Все, наверное, видели в фильмах системы охраны с использованием множества лазерных лучей, пересекающих комнату в самых разных направлениях. Когда какой-либо из этих лучей прерывается — срабатывает сигнализация. Описанный ниже девайс работает аналогичным образом, только луч он использует всего один и не лазерный, а инфракрасный.
Помимо простейшего датчика охранной системы, можно использовать эту конструкцию для системы «умный дом», например, чтобы определить когда в комнату вошёл человек.
Конструктивно наше устройство состоит из двух частей: излучателя и приёмника.
Излучатель предназначен для генерирования ИК-сигнала на частоте 36 кГц. Он реализован на микроконтроллере PIC12F629.
Для чего мы используем именно импульсный сигнал, а не непрерывную засветку?
Во-первых, это позволяет нам использовать для приёма сигнала от излучателя стандартный интегральный фотоприёмник, как в большинстве бытовых устройств с ИК-управлением (телеки, DVD-плееры…). Такие фотоприёмники имеют хорошие встроенные фильтры, благодаря которым нам не приходится особо заморачиваться с различными помехами и фоновыми излучениями, например, от всяких ламп.
Во-вторых, это позволяет нам увеличить мощность (а значит и дальность) излучателя, поскольку в импульсном режиме через светодиод можно пропускать больший ток.
С другой стороны, использование интегрального фотоприёмника влечёт за собой необходимость делать паузы в передаче несущей. То есть мы не можем просто постоянно передавать импульсы с частотой 36 кГц и считать, что на выходе фотоприёмника при этом постоянно будет висеть «единица». На самом деле в этом случае наш сигнал просто будет распознан фотоприёмником как некая фоновая помеха.
Ну, паузы, так паузы. Будем тогда передавать чередующуюся последовательность нулей и единиц, примерно таким же образом, как это делается в различных протоколах ИК-управления.
Приёмник реализован на микроконтроллере ATTiny13. Его функция — анализировать наличие или отсутствие сигнала от излучателя и, в зависимости от этого, управлять выходным реле. Поскольку излучатель, как мы решили, будет передавать последовательность нулей и единиц, то критерием отсутствия сигнала от излучателя приёмник может считать отсутствие изменения сигнала на входе.
В приёмнике дополнительно (для удобства) предусмотрены:
- — кнопка для возможности задания двух режимов: настроечного и рабочего;
- — светодиод для индикации выбранного режима и состояния сигнала на входе.
С общим обзором на этом закончим (подробности работы смотрите в описании алгоритмов и программ для микроконтроллеров), а теперь схемы:
|
Детали для излучателя:
|
Детали для приёмника:
|
В готовом виде устройство выглядит вот так:
|
Есть один нюанс — ИК-диод, в отличии от лазера, излучает практически во все стороны и, отражаясь от разных поверхностей может достичь фотоприёмника как бы в обход препятствия (особенно, если препятствие небольшое, например, рука). Чтобы сфокусировать его излучение — нужна линза. Если линзы нет — подойдёт обычная ПВХ-трубка (как видите, я так и сделал). В таком виде луч конечно тоже рассеивается, но меньше.
Дальнобойность нашего ИК-барьера получилась порядка 1-1,2 метров.
P.S. Почему использованы PIC и ATtiny, а не два пика или две тиньки? Ну, что было в наличии — из того и сделал. Алгоритмы есть, так что можете переделывать программы под любые контроллеры, только разводку плат при этом не забудьте тоже переделать.