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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Кроватка для смарфона от IKEA 11.10.2025 Смартфоны стали неотъемлемой частью нашей жизни - они сопровождают нас с утра до поздней ночи, заменяя будильники, книги, календари и даже друзей. Однако привычка брать гаджет в постель все чаще связывается с нарушениями сна и снижением качества отдыха. Осознав эту проблему, компания IKEA решила подойти к вопросу с присущим ей юмором и креативом, создав необычный предмет - миниатюрную кровать для смартфона. Эта крошечная мебельная новинка внешне напоминает уменьшенную копию обычной кровати из ассортимента IKEA, но предназначена исключительно для телефона. В ее конструкцию встроен NFC-чип, который фиксирует, "спит" ли гаджет не менее семи часов подряд в течение недели. Если устройство действительно отдыхает вместе со своим владельцем, хозяин получает ваучеры на покупки в IKEA. Проект стартовал в магазинах компании, расположенных в Объединенных Арабских Эмиратах, и стал частью кампании, направленной на популяризацию здоровых привычек сна. Участвовать в акции могут покупатели, совершившие покупки на сумму более 200 долларов. Цель эксперимента - не только повысить интерес к бренду, но и мягко побудить клиентов отказаться от использования телефонов в постели. По словам представителей IKEA, идея мини-кровати родилась из желания помочь людям "дать отдых не только себе, но и своим гаджетам". Исследования сна показывают, что избыточное использование экранов перед сном приводит к переутомлению, нарушению циркадных ритмов и снижению концентрации. Компания решила перевести эту научную идею в ироничную, но действенную форму. Важно отметить, что IKEA уже имеет опыт в создании подобных креативных проектов. Ранее бренд выпускал, например, специальную тарелку для фрикаделек, а также серию шуточных предметов, объединяющих функциональность с элементами игры и заботой о клиентах. Эти кампании неизменно вызывали интерес и оживляли восприятие бренда, напоминая, что бытовые привычки могут быть не только практичными, но и забавными. Появление кроватки для смартфона стало своеобразным продолжением этой философии. Она не просто выполняет маркетинговую функцию, но и обращает внимание на проблему зависимости от технологий, которая затрагивает все больше людей. Даже в шуточной форме проект затрагивает важный вопрос - способность человека восстанавливаться в мире постоянных уведомлений и экранного света.

Другие интересные новости:

▪ Боевые лазеры для бомбардировщиков

▪ Честная награда усиливает память

▪ Удешевление установки ветряных турбин на морских платформах

▪ Разновидности сов и жаворонков

▪ Аллергия на вино

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ваши истории. Подборка статей

▪ статья Шаровая тачка. Чертеж, описание

▪ статья Почему возникла линия Мэйсона-Диксона? Подробный ответ

▪ статья Продавец отдела кулинарии. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Мистика коротких антенн. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исчезновение предметов. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026