1999.01_Elektor.pdf

Elektor w EdW

ELEKTOR w EdW

Laserowy postrach włamywaczy

Prosty, skuteczny i niedrogi

Laser−controlled burglar deterrent

emitujące światło

(LED) znalazły

wielką liczbę zastosowań. Nie

wszyscy zdają sobie sprawę,

że diody laserowe, wbudowa−

ne do dostępnych powsze−

chnnie i coraz tańszych

wskaźników laserowych,

opracowane zostały pierwot−

nie do odtwarzaczy CD. Dzi−

siaj z laserów korzystają mię−

dzy innymi geodeci i architek−

ci (do pomiarów i przy niwelo−

waniu gruntu), przemysł sa−

mochodowy (do mierzenia

Po pierwsze

bezpieczeństwo!

Każdy laser, nawet najmniej−

szy, stanowi niebezpieczeń−

stwo dla oczu. W technologii

laserowej istnieje reguła, któ−

ra musi być przestrzegana za−

wsze i wszędzie: Nigdy nie

wolno ustawiać oczu na dro−

dze promienia lasera, a nawet

jego odbicia! Trzeba pamię−

tać, że światło lasera o mocy

zaledwie 1 mW jest 1000 ra−

zy jaśniejsze od światła słone−

cznego w lecie. Przed rozpo−

częciem pracy z laserem na−

leży zdjąć zegarek, obrączkę,

bransoletkę i wszelkie inne

błyszczące ozdoby, które

mogą odbić promień. Za każ−

dym razem należy też spraw−

dzić, że nikt nie znajduje się

na drodze promienia. Szcze−

gólnie ciekawskie są dzieci,

które chcą wiedzieć, co dzie−

je się wewnątrz promienia.

części dowolnego rodzaju),

stosowane są one też w pre−

cyzyjnych poziomicach. Lase−

ry pracują także na rzecz walki

z przestępczością (na przykład

w urządzeniach fotogra−

fujących pojazdy przekraczaj−

ące prędkość). To tylko kilka z

olbrzymiej liczby funkcji lase−

rów. Nasz artykuł opisuje, jak

na bazie diody laserowej zbu−

dować tani alarm lub układ od−

straszający włamywaczy.

ludzi. Wskaźnik to dioda lase−

rowa w lekkiej obudowie,

wielkością i kształtem odpo−

wiadająca długopisowi, prze−

znaczona do pomocy przy pre−

zentacjach. W większości kra−

jów prawo ogranicza moc la−

serów w takim zastosowaniu

do 1mW.

Duży zasięg promienia la−

sera ułatwia skonstruowanie

prostego, lecz skutecznego a−

larmu przeciwko włamywa−

czom. Na przykład jeden laser

wraz z kilkoma lustrami, umie−

szczonymi w odpowiednich

punktach, może stworzyć

niewidzialną barierę wokół bu−

dynku lub innego wartościo−

wego obiektu.

Wadą lasera jest genero−

wanie stałego promienia

światła. Do naszych celów by−

łoby lepiej, gdyby światło było

modulowane w celu regulacji

intensywności. Łatwo jest ten

cel osiągnąć przy pomocy za−

silania obwodu modulowa−

nym napięciem.

Skonstruowanie modułu la−

serowego jest zupełnie łatwe

(patrz referencja 1), lecz Czy−

telnicy mogą zastosować go−

towy wskaźnik.

Laser: opis

Schemat ideowy lasera

przedstawiamy na rysunku 1.

Dioda D1, odwrotnie równo−

legła do diody laserowej, jest

najprostszym, lecz dostate−

cznie skutecznym zabezpie−

czeniem przed odwrotnym

dołączeniem zasilania. Pomył−

ka taka, jeżeli trwa przez krót−

ki czas, nie powoduje żadnej

szkody. Jeżeli natomiast zasi−

lanie będzie odwrotnie

włączone przez dłuższy czas,

kondensator tantalowy C3

wybuchnie, natomiast sama

dioda laserowa nie poniesie u−

Wprowadzenie

Lasery generują promień

światła, które, dzięki swej

spójności, jest w stanie prze−

być duże odległości. W sprze−

daży detalicznej znajdują się

przede wszystkim lasery pół−

przewodnikowe. Ostatnio

często słyszy się o wskaźni−

kach laserowych, a to ze

względu na przestępcze ich

używanie przez bezmyślnych

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

O d lat 1960−tych diody

Elektor w EdW

Rezystory

R2 i R3 po−

winny być

metalizowane

(nie węglo−

we), mieć to−

lerancję 1% i

moc strat

0,5W.

Drugi

wzmacniacz,

IC2, wytwarza

sygnał dla nie−

wielkiego

głośnika LS1.

Poziomem

głośności ste−

ruje potencjo−

metr R4. Natu−

ralnie, głośnik

może być za−

stąpiony przez przekaźnik,

który uruchomi inny rodzaj a−

larmu, na przykład w większej

odległości od ochranianego o−

biektu.

Kilka kondensatorów służy

do odprzęgania odbiornika.

Kondensator C1 powinien być

ceramiczny.

Jako detektor możemy za−

instalować dowolnego typu

fototranzystor lub fotodiodę

na podczerwień. Do wyboru

są na przykład: fototranzystor

BPW40 lub (lepiej) LPT85A;

diody SFH205 lub BPW34.

Odbiornik wymaga syme−

trycznego zasilania, które mo−

że być zrealizowane na przy−

kład przez dwie baterie 9V.

Odbiornik zmieści się w

małym plastykowym pudełku.

Nie ma konieczności projekto−

wania dla niego specjalnej

płytki drukowanej, wystarczy

kawałek płytki prototypowej.

Konieczne jest jednak zmie−

szczenie układu na niewielkiej

powierzchni oraz ostrożne i

staranne lutowanie, co potem

zapobiegnie powstawaniu

szkodliwych oscylacji, mogą−

cych utrudnić lub uniemożli−

wić odbiór sygnału, albo wy−

wołać fałszywe alarmy.

Fototranzystor należy za−

montować wewnątrz rurki o

odpowiedniej średnicy. W ten

sposób nie tylko zmniejszymy

możliwość zakłócania odbioru

sygnału przez światło otocze−

nia lub inne źródła światła,

lecz ponadto nadamy odbior−

nikowi niezbędną kierunko−

wość. Podczas wlutowania

fotoelementu nie można za−

pomnieć o umieszczeniu nó−

żek na odpowiednich polach

lutowniczych: uwaga, detek−

tor będzie funkcjonował mimo

błędnego spolaryzowania,

lecz jego czułość radykalnie

zmaleje.

Alternatywa

Stosowanie światła modu−

lowanego nie zawsze jest ko−

nieczne czy wygodne. W ta−

kiej sytuacji można skorzystać

z prostego przełącznika stero−

wanego światłem, takiego,

jak na rysunku 3.

Rys.. 1.. Schemat modułłu llaserowego,, z wyko−

rzystaniiem dyskretnejj diiody llub wskaźniika lla−

serowego.. Jasność strumiieniia regullowana

jjest przez potencjjometr llub zewnętrzny syg−

nałł..

Test

Ustawić R1 w połowie

ścieżki, R4 na minimalną głoś−

ność, dołączyć zasilanie (dwie

baterie 9V lub zasilacz). Po ła−

godnym zwiększeniu głośnoś−

ci usłyszymy z głośnika głębo−

ki, buczący ton: to częstotli−

wość 50 Hz, emitowana z sie−

ci elektrycznej poprzez żarów−

ki w pomieszczeniu. Jeżeli ża−

rówki nie świecą, dźwięk ten

nie jest słyszalny, więc na

czas przeprowadzania prób

należy włączyć oświetlenie.

Jeżeli dźwięk w dalszym cią−

gu nie będzie słyszalny, w u−

kładzie jest uszkodzenie. Na−

leży sprawdzić wszystkie ele−

menty, złącza, styki, połącze−

nia, itd. Jeżeli wszystkie one

są sprawne i odpowiednio

zmontowane, układ musi fun−

kcjonować prawidłowo.

Potencjometr R1 powinien

być wieloobrotowy; rezystory

R2 i R3 metalizowane (tole−

rancja 1%). Przekaźnik mało−

sygnałowy na napięcie zasila−

nia 12 V, prąd zasilania poniżej

50 mA.

Fotoelement możemy wy−

brać spośród elementów wy−

mienionych już w opisie od−

biornika.

Notka

Prosimy pamiętać, że je−

żeli Czytelnik jako osoba

prywatna używa lasera w

swym domu lub warsztacie

(jak długo osoby nieupra−

wnione nie mają dostępu),

może z nim robić wszystko,

co zechce, o ile nie uszkodzi

zdrowia lub własności osób

trzecich (łącznie z włamywa−

czami!).

Ubezpiieczeniie

Jeżeli Czytelnik jest pra−

cownikiem najemnym, o−

czywiste jest, że ma ubez−

pieczenie (od odpowiedzial−

ności cywilnej), które pokry−

wa jego zobowiązania za u−

czynione szkody. Należy

jednak zachować ostroż−

ność, ponieważ większość

polis ubezpieczeniowych

wyraźnie wyklucza wszelkie

szkody, bezpośrednie lub

pośrednie, spowodowane

przez promienie laserowe.

Konieczne jest więc uzyska−

nie absolutnej pewności, że

polisa Czytelnika obejmuje

zobowiązania za spowodo−

wanie takich szkód. Wiele

osób nie ma świadomości

tych wykluczeń.

szczerbku. Zależnie od typu

diody laserowej należy dobrać

wartość rezystora R1. W wię−

kszości przypadków odpowie−

dnia jest wartość 9−11 omów.

Układ mieści się na małym

kawałku płytki prototypowej.

Zwracamy uwagę, że dioda

Zenera D2 ma parametry: 5 V,

500 mW.

Skorzystanie z regulowa−

nego zasilacza o napięciu wy−

jściowym 3,5−6V zapewnia

minimalne straty mocy.

Dioda powinna zacząć

święcić po dołączeniu zasila−

nia. Do wejścia modulatora

możemy podać odpowiednie

napięcie modulujące. Poten−

cjometr na wejściu zapewnia

precyzyjną regulację mocy.

Stopień modulujący może pra−

cować z sygnałami o częstot−

liwości sięgającej 2 MHz, i do−

piero przy tak dużej częstotli−

wości głębokość modulacji za−

czyna maleć. Warto podkreś−

lić, że głębokość modulacji

może wynosić 100% aż do 2

MHz. To jest bardzo dobry wy−

nik dla tak prostego obwodu.

Odbiornik

Schemat pokazany na ry−

sunku 2 przedstawia odbior−

nik AM z fototranzystorem T1,

pełniącym funkcję detektora.

Odebrany sygnał wzmacniany

jest przez IC1, wzmacniacz

bardzo stabilny i odporny na

zakłócenia. Czułość właściwe−

go wzmacniacza regulowana

jest wieloobrotowym poten−

cjometrem R1.

Rys.. 2.. Schemat odbiiorniika AM do odbiioru ii detekcjjii zmodullo−

wanego sygnałłu llaserowego.. Zdemodullowany sygnałł słłuży do

wysterowaniia głłośniika llub przekaźniika..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Elektor w EdW

Re1 i zamknięcie

jego styków. Jeżeli

zatem styki rozwie−

rają się, to albo

przerwany został

promień lasera, al−

bo uszkodzony jest

zasilacz. Są to dwa

powody wystar−

czające do rozpo−

częcia akcji!

Referencje:

1. Lasers: Theory

and Practice by

Dirk R. Baur; ISBN

0 905705 52 1; E−

lektor Electronics

(Publishing), 1997

2. The laser Guidebook by Jeff

Hecht, ISBN 0 07 027737 0,

McGraw−Hill, 1992

Klasyfikacja wskaźników laserowych

Rys.. 3.. Schemat przełłączniika świietllne−

go.. Przekaźniik uaktywniiany jjest po

odebraniiu świiatłła llasera przez T1..

Laserowe diody, pióra i wskaź−

niki, dostępne w handlu detali−

cznym, zgodnie z normą NEN

(Euro) 60825−1 podzielone są

na trzy kategorie. Czwarta kate−

goria, o której tu nie piszemy,

dotyczy laserów do zastoso−

wań profesjonalnych (zakup

wyłącznie na podstawie zezwo−

lenia).

Kategoriia IIIIII

Dotyczy laserów o mocy

wyjściowej nie przekraczającej

5 mW, których używanie nie

jest bezpieczne bez odpowie−

dnich środków ochronnych.

Przy małej odległości od lasera

wystarczy skierowanie promie−

nia w głąb oka na czas krótszy

od 0,25 sekundy, aby spowo−

dować nieodwracalne uszko−

dzenie oka.

Kategoriia IIII

Dotyczy laserów o mocy

mniejszej od 1 mW. Mimo nie−

wielkiej mocy, takie lasery nie

mogą być instalowane w gad−

żetach (breloczki). Przy odleg−

łości poniżej 1 m ekspozycja

oka przez 0,25 sekundy może

spowodować jego poważne u−

szkodzenie.

Kategoriia II

Diody laserowe o mocy po−

niżej 0,5 mW, które są dość

bezpieczne w użyciu. Pomimo

tego posługiwanie się nimi wy−

maga największej ostrożności.

Światło padające na foto−

tranzystor T1 powoduje

włączenie tranzystorów T2 i

T3, po czym następuje poda−

nie napięcia na przekaźnik

Obrotomierz do motorowerów

i skuterów

żają, że każdy motoro−

wer lub skuter powi−

nien być wyposażony w mier−

nik prędkości obrotowej silni−

ka. Inni natomiast twierdzą, że

jest to nieprzydatny bajer, po−

nieważ odwraca uwagę kie−

rowcy od drogi. Jeżeli nale−

żysz, Czytelniku, do tej pier−

wszej grupy i masz motoro−

wer lub skuter bez obrotomie−

rza, to ten artykuł jest dla Cie−

bie. Artykuł opisuje nieskom−

plikowany układ, który można

zainstalować w każdym sku−

terze lub motorowerze.

Podobnie jak liczne tanie

modele samochodów i moto−

cykli, motorowery oraz skute−

ry najczęściej nie zawierają w

swym wyposażeniu obroto−

mierza, prawdopodobnie aby

zachować niską cenę. Lecz

przecież miernik taki jest

względnie tani, a może oka−

zać się bardzo przydatny,

zwłaszcza w modelach z

ręczną zmianą biegów. Jedno−

czesny odczyt prędkości po−

jazdu i obrotów silnika pozwa−

la ocenić, czy włączony został

odpowiedni bieg. Malejące

wskazania tachometru to za−

lecenie redukcji biegu, nato−

miast szybko wzrastające

wskazuje na konieczność

włączenia wyższego biegu.

Wielu kierowców, nie

mających w swym jednośla−

dzie tachometru argumentu−

je, iż zmiana biegu odbywa

się na słuch. Ale przecież

kask ochronny nie zawsze to

umożliwia: dźwiękoszczel−

ność niektórych modeli kas−

ków jest naprawdę bardzo

dobra! Najlepszym rozwiąza−

niem jest, oczywiście, wybór

pojazdu z automatyczną skrzy−

nią biegów, na co decyduje

się coraz większa liczba kie−

rowców. Drugim dobrym roz−

wiązaniem jest budowa i in−

stalacja naszego obrotomie−

rza.

Konstrukcja

Jest kilka sposobów odczy−

tywania prędkości obrotowej.

Mamy do dyspozycji trzy pod−

stawowe metody: cyfrową z

wyświetlaczami siedmioseg−

mentowymi; analogową z sze−

regiem diod świecących (LED)

i tradycyjną z klasycznym mier−

nikiem elektromagnetycznym

(wskazówkowym).

Wskaźnik elektromagnety−

czny jest konstrukcją naj−

prostszą, ale jednocześnie

wrażliwą na wstrząsy i wibra−

cje. Te wady powodują jego

małą przydatność do naszych

celów.

Odczyt cyfrowy z siedmio−

segmentowym wyświetla−

czem wyróżnia się największą

dokładnością, lecz jest chyba

zbyt wyrafinowany, jak na je−

dnoślad. Wysoka dokładność

nie jest potrzebna, a przy o−

kazji powoduje nadmierną

komplikację układu elektroni−

cznego.

Układ analogowy z diodami

LED jest zarazem i prosty, i wy−

trzymały. Możemy w nim za−

stosować różne typy scalonych

sterowników, pozwalających

po dodaniu zaledwie kilku po−

mocniczych elementów na od−

czyt analogowego napięcia na

Połłączony odczyt prędkoś−

cii i obrotów siillniika może

też być przydatny do

zmniiejjszaniia zużyciia pallii−

wa,, lecz do tego koniie−

czna jest znajjomość krzy−

wejj momentu obrotowe−

go siillniika..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

S ą ludzie, którzy uwa−

Elektor w EdW

Dzięki układowi formującemu

uzyskujemy pewność, że

przypadkowe zmiany amplitu−

dy i szerokości impulsów nie

będą miały wpływu na odczyt.

rys.. 1 Schemat iideowy tachometru

Opis układu

Na rysunku 1 widzimy kom−

pletny schemat elektryczny ta−

chometru. Czujnik (cewka)

połączony jest z kondensato−

rem C3, który wraz z rezystora−

mi R3 i R4 jest obwodem róż−

niczkującym: zmniejsza szero−

kość impulsów, dzięki czemu

wykluczone jest podwójne wy−

zwalanie licznika obrotów.

“Odchudzone” impulsy są po−

dawane do wyzwalającego

wejścia multiwibratora mono−

stabilnego IC3. Ten z kolei ge−

neruje jednakowe impulsy, któ−

rych szerokość może być regu−

lowana potencjometrem P1.

Impulsy wychodzące z IC3

przechodzą przez integrator –

prosty filtr dolnoprzepustowy

R6−C1. Filtr ten daje na wyjściu

napięcie stałe, usuwając wszel−

kie przypadkowe zmiany ampli−

tudy i szerokości impulsów, któ−

re mogłyby zdestabilizować od−

czyt.

Zestaw diod LED sterowa−

ny jest przez dwa sterowniki,

IC1 oraz IC2. Zostały one spe−

cjalnie skonstruowane do ta−

kiego zastosowania; zawierają

źródło napięcia odniesienia o−

raz precyzyjny dzielnik.

Każdy sterownik może ob−

sługiwać jednocześnie nawet

10 diod, zatem możemy w ta−

chometrze zainstalować 20

diod, dzięki czemu uzyskamy

linijce złożonej z pewnej liczby

diod LED. Jeżeli linijka zawiera,

powiedzmy, 20 diod, odczyt

jest wystarczająco dokładny dla

większości zastosowań.

Jedynym dodatkowym ob−

wodem jest czujnik z kilkoma

elementami towarzyszącymi,

wytwarzający impulsy z

częstotliwością proporcjo−

nalną do prędkości obrotowej

silnika. Przetwornik zamienia

te impulsy na wielkość analo−

gową − napięcie stałe, służące

do wysterowania linijki.

obrotowej silnika. Najłatwiej−

szy sposób osiągnięcia tego

celu to indukcyjne pobieranie

sygnałów od impulsów z

cewki zapłonowej. Napięcie

w układzie zapłonowym jest

na tyle wysokie, że wystarczy

skonstruować cewkę złożoną

z 10−20 zwojów izolowanego

przewodu, nawiniętego na

kablu dostarczającym napię−

cie do świecy zapłonowej.

O ile jednak poziom napię−

cia impulsów na świecy jest

dość duży, o tyle ich kształt

wykazuje dużą zmienność. Ta

zmienność jest powodem do−

dania układu formującego,

który nadaje tym impulsom

stabilny i jednolity kształt.

Czujnik

Idealny czujnik powinien

wytwarzać stabilne impulsy

dla całego zakresu prędkości

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Elektor w EdW

Rys.. 2 Schemat montażowy

szczonych na okręgu. Z powo−

du małej liczby elementów

montaż tachometru jest banal−

nie prosty, jeżeli tylko wykonu−

jemy go zgodnie z wykazem e−

lementów.

Zwora JP1 umożliwia spraw−

dzenie układu po zakończeniu

montażu. W czasie sprawdzania

zwora powinna być usunięta.

Gdy podajemy impulsy do

kondensatora C3, powinniśmy

mieć możliwość regulacji poten−

cjometrem P1 niskiego napięcia

stałego na prawej stronie zwory

JP1, która jest połączona ze

złączem R6−C1. Jeżeli tak jest,

to kształtownik impulsów pracu−

je prawidłowo.

Gdy zmienne napięcie stałe

o poziomie kilku woltów podaje−

my do drugiego zacisku zwory

JP1, jedna z diod powinna świe−

cić.

wystarczająco dokładny odczyt.

Każda z diod oznacza zakres o−

koło 500 obrotów na minutę.

Diody mogą być różnobarwne

dla zaznaczenia, na przykład,

bezpiecznego (zielonego) zakre−

su 500−6000 obr/min (D1−D12),

ryzykownego (żółtego) zakresu

6000−8000 obr/min (D13−D16), a

wreszcie niebezpiecznego

(czerwonego) zakresu powyżej

8000 obr/min (D17−D20). Zakre−

sy te można oczywiście dobie−

rać według własnych poglądów.

Wewnętrzne komparatory

sterowane są w taki sposób,

że przy każdym wzroście na−

pięcia wejściowego o pewną

wartość uruchomiony zostaje

kolejny komparator. Wyjścia

komparatorów bezpośrednio

wysterowują diody LED.

Zestaw diod LED może

pracować w trybie kropko−

wym. Nóżka 9 układu scalone−

go musi wówczas pozostać

otwarta. W trybie linijkowym

(nasz tachometr pracuje w

tym trybie) nóżka 9 dołączona

musi być do dodatniej szyny

zasilania.

Zasilacz

Tachometr wymaga napię−

cia zasilającego w granicach 5−

6 V. Napięcie zasilające powin−

no być stabilne, skąd wniosek,

że układ nie może być bezpoś−

rednio dołączony do zacisków

akumulatora. Stabilność zasila−

nia uzyskamy przez wstawie−

nie regulatora (stabilizatora) 5V

między akumulator a tacho−

metr, zgodnie z Rys. 1. Napię−

cie na zaciskach akumulatora

ma wartość 6−7V, czyli musi−

my użyć regulatora o małym

spadku napięcia, np. 4805. Re−

gulator 7805 w tym przypadku

nie przyda się.

Można też alternatywnie za−

silać tachometr przez cztery

szeregowo połączone suche

baterie lub akumulatory Ni−Cd

1,5V (rozmiar R6 lub R14). W

takiej konfiguracji regulator nie

jest potrzebny. Czas życia ba−

terii wydłużymy, ustawiając

wyświetlacz w tryb kropkowy

(nóżki 9 obydwu sterowników

otwarte.

Konstrukcja

mechaniczna

Proponujemy zbudowanie

tachometru na zaprojektowanej

przez nas płytce drukowanej

według rysunku 2. Panuje zgo−

dny pogląd, że ułożenie diod na

okręgu zapewnia najlepszy i naj−

wygodniejszy odczyt. Nasze 20

diod zostało właśnie rozmie−

Wykonanie cewki czujnika

wokół kabla świecy zapłonowej

(10−20 zwojów cienkiego drutu)

nie powinno sprawić proble−

mów. Cewkę należy połączyć z

wejściem tachometru przy po−

mocy przewodu ekranowane−

go.

Tachometr należy umieścić

w obudowie, najlepiej okrągłej.

Odpowiednie obudowy sprze−

daje m.in. Conrad. Numer kata−

logowy obudowy podajemy w

spisie części.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 2,2k

R2,R5,R7: 22k

R3: 22M

R4: 15M

R6: 100k

P1: 47...50k stojący

Kondensatory

C1: 10uF/16V stojący

C2,C3: 10nF

C4: 100nF

Półłprzewodniikii

D1−D13: LED zielona nisko−

prądowa

D14−D16: LED żółta nisko−

prądowa

D17−D20: LED czerwona nis−

koprądowa

IC1,IC2: LM3914

IC3: TLC555

IC4: 4805

Różne

JP1: szpilki + jumper

obudowa: Conrad Bestellnr

84 22 30−66

płytka: Elektor 980077−1

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: