Устройства, управляющие освещением лестницы в доме, не новы и многократно описаны в литературе и Интернете. Автор предлагает свой вариант на базе готового модуля HC-SR501 с пироэлектрическим датчиком движения.
Интернете достаточно сведений о его характеристиках, причём зачастую довольно противоречивых. Ввиду этого для получения правдоподобных сведений о возможностях модуля его характеристики пришлось перепроверять частично опытным путём, частично - путём анализа схемы. В результате автор пришёл к следующим значениям (правда, их с уверенностью можно отнести лишь к одному экземпляру модуля, подвергнутому испытаниям):
Параметры зоны обнаружения
пределы регулировки дальности, м ..............3...8
телесный угол, град.........140
Режимы срабатывания ...... одиночное, циклическое
"Мёртвое" время между сигналами тревоги, с ..........2...2,5
Пределы регулировки времени удержания сигнала тревоги, с .................5...250
Уровни сигнала тревоги, В
активный .................... 3
пассивный ................... 0
Напряжение питания, В.......4,5...12
Собственный ток потребления, мА .....................0,06
Модуль имеет "ночной" режим работы, но для этого требуется установить в него фоторезистор.
В Интернете можно встретить информацию о работоспособности модуля HC-SR501 при напряжении питания 20...30 В. Это не соответствует действительности, так как на его входе питания установлен оксидный конденсатор с номинальным напряжением 16 В. Поэтому разумно питать его напряжением не более 12 В.
Применённая в модуле микросхема формирует на своём выходе сигнал тревоги в уровнях трёхвольтной логики. Но между её выходом и выходным контактом OUT модуля включён резистор сопротивлением 1,5 кОм, поэтому нагрузочная способность модуля очень невелика.
В режиме одиночного срабатывания после первого обнаружения движущегося в чувствительной зоне предмета логический уровень напряжения на выходе модуля становится высоким и остаётся таким на 5...250 с (время удержания устанавливают при налаживании), другие возможные в этот период обнаружения игнорируются. По истечении времени удержания уровень выходного сигнала возвращается к низкому, но следующее обнаружение становится возможным лишь после восстановления свойств датчика (это время называют "мёртвым").
В режиме циклического срабатывания после первого обнаружения движения на выходе модуля также устанавливается высокий уровень на время удержания, однако дальнейшие срабатывания, произошедшие до истечения этого времени, начинают его отсчёт заново. В результате уровень на выходе остаётся высоким до тех пор, пока длительность паузы между последовательными обнаружениями движения не превысит время удержания.
На фотоснимках модуля, которые можно найти в Интернете, видна перемычка "MD", переставляя которую переключают режимы срабатывания. Однако в модуле, который имеется у автора, лишь обозначено место для её установки, а печатные проводники разведены так, что модуль всегда работает в режиме циклического срабатывания.
Рис. 1. Датчик движения
Под "ночным" режимом работы подразумевается блокировка срабатывания модуля в светлое время суток. Эта полезная функция позволяет экономить как электроэнергию, так и ресурс источников света. Для её реализации в отверстия, помеченные на плате модуля как "RL" (рис. 2), необходимо впаять фоторезистор. Никаких данных о его характеристиках и особенностях режима автору найти не удалось, однако установка фоторезистора GL5516 с темновым сопротивлением около 500 кОм дала вполне удовлетворительный результат. Срабатывать в светлое время суток модуль перестал, поэтому дальнейшие исследования в этом направлении не проводились.
Рис. 2. Плата модуля
Модуль HC-SR501 значительно облегчил создание автомата управления лестничным освещением. К нему пришлось добавить лишь коммутатор источника света и узел питания. Коммутатор было решено построить на симисторе, что сделало устройство более компактным, надёжным и бесшумным по сравнению с электромагнитным реле. Учитывая, что собственное потребление тока таким устройством невелико, для узла питания была выбрана бестрансформаторная схема. Это позволило уменьшить общие размеры устройства, принципиальная схема которого показана на рис. 3. Оно питается от сети 230 В, 50 Гц, потребляя в основном реактивную, не учитываемую бытовыми счётчиками, мощность около 5 В-А, и способно коммутировать лампы общей мощностью до 200 Вт.
Рис. 3. Принципиальная схема устройства
Бестрансформаторный узел питания (C2, VD1, VD2, с1) формирует постоянное напряжение 5 В. Коммутатор осветительных ламп построен на симисторе VS1, управляемом симисторным оптроном Ul. Оптроном в свою очередь управляет выходной сигнал модуля HC-SR501. Но управлять оптроном непосредственно модуль не может, поскольку минимальный ток излучающего диода оптрона, при котором открывается его фотосимистор, - 5 мА, а нагрузочная способность выхода модуля существенно ниже. Поэтому излучающий диод подключён к модулю через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1, который обеспечивает необходимое усиление тока.
Применённый в качестве VS1 симистор BTA08-800 может коммутировать значительно более мощную цепь, чем указано выше. Но для этого его пришлось бы установить на теплоотвод, места для которого в авторском варианте конструкции не предусмотрено ввиду ограниченных размеров корпуса.
Все детали автомата, за исключением модуля HC-SR501, размещены на печатной плате размерами 58x28 мм (рис. 4), с которой модуль соединён тремя проводами. Плата рассчитана на установку резисторов для поверхностного монтажа типоразмера 1206. Остальные детали - в обычном исполнении. Оксидный конденсатор C1 "уложен" на плату и приклеен к ней. Конденсатор C2 - К73-17 с номинальным постоянным напряжением 630 В или аналогичный импортный. Трёхконтактная винтовая колодка Х11 для подключения питающей сети и светильника EL1 - DG301 -5.0-03P-12. Всё устройство, внешний вид которого показан на рис. 5, помещено в стандартный корпус G515B размерами 66x66x30 мм.
Рис. 4. Печатная плата
Рис. 5. Внешний вид устройства
Для реализации "ночного режима" (если он необходим) снимите с платы модуля линзу Френеля (сделать это очень легко), вставьте в отверстия "RL" выводы фоторезистора и припаяйте их, после чего установите линзу Френеля обратно. Но впаивать фоторезистор следует только после завершения налаживания и регулировки устройства, в противном случае проводить эти операции придётся в темноте, что очень неудобно.
Поскольку все элементы описанного устройства находятся под напряжением питающей сети, работая с ним при открытом корпусе, следует соблюдать правила электробезопасности.
Первое включение устройства целесообразно проводить без модуля HC-SR501, что позволит уберечь этот модуль от повреждения в случае неправильной работы узла питания. Включив устройство в сеть, прежде всего проверьте напряжение на конденсаторе C1, которое должно находиться в пределах 5,1±0,3 В. Через 20...30 с отключите устройство от сети и оцените температуру корпуса стабилитрона VD2. Он может быть чуть тёплым. Сильный нагрев корпуса стабилитрона свидетельствует о неправильном выборе ёмкости или неисправности конденсатора C2.
Далее подключите к контактам 1 и 3 колодки XT1 лампу накаливания на 230 В. Включите устройство в сеть и подождите 20...40 с завершения переходных процессов в модуле (в это время лампа может иногда зажигаться). Затем внесите движущийся объект в зону чувствительности модуля, например, просто взмахните вблизи него рукой - лампа должна включиться. Если так и произошло, всё работает нормально. Если нет, причинами могут быть:
- недостаточный для открывания фотосимистора оптрона U1 ток его излучающего диода. Он должен быть не менее7...8 мА и может быть установлен подборкой резистора R1;
- неисправности деталей или ошибки монтажа.
Закончив проверку, подстроечными резисторами модуля HC-SR501 установите требуемые дальность обнаружения (правым, согласно рис. 2) и время удержания сигнала тревоги (левым, согласно рис. 2). Рекомендуется регулировать дальность обнаружения, установив устройство на место его постоянного расположения, чтобы учесть возможное влияние окружающих предметов на его работу. По завершении регулировки в модуль HC-SR501 при необходимости установите фоторезистор, обеспечивающий его работу в "ночном" режиме.
Файл печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 можно найти здесь.
Автор: А. Савченко, пос. Зеленоградский Московской обл.