Лазерный датчик своими руками: конструкция, инструкция по сборке

Лазерный сенсор используется для контролирования какого-либо области пространства. Он точно реагирует на пересечение лазерного луча и объекта, подсчитывает количество таких пересечений.

Лазерный сенсор можно сделать из микрокалькулятора посредством добавления радиоэлемента без печатной платы, при незначительных затратах средств и свободного времени.

Функциональность и характеристики лазерного сенсора движения.

Конструкция сенсора включает в себя три основных модуля: микрокалькулятора, лазерной указки и фотоприемника. Калькулятор устанавливается в режим подсчета, а работа датчика осуществляется совместно с лазерной указкой. Каждое прерывание луча лазера изменяет показание калькулятора на единицу. Дистанция гарантированного срабатывания сенсора составляет от 10 до 100 м.

Мигающий светодиод используется в качестве фотодетектора. Такое решение объясняется принципом работы фотодиода, помимо этого, подключение иного радиокомпонента может заблокировать клавиатуру калькулятора и работоспособность всего устройства.

Конструкцией сенсора предусмотрено питание каждого элемента от собственного источника, что позволяет относить модули на любые доступные расстояния.

Компоненты конструкции сенсора

Конструкция сенсора состоит из следующих компонентов:

1. Светодиод, мигающий, красного цвета свечения в 3 мм корпусе;
2. Канцелярская скрепка;
3. Изолирующие трубки;
4. Прямоугольная резиновая стерка;
5. Двойной провод;
6. Трубка черного цвета;
7. Калькулятор Citizen;
8. Подставка для лазерной указки;
9. Выключатель в форме кольца;
10. Лазерная указка.

Принцип работы.

Принцип работы сенсора основан на преобразовании излучения лазера в импульс тока в светодиоде, с последующей передачей его на клавиши калькулятора.

В корпус мигающего светодиода установлена микросхема с ключом управления. При подключении к клавише калькулятора питание через подсоединенные провода поступает на микросхему. Ток и потенциал слишком малы, и потому светодиод неактивен, таким образом, размыкание и замыкание ключа не происходит.

При попадании луча лазера на кристалл светодиода на его поверхности образуется электроток, поступающий к микросхеме, расположенной на подложке кристалла. Вырабатывается импульс тока, замыкается ключ и при снижении напряжения в цепи происходит имитация нажатия кнопки, которое регистрирует калькулятор.

Материалы и детали.

Для монтажа лазерного сенсора не требуется изготовление печатной платы. Перечень радиокомпонентов приведен в таблице. На фото указаны элементы, использующиеся при сборке сенсора.

Инструкция по сборке.

Сначала следует подготовить калькулятор, сняв заднюю крышку. Далее необходимо определить контакты, соответствующие кнопке “равно” со стороны токоведущих дорожек. Отыскать требующиеся контакты будет проще при сопоставлении кнопки «равно» с размещенными контактами. Для полной уверенности можно проверить эти контакты посредством тестера, поставленным в режим измерения сопротивления при замыкании.

В задней крышке высверливаются два отверстия диаметром 2-3 мм.

Сквозь получившиеся отверстия продевается двойной провод. К каждому из контактов припаивается монтажный провод. Для исключения обрыва провода при случайном резком рывке оголенный участок провода следует изолировать.

Крышку калькулятора можно закрыть. На выводы светодиода надеваются изолирующие трубки. К свободным концам провода припаивается мигающий светодиод с красным цветом свечения.

Светодиод сможет работать в качестве фотоэлемента только при правильном его подключении, поэтому крайне важно соблюдать полярность.

Для обеспечения точности попадания луча лазера в светодиод, его необходимо закрепить неподвижно.

Для этого предназначена специальная опора, не позволяющая светодиоду болтаться и облегчающая его монтаж в любой позиции. Для изготовления поры потребуется стерка и скрепка.

По центру стерки проделываются два сквозных отверстия на расстоянии друг от друга в 6 мм. Скрепку нужно распрямить и придать ей П-образную форму.

В стерке проделывается небольшая канавка от левого отверстия в сторону левого края. Аналогичным образом проделывается канавка и от правого отверстия.

П-образная скоба продевается в отверстия и опускается до самой поверхности стерки.

Выводы скобы загибаются в разные стороны. После сгиба эти выводы следует разместить в канавке. Сгиб лучше всего делать посредством плоскогубцев.

На светодиод нужно надеть черную трубку с целью исключения влияния сторонних боковых излучений, к примеру, солнца, осветительных ламп.

Таким образом, модуль приема готов.

Переходим к сборке передающего модуля лазерного сенсора. Для этого подготавливаем обыкновенную лазерную указку, продающуюся в любом газетном киоске.

Лазерная указка закреплена на опоре, а ее включение/выключение осуществляется посредством кольцевого выключателя.

Сначала делаем выключатель. Для его изготовления потребуется тонкий картон, из которого вырезается прямоугольник. Этим прямоугольником оборачивается корпус указки и изолируется изолентой. Кольцо должно иметь возможность беспрепятственно перемещаться по корпусу указки.

Включение и выключение указки осуществляется передвижением кольца по ее корпусу. Если кольцо сдвинуть на кнопку, то она будет зажата корпусом кольца и зафиксируется в нажатом положении.

Для выключения указки нужно переместить кольцо в другую сторону.

Далее из тонкого картона изготавливаем опору.

Затем необходимо раскрутить заднюю крышку лазерной указки в районе отсека для размещения батарейки и колпачок, находящийся в передней ее части. Указку размещаем в отверстии опоры и закручиваем обе крышки. После того, как будут закручены обе крышки, указка надежно зафиксируется в опоре.

Управление и настройка

Калькулятор необходимо расположить таким образом, чтобы цифры, отображаемые на индикаторе, были хорошо различимы. Лазерная указка и светодиодный датчик устанавливаются друг напротив друга. Также потребуется небольшая непрозрачная линейка, которая будет использоваться для проверки пересечения луча.

Для начала следует добиться точного физического попадания луча лазера на корпус мигающего светодиода, при этом включать калькулятор пока не требуется. После того, как луч указки начнет попадать на светодиод, можно включить калькулятор и все устройство будет функционировать в режиме подсчета.

Запуск лазерного сенсора

Запуск сенсора осуществляется в следующей последовательности:

• Перед тем, как включить лазерную указку, необходимо осуществить подготовку калькулятора. Для этого нужно включить калькулятор и поочередно нажать клавиши «1», «+» и «=». Каждую из этих кнопок необходимо нажать только один раз! Набрав такую последовательность символов калькулятор переводится в режим подсчета, при этом показания будут увеличиваться каждый раз на единицу.
• Теперь лазерную указку можно включить. При точнейшей настройке лазерный луч должен оказать свое влияние на светодиод и поменять показание на индикаторе калькулятора на единицу. После того, как это произошло, на индикаторе должна загореться цифра “2”.
• Далее делаем так чтобы подсчет начался с нуля. С этой целью, не отключая указку, временно накрываем рукой ее луч и нажимаем на калькуляторе кнопку “ноль”.
• Затем убираем руку и используем предмет, предназначенный для тестирования готового лазерного сенсора. При каждом из пересечений показания индикатора калькулятора будут изменяться на единицу. Вот так и будет осуществляться подсчет количества пересечений.

Во время того, как лазерный луч приходит на мигающий светодиод, клавиатура находится в заблокированном режиме и последовательное нажатие клавиш «1», «+» и «=» не приводит ни к чему. Для разблокировки кнопок необходимо на некоторое время прикрыть лазерный луч рукой.

Если подсчет пересечений работает некорректно либо вообще не работает, то следует проверить устройство на предмет наличия возможных неисправностей

• Если свет от лазерной указки слишком слаб, то необходима замена батарейки, либо просто неисправна сама указка (китайская, что ж с нее взять);
• Отсутствует физическое попадание луча лазера на корпус светодиода – в этом случае необходимо произвести подстройку устройства;
• Неправильно выполнена поочередность нажатия клавиш для запуска – это ошибка;
• Вместо мигающего светодиода в 3-х миллиметровом корпусе был установлен светодиод в корпусе 5 мм – это ошибка.

Возможно неправильное подключение мигающего светодиода. В таком случае необходимо перепаять светодиод наоборот и вновь провести проверку работоспособности устройства. Как показывают эксперименты, качество функционирования сенсоров находится в прямой зависимости от качества работы самой лазерной указки, а также точности попадания луча лазера на корпус светодиода.

Сборка лазерного сенсора завершена.

Автор:
 Сидоров Алексей. Калининградская область

Для надежной защиты домашнего имущества сегодня разработано большое количество систем безопасности. Чаще всего устанавливают сигнализации, которые оснащаются специальными датчиками, позволяющими полностью контролировать происходящие в охраняемых помещениях процессы. Одним из главных устройств, которым оснащаются сегодня охранные системы является лазерный датчик движения, улавливающий даже мельчайшее движение в охраняемых помещениях. Стоит отметить и то факт, что эти устройства безопасности можно сделать самостоятельно своими руками из недорогих деталей.

Содержание

Область использования

Благодаря высокой чувствительности лазерные датчики используют для защиты:

• банков и других финансовых организаций;
• кабинетов и офисов;
• частных домов;
• квартир.

Из-за большой стоимости заводских лазерных сигнализационных систем их используют чаще всего в организациях. Для защиты частных жилых объектов можно использовать самодельные детекторы движения.

Принцип работы

Лазерный сенсор движения состоит из излучателя и фотоэлемента. Излучатель генерирует лазерный луч, направленный на размещенный напротив него фотоэлемент.

«Важно!

Когда на фотоприемник лазерный луч не попадает, он имеет высокое сопротивление, а после облучения лучом света его сопротивление понижается.»

Пока на фотоэлемент попадает луч света, электрическая схема защитной системы замкнута и релейная система не подает питание на внешние устройства защиты и оповещения. После того, как луч перестает поступать на фотоэлемент быстро увеличивается его сопротивление, в результате чего размыкается электрическая цепь и релейная система включает защитные и оповестительные устройства. Принцип работы одинаков для «заводских» и самодельных датчиков.

Конструкция

Чтобы своими силами сделать лазерный сенсор движения нужны основные знания электроники, а также требуются навыки пайки электропаяльником и недорогие детали. Чтобы своими собрать лазерный сенсор необходимы такие детали:

• излучатель;
• фотоприемник;
• релейный узел;
• адаптер электропитания для излучателя;
• монтажные элементы;
• проводники;
• материалы и инструменты для пайки;
• набор вспомогательных инструментов.

Излучатель можно сделать из привычных всем лазерных указок и брелоков, а также из лазера, которым оснащаются некоторые игрушки. В качестве приемника луча лазера может использовать простой фоторезистор, у которого изменяется сопротивление после облучения его лучом света. Использование релейного механизма позволяет приводить в действие защитные и оповестительные устройствами после срабатывания датчика.

Датчик из лазерной указки является самым простым, поэтому его сделать самостоятельно может каждый. Поэтому ниже мы разберем процесс его сборки.

На видео: Лазерный датчик с Aliexpress, собираем самостоятельно.

Инструкция по самостоятельной сборке датчика из лазерной указки

В качестве излучателя, как вы поняли из названия инструкции, будет использоваться простая лазерная указка. Она работает от обычных батареек маленькой ёмкости, поэтому нужно оснастить её качественным и постоянным электропитанием. Для этого подойдет низковольтный адаптер питания, подключенный через реостат или усовершенствованный с помощью установки регулирующего резистора на выходе. Благодаря такому электропитанию обеспечивается бесперебойное излучение, генерируемое до тех пор, пока есть электричество в питающей электросети.

Приемник луча будет состоять из простого фоторезистора, изменяющего сопротивление после воздействия на него пучка света. Чтобы он не срабатывал на обычный солнечный свет, имеющийся практически во всех помещениях, фоторезистор нужно разместить в тубусе темного цвета. Это исключит ложные срабатывания охранной системы, использующей в работе самодельный детектор движения. Благодаря этому будет более комфортно пользоваться охранной системой.

Обратите внимание!

Чтобы устройство нормально функционировало, нужно чтобы его рабочие детали (излучатель и фотоэлемент) размещались на одной оси. Это позволит лучу попадать строго на фоторезистор, что обеспечит четкую работу сигнализации.»

При использовании лазерного сенсора в охранной системе к нему подключают релейную систему, которая управляет внешними защитными и оповестительными устройствами. Через это реле подключают и электропитание устройства. Это делается для того, чтобы при срабатывании сигнализация не отключалась после того как луч света снова начнет падать на фотоэлемент. Поэтому сигнализация будет слышна до тех пор, пока ее не выключат.

Заключение

Собрать своим рукам лазерный сенсор движения очень просто. Сигнализация на базе самодельного лазерного сенсора обойдется дешевле «заводских» аналогов. По возможностям самодельный детектор движения практически ничем не хуже устройств промышленного исполнения. При этом самодельный датчик можно быстро модернизировать. С помощью использования лазера меньшей мощности и отражателей из зеркал, можно сделать эффективные лазерные ловушки, которыми можно покрыть всё охраняемое помещение. Поэтому самодельные устройства позволяют расширить возможности охранных систем, что сделает ваше жилое или рабочее помещение более защищенным и безопасным.

На видео: Лазерный датчик из Anduino

Для управления освещением удобно использовать датчики движения. Применение домашних автоматизированных систем позволяет значительно сэкономить электроэнергию. Например, установив датчик на уличном освещении на подходе к дому, в подъезде, коридоре, кладовой вы избавите себя от необходимости в темноте нащупывать выключатель и никогда не забудете его выключить. В этой статье мы расскажем об особенностях датчиков и о том, как сделать датчик движения своими руками.

Содержание:
1. Кратко о датчиках
2. Принцип работы устройства
3. Схемы для самодельных датчиков движения

4. Как подключить прибор и настроить чувствительность?
5. Цены на популярные модели
6. Заключение

Кратко о датчиках

Датчик движения коммутирует нагрузку при наличии внешнего воздействия, которое зависит от типа датчика и его принципа работы. Когда детектируется присутствие или движения тела питание через симистор или электромагнитное реле поступает на нагрузку. В качестве нагрузки может выступать что угодно: лампочка, обогреватель, громкоговоритель, лишь бы мощность нагрузки не превышала максимальную коммутируемую мощность датчика. Обычно максимальная мощность нагрузки около 1 кВт.

Если вам нужно включить большую мощность – необходимо добавить еще одно реле в цепь, так чтобы силовые клеммы датчика движения включали напряжение на катушку реле.

Принцип работы устройства

Принцип работы датчика зависит от типа схемы подключения и применяемого элемента. Хоть их задача одна, но способы реализации различные Датчики движения можно разделить на группы по принципу их действия. Рассмотрим достоинства и недостатки каждой из них.

Контактный или магнитный

Простейший вариант – использовать механический концевой выключатель, с его помощью вы можете включать свет, когда открыта или закрыта дверь, например. Это не совсем датчик, но все же, самый простой способ реализации автоматического включения приборов.

Следующий вариант – геркон (герметичный контакт) суть его такова: в стеклянной колбочке расположена пара контактов, которая может замыкаться или размыкаться под действием магнитного поля. При этом на двери устанавливается постоянный магнит, а на дверном проеме (наличнике) расположен геркон. Его контакты зачастую не способны пропускать больших токов, поэтому с их помощью может включаться обмотка реле, чтобы увеличить коммутационную способность.

ИК-датчик

Инфракрасные датчики движения реагируют на инфракрасные излучения, это излучения длиной волны 1± мм или частотой 300-400 ГГц. В качестве основного чувствительного элемента используется ПИР(PIR)-датчик. Он фиксирует изменения количества излучения на него.

ИК-излучение – это тепловое излучение.

Значит, что в ИК-диапазоне человек выглядит, как большой источник излучения. При этом температура самого датчика не вносит значительных изменений в его работу. Информация из внешнего мира должна попадать на датчик, для этого излучения собираются группой линз, типа линзы Френеля. Внешне это выглядит как окошко в корпусе с ребристым стеклом.

В зависимости от конструкции угол обзора ИК-датчиков движения может доходить до 360 градусов, в таком случае, внутри обычно установлено несколько пироэлектрических элементов (ПИР), а линзы фокусируют на них из соответствующих зон видимости. Такие широкоугольные датчики нужны для фиксирования движения со всех сторон, чтобы не ставить несколько узконаправленных устанавливается один на 360 градусов на потолке.

Достоинства
:

• цена;
• простота;
• распространенность;
• хорошо работает в помещении;
• хорошие регулировки;
• Не раздражает животных.

Недостатки
:

• недостоверность;
• проблемы при работе на улице.

Так как реагирует на тепло – имеет много «вредных» для точной работы факторов. Ложные срабатывания происходят на любой порыв теплого ветра или включившийся обогреватель, при этом температура фона должна отличаться (в меньшую сторону) чем температура человека. Поэтому он вряд ли сработает на кухни, когда вы окажетесь напротив раскаленной плиты, но нужен ли он там?

Лазерный или фотодатчик

Лазерный датчик представляет собой пару элементов, излучатель и приемник, при этом излучатель может быть в ИК спектре, чтобы быть незамеченным человеческим глазом. Такие сенсоры используются в сигнализации, когда вы пересекаете луч лазера, на фотоприемник (фоторезистор или фотодиод) он не попадает и схема выдает сигнал о присутствии в помещении. Как использовать этот сигнал зависит от дальнейших подключений, можно зажигать свет через реле времени или сирену или сигнал на блок управления системой охраны и безопасности.

Другой вид фотодатчиков выглядит следующим образом: светодиодный излучатель и приемник установлены не напротив друг друга, а рядом, в одной плоскости, излучение отражается и попадает на оптический приемник, когда вы заходите в поле зрения сенсора – датчик движения срабатывает. Другое название – датчик препятствия.

Достоинства:

• Простота.

Недостатки:

• Узкое поле зрения.
• Специфичность применения.

Микроволновый

Микроволновый датчик движения – работает по принципу радиоприемника-передатчика. В схеме генерируются высокочастотные колебания и здесь же принимаются, приемная часть настроена таким образом: когда рядом никого нет реле выключено. Когда вы попадаете в рабочую зону приемника – частота колебаний изменяется, в результате чего с детекторного диода подается сигнал о том, что нужно включить силовой элемент и подать напряжение в нагрузку.

Недостатки:

• Высокочастотное излучение вредит здоровью (хотя вы носите в кармане смартфон, там еще больше излучений).
• Относительно высокая стоимость.
• Возможны ложные срабатывания при воздействиях за пределами наблюдаемой зоны.

Достоинства:

• чувствительность позволяет обнаружить объект за дверью или стеклом, например;
• детектирует даже малейшие движения.

Ультразвуковой

По принципу «излучатель-приемник» построен еще один тип – ультразвуковой датчик движения. Частота ультразвуковой волны лежит в диапазоне выше 20 кГц, но ниже 60 кГц. Принцип обнаружения базируется на допплеровском эффекте. Длина отраженной волны изменяется, приемник фиксирует это изменение и дает сигнал о присутствии и движении нового объекта.

Недостатки
:

• На него могут реагировать животные. На ультразвуковых излучателях работают отпугиватели собак.
• Если медленно передвигаться – ультразвуковой ДД может не сработать.

Достоинства
:

• приемлемая стоимость;
• нечувствительны к изменениям условий окружающей среды.

Схемы для самодельных датчиков движения

Предлагаем рассмотреть несколько схем, пригодных для повторения и изучения принципов работы датчиков. Кроме того, микроволновый поможет освоить еще и основы радиопередающей техники и детектирования сигналов, а схемы с применением микроконтроллеров позволят сделать модульный вариант с готовых решений для Ардуино.

Емкостной

Примем за нормальное состояние – когда рядом с сенсором никого нет, а за срабатывание – когда вы рядом.

Транзистор VT1 – это узел генератора на полевом ключе, настроенном на 100 кГц. В резонанс с ним настроен колебательный контур L2C2. Электрически связан с генератором через R2. VD1 (детекторный диод). Частоты указаны при отсутствии внешних воздействий, т. е. вы не касаетесь схемы, и удалены от нее. Деталь DA1 – компаратор, нужен для сравнения сигнала с диода и опорного напряжения заданного через R3. В нормальном состоянии выход должен стремиться к нулю. При этом сигнал на неинвертирующем входе компаратора «–» равен 5 В, а на выходе – 0 В.

Когда вы подходите к сенсору, емкость увеличится, частота генератора уменьшится, вы влияете именно на частоту генератора, а L2C2 частота задана колебательным контуром параллельно соединенной емкости и индуктивности.

Резонанс между генератором и этим контуром исчезает, и напряжение на неинвертирующем входе падает. Так как напряжение на инвертирующем растет, то выход начинает подтягиваться к напряжению питания и остановится на уровне 8 вольт (примерно), их можно использовать для управления реле, через транзистор для усиления выходного тока, тиристорами и прочими приборами, от которых вы уже запитаете нагрузку.

Обе катушки намотаны на ферритовых кольцах 2000 НМ, 20 мм внешним диаметром по 100 витков провода ПЭВ-2 0.2 мм, виток к витку. В свою очередь, L1 имеет отвод от 20 витка, а L2 от 50 витка (от середины). Мотайте так, чтобы расстояние между началом и концом было не меньше чем 0.3 мм.

Датчик – 2 куска провода 1 мм диаметром и длиной 1–1.5 м располагаются на расстоянии 20 см друг от друга.

Настройка: вольтметром меряем напряжение C5, вращая подстроечный C4, добиваемся максимального напряжения (2.5–5 В), если напряжение ниже, добавляем параллельно С3 постоянный конденсатор 15 пФ, если все равно не хватает напряжения – уменьшаем R1, но не менее 500 кОм. Следующий шаг – по схеме R3 выкрутить в нижнее положение, а R2 в среднее. Светодиод, подключенный к выходу ОУ через резистор, светится. Вращая R3 сделать так, чтобы он погас. Проводите настройку непосредственно там, где он и будет установлен. Если провести настройку на рабочем столе, а потом разместить датчик, где вы планировали – скорее всего, придется настраивать заново.

Тепловой датчик на Arduino

Для сборки проекта ПИР датчика движения на Ардуино нужно:

• PIR-датчик HC-SR501.
• Arduino UNO (или любая другая подобная).
• Блок питания 4–6 V.

HC-SR501 – содержит в себе 1 пироэлектрический элемент, он накрыт линзой, и необходимую обвязку на печатной плате. С одной из сторон платы выведены подстроечные резисторы для регулировки чувствительности и времени задержки. Выходной сигнал имеет амплитуду в 3.3 вольта, а напряжение питания 5–12 вольт. Максимальная дистанция, на которой датчик сработает – 7 м, и задержка времени после срабатывания – до 5 минут.

Схема соединения для управления светом через реле.

Наглядная схема соединений на беспаечной макетной плате (breadboard)

Программный код элементарен:

В зависимости от ваших потребностей вы можете модифицировать код.

Как подключить прибор и настроить чувствительность?

И фотореле и датчик движения подключаются одинаково, обычно есть три провода или клеммы:

1. На клеммные колодки (или провода) датчика подается приходящая фаза и ноль (220 В).
2. Оставшийся провод – фаза к люстре (или на другую нагрузку).
3. К лампе подается прямой ноль с распредкоробки.

Если нужно чтобы было принудительное включение света, между приходящей фазой и уходящей на лампу ставится выключатель, он будет шунтировать датчик, если нужно принудительное отключение лампы выключатель ставят в разрыв до датчика на приходящую к нему фазу.

Цены на популярные модели

Заключение

Вы можете сделать датчик движения своими руками или купить готовый, его цена колеблется в пределах 300–600 рублей на момент написания статьи.

Предупреждение YotuWP: ключ API был удален, по этому поводу обратитесь к своему администратору.