Охранная сигнализация на солнечных элементах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Для устройства охранной сигнализации свет может послужить хорошим источником энергии и обеспечить ею схему детектора, расположенную на некотором расстоянии от него.

Фактически такая охранная сигнализация полностью питает сама себя.

Принцип работы устройства

Необходимо начать с источника света. Луч света направляется вдоль дверного проема, окна или комнаты, образуя охранную зону. На приемном конце солнечный элемент обнаруживает наличие светового луча и преобразует его в электроэнергию.

Солнечный элемент играет главную роль в работе устройства; он не только обнаруживает свет, но и обеспечивает энергией саму схему сигнализации.

Весь секрет заключается в выборе схемы сигнализации, которая была специально разработана с целью обеспечения минимального потребления энергии. Благодаря такой характеристике схемы выходной сигнал солнечного элемента одновременно используется в качестве полезной информации о световом пучке и для энергопитания всего устройства.

Принципиальная схема

Схему сигнализации можно условно разделить на три части. Начнем рассмотрение с фотоэлектрического преобразователя.

Фактически под солнечным элементом, о котором говорилось до сих пор, подразумевалась солнечная батарея из пяти элементов, соединенных последовательно. Полное выходное напряжение батареи составляет 1,6 В при токе около 1 мА в зависимости от реальной освещенности элементов.

Прежде всего солнечная батарея должна обеспечить питанием схему сигнализации. Это достигается зарядкой небольшой аккумуляторной никель-кадмиевой батареи. Цепь заряда содержит солнечную батарею, диод D1 и аккумуляторную батарею. Когда на поверхность солнечной батареи падает "охранный" световой луч, аккумуляторная батарея заряжается током, протекающим через диод D1.

Из предыдущей главы известно, что аккумуляторная батарея будет понижать зарядное напряжение примерно до 1,35 В. С этой точки зрения аккумуляторную батарею фактически можно рассматривать как стабилитрон. С учетом падения напряжения 0,3 В на диоде D1 напряжение самой солнечной батареи стабилизируется на уровне 1,65 В.

Ток от солнечной батареи протекает также через сопротивления R1 и R2. Величина этого тока составляет менее 250 мкА, в то время как большая часть тока идет на зарядку аккумуляторной батареи.

Резисторы и R2 являются важной составной частью схемы детектирования. Рассмотрим все по порядку (рис. 1).

При протекании тока через R1 и R2 происходит деление напряжения. Сопротивления резисторов R1 и R2 подобраны так, чтобы при освещении солнечных элементов на резисторе R1 падение напряжения составляло лишь около 0,21 В. Это напряжение складывается с падением напряжения на диоде D1 (0,3 В), в результате разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора Q1 составляет 0,51 В.

Поскольку Q1 - кремниевый транзистор с минимальным напряжением смещения 0,7 В, то напряжение на базе слишком мало, чтобы открыть транзистор. При освещении солнечной батареи светом транзистор заперт и через него не течет никакого тока.

Рис.1

Однако при прерывании светового пучка ток от фотоэлектрического преобразователя прекращается, следовательно, через резистор R1 не течет никакого тока. Прекращается ток также через диод D1.

При этом произойдет следующее: R1 станет высокоимпедансным источником, D1-обратно-смещенным диодом (из-за исчезновения напряжения от солнечного элемента) и ток потечет через R2 и переход база-эмиттер транзистора Q1. Теперь появится и коллекторный ток.

Коллекторный ток поступает на микросхему IC1 (генератор сигнала тревоги). В данной конструкции используется именно эта микросхема, поскольку она работает при крайне низком напряжении питания и потребляет весьма малый ток. При напряжении питания 1,5 В (характерном для сигнализации) микросхема LM3909 переходит в неустойчивое состояние и, следовательно, будет находиться в режиме генерации Значения компонентов R5, R6 и С1 определяют частоту генерации.

Микросхема LM3909 содержит также выходной каскад усиления мощности. Подключая акустический преобразователь (громкоговоритель) между выходом генератора (вывод 2) и плюсовой клеммой батареи, при работе генератора можно услышать громкий, хорошо различимый сигнал.

При прерывании светового луча схема детектора сразу же срабатывает и раздается звуковой сигнал. Когда световой луч восстанавливается, транзистор Q1 выключается и генерация прекращается Таким образом, схема играет роль колокольчика, звенящего при открывании двери или калитки.

Фиксация срабатывания сигнализации

Если автоматическое восстановление схемы нежелательно, например, в системе охранной сигнализации, в базовое устройство вводится схема фиксации. Это в основном элементы схемы R3, Q2 и R4, однако вся хитрость работы схемы фиксации определяется микросхемой LM3909.

Внутри микросхемы между выводами 5 и 6 включен резистор сопротивлением 12 Ом. Пока на плюсовой вывод 5 не подано напряжение, на выводе 6 оно будет также отсутствовать. Это - состояние схемы до фиксации.

Когда луч света прерывается, включается транзистор Q1 и подает питание на вывод 5, запуская генератор. На выводе 6 также появляется потенциал. Если переключатель "фиксация S1" включен, то напряжение с вывода 6 через резистор R4 поступает на базу транзистора Q2. Через транзистор Q2 и резистор R3 начинает течь ток, еще более увеличивая ток, уже текущий через базу транзистора Q1.

Если даже с солнечного элемента вновь поступает напряжение, путь протекания тока, генерируемого солнечными элементами, значительно изменяется. В результате сопротивление резистора уже не меньше сопротивления резистора R2 и падение напряжения на R1 увеличиваается. Эффективное сопротивление R2, R3 и Q2 становится малым по сравнению с R1, и солнечные элементы не способны вывести транзистор Q1 из состояния насыщения. Таким образом, сигнал тревоги будет подаваться даже при восстановлении светового луча. Его можно отключить только выключателем S1.

Конструкция охранной сигнализации

Основой конструкции является батарея, составленная из пяти миниатюрных солнечных элементов, соединенных последовательно и внешне напоминающих черепичную крышу. Понятно, что можно использовать достаточно миниатюрные элементы, поскольку от них потребуется минимальный ток. Такую батарею изготовить непросто без достаточного владения техникой резки элементов и соответствующих для этого приспособлений. Настоятельно рекомендуется приобрести готовую батарею, указанную в списке деталей.

Для увеличения дальности действия охранной сигнализации солнечные элементы снабжаются параболическим зеркалом. Зеркало собирает лучи света с большого пространства и фокусирует их на элементах. Для этой цели был использован переносной фонарик, и вы можете сделать тоже самое.

Необходимо выбрать фонарик с наибольшей апертурой линзы, которую можно найти,- это важно. Затем разобрать узел отражателя и удалить лампочку. В такой конструкции линза не только концентрирует световые лучи, но и защищает зеркальный отражатель от механических повреждений и влаги.

Теперь солнечная батарея приклеивается изнутри к прозрачной защитной линзе в ее центре, тыльная сторона батареи при этом должна быть обращена к линзе. Линза устанавливается на место так, чтобы солнечная батарея располагалась против отверстия от лампочки. Через это отверстие пропускаются два проводника от батареи, а затем закрепляется отражатель.

Конечно, батарея загораживает собой значительную часть прозрачной линзы, и из-за этого необходимо выбрать возможно больший отражатель. Можно также уменьшить размеры отдельных солнечных элементов и снизить габариты батареи.

Поскольку выводы серийных солнечных батарей не имеют цветовой маркировки, необходимо самим определить их полярность. Провод, припаянный к лицевой поверхности нижнего элемента, имеет отрицательную полярность и присоединяется к корпусу. Другой провод, припаянный к тыльной поверхности верхнего элемента, имеет положительную полярность. Подобное распределение полярности электрических выводов характерно для солнечных элементов с p-n-переходом, у которых верхний освещаемый слой n-типа; для солнечных элементов, изготовленных из базового исходного кремния n-типа, верхний слой p-типа и полярность выводов будет обратна той, которая указана в тексте.

Детекторный и генераторный узлы устройства размещаются на печатной плате, представленной на рис. 2, а размещение деталей на ней - на рис. 3.

Рис.2

Рис.3

Все детали припаиваются к плате, за исключением солнечной батареи. Если ее присоединить, то сработает сигнализация. При желании можно последовательно с батареей установить выключатель, позволяющий отключать сигнализацию, когда ею не пользуются.

Печатная плата устанавливается в отсек фонарика, предназначенный обычно для батареек. Необходимо разместить плату так, чтобы акустический преобразователь сообщался с внешним пространством, в противном случае его пронзительный звук будет приглушен. Кроме того, сверлится отверстие в корпусе для переключателя "фиксация". Необходимо закрепить проводники, идущие от солнечных элементов, и аккуратно собрать фонарик, на этот раз припаяв батарею к схеме. Охранное устройство готово к работе.

Если монтаж выполнен правильно, система будет выдавать пронзительный сигнал тревоги. Чтобы ее "успокоить", необходимо выключить фиксацию срабатывания и осветить поверхность солнечных элементов. Сделать это просто: до установки системы на пред* назначенное для нее место она помещается под настольную лампу.

Установка охранной сигнализации

Типичная схема установки охранного устройства в дверном проеме представлена на рис. 4. Она закрепляется на высоте 60 см, достаточной для большинства случаев. Луч света направляется так, чтобы он перекрывал проход в помещение.

Рис.4

Теперь необходимо установить устройство сигнализации на противоположной стороне проема. Возможно, потребуется подрегулировать направление луча света, чтобы он точно падал на поверхность солнечных элементов. Это легко установить: при точном наведении луча сигнал тревоги прекратится.

В качестве источника света можно использовать любой мощный фонарь. Для этой цели был взят такой же фонарик, что и для размещения схемы сигнализации. Батарея была заменена 6-вольтовым понижающим трансформатором, причем один вывод 6-вольтовой обмотки был подсоединен к лампочке, а другой - к сети.

Если имеется желание сделать луч света незаметным, можно использовать инфракрасный светофильтр. Даже красный целлофан сделает луч менее заметным Поскольку кремниевый солнечный элемент обладает значительной чувствительностью в красной и инфракрасной областях спектра, потеря в чувствительности будет незначительной. Тем не менее необходимо учитывать ослабление, вносимое фильтром: нельзя ожидать, что дальность действия системы останется прежней.

Следует обратить внимание на то, что, если фильтр закроет поверхность светоизлучателя, может произойти его нагрев. Степень нагрева зависит от вида фильтра и его пропускания. При сильном нагреве возможно возгорание.

Использование источника света, питаемого от сети переменного тока, имеет дополнительное достоинство: схема сигнализирует о прекращении подачи электроэнергии.

Автор: Байерс Т.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Искусственная кожа с кровеносными сосудами 19.09.2025 Одним из самых амбициозных направлений биомедицины является создание искусственной кожи, способной полностью заменить утраченные ткани. Недавно ученые из Линчепингского университета (Швеция) представили разработки, которые могут приблизить медицину к этой цели. Обычно при пересадке врачи используют лишь верхний слой - эпидермис. Такой подход действительно позволяет закрыть ожоговые или травматические раны, но вместе с тем оставляет грубые рубцы и не обеспечивает восстановление всех функций кожи. Без полноценной дермы с сосудами и нервами пересаженные участки остаются лишь частичным решением проблемы. Именно поэтому шведские исследователи решили сосредоточиться на создании "живой" кожи, способной регенерировать глубже и сложнее. В основе их работы лежат две разные технологии 3D-биопечати. Первая использует особые биочернила под названием ?Ink, содержащие гиалуроновую кислоту и фибробласты - клетки, синтезирующие коллаген. В процессе печати формируется плотная объемная структура, где клетки приживаются, активно производят коллаген и стимулируют рост новых кровеносных сосудов. Другая методика получила название REFRESH. Она предполагает создание зачатков сосудистой системы при помощи гидрогеля. Напечатанные нити постепенно растворяются, превращаясь в каналы, по которым впоследствии может циркулировать кровь. Такой подход позволяет воспроизводить сложную сеть сосудов, что делает искусственную кожу максимально приближенной к естественной. Исследователи не ограничиваются отдельными экспериментами: их цель - объединить оба метода, чтобы получить многослойный кожный покров со встроенной сосудистой системой. Это позволит формировать более толстые и функциональные ткани, пригодные для трансплантации. Путь до клинического применения еще не завершен. Ученым предстоит решить задачу минимизации воспалительных реакций, а также снизить риск инфицирования тканей после пересадки. Тем не менее, уже сейчас специалисты в области регенеративной медицины называют разработку потенциальным прорывом. Перспективы очевидны: такие технологии могут радикально изменить лечение тяжелых ожогов и травм, предлагая пациентам не только закрытие повреждений, но и возвращение коже ее природных функций. Если исследования завершатся успехом, хирургия будущего сможет восстанавливать человеческий организм на совершенно новом уровне.

Другие интересные новости:

▪ Аварийное питание LED светильника до 3-х часов

▪ В зеркале Луны

▪ У лгунов теплеет нос

▪ Обнаружен ген слепоты

▪ Новый тип клеток в организме человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Святая святых. Крылатое выражение

▪ статья Кто построил первый автомобиль с бензиновым мотором? Подробный ответ

▪ статья Имбирь аптечный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Светодиодный аккумуляторный фонарь. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сквозь стекло. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025