Разработка прибора присутствия

Разработка прибора присутствия

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра информационных систем и измерительных технологий

Для большинства цифровых устройств необходим источник питания. При большом потреблении мощности использование как источника гальванических батарей неэкономично. В этом случае постоянное напряжение получают путём трансформирования и выпрямления напряжения сети. Для этой цели в данной приборе используем (см. приложение ФИРЭ.ИИТ.КП604992/с.002) двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора.

К достоинствам можно отнести - используются обе половины переменного напряжения. При этом вырабатывается пульсирующее колебание, в котором отсутствующие в однополупериодной схеме полуволны инвертируются и появляются между положительными полуволнами. Коэффициент пульсации составляет 0,67, для сравнения коэффициент пульсации однополупериодного выпрямителя 1,57.

Чтобы уменьшить пульсации, на выходе выпрямителя, в схему включаем сглаживающий Г - образный RC - фильтр.

Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

,

где ,,,- коэффициенты пульсаций и амплитудные значения напряжения на входе и выходе фильтра.

Схемы стабилизации используются во многих, но не во всех источниках питания. Для обеспечения устойчивости выходного напряжения постоянного тока в условиях изменяющейся нагрузки, колебаниях напряжения в сети используем стабилизатор в виде интегральной микросхемы.

Включим в схему резистор R1 являющимся датчиком тока в схеме защиты от перегрузок.

На выходе схемы установим конденсатор С2, служащий для снижения уровня пульсаций выходного напряжения, а так же повышения устойчивости стабилизатора.

С помощью переменного резистора R5 можно производить более точную регулировку выходного напряжения.

2.2. Разработка прибора «присутствия»

Схема прибора «присутствия» (см. ФИРЭ.ИИТ.КП604992/с) - состоит из генератора сигналов ультразвуковой частоты, индуктивно-ёмкостного моста с двумя антеннами, усилителя ультразвуковой частоты, порогового устройства и исполнительного реле.

Генератор выполнен на транзисторе VT1 по схеме с общим коллектором. В качестве индуктивности LC-контура используется первичная обмотка трансформатора ТV1. Две его вторичные обмотки и конденсаторы С1...СЗ образуют симметричный LC-мост, который, благодаря индуктивной связи первичной и вторичных обмоток ТV1, 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 III подсоединены антенны WA1 и WA2 - рабочая и компенсационная.

Сигнал с выхода моста поступает на трёхкаскадный усилитель переменного тока, выполненный на транзисторах VT2...VT4, с коэффициентом усиления 2000...2590. Выходной каскад усилителя нагружен на мостовой выпрямитель VD1 ..VD4. Выпрямленное напряжение сглаживается RC-фильтром С13, R14, С14 и поступает на пороговое устройство, представляющее собой триггер Шмитта. В триггере для уменьшения гистерезиса сигнала управления до 0,05 В в эмиттерные цепи VT5, VT6 включены стабилитроны VD7...VD9 Цепочка R15, VD5, VD6 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.

Прибор «присутствия» работает 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 UAB снижается до уровня менее 4 В, триггер Шмитта отпускает и К1 обесточивается.

В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ мощностью 0,25 Вт, переменные резисторы СПЗ-13, терморезистор ММТ-4 или ММТ-1. Конденсаторы: постоянные КТ, КМ, КД (Cl, C3 с ТКЕ группы МЗЗ или М47), оксидные -- типа К50-6, К50-12, подстроечный - типа КПК-М. Транзистор VT1 может быть заменен транзистором КТ602 или КТ803 с любым буквенным индексом.

В качестве VT2, VT3, VT5…VT7 можно 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 ДЗИ можно заменить на диоды Д2, Д9. Трансформатор Т1 изготавливается на ферритовом броневом сердечнике Б22, марка феррита 1500НМЗ (1500НМ2).

Обмотки II и III содержат по 100 витков провода ПЭВ 0,15 и наматываются первыми одновременно в два провода. Первичная обмотка содержит 20...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.

Антенны WA1 и WA2 выполняются из алюминиевого или медного провода 00,2...3 мм и длиной 0,7...4 м, в виде прямого отрезка или рамки. Более эффективными являются плоские антенны из тонкого листового алюминия или фольгированного гетинакса площадью ОД...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 рабочей антенной возрастала существенно быстрее, чем между человеком и компенсирующей антенной. Иными словами, по отношению к человеку антенны должны располагаться асимметрично.

Налаживание прибора производят при отключенных антеннах. Монтажную плату устанавливают на временных жестких стойках из изоляционного материала длиной 40...50 мм, чтобы устранить влияние на LC-MOCT 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 UAb 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 следующим образом:

- медленным и плавным вращением С2 устанавливают контрольное напряжение, близкое к состоянию баланса (3 В);

- при поднесении пальца руки к одному из гнезд XI 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 МЗЗ, М47 и вновь повторить балансировку. Если С2 при балансировке окажется в положении «минимум» - дополнительный конденсатор следует припаять параллельно СЗ.

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 миллиметрах, при котором происходит срабатывание автомата.

3. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

Страницы: 1, 2