СВЧ датчик движения
категория
Самодельное охранное оборудование
А. ИСАЕВ, г. Железногорск-Илимский Иркутской обл.
Радио, 2002 год, № 12
На основе конструкции, предложенной А. Хабаровым (см. статью "Датчик движения" в "Радио", 2001, № 10), я решил сделать СВЧ датчик движения для своей охранной сигнализации. Так как питание датчика предусматривалось от источника питания системы сигнализации с 12-вольто-вым кислотным аккумулятором в буфере, сетевой выпрямитель я исключил, стабилизатор DA1 заменил параметрическим на одном транзисторе и стабилитроне, а каскады VT2, U1, DA3 заменил трехкаскадным транзисторным ключом с электромагнитным реле на выходе.
Анализ ранее скачанной из сети Интернет информации по зарубежным охранным СВЧ датчикам движения выявил следующие особенности схемотехники этих датчиков, а именно:
1. Входной усилитель всегда отделен от СВЧ автодина разделительным конденсатором, а в некоторых устройствах, наряду с разделительным конденсатором, включен и Г-образный заградительный ВЧ фильтр.
2. Входной операционный усилитель (ОУ) всегда инвертирующий.
3. Между входным усилителем и компаратором всегда есть одна, а чаще две ступени усиления, отделенные от входного усилителя разделительным конденсатором.
На основании изложенного я взял СВЧ автодин А. Хабарова за основу, а всю низкочастотную часть полностью переделал. Результатом разработки является устройство, схема которого показана на рис. 1. СВЧ автодин на транзисторе VT1 и топология его печатной платы оставлены без изменений. Входной усилитель-фильтр на ОУ DA1 — инвертирующий. Заграждающий ВЧ фильтр L3C1 предотвращает попадание СВЧ сигнала на вход ОУ DA1. По питанию входной усилитель развязан с остальными узлами устройства фильтром R18C5.
Схема устройства
Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)
Каскады на транзисторах VT2 и VT3 — две ступени усиления по НЧ. Далее следует двухкаскадный УПТ на транзисторах VT4 и VT6. Роль компаратора выполняют стабилитрон VD3 и реле К1. Компарация происходит на порогах, сопоставимых с напряжением питания, а все каскады развязаны по постоянному току разделительными конденсаторами, что обеспечивает высокую термостабильность.
Конструктивно датчик собран на двусторонней печатной плате (рис. 2). Так как плата не имеет металлизации отверстий, монтаж деталей следует вести продуманно, чтобы не закрывать доступ к точкам пайки деталями, которые можно впаять позже.
Корпус датчика — мыльница с размерами полости внутренней части 95x55x19 мм и внешними размерами наружной части 100x61 х20мм. Корпус датчика установлен на текстолитовом либо алюминиевом основании размерами 180x70 мм на стойках длиной 10 мм, сквозь которые проходят потайные винты МЗ. Стойками платы внутри мыльницы являются гайки МЗ с наложенными на них текстолитовыми шайбами. Саму плату также крепят гайками МЗ. Через отверстия по углам платы проходят винты крепления мыльницы и платы. Через отверстие в центре платы со стороны деталей крепят стойку со сквозной резьбой МЗ. По оси этой стойки в крышке мыльницы сверлят отверстие диаметром 3 мм. Через это отверстие фиксируется крышка мыльницы винтом МЗ, вкручиваемым в эту стойку. Стойка может быть из любого материала.
Проводники платы можно облудить, за исключением резонатора и щелевой антенны, которые желательно отполировать до зеркальной чистоты. Это можно сделать пастой ГОИ, разведенной в машинном масле. После сборки платы резонатор и щелевую антенну следует покрыть тонким слоем канифоли, разведенной в ацетоне или спирте для предотвращения их окисления с течением времени.
На основании, кроме корпуса с датчиком, установлена стандартная распределительная коробка УК для присоединения датчика к охранной системе. Плата датчика соединена с контактами коробки УК ленточным кабелем через прорезь в корпусе мыльницы.
Если датчик предполагается использовать с круговой диаграммой направленности, то его изготавливают на неметаллическом основании и крепят на неметаллическую поверхность охраняемого объекта. При этом чувствительность датчика нужно устанавливать с учетом движения людей в соседних неохраняемых помещениях и за пределами здания. При круговой диаграмме стойки крепления к основанию могут быть менее 10 мм, вплоть до крепления корпуса прямо на основание. Датчик крепят к стене или другому конструктиву объекта шурупами через отверстия диаметром 4 мм, которые просверлены по углам основания.
Катушки L1 и L2 содержат 10 витков провода диаметром 0,25, намотанных на оправке 0,8 мм.
В качестве DA1 не следует применять микромощные ОУ, например, КР140УД12, так как они имеют высокое выходное сопротивление и не обеспечивают требуемой нагрузочной способности по току.
Резистор R14 подбирают при регулировке датчика в зависимости от его назначения и условий применения. Чем меньше сопротивление этого резистора, тем чувствительность ниже. R14 припаивают к проволочным стойкам, забитым в отверстия печатной платы.
Реле К1 следует подобрать так, чтобы оно устойчиво срабатывало при напряжении 10 В. Можно применить реле РЭС55А на 12 В. Не следует применять сильноточные не герконовые реле РЭС10, РЭС15 и т. д., так как они могут давать большую "просадку" напряжения питания за счет падения напряжения на шлейфе и защитном резисторе в цепи питания, установленном в приемно-контрольном приборе охранной системы. Большая "просадка" напряжения питания при срабатывании реле К1 может вызвать в датчике автоколебательный процесс.
Во время испытаний датчика выяснилось, что можно легко установить чувствительность 3 м при отсутствии ложных срабатываний и круговой диаграмме направленности. Чувствительность регулируется резистором R11 в диапазоне 0,5...5 м. При чувствительности более 4 м и круговой диаграмме датчик начинает срабатывать от собственных шумов.
Импульсы, генерируемые датчиком, совместимы с приемно-контрольными приборами, рассчитанными на применение в шлейфе сигнализации импульсных магнитно-контактных и ударно-контактных датчиков.
При установке платы датчика или его пластмассового корпуса на металлическую панель размерами в 1,5 раза больше платы датчика с зазором 10 мм диаграмма направленности становится сектором в 120°, а чувствительность возрастает в 2 раза. При длительных испытаниях такого датчика с чувствительностью 5 м ложных срабатываний не обнаружено.
Термостабильность датчика проверялась его нагревом до +70°С и охлаждением до -20°С. При этом было зафиксировано лишь изменение чувствительности примерно на 20%.
Недостатком датчика является его высокая критичность к понижению напряжения питания. Оно не должно опускаться ниже 11 В, а вот повышение напряжения ограничено лишь тепловым режимом стабилизатора VT5, VD4. Если в системе нет мощных сирен, дроссель L4 можно заменить перемычкой.
Хочу обратить внимание тех, кто будет разрабатывать свою плату для датчика: СВЧ автодин обязательно должен быть отделен со стороны монтажа замкнутым контуром цепи общего провода, иначе срабатывания датчика могут сопровождаться "звоном" на фронтах импульсов частотой в сотни герц.