Ultradz
więkowyOdetektor ruchu
P R J E K T Y
Ultradz
więkowy detektor
ruchu
AVT-841
Chciałbym zaproponowaĘ
Czytelnikom budowÍ bardzo
prostego ukÅ‚adu, ktÛry moÅ‚e
znaleüĘ zastosowanie
w samochodowych systemach
alarmowych i domowych
instalacjach nadzorujÄ…cych
nasze mienie. Niezalełnie od
mołliwości wykorzystania
w systemach alarmowych, wywoÅ‚anej wzglÍdnym ruchem
ürÛdÅ‚a fali i odbiornika. W opty-
układ mołe byĘ ułyty we
ce, tj. dla fal elektromagnetycz-
wszystkich zastosowaniach,
nych, stosuje siÍ ujÍcie relatywis-
gdzie potrzebne jest
Układy wykrywające ruch mo- tyczne zjawiska Dopplera, nato-
wykrywanie ruchu na
Å‚emy z grubsza podzieliĘ na trzy miast w ujÍciu nierelatywistycz-
strzełonym obszarze i to
rodzaje: urzÄ…dzenia wykorzystujÄ…- nym, dla fal akustycznych, obser-
zarÛwno przemieszczania
ce do detekcji poruszajÄ…cych siÍ wowana czÍstośĘ v dana jest wzo-
ludzi, zwierzÄ…t, jak
przedmiotÛw promieniowanie rem:
i przedmiotÛw.
podczerwone, ukÅ‚ady bazujÄ…ce na v = v0(1-²1cosĆ1)/(1-²2cosĆ2)
wykorzystywaniu fal radiowych gdzie: v0 - czÍstośĘ emitowanej
i urzÄ…dzenia, ktÛrych dziaÅ‚anie fali, ²1=v/u - stosunek prÍdkoÅ›ci
oparte jest na efekcie Dopplera - obserwatora v do prÍdkoÅ›ci fali u,
zmianie czÍstotliwoÅ›ci fal düwiÍ- Ć1 - kÄ…t pomiÍdzy kierunkiem
kowych odbitych od poruszajÄ…ce- ruchu obserwatora i kierunkiem
go siÍ przedmiotu. Nasz ukÅ‚ad propagacji fali, ²2 = V/u - stosu-
naleÅ‚y do grupy trzeciej i pracuje nek prÍdkoÅ›ci ürÛdÅ‚a fali V do
w zakresie ultradüwiÍkÛw o czÍs- prÍdkoÅ›ci fali u, Ć2 - kÄ…t pomiÍ-
totliwoÅ›ci 40kHz, a wiÍc z sygna- dzy kierunkiem ruchu ürÛdÅ‚a i kie-
łami całkowicie niesłyszalnymi runkiem propagacji fali.
przez czÅ‚owieka. W akustyce, w przeciwieÒs-
Pomimo pozornej komplikacji twie do optyki, zmiana czÍstoÅ›ci
proponowany układ jest bardzo wywołana zjawiskiem Dopplera
prosty do wykonania i regulacji. zaleły nie tylko od wartości
Koszt potrzebnych do jego budo- prÍdkoÅ›ci ruchu wzglÍdnego, ale
wy elementÛw jest bardzo nie- i od prÍdkoÅ›ci wzglÍdem oÅ›rod-
wielki, a uzyskiwane rezultaty nie ka.
gorsze od uzyskiwanych przez Zjawisko Dopplera wykorzysty-
urzÄ…dzenia produkcji fabrycznej. wane jest w wielu dziedzinach,
m.in. w urzÄ…dzeniach radioloka-
Opis dziaÅ‚ania ukÅ‚adu cyjnych do pomiaru prÍdkoÅ›ci
Schemat ultradüwiÍkowego de- obiektu.
tektora ruchu pokazano na rys. 1. W naszym ukÅ‚adzie zarÛwno
Zanim jednak przejdziemy do ürÛdÅ‚o düwiÍku (ultradüwiÍku),
jego analizy, przypomnijmy sobie czyli nadajnik Q3, jak i odbiornik
podstawowe, byĘ moÅ‚e przez nie- Q1 znajdujÄ… siÍ w spoczynku.
ktÛrych zapomniane wiadomoÅ›ci AnalizowaĘ bÍdziemy nie czÍstot-
na temat efektu Dopplera. liwośĘ fali emitowanej przez po-
Efekt Dopplera polega na zmia- ruszajÄ…cy siÍ obiekt, ale od takie-
nie obserwowanej czÍstoÅ›ci fali go obiektu odbitej.
Elektronika Praktyczna 1/2000
61
Ultradz
więkowy detektor ruchu
Rys. 1. Schemat elektryczny detektora ruchu.
Schemat detektora moÅ‚emy po- rofon Q1, a nastÍpnie wstÍpnie
WYKAZ ELEMENTÓW
dzieliĘ na trzy czÍÅ›ci: nadajnik wzmacniane w ukÅ‚adzie z wzmac-
ultradüwiÍkÛw, odbiornik, ukÅ‚ad niaczem operacyjnym IC1B i pod- Rezystory
detekcji czÍstotliwoÅ›ci zdudnie- dawane detekcji. JeÅ‚eli odbierany PR1: potencjometr montażowy
miniaturowy 500k&!
niowej oraz przerzutnik monosta- sygnał pochodzi jedynie z odbicia
bilny wraz z ukÅ‚adem wyjÅ›cio- od nieruchomych przedmiotÛw, R1, R2, R17: 100k&!
wym. OmÛwimy je kolejno. czyli jego czÍstotliwośĘ jest rÛwna R3: 220k&!
Nadajnik ultradüwiÍkÛw skÅ‚ada czÍstotliwoÅ›ci emitowanej przez
R4: 2,2k&!
siÍ z generatora o czÍstotliwoÅ›ci nadajnik, to napiÍcie na konden-
R5, R8, R10, R19: 10M&!
4MHz zrealizowanego na inwerte- satorze C3 jest stałe. Jełeli jednak
R6, R12, R16: 1M&!
rze IC2A, dzielnika czÍstotliwoÅ›ci ukÅ‚ad odbiorczy wykryje porusza-
R7: 1k&!
przez 100 zbudowanego z wyko- jÄ…ce siÍ przedmioty, to sygnaÅ‚
R9: 1,2k&!
rzystaniem dwÛch licznikÛw dzie- o czÍstotliwoÅ›ci rÛÅ‚nicowej, wyni-
R14, R11: 1,2M&!
siÍtnych zawartych w strukturze kajÄ…cej z zsumowania sygnaÅ‚Ûw
R13: 560k&!
ukÅ‚adu 4512 - IC3 i wzmacniacza o czÍstotliwoÅ›ci nadawanej i odbi-
R15, R18, R20: 10k&!
wyjÅ›ciowego wykorzystujÄ…cego in- tej od poruszajÄ…cego siÍ obiektu
R21: 560&!
werter IC2B i jako ìstopieÒ mocyî spowoduje powstanie na konden-
Kondensatory
cztery pozostaÅ‚e inwertery z ukÅ‚a- satorze C3 ciÄ…gu impulsÛw o nie-
C1, C8, C9: 10nF
du IC2 - 4067. CzÍstotliwośĘ wielkiej czÍstotliwoÅ›ci. ZarÛwno
C2, C12, C13: 100nF
sygnału wytwarzanego przez gene- dodatnie jak i ujemne impulsy
C3, C4, C14: 470nF
rator z IC2A jest nastÍpnie dzie- zostanÄ… wzmocnione przez
C5, C6: 33pF
lona przez 100 i podawana na wzmacniacz IC1A i podane na
wejÅ›cie inwertera IC2B, ktÛry bez- wejÅ›cie przerzutnika monostabil- C7: 100pF
poÅ›rednio steruje stopniem wy- nego IC1D. Na wyjÅ›ciu tego prze- C10: 470µF/16V
jÅ›ciowym, pracujÄ…cym w ukÅ‚adzie rzutnika pojawia siÍ ciÄ…g impul- C11: 100µF/10V
przeciwsobnym. Konstrukcja na- sÛw prostokÄ…tnych, ktÛre powodu- Półprzewodniki
dajnika ultradüwiÍkÛw zostaÅ‚a nie- jÄ… wysterowanie tranzystora T1
IC1: LM324
co skomplikowana, poniewał pod- i impulsowe świecenie diody LED
IC2: 4069
czas jej opracowywania napotka- D5.
IC3: 4518
łem na trudności ze zdobyciem Dioda LED jest tylko elemen-
IC4: 7809
rezonatora kwarcowego o czÍstot- tem sygnalizacyjnym, a do ukÅ‚adu
D1, D2, D3, D4: 1N4148
liwości podstawowej 40kHz. Jełe- mołna dołączyĘ wejście innego
D5: LED
li jednak ktoÅ› z Was posiada taki urzÄ…dzenia, np. samochodowej lub
T1: BC548 lub odpowiednik
rezonator, to mołe uprościĘ kon- domowej centralki alarmowej, re-
Różne
strukcjÍ nadajnika pomijajÄ…c dziel- agujÄ…ce na jego zwarcie do masy.
CON1: ARK3 (3,5mm)
nik czÍstotliwoÅ›ci i Å‚Ä…czÄ…c wyjÅ›cie
Q1: odbiornik ultradz
więków
generatora IC2A z wejściem in- Montał i uruchomienie
Q3: nadajnik ultradz
więków
wertera IC2B. Na rys. 2 pokazano rozmiesz-
Q2: rezonator kwarcowy 4MHz
Odbite od otoczenia ultra- czenie elementÛw na pÅ‚ytce ob-
Obudowa typu KM-23
düwiÍki odbierane sÄ… przez mik- wodu drukowanego. PÅ‚ytka ta, ze
Elektronika Praktyczna 1/2000
62
Ultradz
więkowy detektor ruchu
ustaniu bodücÛw, wyzwalajÄ…cych wiedni uchwyt do zamocowania
ukÅ‚ad, powtÛrnie zgasnąĘ. UkÅ‚ad jej, ale producent nie umieÅ›ciÅ‚
jest bardzo czuÅ‚y i podczas jego w jej wnÍtrzu Å‚adnych elemen-
pierwszego uruchamiania nie oby- tÛw, do ktÛrych moÅ‚na by byÅ‚o
Å‚o siÍ bez maÅ‚ej wpadki. WÅ‚Ä…czy- zamocowaĘ pÅ‚ytkÍ. Podczas mon-
łem zasilanie i po ustawieniu tału prototypu poradziłem sobie
PR1 przestaÅ‚em siÍ poruszaĘ. Jed- w najprostszy sposÛb: po prostu
nak dioda LED nie przestawaÅ‚a przykleiÅ‚em pÅ‚ytkÍ do wnÍtrza
migotaĘ. JuÅ‚ chciaÅ‚em braĘ siÍ za obudowy za pomocÄ… bezcennego
szukanie bÅ‚Ídu, kiedy przyszÅ‚o dla amatorÛw kleju POXIPOL.
mi do gÅ‚owy, aby... przestaĘ SÄ…dzÍ, Å‚e i Wam mogÍ poleciĘ tÍ
takÅ‚e oddychaĘ! PomogÅ‚o, ukÅ‚ad metodÍ.
okazaÅ‚ siÍ sprawny i tak czuÅ‚y, OstatecznÄ… regulacjÍ urzÄ…dze-
łe reagował nawet na minimalne nia wykonujemy takłe za pomocą
poruszenia ciała podczas oddy- potencjometru montałowego PR1,
chania! juł po zamocowaniu układu
Jełeli wszystko jest w porząd- w miejscu dla niego przeznaczo-
ku, to przystÍpujemy do jedynej nym.
nieprzyjemnej czynności związa- Zbigniew Raabe, AVT
nej z wykonaniem naszego detek- [e-mail]
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów
tora ruchu - umieszczenia go
na płytce drukowanej.
w obudowie. Wprawdzie obudowa Wzory płytek drukowanych w for-
typu KM-23 pozornie idealnie macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
wzglÍdu na znacznÄ… komplikacjÍ nadaje siÍ do naszych celÛw, pod adresem: http://www.ep.com.pl/
poÅ‚Ä…czeÒ i chÍĘ zmieszczenia posiada otwory na nadajnik i od- pcb.html oraz na pÅ‚ycie CD-EP01/
ukÅ‚adu w stosunkowo niewiel- biornik ultradüwiÍkÛw i odpo- 2000 w katalogu PCB.
kiej obudowie, została wykonana
na laminacie dwustronnym. Mon-
tał wykonujemy w typowy spo-
sÛb, rozpoczynajÄ…c od wlutowa-
nia w pÅ‚ytkÍ rezystorÛw i diod
maÅ‚ej mocy, a koÒczÄ…c na kon-
densatorach elektrolitycznych
i stabilizatorze napiÍcia. Nadaj-
nik i odbiornik lutujemy do płyt-
ki za poÅ›rednictwem krÛtkich
odcinkÛw srebrzanki, wyginajÄ…c
je tak, aby płytka wraz z zamon-
towanymi na niej elementami
mieÅ›ciÅ‚a siÍ swobodnie w obudo-
wie.
Układ zmontowany ze spraw-
nych elementÛw nie wymaga Å‚ad-
nego uruchamiania, a jedynie nie-
skomplikowanej regulacji, ktÛrÄ…
jednak zalecałbym wykonaĘ
w miejscu stałego zamontowania
urządzenia. Jełeli jednak chcecie
juł teraz sprawdziĘ, czy zbudo-
wany układ działa poprawnie, to
ustawiamy potencjometr monta-
łowy PR1 w środkowym połołe-
niu i po doÅ‚Ä…czeniu napiÍcia za-
silajÄ…cego (ok. 12VDC, niekoniecz-
nie stabilizowane) obserwujemy,
pozostajÄ…c w bezruchu diodÍ
LED. Po kilku błyskach i ustale-
niu siÍ warunkÛw pracy ukÅ‚adu
dioda ta powinna zgasnąĘ. Na-
stÍpnie poruszamy siÍ w
pomieszczeniu lub po prostu
ruszamy rÍkÄ…. Dioda LED powin-
na natychmiast wÅ‚Ä…czyĘ siÍ i po
Elektronika Praktyczna 1/2000
63