Наведення на датчик руху

Боротьба з наведеннями від передавальних антен на інфрачервоний датчик руху

Постановка задачі

Інфрачервоні датчики руху широко застосовуються в побуті. Ця зручна і недорога штука реагує з відстані кількох метрів на невеликі зміни температури і рух теплих об'єктів (найчастіше - людей).

Ці датчики використовуються в якості автоматичних вимикачів в прохідних приміщеннях і на вулиці. Зручно щоб при вході в коридор, на свою ділянку або наближенні до будинку світло включався сам і горів ще деякий час, яке встановлюється на датчику (до слова, часто буває зручно паралельно контактам реле датчика приєднати звичайний клавішний вимикач для вмикання освітлення вручну і на довгий час) .

Працюють такі датчики досить стійко. Хоча трапляються помилкові спрацьовування на дим від багаття, рої комах, світло фар автомобіля, що рухається і навіть клуби теплого повітря, що піднімається від землі при похолоданні. Але це трапляється рідко і майже не заважає.

Але картина змінюється на гірше коли радіоаматор розмістить поруч свою передавальну антену. І навіть не зовсім поруч, а метрах в 10 ... 20. Датчик руху такого сусідства не витримує і починає давати збої.

Вдень це не проявляється, тому що включення навантаження блоковано фоторезистором рівня освітленості. А ось в темну пору датчик руху спрацьовує при кожному виході в ефір. Причому при потужності аж ніяк не великий. 20 ... 50 Ватт на 1,8 і 3,5 MHz в диполі на відстані 10 ... 15 м від датчика цілком достатньо.

В принципі, на це можна не звертати уваги. Якщо немає сусідів, нервово реагують на хаотично включається вночі світло у вас на ділянці. І якщо датчик управляє звичайною лампочкою розжарювання.

Але ситуація стає нестерпною якщо сусіди приходять з питанням що там відбувається у вас вночі і / або датчик включає LED прожектор з імпульсним драйвером без фільтрів, що вбиває перешкодами ваш прийом. Тоді треба підвищувати стійкість датчика руху до радіоперешкод від наших антен. Цим ми і займемося нижче.

вивчення

Найпростіші методи, на зразок поставки на що входять до датчик дроти ферритовой засувки і блокувального конденсатора за загальним харчування, не дали ніякого ефекту. Тому проблему довелося вивчати глибше.

Незважаючи на велику зовнішню різноманітність, датчики руху влаштовані, в принципі, однотипно: бестрансформаторная схема харчування на 10 ... 15 В з гасить конденсатором, силове реле для включення навантаження і плата електроніки.

На вході останньої встановлений трехвиводний чутливий елемент - піросенсор , З вигляду нагадує старий транзистор в корпусі. Його вхідний віконце прикрите чорним інфрачервоним фільтром. Піросенсор реагує на невеликі зміни температури і \ або переміщення теплих об'єктів в його поле зору. Наприклад, на рух людини.

Електрично піросенсор є керамічний чутливий елемент і істоковий повторювач в одному корпусі (приблизно як електретний мікрофон). І як електретний мікрофон він і підключається до схеми: корпус, харчування і вихід. На виході піродатчіка є постійна напруга 1..2 В (вихід истокового повторювача), яке смикається на 50 ... 100 uV при переміщенні людини в поле зору датчика. Довжина цього імпульсу 0,5 ... 1 c.

У технічних характеристиках сенсора відразу видно перша ймовірна причина підвищеної чутливості до радіоперешкод: корисний робочий сигнал дуже малий, всього 50 ... 100 uV. А передавальна антена на відстані 10 ... 15 м цілком може створити напруженість поля 5 .... 15 В / м (див. Рис. 1.1.1 в цій статті ). А якщо це її ближня зона (а в діапазонах 160 і 80 м це саме так), то напруженість поля буде вище зазначених цифр в кілька разів (ближня зона резонансна і в ній є коливальний процес, що збільшує напруженість в добротність антени раз ). Та й за нормами FCC безпечна для населення напруженість поля на 1,8 МГц становить 450 В / м.

Прийнявши (приблизно) розміри висновків піродатчіка 2 см (1/50 метра), отримаємо, що наводка на нього від нашої антени може бути майже в мільйон (!) Разів вище корисного сигналу.

Звичайно, наша частота (1,8 МГц) вище робочої частоти датчика (1 ... 2 Гц) в мільйон разів. Але мільйон там і там в сумі дають одиницю. Тобто навіть при грамотних ВЧ фільтрах перешкода вийде порівнянної з корисним сигналом. Так це при грамотних і високочастотних фільтрах c конденсаторами з малої паразитної індуктивністю на високих частотах. А в датчику руху для фільтрації стоять звичайні електролітичні конденсатори (для блокування ВЧ взагалі малопридатні) і ширвжиткового керамічні з висновками (блокування більш-менш пристойна, але не ідеальна).

Не можна сказати, що виробники датчиків руху про стійкості до радіоперешкод не подумали. Вони подумали. І написали в інструкції: "Не застосовувати там де є передавальні антени". Але нам-то треба застосовувати саме там: на дачі і в своєму будинку потрібні і датчики руху і наші передавальні антени.

Рішення

Подивимося ще раз уважно в каталог серйозного виробника піросенсоров . І знайдемо, що випускається модифікація піросенсоров з підвищеною стійкістю до радіоперешкод. І відрізняється вона від звичайної тільки тим, що всередині самого піросенсора встановлені два SMD конденсатора по 0,1 мкФ (між харчуванням і землею, і між виходом і землею).

Але це у серйозних виробників. А у нас китайський noname, де такими вишукувань не озабачіваются. А ми перейнятися. Розбирати корпус піросенсора ми, звичайно, не будемо. Але цілком зможемо припаяти два конденсатора по 0,1 мкФ (краще SMD, але можна і звичайні з гранично короткими (2..3 мм) висновками) прямо на висновки піросенсора, максимально близько до його корпусу (для це доведеться спочатку випаять піросенсор з плати і потім, після установки конденсаторів повернути його назад).

Цей захід дала певний ефект: датчик руху став включатися при вдвічі вищою потужності передавача, ніж раніше. Але все одно це відбувалося при потужності менше 100 Вт, тобто встановлені на піросенсоре конденсатори це правильно, але недостатньо.

Подивимося на схему датчика руху. Вони всі різні, але вузол посилення сигналу піродатчіка майже однаковий скрізь. Це два какскада на операційних підсилювачах (ОП), з коефіцієнтом посилення 100 ... 200 кожен. Тобто сумарна посилення становить 10 ... 40 тис. Це багато. Дуже багато.

Припустимо, сигнал з піросенсора прийшов абсолютно чистий. Але підсилювач з коефіцієнтом посилення в десятки тисяч, розміщений на НЕ екранованої платі, розведеною без урахування вимог до ВЧ монтажу, не схильний до радіоперешкод бути не може.

Адже будь-який, найпростіший і дешевий операційний підсилювач має частоту одиничного посилення, яке обчислюється мегагерцами, тобто в принципі здатний підсилювати або не дуже послаблювати - в нашому випадку це все одно) радіочастотну наводку.

Звичайно, схему підсилювачів мають елементи частотної фільтрації. Але вони явно недостатні для роботи під антеною. Розглянемо схему першого каскаду посилення датчика руху (у вас вона буде не такою самою, але аналогічної). Вона наведена на наступному малюнку (оригінальні елементи показані чорним).

Основний елемент, котрий завалює АЧХ підсилювача це конденсатор 0,1 мкФ в колі зворотного зв'язку. З огляду на, що він стоїть паралельно резистору з опором більше мегаомах, фільтрація ВЧ цим конденсатором здавалося б повинна бути значною. Але це саме здавалося б.

Навіть якщо цей конденсатор ідеальний і забезпечує чисте коротке замикання на високій частоті, то підсилювач переходить в режим повторювача з одиничним коефіцієнтом посилення. А нижче одиниці посилення не падає. Тобто це фільтр знижує посилення зі 150 до 1, але не нижче. А нам треба ослаблення набагато більше 150: перешкоди вимірюються сотнями мілівольт (це вже інші перешкоди, які не від піросенсора, а наловлених доріжками друкованої плати), а корисний сигнал в тисячі разів менше. Значить ослаблення нам потрібно помітно більше, ніж кілька тисяч (перешкоду треба придушити, щоб вона стала б набагато менше сигналу).

Конденсатор в 1 нФ, включений між входами ОУ по-перше занадто малий для скільки-небудь помітної фільтрації. А по-друге, при одиничному посиленні він точно також неефективний, як і конденсатор в зворотного зв'язку.

Загалом, треба зробити так, щоб даний каскад знижував свій коефіцієнт посилення по ВЧ не в сотні (як в початковому варіанті), а десятки тисяч разів. тобто щоб він сильно придушував радіочастотні сигнали, а не робота б для них повторителем. Крім того необхідно, щоб підсилювач придушував не тільки перешкоди, що йдуть з боку піродатчіка, але і перешкоди прийняті друкованими доріжками самої плати. Адже навіть на 1 см друкованої доріжки (включаючи землю - що вона, не доріжка чи що?) Можна наловити сотні мілівольт ВЧ перешкоди (замкніть проводом ~ 1 см щуп осцилографа і подивіться, що він покаже при включенні передавача).

Спосіб для цього єдиний: поставитися до нашого каскаду, як до ВЧ пристрою з дуже високими (і в звичайній техніці не зустрічаються) вимог щодо придушення радіочастотних перешкод на всіх ніжках підсилювача.

Тому доведеться обважити підсилювач хорошими високочастотними SMD конденсаторів (нам не потрібно, щоб на паразитного індуктивності висновків виділялося навіть невелике ВЧ напруга) всюди де тільки можна.

Ці додаткові конденсатори показані на попередньому малюнку червоним. Всі вони номіналом по 0,1 мкФ. Розглянемо їх призначення.

C1, C2 - це конденсатори, встановлені нами раніше прямо на висновки піросенсора.

C3 разом із вхідним резистором 10 до (якщо у вашій схемі його немає - розріжте доріжку і встановіть) утворює ФНЧ, зрізати перешкоди, прийняті деталями і доріжками між виходом піросенсора і входом неінвертірущім ОУ.

C4 покращує блокування між входами ОУ. 0,1 мкФ це краще тих, що були 1 нФ.

C5 блокує ланцюг зворотного зв'язку. Стоп, навіщо? Ми ж вище з'ясували, що це робити не особливо треба: нижче 1 так коефіцієнт передачі не впустити. Так, посилення на ВЧ це помітно не знижує. Але зате, якщо встановити цей конденсатор прямо на висновки мікросхеми, то він сильно знижує вплив перешкод, прийнятих ланцюгом зворотного зв'язку. Адже штатний конденсатор, що стоїть за схемою на цьому ж місці, в реальності може стояти не впритул до ОУ, а на деякій відстані. І провідники цієї відстані приймають перешкоди. Які прямо виявляються в кільці зворотного зв'язку ОУ. Ось C5 їх і блокує.

C6 блокує по харчуванню ланцюг живлення ОП. Підсилювач адже у нас ВЧ пристрій. І харчування його повинно бути добре розв'язане по ВЧ.

C7 по суті вже відноситься до другого (не показані на схемі вище) каскаду посилення. І робить точно такий же ФНЧ як і на вході першого каскаду (з С3).

Також важливо, щоб шина землі близько першого каскаду посилення (і, бажано близько піродатчіка) мала б мінімальну індуктивність, тобто була б гранично короткою і широкою. Якщо у вашій платі це не так, то має сенс прокласти зверху через тефлонову плівку широку мідну фольгу і використовувати її як землю (на попередньому малюнку це показано червоним на шині землі), щоб все ВЧ струми замикалися на ній по найкоротшому шляху.

Збільшене фото плати електроніки датчика з додатковими конденсаторами (в даному випадку додаткової шини землі не треба було):

У разі показаного на фото датчика, зазначених заходів виявилося достатньо для його стійкої роботи прямо під Inv V 160 м діапазону з 500 Вт в антені. Якщо у вашому випадку цього виявиться мало, то аналогічну обваження конденсаторами доведеться зробити і з другим каскадом посилення. Після нього корисні сигнали досягають сотень мілівольт і пошкодити їх ВЧ перешкодами стає малоймовірно.

Bonn, 11.03.2015

На головну - Main page