ИК-парковщик для автомобиля

А.КАШКАРОВ, г.С.-Петербург.

Метод передачи сигнала на рассто­яние с помощью лучей ИК-спектра сегодня достаточно популярен. Пуль­ты дистанционного управления быто­вой радиоаппаратуры, "дистанцион­ные" наушники, ИК-порты персональ­ных компьютеров, сигнализация "ИК-барьер" — вот малая толика направ­лений, по которым идет радиотехни­ческая мысль. Суть метода во всех пе­речисленных примерах одинакова — направленные друг на друга передат­чик и приемник сигналов ИК-спектра взаимодействуют, передавая и прини­мая сигнал. Достоинства метода — отсутствие проводной связи и эффек­тивная работа на расстояниях, кото­рые в отдельных случаях могут дос­тигать 50. ..100 м.

Стандартный вариант охранной сигнализации "ИК-барьер" содержит приемник и передатчик, которые "смотрят" друг на друга (здесь необязательна большая точность на­ведения лучей). Если невидимый человеческому глазу луч улавлива­ется приемником, значит, барьер ненарушен — это нормальное состоя­ние охранного шлейфа. При кратков­ременном исчезновении сигнала,
свидетельствующем о нарушении охранного шлейфа, система сраба­тывает, и включается сигнализация оповещения.           

Если расположить передатчик и приемник ИК-лучей на некото­ром расстоянии друг от друга, но в одной плоскости, а их рабочие зоны направить в пространство, получится устройство, реагирую­щее на отраженный сигнал. Пока в зоне действия лучей нет препят­ствий (лучи "растворяются" в про­странстве), сигнализация неак­тивна. Как только в зоне действия появляется предмет, отражаю­щий сигнал (например, человек), в приемник попадает отраженный от него ИК-луч и включает сигна­лизацию. Расстояние, с которого устройство эффективно реагирует на отраженный сигнал, зависит от мощ­ности передатчика, поглощения сиг­нала препятствием и чувствительно­сти приемника.

Сигнализация о появлении объекта в зоне действия охраны может быть любой, например, звуковой. Примене­ние звуковой сигнализации позволяет по силе звука динамично отслеживать характер объекта и его поведение (в частности, приближение или удаление к приемопередающему узлу).

На основе такой охранной систе­мы, реагирующей на отраженный ИК-сигнал, разработан простой ав­томобильный "парковщик". Устрой­ство монтируется на бампере авто­мобиля (или на "юбке" под бампе­ром, в зависимости от конструктив­ных особенностей автомобиля).

Принцип действия аналогичен опи­санному выше: звуковая сигнализа­ция активизируется при расстоянии между бампером и препятствием (на­пример, бордюром) около 1,2 м. Схе­ма устройства показана на рис. 1.

Приемный фотодиод ИК-сигнала VD1, включенный на входе операци­онного усилителя DA1, преобразует инфракрасное излучение в электри­ческий ток.

Передатчик ИК-сигнала собран на транзисторах VT3, VT4 и светодиодах HL1...HL3. Передатчик представляет собой генератор коротких импульсов частотой около 30 Гц. Светодиоды HL1 ...HL3 преобразуют импульсы ге­нератора в ИК-сигнал. Генерирование импульсов происходит постоянно, пока включено питание. Если ИК-лучи не отражаются от препятствия из-за отсутствия такового и рассеиваются в пространстве, приемный фотодиод VD1 не реагирует на общий фон, и на выходе DA1 — высокий уровень на­пряжения. Разделительный конденса­тор С4 не пропускает сигнал посто­янного тока, транзистор VT2 закрыт, и излучатель НА1 выключен.

При отражении ИК-лучей от препят­ствия на неинвертирующем входе ОУ (выводе 3) периодически (в соответ­ствии с импульсами генератора) по­являются сигналы низкого уровня, ко­торые беспрепятственно проходят через С4 на детектор с удвоением на­пряжения на диодах VD2 и VD3. Вып­рямленный сигнал передается на уп­равляемый генератор звуковой часто­ты. Порог включения генератора за­висит от положения движка пере­менного резистора R4. При нижнем (по схеме) положении чувствитель­ность звукового генератора макси­мальна. Чувствительность приемно­го узла на фотодиоде VD1 зависит от сопротивления R1. Чем больше это значение, тем выше чувствительность. Для указанных на схеме номиналов дальность действия со­ставляет около 1,2 м. Громкость зву­ка в излучателе с приближением к препятствию возрастает.

Питание устройства осуществляет­ся от аккумуляторной батареи авто­мобиля (12 В) через адаптер, схема которого показана на рис.2. Интег­ральные стабилизаторы DA2 и DA3 устанавливать на теплоотводы не нужно. При использовании устрой­ства для других целей, например, при стационарной эксплуатации на бал­коне (лоджии) с целью предупрежде­ния несанкционированного проник­новения, общее напряжение питания может быть до 16 В без каких-либо изменений схемы. Общий ток потреб­ления устройства не превышает45 мА в режиме отсутствия отраженного сиг­нала и увеличивается до 60...65 мА при включенной звуковой сигнализа­ции (ток потребления зависит от типа примененного излучателя).

Устройство подключается к замку зажигания автомобиля так, чтобы напряжение питания на него пода­валось при включенном зажигании.

Относительно малый ток потребле­ния устройства позволяет использо­вать его и как элемент охранной сиг­нализации автомобиля, которая реа­гирует на слишком близкое приближе­ние человека к припаркованной ма­шине. Такое приближение в отсут­ствие автовладельца мбжет тракто­ваться как покушение на транспорт или корыстный интерес к содержимо­му салона. В последнем варианте для охраны салона желательно устано­вить в нем несколько подобных уст­ройств, с рабочими зонами, направ­ленными в разные стороны. Мощ­ность звукового сигнала в таком слу­чае также следует увеличить или подключить управляющий сигнал к кон­тактам открывания дверей и капота (как правило, они включены парал­лельно) — тогда сработает штатная сигнализация автомобиля.

Налаживание устройства сводится к установке порога включения звуко­вого генератора изменением сопро­тивления R4. При первом включении движок резистора R4 устанавливают в крайнее нижнее (по схеме) положе­ние. Осциллографом проверяют ра­боту ИК-излучателя: на коллекторе транзистора VT4 должны наблюдать­ся короткие отрицательные импуль­сы при постоянном сигнале высокого уровня. Частота импульсов генерато­ра на однопереходном транзисторе VT3 зависит от номиналов R6 и С7. При увеличении емкости С7 частота генератора уменьшается. Если нет осциллографа, параллельно излуча­ющим диодам HL1 ...HL3 подключают высокоомные телефоны с сопротив­лением катушки не менее 1 кОм, и по щелчкам в них контролируют работу генератора.

Когда передающий узел настроен, устанавливают порог чувствитель­ности приемного узла. Излучающие светодиоды направляют на рабочую поверхность фотодиода VD1, а щуп осциллографа устанавливают на вывод 6 DA1. По максимальной ам­плитуде импульсов на выходе DA1 подбирают сопротивление R1.

Конденсатор С5, включенный пос­ле детектора, обеспечивает некото­рое "послез вучие" капсюля, т.е. звуко­вой сигнал продолжает звучать еще 2...3спосле исчезновения ИК-сигна-ла. Это необходимо, на взгляд авто­ра, для того, чтобы зафиксировать не­большое препятствие (бордюр, стол­бик и пр.). Конденсатор С6, шунтиру­ющий излучатель, обеспечивает бо­лее "мягкое" звучание. В качестве из­лучателя применен KPI-4332-12, из­дающий прерывистый звук. Благода­ря такому решению схема упрощает­ся; не нужен дополнительный генера­тор.

Ложных срабатываний (например, от солнечных лучей) при испытаниях устройства не зафиксировано. В случае их появления необходимо обер­нуть рабочую поверхность приемно­го фотодиода кусочком засвеченной фотопленки или надеть на него тем­ную полихлорвиниловую трубку. Чув­ствительность приемного узла можно уменьшить и электрическим спосо­бом. Для этого параллельно VD1 включается шунтирующий резистор сопротивлением 1 МОм.

Детали. В устройстве, кроме указан­ных на схеме элементов, могут быть использованы и другие, близкие по электрическим характеристикам. Вме­сто ОУ К140УД608 можно применить КР140УД6, К140УД7, КР140УД708, КР140УД120, КР140УД1201. Фотодиод заменяют на ФД24-К, ФД7-К, ФД8-К, FIL-3C, SEP8703-1. Кремниевые фо­тодиоды более чувствительны к ин­фракрасному излучению, чем к из­лучению видимого спектра, поэтому рекомендуется использовать соот­ветствующий светофильтр, надева­емый на фотодиод. Хорошие резуль­таты получаются при использовании фотодиодов на основе арсенида или фосфида галлия.

Излучающие светодиоды HL1.. .HL3 выбирают с максимально возможной мощностью излучения. Их можно за­менить на АЛ107А, АЛ107Б, АЛ108А, АЛ119А, АЛ123. Транзистор VT1 — КТ312, КТ315, КТ342, КТ373, КТ3102, КТ503 с любым буквенным индексом, VT2, VT4 — КТ603, КТ608, КТ605, КТ940 -— все с любой буквой. Одно-переходный транзистор VT3 — лю­бой из серии КТ117. Неполярные конденсаторы С6, С7 — KM, KT4-23. Все оксидные конденсаторы — типа К50-24, К50-35. Постоянные резис­торы — МЛТ-0,25, переменный R4 — СПО-1, СПЗ-19. Включатель пи­тания— П1МЭ-1Тили любой подхо­дящий. Он выводится на приборную доску автомобиля. Вместо излучате­ля НА1 можно применить любой другой с встроенным генератором, например, RPI-2313 PIN, RPI451-L и аналогичный.

Элементы устройства монтируют на макетной плате из стеклотексто­лита. Соединения выпоняют прово­дом МГТФ-0,8.