Энергосберегающий светильник с ИК датчиком движения

Энергосберегающий светильник с инфракрасным датчиком движения предназначен для автоматического включения освещения как в помещениях, так и на прилегающих территориях. Дополнительная функция – охрана территории.

Введение

Установка в прихожей квартиры или офиса светильника с функцией охраны позволяет автоматически, с появлением посетителей, включать освещение помещения и подавать сигнал на центральный пункт охраны об их присутствии. Необходимость установки такого устройства в том, что при входе в помещение руки всегда заняты авоськами и включить свет просто нет возможности. Как правило, включенная лампа остаётся гореть сутками бесполезно сжигая деньги и перегружая энергосистему. Использование в конструкции модуля инфракрасного датчика позволяет выявлять источники инфракрасного излучения.

Информация, полученная с модуля инфракрасного сенсора в виде модифицированного сопротивления, поступает для дальнейшей обработки на вход программируемого таймера схемы энергосберегающего светильника.

Сигнал управления включает светильник освещения в помещении и подаёт сигнал на внешний пульт охраны.

В светлое время суток светильник защищён от произвольного включения схемой фотореле.
В схеме предусмотрена гальваническая развязка датчиков от электросети.

Устройство с небольшой задержкой включает освещение, с длительностью, зависящей от параметров времязарядной цепи. Небольшие габариты позволяют установить устройство внутри светильника с любым типом ламп. В режиме ожидания мощность потребления незначительная.
Схема не содержит самодельных и дефицитных элементов.

Характеристики устройства

Напряжение питания 220 вольт
Мощность потребления 5 ватт
Мощность нагрузки макс. 1000 ватт
Мощность номинальная 200 ватт.
Время включения 1-3 сек.
Время удержания 10- 32 сек.
Запрет включения при внешнем освещении 100 люкс.
Расстояние до датчика движения 1- 12 метров.
Тип лампы светильника: накальная или энергосберегающая.
Экономия энергии в год более 720 квт/час.
Время установки в рабочий режим 40-60 сек.
Габариты: 150*90*60мм

Состав схемы устройства

1. Инфракрасный датчик движения – В1.
2. Датчик внешнего освещения – VD1.
3. Ждущий мультивибратор на м/с DA2.
4. Безконтактное ключевое устройство на полевом транзисторе VT1.
5. Таймер регистрации внешнего освещения на параллельном стабилизаторе напряжения м/с DA1.
6. Стабилизированный источник питания электронной схемы DA3, VD4, T1.
7. Элементы защиты и коммутации SA1, FU1.
8. Элементы гальванической развязки: оптопара VU1,трансформатор Т1.

Описание схемы

Основным элементом схемы энергосберегающего светильника является ждущий мультивибратор на аналоговом таймере DA2.

Аналоговый интегральный таймер DA2 имеет внутреннюю структуру, состоящую из : двух операционных усилителей работающих в качестве компараторов ; RS –триггера ; выходного усилителя для повышения нагрузочной способности и ключевого внутреннего транзистора для разрядки внешнего конденсатора С2.

Ждущим мультивибратором на микросхеме DA2 программирует время включенного и выключенного состояния светильника, это необходимо для поддержания освещения определённое время, чтобы посетитель успел перейти в другое помещение, если он уже вышел из зоны действия инфракрасного датчика. Постоянное нахождение в этой зоне поддерживает светильник во включенном состоянии.

Использование таймера позволяет при минимальном количестве внешних радиокомпонентов создать программируемый ждущий одновибратор.

Вывод микросхемы таймера 2DA2 выполняет функции входа нижнего компаратора и переключает внутренний триггер по входу S при напряжении менее 1/3 Uп.

Конденсатор С2 времязарядной цепи заряжается со временем Т1 = 0,69( R4+R5) C2 зависящем от номиналов резисторов R4,R5. По достижении на конденсаторе С2 уровня 2/3U питания срабатывает верхний компаратор по входу 6DA2 и внутренний триггер микросхемы переключится, на выходе 3DA2 напряжение переключится на низкий уровень, включится разрядный внутренний транзистор на выходе 7DA2 и конденсатор С2 разрядится через резисторы R7 со временем Т2 = 0,69R7C2.На выходе 3DA1 таймера будет вновь поддерживаться высокий уровень.

Как заметно по схеме, время включенного состояния максимальное. Выключенное время минимальное и достаточно почти для мгновенной перезарядки конденсатора С2,и не влияет на состояние освещения.

При подаче напряжения питания, в отсутствии воздействия на датчик движения В1 модифицированное сопротивление на выходе «Relay» близко к нулю. Генератор заблокирован по входу 4DA2 - сброс и не запускается. При наличии воздействия на датчик движения сопротивление повышается до бесконечности и генератор запускается при напряжении на выводе 4DA2 более 0,7 вольт.

Повторное срабатывание датчика движения В1 вновь переведёт напряжение на выходе 3DA2 на высокий уровень.

Для создания низкого уровня на выходе 3DA2, при наличии внешнего освещения, в схеме установлен пороговый таймер на прецизионном аналоге стабилитрона DA1. В нелинейном режиме микросхема выполняет функции компаратора с напряжением срабатывания 2,5 Вольта. Порог включения устанавливается резистором R2.

Снижение сопротивления фотодиода VD1, при воздействии внешнего освещения, приводит к повышению напряжения на резисторе R2. Ключевое срабатывание таймера микросхемы DA1 при изначально высоком уровне управляющего напряжения на выводе1DA1, переводит микросхему в открытое состояние, напряжение на входе 5DA2 – точки прямого доступа с уровнем 2/3Uп падает скачком почти до нуля. Напряжение на выходе 3DA2 снижается также до нуля - освещение выключено.

Чувствительность фотореле очень высокая, оно срабатывает при уровне освещения 50-100 люкс, то есть при свечении неоновой лампы в 18 ватт на расстоянии один метр. Авторский вариант схемного решения выполнен в «Сумеречном фотореле» журнала «Радиомир» № 12/2009 с.10-11.

Для установки продолжительности времени включения освещения, в схему введён переменный резистор R5, в верхнем положении движка время включения светильника максимальное.

Питание датчика движения, схемы фотореле и времязарядных цепей выполнено от стабилизатора на микросхеме DA3. Диод VD3 защищает микросхему от неверной полярности входного напряжения. В схему сетевого источника входит силовой трансформатор Т1, диодный мост VD4 и конденсатор фильтра С4.

Выходное ключевое устройство на полевом транзисторе VT1 срабатывает при наличии высокого уровня на выходе 3DA2, который через резистор R8 поступает на светодиод оптопары VU1, внутренний транзистор оптопары открывается и подаёт напряжение на затвор полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 находясь в диагонали выпрямительного моста VD6, в ключевом режиме включит лампу светильника EL1.

Диод VD5 в цепи затвора полевого транзистора VT1, выполняет роль супрессора, защищает транзистор от недопустимых уровней входного напряжения.
Резистор R11 снижает ток заряда внутренней ёмкости полевого транзистора VT1.

Регулировка, контроль работы

Подача напряжения питания сопровождается автоматической установкой модуля, инфракрасного датчика движения в рабочее состояние, в течение примерно минуты. Светодиод датчика В1 в это время индицирует состояние внешнего воздействия, по окончании установки светодиод датчика гаснет.

При внешнем воздействии на датчик светодиод датчика загорает, сопротивление на зажимах «Relay» повышается и ждущий мультивибратор на м/с DA2 начинает функционировать. Время включенного состояния лампы светильника зависит от значения номиналов RC –цепи, резисторов R4,R5 и конденсатора С2.

Регулировка прибора заключается в установке чувствительности фотореле резистором R2, при наведении фотоэлемента DA1 на источник света. Предварительно, фотоэлемент направить на внешнее неяркое освещение и перекрывая датчик освещения рукой включить лампу светильника. При отсутствии качественной работы устройства следует уточнить напряжение и полярность питания.

Учитывая, что выходные цепи принципиальной схемы связаны с электросетью, следует соблюдать Правила техники безопасности. Питание от сети на период проверки и регулировки схемы энергосберегающего светильника выполнить через переходной трансформатор мощностью более 100 ватт.

Датчик фотореле VD1 устанавливается в месте с отсутствием прямой засветки от лампы светильника и внешнего освещения.

Датчик движения устанавливается с встречной стороны от входа, на высоте 2-2,5 метра от пола на расстоянии 3 -8 метров от входной двери с наклоном в 45 градусов вниз, точное положение нужно уточнить.

Инфракрасный датчик движения не реагирует на перемещение в помещении мелких животных.
Датчики с устройством соединяются проводом в изоляции сечением 0,5 мм.

Небольшие габариты устройства позволяют установить его внутри светильника - Фото№1. В состав модуля В1- инфракрасного приёмника входит инфракрасный детектор, схема формирования и усиления сигнала. В схему входит установочный резистор чувствительности и переключатели режимов работы.

Напряжение питания модуля стабилизировано внутренним элементом стабилизации.
На плате устройства модуля установлен терминал (колодка) для подключения внешнего питания и клеммы выхода модифицированного сопротивления - для снятия информации о наличии источника инфракрасного излучения.

Инфракрасный детектор состоит из пироэлектрического датчика – пиросенсора. При поглощении энергии датчиком температура кристалла увеличивается и на его обкладках появляется напряжение, которое формируется и усиливается внутренней схемой, в результате на выходе возникает неполярный сигнал, в виде модифицированного сопротивления.

Дальность определения инфракрасного излучения может достигать 15-ти метров при угле в 70 градусов и ширине в 90 градусов, что достаточно для выявления источников инфракрасного излучения в любом, по объёму, помещении.

Включение модуля в работу, после подачи напряжения питания устройства, происходит не мгновенно, а через 40-60 секунд, после установки внутренней схемы в режим контроля, светодиод индикации работы модуля по окончании установки выключится.

При воздействии инфракрасного излучения на датчик инфракрасного модуля В1, модифицированное сопротивление на его выходе возрастёт, таймер на м/с DA2 выдаст на выходе 3 высокий уровень, транзисторный ключ VT1 откроется и лампа EL1 светильника включится.

При входе посетителей в помещение схема модуля срабатывает через 1 -3 секунды.
Высоковольтный конденсатор С4 в цепи сетевого питания снижает уровень помех от работы транзисторного преобразователя.

Для нормальной работы схемы напряжение на конденсаторе С3 должно быть в пределах 12-15 вольт, что является достаточным для функционирования схемы модуля В1 с рабочим напряжением в 12 вольт.

При подключении модуля В1, после подачи напряжения питания, следует подождать минуту, для установления схемы модуля в рабочий режим. Контрольный светодиод модуля после автоматической установки потухнет, предварительно оптический фильтр следует закрыть от воздействия инфракрасного излучения. Для испытания модуля и схемы устройства в целом, стекло фильтра модуля направить от себя и при потухших светодиодах модуля и контрольного светодиода HL1 махнуть рукой перед датчиком инфракрасного излучения, оба светодиода должны загореться, и лампа светильника. Инструкция по установке модуля инфракрасного излучения в помещении прилагается к датчику. Повторять её в статье нет необходимости. При внешнем освещении лампа светильника включатся не должна, даже при воздействии на датчик движения.

Конструкция, детали

Всё устройство следует собрать на столе, а затем установить в корпус светильника. При испытаниях устройство реагировало на движение человека с расстояния 0,5- 15 метров.

Принципиальная схема не содержит дефицитных радиодеталей. Резисторы применены на мощность в 0,125 ватт типа С2-29, конденсаторы К50, КМ, К73.

Таблица замены элементов:

Полевой транзистор установлен на радиатор через прокладку, на ток свыше 5Ампер и напряжении более 400 Вольт.

Диодный мост VD4 можно заменить на КД906А с уточнением разводки печатного монтажа, VD5 RS405 - 600B 4A,но подойдут и другие, типа RS205, KVL06, KVU6J. Трансформатор подойдёт от адаптеров типа ТПК-2, ТПП112-6(7),ТПП114-7, напряжением 12Вольт и ток более 100 мА.

Датчик движения можно купить в магазине электротоваров типа TLC15, RPCB164 или другие модификации.

Печатный монтаж схемы выполнен на одностороннем стеклотекстолите размером 70*46мм.
Силовой трансформатор Т1, плата схемы, выключатель сети и предохранитель закреплены в корпусе типа БП-1.

Светодиод вынесен наружу и соединён со схемой изолированным проводом диаметром 0,5 мм. СветодиодVD1 проверить просто, подключить тестер в режиме измерения сопротивлений на 2000 кОм при правильной полярности его сопротивление меняется от бесконечности до 10- 24 ком при освещении лампой 15-20 ватт.

Литература

1. В.В.Мукосеев.И.Н.Сидоров Маркировка и обозначение радиоэлементов. Справочник. Издательство «Грааль» 1996г.
2. В.Коновалов. Сумеречное фотореле. Радиомир №12.2009г. С.10-11.
3. Шелестов И.П. Радиолюбителям: полезные схемы. Салон-Пресс.Москва 2003г.
4. Пироэлектрические датчики ИК-излучения. Радио№7, 2004г. С.49-50.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• Освещение