой стороне платы, по-видимому, являются так называемой щелевой антенной. По всей видимости, это резко накладывает ограничения на толщину печатной платы, которая составляет 1.25 mm. Так же, можно заметить две кривых дорожки (6, 7), по всей видимости, это неспроста, это катушки индуктивности или ВЧ дроссели L1 L2, причем углы этих катушек повернуты относительно друг друга на 45 градусов. Далее, три полигона (3, 4, 5), все разной формы и, все меж собой геометрически взаимодействуют. Один соединен с минусом (5), второй с плюсом (4), а третий W3 с коллектором транзистора (3).

С назначением этих элементов честно сказать - затрудняюсь... Тот, который соединен с коллектором транзистора W3 (3), по всей видимости - резонатор смесителя гетеродина, поскольку именно с него снимается разностный низкочастотный сигнал, а подключенная к нему полоска резонатора W1 (2) - положительная обратная связь... Вообще это называется Автодин. Радиоприёмник с положительной обратной связью, в котором одновременно происходят процессы генерирования, на частоте отличной от принимаемой, и детектирования, в результате чего выделяется разность генерируемой и принимаемой частот в виде биений. Автодин служит для приёма на слух телеграфных сигналов по методу биений и для приведения в действие автоматических устройств (вики).

Сопротивление резистора R4 знатоков может удивить, меня тоже удивляет, хоть я и незнаток, но… за что взял, за то и отдаю – в оригинале стоял именно 68 Ом. При этом, ток потребления датчиком в режиме слежения составляет 15 mA, а в момент обнаружения бросок в 32 mA. Резистором R3 чет тоже устанавливается... Наверное, режим работы каскада по постоянному току. Я крутил его всегда на глазок, просто добиваясь нормальной работы. Не нормальная работа заключалась в отсутствии таковой вовсе, или в постоянном срабатывании, наверное, в результате импульсного возбуждения или регенеративного...

Теперь о настройке. Настройку я проводил в следующем порядке: выводил потенциометр R9 в минимум сопротивления (максимум дальности обнаружения), и потенциометром R3 добивался устойчивой работы на обнаружение, скача вокруг. Чрезмерное увеличение сопротивления, этого резистора, приводило к импульсной генерации, а уменьшение, к ее полному отсутствию. То есть, надо найти «золотую середину»... После настройки, сопротивление подстрочника R3, у большинства датчиков, составляло порядка 30 Ом.

Низкочастотная часть, реализована на счетверенном операционном усилителе LM324 (ОР1). Первый кирпич, является усилителем и по совместительству фильтром. Два вторых образуют компаратор уровня и, опять же по совместительству, выпрямитель (детектор). Четвертый не задействован, и выводы висят в воздухе... Это совсем не по-феншую конечно, поэтому рекомендуется его включить по схеме «байпаса» – положительный вход посадить на минус, а отрицательный замкнуть с выходом.

Конденсаторы С3, С4, С5 на плату установлены не были, понадеялся сэкономить по незнанию и, пожалел… Без конденсаторов С3, С4 некоторые экземпляры работали не устойчиво, поэтому они припаивались с обратной стороны платы навесным способом.

Диаграмма направленности, чисто субъективно, имеет примерно такой вид и очень сильно меняется в реальных условиях.

Дальность обнаружения у некоторых экземпляров - 10-15 метров - поражала, но она была непрогнозируемой. Лужения на оригинале не наблюдалось, и поверхность медного покрытия была шершавой, а элементы W1 и W2 (1, 2) гладким. У меня подобные датчики работали и на луженых платах, и на не луженых… Разницы, признаться, большой я не заметил. Оригинальный датчик был выполнен с применением SMD компонентов. В те времена с подобной элементной базой, доступной радиолюбителю, было вообще никак, поэтому монтаж был переделан под выводные компоненты.

Датчик можно применить для автомобильной сигнализации и для охраны помещения. При установке в авто, самое выгодное место установки – это по центру крыши салона. При этом, датчик будет фиксировать посторонних вблизи машины на расстоянии метра. При применении в помещениях, опять же - по центру потолка. В комнате 15-20 кв/м, вам от него спрятаться вряд ли удастся. Датчик может срабатывать и от неодушевленных предметов. Например, датчик, который у меня стоит на кухне, иногда срабатывает от раскрученной легким сквознячком крыльчатки вытяжного вентилятора, может ложно сработать от встряхнувшегося холодильника, и от занавесок, которые колышутся в потоках теплого воздуха от батареи зимой. Также не стоит забывать про соседей этажом выше. Например, мой датчик установлен на стену смежную с лестничной клеткой, и если вдруг какой забулдыга сильно опоздает к ужину то, я об этом узнаю… Но это бывает довольно редко. За то ночью, он заблаговременно включает свет, когда в соседней комнате за стенкой, кто-то встает с постели, шоб сходить куда-нибудь.

Триггер написано с одним «G»… молодость… :)

Файлы:
плата

Все вопросы в Форум.