Схема. Ємнісний датчик наближення

Сьогодні стали дуже модними датчики присутності для виявлення руху при переміщенні людини по приміщенню.

При підключенні такого пристрою до освітлювальним приладам, ви отримаєте автоматичну системупо включенню світла. Датчик присутності для виявлення людини самостійно може зібрати практично будь-хто. І тут схема збирання буде основною. Все про процес складання ви дізнаєтесь із цієї статті.

Принцип роботи

Перше, що потрібно знати при самостійного збираннятакого приладу – це принцип роботи.
Зверніть увагу! Багато хто плутає такі пристрої з датчиками руху. Але це різні моделі.
Принцип роботи приладу заснований на реакції сенсора на місце розташування людини або великої тварини. В основі роботи пристрою лежить ефект Доплера – зміна довжини та частоти хвилі.Ці зміни реєструє сенсор і передає їх на прилад для подальшого увімкнення освітлення або звукового сигналу. Причому сигнал на сенсор надходить незалежно від того, рухається об'єкт чи залишається нерухомим. Прилад оснащений антеною та генератором. Без наявності антени, що відображає, пристрій перебуває в сплячому режимі. Схема пристрою роботи наведена нижче.

При підключенні приладу до джерела світла, у ситуації появи будь-якого об'єкта робочій зонівідбувається активація включення світла. При цьому для включення освітлення як такого не потрібна наявність руху (навіть незначного).

Де використовується

Датчик присутності сьогодні активно застосовується у таких областях:

• система « розумний будинок» для увімкнення світла в автоматичному режимі (наведена нижче схема підключення). У цій ситуації він дозволяє у рази заощадити споживання електроенергії;

Схема підключення

• охоронні системи;
• робототехніка;
• різні виробничі лінії;
• системи відеонагляду;
• для керування споживання електроенергії і т.д.

Крім цього, все частіше з'являються інтерактивні іграшки, оснащені подібними пристроями. Але в більшості випадків при реагуванні приладу немає необхідності увімкнення світла. Подібні вироби можуть реагувати на температуру, ультразвук, вагу об'єкта та багато інших параметрів. Увімкнення освітлення тут не відбувається. Прилад реагує, наприклад, включенням звуку або передачі сигналу на портативний мобільний пристрій (у сучасних моделей).
Особливо незамінні такі розробки в охоронної системи. Але не кожна людина може дозволити собі придбати такий пристрій. Вони досить дорогі і можуть виявитися не по кишені. Тому деякі роблять такі пристрої своїми руками.

Приступаємо до збирання

Для того, щоб зібрати датчик, вам потрібна буде наведена нижче схема.

Крім цього вам знадобиться:

• генератор НВЧ;
• транзистор КТ371 (КТ368), який має бути попередньо посилений КТ3102;
• компаратор;
• мікросхема К554СА3.

Усе необхідні компонентидля складання можна знайти на радіоринку або в спеціалізованих магазинах електроніки.
За цією схемою необхідно зібрати і припаяти перелічені вище елементи.
За наведеною схемою сенсор працюватиме так:

• генератор виробляє НВЧ сигнал;
• далі він передається на штирову антену;
• потім сигнал відбивається від об'єкта, що переміщається в контрольованій зоні;
• в результаті виходить частотний зсув;
• потім відбувається його повернення на антену та НВЧ генератор.

На цьому етапі він працюватиме за принципом приймача прямого перетворення. Це з тим, що отриманий сигнал перетворюється на инфразвуковой (низькою частоти).
Після перетворення сигналу відбувається таке:

• тепер отримані низькочастотні коливання, потрапляючи на попередній підсилювач, посилюються;
• потім вони передаються на компаратор і перетворюються на імпульси (прямокутні).

Якщо відображення сигналу немає, то на виході з компаратора виходить напруга високого рівня.
Підстроювальний конденсатор необхідний встановлення частоти. Вона повинна дорівнювати резонансній частоті, що є у антени.

Зверніть увагу! Цей параметр слід підбирати за максимальною чутливістю сенсора.

З конструктивної точки зору прилад повинен виконуватися на друкованій схемі, виконаній зі склотекстоліту. Плата повинна розміщуватись на пластмасовому корпусі.

Друкована схема (приклад)

Як антена можна використовувати шматок жорсткого дроту. Для її виготовлення краще вибрати мідний дріт. Його припаюємо до контактного майданчика отриманої плати. Виведення антени здійснюється через вихід на корпусі. Фахівці рекомендують розташовувати антену вертикально.
Пам'ятайте, що в безпосередній близькості від зібраного своїми руками датчика не повинні розміщуватися будь-які предмети, що екранують. Крім цього слід знати, що для нормального функціонуванняспаяного виробу його загальний провід повинен мати ємнісний зв'язок із землею.

Завершальний етап

Після того, як ви змонтували компактний пристрій, його слід підвісити з внутрішньої сторонидвері, максимально близько до дверної ручкиі дверному замку. Також виріб можна розмістити в інших місцях. Головне, щоб контрольована зона була достатньою.
Під час монтажу необхідно стежити, щоб довжина провідників і висновків елементів була мінімальна. Це дозволить уникнути перешкод, внаслідок яких прилад може почати працювати не адекватно.
Дотримуючись наведеної інструкції та схеми, зібрати своїми руками датчик присутності можна відносно просто.Головне – це змонтувати усі складові у потрібному порядку.

Правильно вибираємо автономні датчики для руху із сиреною. Огляд та встановлення пульта для радіокерування світлом

Датчики руху – неймовірно зручна річ, яка дозволяє керувати світлом у кімнаті або контролювати відкриття та закриття дверей, а також може повідомити вас про небажаних гостей. У цій статті ми розповімо, як зробити датчик руху своїми руками в домашніх умовах та розглянемо сферу можливого застосуванняданих пристроїв.

Коротко про датчики

Один з найбільш простих видівдатчиків - кінцевий вимикач або самоповоротна кнопка (без фіксації).

Вона встановлюється біля дверей і реагує на її відкриття та закриття. За допомогою нехитрої схеми цей апарат включає світло в холодильнику. Їй можна оснастити комору або тамбур передпокою, двері в під'їзді, чергову світлодіодне підсвічування, використовувати цей вимикач як сигналізацію, яка сповістить про відкриття або закриття дверей. Недоліками конструкції можуть бути складності в установці, і часом непрезентабельний зовнішній вигляд.

Апарати, на основі і магніту, можна помітити на дверях і вікнах об'єктів, що охороняються. Їхній принцип роботи дуже схожий на роботу кнопки. Геркон може розмикати або з'єднувати контакти під час піднесення до нього звичайного магніту. Таким чином, сам геркон встановлюється на дверний отвір, а магніт вішається на двері. Така конструкція акуратно виглядає і використовується частіше, ніж звичайна кнопка. Недолік пристроїв у вузько спеціалізоване застосування. Для контролю відкритих територій, площ, проходів не придатні.

Для відкритих проходів існують пристрої, які реагують зміни у навколишньому середовищі. До них відносяться фотореле, ємнісні (датчики поля), теплові (PIR), звукові реле. Для фіксації перетину певної ділянки, контролю перешкоди, наявності руху будь-якого об'єкта в зоні перекриття використовують фото або звукові луна пристрою.

Принцип роботи таких датчиків ґрунтується на формуванні імпульсу та його фіксації після відображення від об'єкта. При попаданні в таку зону предмета змінюється характеристика відбитого сигналу і детектор формує сигнал управління на виході.

Для наочності представлена ​​принципова схема роботи фотореле та звукового реле:

Як передавальний пристрій оптичних датчиківвикористовуються інфрачервоні світлодіоди, а як приймач – фототранзистори. Звукові датчики працюють в ультразвуковому діапазоні, тому їхня робота для нашого вуха здається безшумною, однак кожен з них містить маленький випромінювач і уловлювач.

Наприклад, чудово забезпечити детектором руху дзеркало з підсвічуванням. Увімкнення освітлення відбуватиметься лише в той момент, коли людина перебуватиме безпосередньо біля нього. Чи не хочете зробити таку самостійно?

Схеми збирання

Мікрохвильовий

Для контролю відкритих просторів та контролю наявності об'єктів у потрібній зоні, існує ємнісне реле. Принцип дії даного пристрою полягає у вимірі величини поглинання радіохвиль. Кожен спостерігав або був учасником цього ефекту, коли, наближаючись до радіоприймача, частота на якій він працює, збивалася і з'являлися перешкоди.

Поговоримо про те, як зробити датчик руху мікрохвильового типу. Серцем даного детектора є радіо мікрохвильовий генератор та спеціальна антена.

На даній принципової схемипредставлений простий спосіб зробити мікрохвильовий датчик руху. Транзистор VT1 є високочастотним генератором та за сумісництвом радіо приймачем. Детекторний діод випрямляє напругу, подаючи зміщення з урахуванням транзистора VT2. Обмотки трансформатора Т1 налаштовані різну частоту. У початковому стані, коли на антену не впливає зовнішня ємність, амплітуди сигналів взаємно компенсуються і на детекторі VD1 немає напруги. При зміні частоти їх амплітуди складаються і детектуються діодом. Транзистор VT2 починає відкриватись. Як компаратор для чіткого відпрацювання станів "включено" і "вимкнено", використовується тиристор VS1, який управляє силовим реле на 12 Вольт.

Нижче надано дієву схему реле присутності на доступних компонентах, яка допоможе зібрати детектор руху своїми руками або просто знадобиться для ознайомлення з пристроєм.

Тепловий

Тепловий ДД (PIR) найпоширеніший сенсорний апарат у господарському секторі. Це пояснюється дешевими комплектуючими, простою схемою складання, відсутністю додаткових складних налаштувань, широким температурним діапазономроботи.

Готовий апарат можна купити у будь-якому магазині електротоварів. Часто цим сенсором постачаються світильники, пристрої сигналізації та інші контролери. Однак зараз ми розповімо, як зробити тепловий датчик руху у домашніх умовах. Проста схемадля повторення виглядає наступним чином:

Спеціальний тепловий датчик В1 та фото елемент VD1 складають автоматизований комплекс управління освітленням. Пристрій починає працювати тільки після настання сутінків, поріг спрацьовування можна виставити резистором R2. Датчик підключає навантаження при попаданні людини, що переміщається в зону контролю. Час вбудованого таймера для вимкнення можна встановити регулятором R5.

Саморобка з модуля для Arduino

Недорогий сенсор можна зробити із спеціальних готових плат для радіо конструктора. Так можна отримати досить мініатюрний пристрій. Для складання нам знадобляться модуль датчика руху для мікроконтролерів Arduino та модуль одноканального реле.

На кожній платі розпаяно роз'єм із трьох штирьків, VCC +5 вольт, GND -5 вольт, OUT вихід на детекторі та IN вхід на платі реле. Щоб зробити пристрій своїми руками, необхідно з джерела живлення подати на плати 5 Вольт (плюс і мінус), наприклад, від зарядки для телефонів, а out і in з'єднати разом. З'єднання можна проводити за допомогою роз'ємів, але надійніше все спаятиме. Можна керуватися схемою нижче. Мініатюрний транзистор, як правило, вже вбудований у модуль реле, тому додатково ставити його не потрібно.

При переміщенні людини модуль подає сигнал реле, і воно відкривається. Зверніть увагу, що є реле високого та низького рівня. Його необхідно підбирати, виходячи з того, який сигнал видає датчик на виході. Готовий детектор можна помістити у корпус та замаскувати у потрібному місці. Додатково рекомендуємо переглянути відео, в яких наочно демонструються інструкції зі збирання саморобних датчиків руху в домашніх умовах. Якщо у вас залишаться питання, ви завжди можете задати їх у коментарях.

Ємнісний датчик – це один із типів безконтактних датчиківпринцип роботи якого заснований на зміні діелектричної проникності середовища між двох обкладок конденсатора. Однією обкладкою служить сенсорний датчик схеми у вигляді металевої пластини або дроту, а другий - електропровідна речовина, наприклад, метал, вода або тіло людини.

При розробці системи автоматичного включення подачі води в унітаз для біде виникла необхідність застосування ємнісного датчика присутності та вимикача, що володіють високою надійністю, стійкістю до зміни зовнішньої температури, вологості, пилу та напруги живлення. Хотілося також унеможливити дотику людини з органами управління системи. Предъявляемые вимоги могли забезпечити лише схеми сенсорних датчиків, які працюють у принципі зміни ємності. Готовий схемизадовольняє необхідним вимогам не знайшов, довелося розробити самостійно.

Вийшов універсальний ємнісний сенсорний датчик, який не вимагає налаштування і реагує на електропровідні предмети, що наближаються, в тому числі і людину, на відстань до 5 см. Область застосування пропонованого сенсорного датчика не обмежена. Його можна застосовувати, наприклад, для включення освітлення, систем охоронної сигналізації, визначення рівня води та у багатьох інших випадках.

Електричні принципові схеми

Для управління подачею води в біде унітазу знадобилося два ємнісні сенсорні датчики. Один датчик потрібно було встановити безпосередньо на унітазі, він повинен був видавати сигнал логічного нуля за присутності людини, а за відсутності сигнал логічної одиниці. Другий ємнісний датчик повинен був служити вмикачем води і перебувати в одному з двох логічних станів.

При піднесенні до сенсора руки датчик повинен був змінювати логічний стан на виході - з одиничного стану переходити в стан логічного нуля, при повторному дотику руки з нульового стану переходити в стан логічної одиниці. І так до нескінченності, поки на сенсорний вмикач надходить сигнал логічного нуля з сенсорного датчика присутності.

Схема ємнісного сенсорного датчика

Основою схеми ємнісного сенсорного датчика присутності є генератор прямокутних імпульсів, що задає, виконаний по класичній схеміна двох логічних елементах мікросхеми D1.1 та D1.2. Частота генератора визначається номіналами елементів R1 та C1 та обрана близько 50 кГц. Значення частоти працювати ємнісного датчика мало впливає. Я змінював частоту від 20 до 200 кГц та впливу на роботу пристрою візуально не помітив.

З 4 виведення мікросхеми D1.2 сигнал прямокутної форми через резистор R2 надходить на входи 8, 9 мікросхеми D1.3 та через змінний резистор R3 на входи 12,13 D1.4. На вхід мікросхеми D1.3 сигнал надходить з невеликою зміною нахилу фронту імпульсів через встановлений датчик, що представляє собою шматок дроту або металеву пластину. На вході D1.4, через конденсатор С2, фронт змінюється на час, необхідний для його перезаряду. Завдяки наявності підстроювального резистора R3 є можливість фронти імпульсу на вході D1.4, виставити рівним фронту імпульсу на вході D1.3.

Якщо наблизити до антени (сенсорного датчика) руку або металевий предмет, то ємність на вході мікросхеми DD1.3 збільшиться і фронт імпульсу, що надходить, затримаються в часі, щодо фронту імпульсу, що надходить на вхід DD1.4. щоб «вловити» цю затримку про інвертовані імпульси подаються на мікросхему DD2.1, що є D тригер, що працює наступним чином. По позитивному фронту імпульсу, що надходить на вхід мікросхеми C, на вихід тригера передається сигнал, який в той момент був на вході D. Отже, якщо сигнал на вході D не змінюється, імпульси, що надходять на лічильний вхід C не впливають на рівень вихідного сигналу. Це властивість D тригера і дозволило зробити простий ємнісний сенсорний датчик.

Коли ємність антени, через наближення до неї тіла людини, на вході DD1.3 збільшується, імпульс затримується і це фіксує D тригер, змінюючи свій вихідний стан. Світлодіод HL1 служить для індикації наявності напруги живлення, а HL2 для індикації наближення до сенсорного датчика.

Схема сенсорного вмикача

Схему ємнісного сенсорного датчика можна використовувати і для роботи сенсорного вмикача, але з невеликою доробкою, так як йому необхідно не тільки реагувати на наближення тіла людини, але і залишатися в стані після видалення руки. Для вирішення цієї задачі довелося до виходу сенсорного датчика додати ще один D-тригер, DD2.2, включений за схемою дільника на два.

Схема ємнісного датчика була трохи доопрацьована. Для виключення помилкових спрацьовувань, так як людина може підносити і видаляти руку повільно, через наявність перешкод датчик може видавати на лічильний вхід D тригера кілька імпульсів, порушуючи необхідний алгоритм роботи вмикача. Тому був доданий RC ланцюжок з елементів R4 і C5, який на невеликий час блокував можливість перемикання D тригера.

Тригер DD2.2 працює так, як і DD2.1, але сигнал на вхід D подається не з інших елементів, а з інверсного виходу DD2.2. В результаті по позитивному фронту імпульсу, що приходить на вхід сигнал на вході D змінюється на протилежний. Наприклад, якщо у вихідному стані на виведенні 13 був логічний нуль, то піднісши руку до сенсора один раз, тригер перемкнеться і на виведенні 13 встановиться логічна одиниця. При наступному вплив на сенсор, на виведенні 13 знову встановиться логічний нуль.

Для блокування вмикача за відсутності людини на унітазі, з сенсора на вхід R (установка нуля на виході тригера незалежно від сигналів на всіх його входах) мікросхеми DD2.2 подається логічна одиниця. На виході ємнісного вимикача встановлюється логічний нуль, який по джгуту подається на базу ключового транзистора включення електромагнітного клапанав Блоку живлення та комутації.

Резистор R6, за відсутності блокуючого сигналу з ємнісного датчика у разі його відмови або обриву проводу, блокує тригер по входу R, тим самим виключає можливість мимовільної подачі води в біде. Конденсатор С6 захищає вхід від перешкод. Світлодіод HL3 служить для індикації подачі води у біде.

Конструкція та деталі ємнісних сенсорних датчиків

Коли я почав розробляти сенсорну систему подачі води в біде, то найважчим завданням мені здавалося розробка ємнісного датчика присутності. Зумовлено це було рядом обмежень щодо встановлення та експлуатації. Не хотілося, щоб датчик був механічно пов'язаний з кришкою унітазу, тому що її періодично треба знімати для миття, і не заважав при санітарній обробці самого унітазу. Тому і вибрав як реагує елемент ємність.

Сенсорний датчик присутності

За опублікованою схемою зробив дослідний зразок. Деталі ємнісного датчика зібрані на друкованій платі, плата розміщена у пластмасовій коробці та закривається кришкою. Для підключення антени в корпусі встановлений одноштирковий роз'єм, для подачі напруги живлення і сигналу встановлений чотирьох контактний роз'єм РШ2Н. З'єднано друковану плату з роз'ємами пайкою мідними провідниками у фторопластовій ізоляції.

Сенсорний ємнісний датчик зібраний на двох мікросхемах КР561 серії, ЛЕ5 та ТМ2. Замість мікросхеми КР561ЛЕ5 можна застосувати КР561ЛА7. Підійдуть і мікросхеми серії 176, імпортні аналоги. Резистори, конденсатори та світлодіоди підійдуть будь-якого типу. Конденсатор С2 для стабільної роботи ємнісного датчика при експлуатації в умовах великих коливань температури довкілляТреба брати з малим ТКЕ.

Встановлено датчик під майданчиком унітазу, на якому встановлено зливний бачоку місці, куди у разі протікання з бачка вода потрапити не зможе. До унітазу корпус датчика приклеєно за допомогою двостороннього скотчу.

Антенний датчик ємнісного сенсора є відрізком мідного. багатожильного дротудовжиною 35 см в ізоляції з фторопласту, приклеєного за допомогою прозорого скотчу до зовнішньої стінки чаші унітазу на сантиметр нижче площини окуляра. На фотографії сенсор добре видно.

Для налаштування чутливості сенсорного датчика необхідно після встановлення на унітаз, змінюючи опір підстроювального резистора R3 домогтися, щоб світлодіод HL2 згас. Далі покласти руку на кришку унітазу над місцем знаходження сенсора, світлодіод HL2 повинен загорятися, якщо прибрати руку, погаснути. Так як стегно людини за масою більше руки, то при експлуатації сенсорний датчик, після такого налаштування, буде працювати гарантовано.

Конструкція та деталі ємнісного сенсорного вмикача

Схема ємнісного сенсорного вмикача більше деталейі для їхнього розміщення знадобився корпус більшого розміру, Та й з естетичних міркувань, зовнішній вигляд корпусу, в якому був розміщений сенсорний датчик присутності, не дуже підходив для установки на видному місці. Увага на себе звернула настінна розетка RJ-11 для підключення телефону. За розмірами вона підходила і мала добрий зовнішній вигляд. Видаливши з розетки все зайве, розмістив у ній друковану плату ємнісного сенсорного вимикача.

Для закріплення друкованої платив основі корпусу була встановлена ​​коротка стійка і до неї за допомогою гвинта прикручено друковану плату з деталями сенсорного вимикача.

Датчик ємнісного сенсора зробив, приклеївши на дно кришки розетки клеєм «Момент» лист латуні, попередньо вирізавши в них віконце для світлодіодів. При закриванні кришки пружина (взята від кремнієвої запальнички) стикається з латунним листом і таким чином забезпечується електричний контакт між схемою і сенсором.

Кріпиться ємнісний сенсорний вмикач на стіну за допомогою одного шурупа. Для цього в корпусі передбачено отвір. Далі встановлюється плата, роз'єм та закріплюється засувками кришка.

Налаштування ємнісного вимикача практично не відрізняється від налаштування сенсорного датчика присутності, описаного вище. Для налаштування потрібно подати напругу живлення і резистором відрегулювати, щоб світлодіод HL2 загорявся, коли до датчика підноситься рука, і гас, при її видаленні. Далі потрібно активувати сенсорний датчик і піднести та видалити руку до сенсора вимикача. Повинен блимнути світлодіод HL2 і спалахнути червоний світлодіод HL3. При видаленні руки червоний світлодіод повинен світитися. При повторному піднесенні руки або віддаленні тіла від датчика світлодіод HL3 повинен згаснути, тобто вимкнути подачу води в біде.

Універсальна друкована плата

Представлені вище ємнісні датчики зібрані на друкованих платах, які дещо відрізняються від друкованої плати наведеної нижче на фотографії. Це з об'єднанням обох друкованих плат одну універсальну. Якщо збирати сенсорний вмикач, необхідно лише перерізати доріжку під номером 2. Якщо збирати сенсорний датчик присутності, то доріжка номер 1 видаляється і не всі елементи встановлюються.

Не встановлюються елементи, необхідні роботи сенсорного вмикача, але заважають роботі датчика присутності, R4, С5, R6, С6, HL2 і R4. Замість R4 і С6 запаюються дротяні перемички. Ланцюжок R4, С5 можна залишити. Вона не впливатиме на роботу.

Нижче наведено малюнок друкованої плати для накатки під час використання термічного методу нанесення на фольгу доріжок.

Достатньо роздрукувати малюнок на глянцевому папері або кальці і готовий шаблон для виготовлення друкованої плати.

Безвідмовна робота ємнісних датчиків для сенсорної системиуправління подачі води в біде підтверджено на практиці протягом трьох років постійної експлуатації. Збоїв у роботі не зафіксовано.

Однак хочу зауважити, що схема чутлива до потужних імпульсних перешкод. Мені надходив лист про допомогу в налаштуванні. Виявилося, що під час налагодження схеми поряд знаходився паяльник із тиристорним регулятором температури. Після вимкнення паяльника схема запрацювала.

Ще був такий випадок. Ємнісний датчик було встановлено світильник, який підключався в одну розетку з холодильником. При його включенні світло вмикалося і при повторному вимикалося. Питання було вирішено підключенням світильника до іншої розетки.

Приходив лист про успішне застосування описаної схеми ємнісного датчика для регулювання рівня води в накопичувальному бакуіз пластику. У нижній та верхній частині було приклеєно силіконом по датчику, які керували включенням та вимкненням електричного насоса.

До яких тільки хитрощів не вдаються власники, охороняючи свою власність! Починаючи від найпростіших висячих замків завбільшки з гарна цегла(На Півночі в хід йшли навіть... вовчі капкани!) сучасної сигналізаціїіз найскладнішою електронікою. Електронна охорона часто будується на тому, що злочинець сам себе чимось видасть, надішле інформацію про свою появу. Це може бути звук кроків - електронні вуха миттєво зреагують і дадуть сигнал про небезпеку. Існують системи охорони, що реагують на випромінювання людини, спектральний склад якої різко відрізняється від основного тла. Але й злочинець не спить, намагаючись стати непоміченим при виконанні своїх чорних справ - з'являються спеціальні маскувальні костюми, всякі хитромудрі пристосування.

Тим часом, є абсолютно надійна система захисту. Вона налаштована на таке фізичне поле людини, котрій сама природа виключає можливість будь-яких перешкод. Це поле гравітації, яке має кожен предмет, що має масу. Гравітація - це тяжіння (тяжіння), універсальна взаємодія між будь-якими видами фізичної матерії ( звичайною речовиною, будь-якими фізичними полями), так говорить третій закон Ісаака Ньютона.

Цей принцип і ліг основою приладу відомого винахідника Ш.Лифшица. Гравітаційні сили дуже малі. Скажімо, взаємне тяжіння між двома тілами, розташованими на відстані один метр один від одного і при масі кожного в одну тонну, становить всього близько 0,006 г. Спостерігати їх можна лише за допомогою громіздких пристроїв, які використовуються хіба що в планетаріях. Прилад Ш.Ліфшиця невеликий, компактний, надзвичайно простий у виготовленні і дотепний, як усе геніальне. Основа його - прозора посудина, склеєна з оргскла. Усередині - перегородка, що симетрично розділяє його до половини висоти і виходить назовні. По обидва боки перегородки вмонтовано дві трубки перетином 1 кв. мм. З боків судини виходять дві короткі трубки із краниками. Усі з'єднання приладу герметичні.

Встановлюється посуд на столі чи нерухомому майданчику. Всередину малих трубок вводять краплі підфарбованої рідини. Обидві краплі повинні бути на рівні. Після цього через короткі трубки посудину заповнюють водою до рівня, за якого Нижня частинаперегородки повністю занурюється в рідину, а до кришки судини залишається шар повітря 2 - 3 мм. Крани закривають і прилад готовий до роботи. Якщо тепер до одного з його торців наблизиться людина, частина рідини під дією гравітаційної сили з однієї половини судини перейде в іншу - ту, до якої він підійшов. А оскільки рух рідини у розділених частинах судини пов'язаний із рухом повітряного прошаркуто перемістяться і підфарбовані краплі в малих трубочках. Видалення людини від приладу викликає протилежний ефект - зворотне зміщення крапель. В наявності демонстрація ефекту гравітації.

Якщо до приладу піднести гирю, то крапля в лівому капілярі підніметься, а правому - опуститься

Тепер здогадуєтеся, чого ми хилимо? Потрібно лише трохи вдосконалити наш апарат таким чином, щоб він автоматично подавав сигнал при наближенні до нього людини. Тут багато варіантів. Рухаючись підфарбовані крапельки можуть перекривати промінь світла і змушувати спрацьовувати фотоелемент, включати сирену.

Подивіться на малюнок і ви краще зрозумієте механізм дії такого сторожа. Прилад діє, якщо його закріпити за броньованими дверимасейфа або за товстою бетонною стіною- Для гравітації немає перешкод. Іншими словами, подібне охоронний пристрійнайнадійніше.

Такий пристрій автоматично подасть сигнал при наближенні до нього людини.

Сьогодні нікого не здивуєш різними за призначенням та ефективності електронними пристроями превентивного попередження, які сповіщають людей або включають охоронну сигналізацію задовго до безпосереднього контакту небажаного гостя з кордоном, що охороняється (територією). Багато таких вузлів, описаних у літературі, на мій погляд, цікаві, але ускладнені. На противагу їм проста електронна схемабезконтактного ємнісного датчика (рис.1), зібрати яку може навіть початківець радіоаматор. Пристрій має численні можливості, одну з яких - високу чутливість по входу - використовують для попередження про наближення будь-якого живого об'єкта (наприклад, людини) до сенсора Е1.
В основі схеми - два елементи мікросхеми К561ТЛ1, включених як інвертори. Ця мікросхема має у своєму складі чотири однотипні елементи з функцією 2І-НЕ з тригера Шмітта з гістерезисом (затримкою) на вході та інверсією по виходу. Функціональне позначення - петля гістерези показує

Мал. 1. Електрична схема безконтактного ємнісного датчика в таких елементах усередині їх позначення. Застосування К561ТЛ1 в даній схемі виправдане тим, що вона (і К561 серія мікросхем, зокрема) має дуже малі робочі струми, високу схибленість (до 45% від рівня напруги живлення), працює в широкому діапазоні напруги живлення (від 3 до 15 В) , має захищеність по входу від потенціалу статичної електрики та короткочасного перевищення вхідних рівнів та багато інших переваг, які дозволяють широко використовувати її в радіоаматорських конструкціях, не вимагаючи будь-яких особливих запобіжних заходів та захисту.
Крім того, К561ТЛ1 дозволяє включати свої незалежні логічні елементи паралельно, як буферні елементи, внаслідок чого потужність вихідного сигналу кратно збільшується. Тригери Шміта - це, як правило, бістабільні схеми, здатні працювати з повільно зростаючими вхідними сигналами, у тому числі з домішкою перешкод, які забезпечують по виходу круті фронти імпульсів, які можна передавати в наступні вузли схеми для стикування з іншими ключовими елементамита мікросхемами.
Мікросхема К561ТЛ1 (як, втім, і К561ТЛ2) може виділяти Управляючий сигнал (зокрема цифровий) інших пристроїв з нечіткого вхідного імпульсу. Закордонний аналог К561ТЛ1 – CD4093B.
Граничний стан, близький до низького логічного рівня. На виході DD1.1 - високий рівень, на виході DD1.2 – знову низький. Транзистор VT1, який виконує роль підсилювача струму, закритий. П'єзоелектричний капсуль НА1 (з внутрішнім генератором 3Ч) неактивний.
До сенсора Е1 підключена антена - як її використовують автомобільну телескопічну антену. При знаходженні людини поряд з антеною змінюється ємність між штиром антени та підлогою. Від цього перемикаються елементи DD1.1, DD1.2 у протилежний стан. Для перемикання вузла людина середнього зросту повинна знаходитись (проходити) поряд з антеною довжиною 35 см на відстані до 1,5 м.
На виведенні мікросхеми 4 з'являється високий рівень напруги, внаслідок цього транзистор VT1 відкривається і звучить капсуль НА1.
Підбором ємності конденсатора С1 можна змінити режим роботи елементів мікросхеми. Так, при зменшенні ємності С1 до 82-120 пФ вузол працює інакше. Тепер звуковий сигналзвучить тільки поки на вхід DD1.1 впливає наведення змінної напруги - дотик людини.
Електричну схему можна використовувати і як основу для тригерного сенсорного вузла. Для цього виключають постійний резистор R1, екранований провід, сенсором є контакти мікросхеми 1 і 2.
Послідовно з R1 підключають екранований провід (кабель РК-50, РК-75, екранований провід для сигналів 34 - підходять усі типи) довжиною 1-1,5 м, екран з'єднується із загальним проводом. Центральний (неекранований) провід на кінці з'єднується зі штиром антени.
При дотриманні зазначених рекомендацій, застосуванні зазначених у схемі типів та номіналів елементів вузол генерує звуковий сигнал частотою близько 1 кГц (залежить від типу капсуля НА1) при наближенні людини до штиря антени на відстань 1,5-1 м. Тригерного ефекту немає. При відході людини від антени звук у капсулі НА1 припиняється.
Експеримент проводився також з тваринами - кішкою і собакою: на їх наближення до сенсора - антени - вузол не реагує. до заземлюючого контуру, - в даному випадкуце підлога та стіни приміщення). При наближенні людини ця ємність суттєво змінюється, що виявляється достатнім для спрацьовування мікросхеми К561ТЛ1.
Практичне застосуваннявузла важко переоцінити. В авторському варіанті пристрій змонтовано поруч із дверною коробкоюбагатоквартирного житлового будинку. Вхідні двері- Металева.
Гучність сигналу 34, випромінюваного капсулем НА1, достатня для того, щоб почути його на закритій лоджії (вона можна порівняти з гучністю квартирного дзвінка).
Джерело живлення - стабілізоване з напругою 9-15 В, з гарною фільтрацією напруги пульсацій по виходу. Струм споживання мізерно малий в режимі очікування (кілька мікроампер) і збільшується до 22-28 мА при активній роботівипромінювача НА1. Безтрансформаторне джерело застосовувати не можна через ймовірність ураження електричним струмом. Оксидний конденсатор С2 діє як додатковий фільтр живлення, його тип К50-35 або аналогічний, на робочу напругу не нижче напруги джерела живлення.
Під час експлуатації вузла виявлено цікаві особливості. Так, напруга живлення вузла впливає його роботу. При збільшенні напруги живлення до 15 В як сенсор-антена використовується тільки звичайний багатожильний неекранований електричний мідний провід перетином 1-2 мм довжиною 1 м. Ніякого екрану і резистора R1 в такому випадку не треба. Електричний мідний провід приєднується безпосередньо до висновків 1 та 2 елемента DD1.1. Ефект виявляється тим самим.
При зміні фазування вилки джерела живлення вузол катастрофічно втрачає чутливість і здатний працювати тільки як сенсор (реагує на дотик до Е1). Це актуально за будь-якого значення напруги джерела живлення у діапазоні 9-15 У. Вочевидь, друге призначення цієї схеми - звичайний сенсор (чи сенсор-тригер).
Ці нюанси слід враховувати під час повторення вузла. Однак при правильному підключенні, Описаному тут, виходить важлива і стабільна частина охоронної сигналізації, що забезпечує безпеку житла, що попереджає господарів ще до виникнення нештатної ситуації.
Монтаж елементів здійснюється компактно на платі зі склотекстоліту.
Корпус для влаштування будь-якого з діелектричного (непровідного) матеріалу. Для контролю увімкнення живлення пристрій може бути забезпечений індикаторним світлодіодом, підключеним паралельно до джерела живлення.


Мал. 2. Фото готового пристрою з автомобільною антеною у вигляді ємнісного датчика
Налагодження при точному дотриманні рекомендацій не потрібне. Можливо, при інших варіантах сенсорів та антен вузол проявить себе в іншій якості. Якщо експериментувати з довжиною екрануючого кабелю, довжиною та площею сенсора-антени Е1 та зміною напруги живлення вузла, можливо, потрібно скоригувати опір резистора R1 у широких межах від 0,1 до 100 МОм. Для зменшення чутливості вузла збільшують ємність конденсатора С1. Якщо це не приносить результатів, паралельно З включають постійний резистор опором 5-10 МОм.
Неполярний конденсатор типу СМ типу КМ6. Постійний резистор R2 – МЛТ-0,25. Резистор R1 типу ВС-0,5, ВС-1. Транзистор VT1 необхідний посилення сигналу з виходу елемента DD1.2. Без цього транзистора капсуль НА1 звучить слабко. Транзистор VT1 можна замінити на КТ503, КТ940, КТ603, КТ801 з будь-яким буквеним індексом.
Капсуль-випромінювач НА1 може бути замінений на аналогічний з вбудованим генератором 34 і робочим струмом не більше 50 мА, наприклад FMQ-2015B, КРХ-1212В та аналогічними.
Завдяки застосуванню капсуля з вбудованим генератором вузол виявляє цікавий ефект - при близькому наближенні людини до сенсора-антени Е1 звук капсуля монотонний, а при видаленні (або дальньому наближенні людини на відстані більше 1,5 м) капсуль видає стабільний за характером, переривчастий звук відповідно із зміною рівня потенціалу на виході елемента DD1.2.
Якщо як НА1 застосувати капсуль з вбудованим генератором переривань 34, наприклад KPI-4332-12, звук нагадуватиме сирену при відносно великій відстані людини від сенсора-антени і переривчастий сигнал стабільного характеру при максимальному наближенні.
Деяким мінусом пристрою можна вважати відсутність вибірковості «свій/чужий» - так, вузол сигналізуватиме про наближення до Е1 будь-якої особи, у тому числі господаря квартири, що вийшов «за булкою хліба».
Основа роботи вузла - електричні наведення та зміна ємності максимально корисні при експлуатації у великих житлових масивах із розвиненою мережею електричних комунікацій. Можливо, що такий прилад буде безкорисним у лісі, у полі та скрізь, де немає електричних комунікацій освітлювальної мережі 220 В. Така особливість пристрою.
Експериментуючи з даним вузлом та мікросхемою К561ТЛ1 (навіть у штатному її включенні), можна отримати безцінний досвід і реальні, прості у повторенні, але оригінальні по суті та функціональним особливостямелектронні пристрої.