Некоторые устройства должны включаться при приближении человека и выключаться через некоторое время после его отдаления. Это могут быть различные выключатели освещения или электроприборов.
В современных устройствах управления или охранных сигнализациях сейчас используются для таких целей пироэлектрические датчики, реагирующие на изменение тепла, но такие датчики все же довольно дороги, требует применения особых линз и редко встречаются в продаже в чистом виде. А приобретение готового теплового датчика движения не всегда оправдано экономически.
Используя оптические фотоприемники от видеотехники и инфракрасные светодиоды можно сделать такое устройство наиболее простым и дешевым способом.
Датчик, описание которого здесь приводится, служит для управления освещением в помещении. Его достоинство в том, что он умеет считать. Он подсчитывает число входящих в помещение и выходящих из него людей, и, используя простейшие арифметические функции сложения и вычитания, определяет есть в помещении люди или их нет. И по результатам расчетов либо включает свет, либо его выключает.
На рисунке 1 приводится схема, помогающая понять как он работает.
Есть два оптических датчика Д1 и Д2 и двоичный реверсивный счетчик СТ. Датчики Д1 и Д2 расположены так, что когда человек входит в помещение он сначала перекрывает свет на датчик Д1, а затем на Д2. Если же человек выходит из помещения все будет наоборот, — сначала перекрывает Д2, а потом Д1. Выход Д1 подключен к счетному входу С счетчика, а выход Д2 — к входу, включающему счетчик на вычитание. Поэтому, когда человек входит в помещение он первым перекрывает Д1 и тот подает на счетный вход СТ импульс раньше, чем будет перекрыт Д2, то есть, в то время когда счетчик работает на сложение. И состояние счетчика увеличивается на единицу. Если же человек выходит из помещения он первым перекрывает Д2, переключая счетчик
на режим вычитания, а вторым перекрывается Д1, который подает свой импульс на счетный вход СТ, когда тот уже переключен в режим вычитания (реверса). И состояние счетчика уменьшается на единицу.
На рисунке 2 показана принципиальная схема выключателя.
В основе схемы реверсивный счетчик К561ИЕ11. Особенности этой микросхемы в том, что переключаются её триггеры по спаду отрицательного импульса на входе С. При единице на входе + счетчик работает на сложение, а при ноле — на вычитание. Причем, изменение уровня на этом входе обязательно должно происходить тогда, когда на входе С единица.
В момент включения питания счетчик D2 автоматически устанавливается в нулевое состояние импульсом, создаваемым цепью R3-C3. В этом состоянии на всех его четырех выходах будут логические нули и транзисторный ключ VT1 будет закрыт. Контакты реле К1 разомкнуты и свет выключен.
Фотоприемники А1 и А2 расположены с одной стороны прохода, а, напротив них, на другой стороне — светодиоды HL1 и HL2. Если в проходе никого нет свет от светодиодов попадает на фотоприемники, и на их выходах (выводы 3) устанавливаются логические нули. На выходах элементов D1.1 и D1.2, выполняющих функции инверторов, устанавливаются единицы. На выводах 15 и 10 D2 — логические единицы.
Если человек входит в помещение он сначала закрывает фотоприемник А1. Уровень на выходе А1 в этот момент — единица. На выходе D1.1 — ноль. И цепь R2-C2 формирует короткий импульс, который поступает на вход С счетчика D2 и увеличивает его состояние на единицу. Длительность этого импульса должна быть как можно меньше, чтобы он успел завершиться до того, как будет закрыт фотоприемник А2. В противном случае счетчик может не изменить своего состояния. Диод VD1 служит для ускорения разрядки конденсатора С2 после того как на выходе D1.1 установится единица.
После того как состояние счетчика изменилось на единицу, на его первом выходе возникает единица и транзисторный ключ на VT1 открывается, реле замыкает контакты, включенные параллельно выключателю света, и освещение в комнате включается.
Человек продолжает двигаться по проходу дальше и закрывает фотоприемник А2. На выходе А2 возникает логическая единица, а на выходе D1.2 — ноль. Это приводит к быстрой зарядке конденсатора С4 через VD2 и R6. Логический уровень на выводе 10 D2 меняется на нулевой и счетчик переключается на режим вычитания. Но это никак не влияет на состояние его выходов потому что человек двигается внутрь комнаты, а для того, чтобы изменить состояние счетчика нужно сначала осветить А1 и снова его закрыть от света. Только так может быть создан один счетный импульс.
После того как человек пройдет через проход и все фотоприемники снова будут под воздействием ИК-света, конденсатор С4 разрядится через R5 в течение 0,2-0,5 секунды.
Если будут входить и другие люди, с каждым входящим состояние счетчика будет увеличиваться на единицу, а это значит, что, хотя-бы на одном его выходе будет логическая единица и свет в помещении останется включенным.
При выходе из помещения, человек движется в обратном направлении и сначала закрывает от света А2. На выходе А2 возникает логическая единица, а на выходе D1.2 — ноль. Конденсатор С4 быстро заряжается через VD2 и R6 и на выводе 10 D2 устанавливается логический ноль. Теперь счетчик переключен на счет с вычитанием. Двигаясь дальше на выход, человек закрывает А1 и, как было сказано выше, цепь C2-R2 формирует короткий импульс, поступающий на вход С D2. Но, теперь этот импульс поступает уже после того, как счетчик D2 переключился на счет на вычитание. Поэтому, с каждым выходящим, его состояние будет убывать на единицу.
После того, как из комнаты выйдет столько же человек, сколько в неё вошло (то есть, в комнате никого не будет), счетчик примет состояние нуля, на всех его выходах будут нули и транзисторный ключ VT1 закроется, выключив свет при помощи реле.
Цепь C4-R5 создает задержку в 0,2-0,5 секунды, она нужно для того, чтобы гарантировать, что при выходе из комнаты импульс на входе С D2 пройдет во время наличия логического нуля на выводе 10 счетчика D2.
Инфракрасные светодиоды HL1 и HL2 питаются импульсами частотой 36 кГц, которые генерирует мультивибратор на элементах D1.3 и D1.4. Фотоприемники SFH-506-36 рассчитаны на такую частоту. При попадании на них ИК-излучения модулированного такой частотой, на выходах фотоприемников устанавливаются низкие логические уровни.
Устройство рассчитано на то, что в комнате одновременно будут находится не более 15 человек. Если требуется работа в помещении, где бывает больше людей, -нужно последовательно счетчику D2 включить еще один такой же (тогда будет до 255 человек). Если вместо счетчиков К561ИЕ11 использовать К561ИЕ14, включенные на режим десятичного счета и на их выходах включить дешифраторы с числовыми индикаторами, то устройство будет еще и показывать количество человек, находящихся в помещении в данный момент времени, Расстояние между А1 и А2 (и между HL1 и HL2) выбрано около 25 см.
Светодиоды HL1 и HL2 — импортные ИК-светодиоды для пультов ДУ. Фотоприеники можно применить и другие, но в этом случае мультивибратор нужно будет настроить на их резонансную частоту.
Тип электромагнитного реле зависит от мощности нагрузки. Вместо реле можно включить, например, светодиод оптосимистора (через необходимый токоограничительный резистор). При мощности до 200W можно использовать реле КУЦ-1 (от дистанционного управления телевизоров УСЦТ).
Счетчик можно заменить аналогичным серий К1561, КА561, К564, CD40. Микросхема D1 — любые четыре инвертора вышеуказанных серий.
При налаживании нужно подобрать R9 так, чтобы частота импульсов на выходе D1.4 была около 36 кГц. Контролировать точность настройки можно по появлению устойчивого логического нуля на выходе фотоприемника при попадании на него света и HL1 или HL2.
При возникновении ошибок счета нужно между выводами 3 и 1 А1 включить конденсатор емкостью 1000-6800 пФ.
