Лазерная сигнализация своими руками
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 18.09.2024
В показанной на рисунке схеме охранной сигнализации для обнаружения нарушителей используется луч лазера или другой источник света. Для изготовления устройства необходимо иметь лишь интегральный таймер типа 555, операционный усилитель, фотоэлемент, а также несколько пассивных и активных компонентов.
Схема содержит четыре каскада: обнаружения, усиления, переключения, генерации и звукового выхода. Когда луч гелий-неонового лазера или другого более тривиального источника света попадает на фотоэлемент D1, диод открывается и к усилителю U1 поступает небольшой по величине импульс напряжения постоянного тока. В свою очередь выходным напряжением этого усилителя открывается транзистор Q1. При этом кремниевый управляемый выпрямитель Q2 закрывается и сигнал тревоги отсутствует.
В случае прерывания светового луча транзистор Q1 запирается, и высокое напряжение на его коллекторе открывает КУВ Q2. Последний в свою очередь включает автоколебательный генератор U2, частота которого определяется выражением f=1/1,1RC. Генератор продолжает работать до тех пор, пока не закроется КУВ.
Кратковременное нажатие нормально замкнутого переключателя S1 разрывает цепи и выключает сигнал тревоги.
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
В этом проекте мы узнаем, как сделать лазерную систему безопасности со светозависимым резистором и платой Arduino.
О проекте
В этом проекте мы будем использовать лазер и светозависимый резистор (LDR или light dependent resistor ) для излучения света по прямой линии.
Мы уже знакомы с LDR резисторами по нашему уроку об использовании светозависимого датчика с Ардуино.
LDR может обнаружить лазерный луч, и факт того, что кто-то пересек его. Таким образом лазерный луч будет заблокирован и LDR его не видит. Если LDR не может обнаружить лазер, зуммер предупредит нас громким звуком, что кто-то пересек или заблокировал лазер.
Проект в основном работает по принципу прерывания. Если каким-либо образом лазерное излучение прерывается, срабатывает сигнализация до тех пор пока она не будет сброшена кнопкой. Лазер - это источник концентрированного света, который излучает прямой свет одного цвета.
LDR чувствителен к свету и выдает определенное напряжение, когда лазерный луч попадает на этот резистор. Когда лазерный луч прерывается и не может достигнуть LDR, его выходное напряжение изменяется, и, в конце концов, звучит сигнал тревоги.
Комплектующие
Для этого проекта лазерной системы безопасности на Ардуино нам понадобятся следующие комплектующие:
Из программного обеспечения нам нужно иметь установленную Arduino IDE.
Лазерный диодный модуль KY-008
Модуль лазерного передатчика KY-008 для Arduino излучает красный лазерный луч в форме точки. Модуль состоит из 650 нм лазерной диодной головки и резистора. Обращайтесь с осторожностью, не смотрите прямо в лазерную головку.
Модуль KY-008
Спецификация модуля лазерного передатчика KY-008:
- Рабочее напряжение - 5 В
- Выходная мощность - 5 мВт
- Длина волны - 650 нм
- Рабочий ток - менее 40 мА
- Рабочая температура - от -10°C до 40°C [от 14 до 104° F]
- Размеры - 18,5 мм х 15 мм [0,728 дюйма х 0,591 дюйма]
Схема соединения
Соединяем все детали нашей системы безопасности согласно схеме ниже.
Код проекта
Ниже вы можете скопировать скетч для нашего проекта и загрузить его на вашу плату Arduino Uno.
В последнее время лазерные указки получили широкое распространение. Они продаются в магазинах и на радиорынках, а их стоимость невысока. Узконаправленный луч, излучаемый такой указкой, можно использовать в охранной технике.
Этому и посвящена предлагаемая статья.
Внимание! Лазерное излучение опасно для глаз и может вызвать повреждение кожного покрова. При работе с источниками лазерного излучения избегайте попадания луча на людей.
Инфракрасные лазеры с их невидимым излучением широко используются в профессиональных охранных системах. К сожалению, радиолюбители располагают пока лишь одной разновидностью лазерного излучателя - указкой красного свечения.
Она имеет небольшую мощность излучения, не более нескольких милливатт, безопасна для людей и животных, однако не рекомендуется направлять лазерное излучение непосредственно в глаза.
Излучение лазерной указки в импульсном режиме настолько малозаметно, что в скрытности она мало уступает инфракрасным излучателям, а в части юстировки системы имеет перед ними явное преимущество.
Схема импульсного излучателя на базе лазерной указки показана на рис. 1. Частоту следования вспышек лазера задает генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2. При указанных на схеме номиналах эта частота примерно равна 5 Гц. За счет дифференцирующей цепи С2RЗ на выходе элемента DD1.4 формируются короткие импульсы длительностью 10 мкс.
Эти импульсы открывают до насыщения транзистор VТ1, и лазер BI1 формирует вспышки такой же длительности.
Для снижения общего энергопотребления излучателя введен резистор R6, понижающий напряжение питания микросхемы DD1 до 3 В. Тумблер SA1 предназначен для включения режима непрерывного излучения при юстировке.
Устройство собрано на печатной плате (рис. 2) из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм Фольгу под деталями используют лишь в качестве общего провода. Соединения с ней выводов конденсаторов, резисторов и других элементов показаны зачерненными квадратами; квадратом со светлой точкой в центре показано “заземление" вывода 7 микросхемы DD1.
Рис. 1. Принципиальная схема лазерного передатчика - модулятора.
Все резисторы - МЛТ-0,125. Конденсаторы С1 и С2 - КМ-6, С3 и С4 - К53-30.
Лазерную указку нужно укоротить. Отступив от “окна" на 18 мм (конусообразный наконечник вообще удаляют) аккуратно опиливают ее корпус по кругу и отделяют батарейную часть. Со ставшей теперь доступной платы лазера демонтируют кнопку, а излишек платы откусывают (рис. 3).
Все конструктивные элементы излучателя монтируют на пластине 51x30 мм, вырезанной из листового ударопрочного полистирола толщиной 1,5. .2 мм (рис. 4).
Здесь: 1 - лазер в гнезде-обойме; 2 - перегородка для батареи питания; 3 - печатная плата; 4 - наклеенный на перегородку фиксатор печатной платы (две полоски полистирола); 5 - приклеенная к основанию полистироловая опора высотой 10 мм с резьбой под винт М2. Высота деталей на плате должна быть меньше 10 мм.
Рис. 2. Печатная плата передатчика для охранной лазерной сигнализации.
Корпус излучателя изготавливают из того же полистирола в виде открытой коробки. Габариты полностью смонтированного прибора - 56x34x19 мм.
Средний ток, потребляемый импульсным лазерным излучателем, не превышает 10 мкА. При этом импульсный ток в самом лазере - 25. 30 мА. Подбором резистора R7 этот ток может быть изменен, в частности увеличен.
При расчете импульсного тока нужно иметь в виду, что последовательно с резистором R7 включен резистор сопротивлением 50. 60 Ом, “впечатанный" в саму плату лазера (см рис 3).
Рис. 3. Подключение лазерной указки.
Рис. 4. Корпус охранного устройства на лазерной указке.
Рис. 5. Схема приемника для лазерной сигнализации.
Источником питания излучателя служит 6-вольтная батарея типа 476. Батареи этого типоразмера (013x25,2 мм) имеют емкость от 95 (алкалиновые) до 160 мАч (литиевые) и способны обеспечить непрерывную его работу по меньшей мере в течение года.
Выводы к батарее лучше припаять, поскольку в охранной технике контакт прижимом не обеспечивает достаточной надежности. При столь малом энергопотреблении нет нужды и в выключателе питания (тоже, кстати, весьма ненадежном элементе). Излучатель сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 4,5 В. Конечно, при этом уменьшается и яркость луча.
Принципиальная схема приемной головки, реагирующей на короткие вспышки лазерного излучателя, показана на рис. 5. Здесь BL1 - фотодиод, обладающий достаточным быстродействием и чувствительностью. Время его включения-выключения должно быть в 5. 10 раз меньше длительности вспышки. Ряд подходящих фотодиодов приведен в таблице.
В ответ на каждую вспышку лазера на выходе микросхемы DA1 (вывод 10) возникает единичный импульс, пригодный для непосредственного управления КМОП-микросхемами.
Конструктивно головку рекомендуется выполнить в виде выносного блока. Чертеж печатной платы показан на рис. 6. Резистор R1 - МЛТ-0,125; конденсаторы С1 и С2 - КМ-6, С3 - К53-30, С4 - любой оксидный подходящих размеров.
Корпус головки должен быть светонепроницаемым. Его можно склеить из черного ударопрочного полистирола. Во избежание боковой подсветки к “окну” фотодиода рекомендуется приклеить бленду.
Рис. 6. Печатная плата лазерного приемника.
Ее можно изготовить в виде “колодца" квадратного сечения из того же полистирола. Фотодиод можно закрыть красным светофильтром: он мало ослабит излучение лазера. Для защиты от сильных электрических наводок головку нужно заключить в металлический экран.
Головка имеет низкое выходное сопротивление и может быть связана с прочими элементами фотоприемника тонким трехпроводным шнуром длиной 1. 2 м. При установке вне помещения она должна быть защищена от непогоды. Потребляемый головкой ток не превышает 1,5 мА (при напряжении питания 6 В).
При юстировке системы лазер переводят в режим непрерывного излучения и наводку луча осуществляют визуально. Чтобы не расходовать энергию батареи GB1, на время настройки можно воспользоваться внешней 6-вольтной батареей.
Нет нужды говорить о том, что лазерный излучатель, работающий в охранной системе, должен быть не только точно наведен, но и “намертво” закреплен в выставленной позиции (если в системе есть зеркала, то это относится и к ним).
Хотя это не значит, что луч лазера вообще не может отклоняться. Опыт показывает, что вспышку лазера можно зарегистрировать и по его излучению, рассеянному под малыми углами. Надежно фиксировались, например, вспышки лазера, удаленного на 50 м, если головка оставалась в круге диаметром 35 см.
Сложные покупные системы безопасности и серьёзные сигнализации нужны не всегда да и не каждому по карману. Их стоимость, монтаж и обслуживание оправдано в случае охраны дорогих объектов. Если же необходимо установить систему безопасности на даче или в гараже, да и в квартире или доме, то затраты на готовую хорошую покупную сигнализацию зачастую не совместимы с Вашим бюджетом. От предлагаемых на рынке дешевых охранных сигнализаций лучше отказаться (особенно с радио управлением - их давно научились сканировать и отключать без каких либо проблем). В этом случае проще и однозначно в разы дешевле сделать простую самодельную сигнализацию, например, как один из вариантов, лазерную охранную сигнализацию.
На сегодняшний день существует много разнообразных схем лазерной сигнализации, но, как правило, такие устройства имеют достаточно сложную конструкцию. Ни одна самодельная схема такого устройства не обходится без микросхем и не совсем простой обвязки. Потом еще предстоит настройка и запуск, подбор конденсаторов, резисторов и т.д. Микросхемы тоже надо уметь паять. Можно вывести из строя перегревом или статикой и долго разбираться почему лазер не работает. Поэтому предлагаем упростить этот самый муторный кусок схемы и взять уже готовый китайский лазер (в любом магазине игрушек - стоит он не дорого - все готово и корпус и линзы и схема). Собрать же остальную схему под силу любому начинающему радиолюбителю.
Схема в этой постой лазерной охранной системе, реагирует на прерывание луча и состоит из излучателя (собственно лазерной указки) и приемника, можно использовать промежуточные зеркала, необходимые для переотражения луча и устройства оповещения - отпугивателя (сирена, свет). Возможно подключить и другие устройства оповещения, например, мобилку для передачи СМС или просто звонка (Под этим номером у Вас будет клиент - "Сработала сигнализация"). Испытания данной системы прошли успешно и эксплуатируется по сей день.
Работает сигнализация следующим образом - когда зону луча пересекает человек, лазер перестает освещать фотоэлемент его сопротивление увеличивается и происходит отключение реле. С отключением реле выключается и лазер (это сделано для того, чтобы после того как человек выйдет из зоны активации лазер не продолжал освещать фотоэлемент потому, что в таком случае сигнализация сработает на секунду и замолчит). Это простейшая схема.
Когда лазер освещает фотоэлемент, последний в цепочке работает в качестве провода, а когда лазер отключен, он превращается в резистор с большим сопротивлением. Фотоэлемент (фоторезистор) нужно установить закрытом со всех сторон корпусе, а трубка сделана из корпуса ручки и обклеена черной изоляционной лентой во избежания проникновения и попадания света на фотоэлемент.
Как уже сказали, в качестве лазера используется готовый модуль - игрушечный лазер с красным излучателем, питается от 3-x батареек с напряжением 1,4 каждая. На лазер припаяны провода ,поскольку он будет питаться от блока питания с напряжением 4-4,5 вольт, так как батарейки для нас не выход. Лазер подключен к источнику питания не впрямую , а через резистор с сопротивлением 5 ом. Мощность сопротивления 1 ватт. Зона активации может достигать до 10 метров в длину.
Реле имеет три контакта которые отключают лазер и включают сирену. Реле можно сделать самому или же подобрать готовое. У меня использовалось готовое реле но с перемотанной обмоткой, поскольку реле изначально работало от 12 вольт. Обмотка реле содержит 60 витков провода диаметром 0,4 мм.
Остальную часть конструкции - устройство оповещения - отпугивания можно применить готовое или тоже сделать самостоятельно. Один из вариантов.
Усилитель мощности выполнен на очень распространенной интегральной микросхеме TDA2005. Усилитель собран по мостовому варианту включения, этим обеспечивается достаточно большая выходная мощность в 20 ватт! Модуль с усилителем не устанавливают на радиатор как это обычно делают, поскольку усилитель работает от пониженного источника питания в 4 - 4,5 вольт, к тому же он почти все время выключен.
Емкость входного конденсатор можно изменять в большом диапазоне. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше и стервознее становится звук сирены. Также можно использовать усилитель на микросхеме TDA2003, но результат чуть xуже (громкость воя сирены будет в два раза меньше). Динамическая головка типа 25 гдн или аналогичная. Возможно применения пьезоголовок (с пьезоголовкой результат намного лучше). Генератор звука (имитатор сирены, собран на логичном элементе К155ЛАЗ.)
Схема такого генератора во многом сходна со схемой транзисторного симметричного мультивибратора. Импульсы, генерируемые элементами микросхемы, преобразуются динамической головкой в звуковые колебания. Длительность импульсов определяется емкостями С1, С2 и сопротивлениями R1 и R2. Устройство состоит из двух генераторов: тактовых импульсов и звуковой частоты. Первый выполнен на элементах DD1.1 и DD1.2, а второй — на DD1.3 и DD1.4. Каждый из генераторов собран по несимметричной схеме. Имитация звука сирены достигается за счет того, что тактовый генератор управляет работой генератора звуковой частоты. Динамическая головка BА1 звучит в те промежутки времени, когда на входе 13 элемента DD1.3 появляется логическая "1". С выхода 6 элемента DD1.2 следуют прямоугольные импульсы, управляющие звуковым генератором, частота которых зависит от номиналов С1 и R1. Привожу вам два варианта имитаторов звука сирены, какой собрать решайте сами. Динамическую головку нужно убрать из схемы имитатора и подключить к вxоду усилителя мощности звуковой частоты.
Блоком питания служит обыкновенный сетевой трансформатор на 20 ватт. Поскольку вся сигнализация питается от напряжении 4 - 4,5 вольт, нужно взять сетевой трансформатор с напряжением 12 или 6 вольт и чуть переделать вторичную обмотку. Первичная обмотка содержит 40 витков провода с диаметром 0,7 мм (с числом витков нужно поэкспериментировать, главное иметь рабочее напряжение 4 - 4,5 вольт. После завершения отдельных устройств (имитатор, датчик , усилитель мощности) приступаем к сборке устройства. Самое сложное - датчик. Лазер нужно поставить так, чтобы его луч был направлен прямо в трубку с фотоэлементом и обеспечивал его работу.
Включаем устройство так - сначала включаем выключатель, затем нажимаем на кнопку которая активирует лазер и быстро опускаем кнопку (кнопка без фиксации). В моем устройстве применены два усилителя мощности для получении более громкого звука. Датчик с реле собран в корпусе от китайского фонаря. Дальше после установки и включения идем к зоне активации и проходим через нее. Мгновенно сработает реле и сигнализация заработает.
Приведем еще одну схему приемника лазерной охранной сигнализации на транзисторах
Данная схема охранной сигнализации представляет собой датчик пересечения кем то не было лазерного луча. Схема состоит из двух основных блоков:
1. фотореле (VT1, VT2);
2. реле времени (VT3, VT4).
Работает схема следующим образом.
Датчиком фотореле выступает фоторезистор R1, включенный в цепь базы транзистора VT1 последовательно с ограничивающим резистором R2. Темновое сопротивление фоторезистора достаточно велико. Коллекторный ток транзистора VT1 в это время мал и транзистор VT2 находится в открытом состоянии. Его коллекторный ток протекает через обмотку реле KV1 тем самым удерживая контакты в замкнутом положении. При освещении фоторезистора его сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению тока базовой цепи транзистора VT1, а следовательно и к увеличению его коллекторного тока. Падение напряжения на резисторе R4, созданное протеканием коллекторного тока транзистора VT1 закрывает транзистор VT2 и реле KV1 отключается. Таким образом при освещении лазерным лучем фоторезистора реле KV1 отключено, а при пересечении луча злоумышленником оно сработает, своим контактом KV1.1 запустит реле времени и снова вернется в исходное состояние.
Реле времени работает следующим образом. В исходном состоянии, когда контакт KV1.1 разомкнут напряжение на конденсаторе C1 равно нулю. В это время транзисторы VT3 и VT4 закрыты, ток через обмотку реле KV2 не течет и его контакты, включающие исполнительный механизм разомкнуты (контакты на схеме не указаны). При кратковременном срабатывании реле KV1 конденсатор C1 заряжается и тут же начинает разряжаться через эмиттерный переход транзистора VT3 и резистор R8, при этом транзисторы VT3 и VT4 откроются, реле KV2 сработает и своими контактами включит исполнительный механизм.
После разряда конденсатора схема возвращается в исходное состояние. Резистором R6 можно регулировать выдержку времени.
В рабочем состоянии, при пересечении злоумышленником лазерного луча сработает схема и запустится система оповещения (например звуковая или световая сигнализация), через некоторое время отключится и снова будет ждать нарушителя, то есть вернется в исходное состояние без вмешательства. Это особенно важно для охраны удаленных объектов, например гаража или дачи.
Луч лазера имеет очень маленький процент расходимости, поэтому с его помощью можно контролировать довольно большие расстояния периметров. Применив систему зеркал можно контролировать любые сложные помещения, только стоит учитывать, что зеркала должны быть качественными и чистыми.
Итак, для охраны какого-либо объекта на нем необходимо закрепить зеркало-отражатель (достаточно кусочка размером 1 х 1 см) и установить приемник и излучатель так, чтобы луч попадал на фоточувствительный элемент, отразившись от зеркала.
Однако в этом случае даже при незначительном смещении (или колебании) охраняемого объекта луч выходит из окна приемника и система срабатывает.
С целью несколько снизить чувствительность системы, чтобы она не срабатывала при колебаниях почвы, например, из-за проезжающего тяжелого транспорта, необходимо немного изменить оптическую схему, сделав вход фотоприемника таким, как на рисунке.
Приемник для лазерной системы охраны
1-линза, 2-бленда-тубус, 3-фотоприемник, 4-корпус
Для этого надо вставить в бленду-тубус собирающую линзу с фокусным расстоянием F. Диаметр этой линзы и будет определять чувствительность системы (здесь имеется в виду не электрическая чувствительность фотоприемника, а чувствительность, относящаяся к интенсивности воздействия на охраняемый объект).
Если при колебаниях зеркала отраженный от последнего луч лазера не выходит за пределы линзы, то датчик не срабатывает. Следовательно, меняя диаметр линзы, можно регулировать чувствительность системы охраны.
Читайте также: