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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sistema di allarme di sicurezza basato su celle solari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Per un dispositivo di allarme di sicurezza, la luce può fungere da buona fonte di energia e fornirla a un circuito rilevatore situato ad una certa distanza da esso. In effetti, un tale antifurto si autoalimenta completamente.
Principio di funzionamento del dispositivo Devi iniziare con la fonte di luce. Un raggio di luce viene diretto lungo una porta, una finestra o una stanza, formando una zona di sicurezza. All'estremità ricevente, la cella solare rileva la presenza di un raggio luminoso e lo converte in elettricità. La cella solare svolge un ruolo importante nel funzionamento del dispositivo; non solo rileva la luce, ma alimenta anche il circuito di allarme stesso. Il segreto sta nello scegliere uno schema di allarme appositamente progettato per garantire un consumo energetico minimo. Grazie a questa caratteristica circuitale, il segnale in uscita dalla cella solare viene utilizzato contemporaneamente come informazione utile sul fascio luminoso e per alimentare l'intero dispositivo. Schema schematico Il circuito di segnalazione può essere diviso in tre parti. Iniziamo la nostra considerazione con un convertitore fotoelettrico. In effetti, la cella solare di cui abbiamo parlato finora si riferisce ad una cella solare composta da cinque celle collegate in serie. La tensione di uscita completa della batteria è di 1,6 V con una corrente di circa 1 mA, a seconda dell'illuminazione effettiva degli elementi. Innanzitutto il pannello solare deve fornire alimentazione al circuito di allarme. Ciò si ottiene caricando una piccola batteria ricaricabile al nichel-cadmio. Il circuito di carica contiene una cella solare, un diodo D1 e una batteria. Quando un raggio di luce “di sicurezza” cade sulla superficie della batteria solare, la batteria viene caricata dalla corrente che scorre attraverso il diodo D1. Dal capitolo precedente sappiamo che la batteria ridurrà la tensione di carica a circa 1,35 V. Da questo punto di vista, la batteria può effettivamente essere considerata un diodo zener. Tenendo conto della caduta di tensione di 0,3 V sul diodo D1, la tensione della cella solare stessa si stabilizza a 1,65 V. La corrente proveniente dal pannello solare scorre anche attraverso i resistori R1 e R2. L'entità di questa corrente è inferiore a 250 μA, mentre la maggior parte della corrente viene utilizzata per caricare la batteria. I resistori e R2 sono una parte importante del circuito di rilevamento. Diamo un'occhiata a tutto in ordine (Fig. 1). Quando la corrente scorre attraverso R1 e R2, avviene la divisione della tensione. Le resistenze dei resistori R1 e R2 sono selezionate in modo tale che quando le celle solari sono illuminate, la caduta di tensione sul resistore R1 è solo di circa 0,21 V. Questa tensione viene aggiunta alla caduta di tensione sul diodo D1 (0,3 V), risultando in un potenziale La differenza tra il transistor di base e quello di emettitore Q1 è 0,51 V. Poiché Q1 è un transistor al silicio con una tensione di polarizzazione minima di 0,7 V, la tensione di base è troppo bassa per accendere il transistor. Quando la cella solare è illuminata dalla luce, il transistor è spento e non vi scorre alcuna corrente.
Tuttavia, quando il raggio luminoso viene interrotto, la corrente proveniente dal convertitore fotoelettrico si interrompe, quindi nessuna corrente scorre attraverso il resistore R1. La corrente si ferma anche attraverso il diodo D1. Ciò che accadrà è che R1 diventerà una sorgente ad alta impedenza, D1 sarà un diodo polarizzato inversamente (a causa della perdita di tensione dalla cella solare) e la corrente scorrerà attraverso R2 e la giunzione base-emettitore del transistor Q1. Ora apparirà una corrente di collettore. La corrente del collettore viene fornita a IC1 (generatore di allarme). Questo progetto utilizza questo particolare chip perché funziona con una tensione di alimentazione estremamente bassa e consuma pochissima corrente. Con una tensione di alimentazione di 1,5 V (tipica per la segnalazione), il microcircuito LM3909 entra in uno stato instabile e, quindi, sarà in modalità oscillazione.I valori dei componenti R5, R6 e C1 determinano la frequenza di oscillazione. Il chip LM3909 contiene anche uno stadio di uscita per l'amplificazione di potenza. Collegando un trasduttore acustico (altoparlante) tra l'uscita del generatore (pin 2) e il terminale positivo della batteria, è possibile sentire un segnale forte e chiaramente udibile quando il generatore è in funzione. Quando il raggio luminoso viene interrotto, il circuito del rilevatore viene immediatamente attivato e si sente un segnale acustico. Quando il fascio luminoso viene ripristinato, il transistor Q1 si spegne e la generazione si interrompe, quindi il circuito svolge il ruolo di un campanello che suona quando viene aperta una porta o un cancello. Riparare un allarme Se non si desidera il ripristino automatico del circuito, ad esempio in un sistema di allarme di sicurezza, nel dispositivo di base viene introdotto un circuito di bloccaggio. Si tratta principalmente degli elementi del circuito R3, Q2 e R4, ma tutta la complessità del circuito di bloccaggio è determinata dal chip LM3909. All'interno del microcircuito tra i pin 5 e 6 è collegata una resistenza da 12 Ohm. Anche se la tensione non viene applicata al pin positivo 5, non ci sarà tensione nemmeno al pin 6. Questo è lo stato del circuito prima del commit. Quando il fascio luminoso viene interrotto, il transistor Q1 si accende e fornisce alimentazione al pin 5, avviando l'oscillatore. Sul pin 6 appare anche un potenziale. Se l'interruttore di blocco S1 è acceso, la tensione dal pin 6 attraverso il resistore R4 viene fornita alla base del transistor Q2. La corrente inizia a fluire attraverso il transistor Q2 e il resistore R3, aumentando ulteriormente la corrente che già scorre attraverso la base del transistor Q1. Anche se la cella solare fornisce nuovamente tensione, il percorso della corrente generata dalle celle solari viene notevolmente modificato. Di conseguenza, la resistenza del resistore non è più inferiore alla resistenza del resistore R2 e la caduta di tensione su R1 aumenta. La resistenza effettiva di R2, R3 e Q2 diventa piccola rispetto a R1 e le celle solari non sono in grado di portare il transistor Q1 fuori dalla saturazione. Pertanto l'allarme suonerà anche se il fascio luminoso viene ripristinato. Può essere spento solo con l'interruttore S1. Progettazione di allarmi di sicurezza La base del progetto è una batteria composta da cinque celle solari in miniatura collegate in serie e che assomigliano esternamente ad un tetto di tegole. È chiaro che è possibile utilizzare elementi abbastanza in miniatura, poiché richiedono una corrente minima. Non è facile realizzare una batteria del genere senza una conoscenza sufficiente della tecnica di taglio degli elementi e dei dispositivi appropriati per questo. Si consiglia vivamente di acquistare la batteria prefabbricata elencata nell'elenco delle parti. Per aumentare la portata dell'allarme di sicurezza, le celle solari sono dotate di uno specchio parabolico. Uno specchio raccoglie i raggi di luce da una vasta area e li focalizza sugli elementi. A questo scopo è stata utilizzata una torcia portatile e tu puoi fare lo stesso. Scegliere una torcia con l'apertura dell'obiettivo più grande che puoi trovare è importante. Quindi smontare il gruppo riflettore e rimuovere la lampadina. In questa versione la lente non solo concentra i raggi luminosi, ma protegge anche il riflettore a specchio da danni meccanici e umidità. Ora la batteria solare è incollata dall'interno alla lente protettiva trasparente al centro, con il retro della batteria rivolto verso la lente. L'obiettivo è installato in posizione in modo che il pannello solare si trovi di fronte al foro della lampadina. Due conduttori della batteria vengono fatti passare attraverso questo foro, quindi il riflettore viene fissato. Naturalmente la batteria blocca una parte significativa della lente trasparente e per questo motivo è necessario scegliere il riflettore più grande possibile. È anche possibile ridurre le dimensioni delle singole celle solari e ridurre le dimensioni della batteria. Poiché i terminali dei pannelli solari di serie non sono codificati a colori, è necessario determinarne personalmente la polarità. Il filo saldato sulla superficie anteriore dell'elemento inferiore ha polarità negativa ed è collegato al corpo. Un altro filo saldato alla superficie posteriore dell'elemento superiore ha una polarità positiva. Una distribuzione simile della polarità dei terminali elettrici è tipica delle celle solari a giunzione pn, in cui lo strato illuminato superiore è di tipo n; Per le celle solari realizzate con silicio di base di tipo n, lo strato superiore è di tipo p e la polarità del conduttore sarà inversa rispetto a quella indicata nel testo. Le unità rilevatore e generatore del dispositivo si trovano sul circuito stampato mostrato in Fig. 2, e il posizionamento delle parti su di esso è in Fig. 3.
Tutte le parti sono saldate alla scheda, ad eccezione della batteria solare. Se lo colleghi, l'allarme suonerà. Se lo si desidera, è possibile installare un interruttore in serie alla batteria, che consente di disattivare l'allarme quando non viene utilizzato. Il circuito stampato è installato nel vano torcia, solitamente destinato alle batterie. È necessario posizionare la tavola in modo che il trasduttore acustico comunichi con lo spazio esterno, altrimenti il suo suono stridulo risulterà attutito. Inoltre, nell'alloggiamento viene praticato un foro per l'interruttore "a scatto". È necessario fissare i conduttori provenienti dalle celle solari e assemblare con cura la torcia, questa volta saldando la batteria al circuito. Il dispositivo di sicurezza è pronto per il funzionamento. Se installato correttamente, il sistema emetterà un allarme acuto. Per “calmarlo”, è necessario disattivare il rilevamento del grilletto e illuminare la superficie delle celle solari. Questo è facile da fare: prima di installare il sistema nel luogo designato, viene posizionato sotto una lampada da tavolo.
Installazione di un allarme di sicurezza Uno schema tipico di installazione di un dispositivo di sicurezza in una porta è mostrato in Fig. 4. È fissato ad un'altezza di 60 cm, sufficiente per la maggior parte dei casi. Il fascio di luce è direzionato in modo da bloccare il passaggio nella stanza.
Ora è necessario installare un dispositivo di allarme sul lato opposto dell'apertura. Potrebbe essere necessario regolare la direzione del raggio luminoso per garantire che colpisca accuratamente la superficie delle celle solari. È facile da installare: se il raggio viene puntato con precisione, l'allarme si fermerà. Qualsiasi potente torcia può essere utilizzata come fonte di luce. A tale scopo è stata utilizzata la stessa torcia utilizzata per posizionare il circuito di allarme. La batteria è stata sostituita con un trasformatore step-down da 6 volt, con un terminale dell'avvolgimento da 6 volt collegato alla lampadina e l'altro alla rete elettrica. Se si desidera rendere invisibile il fascio luminoso è possibile utilizzare un filtro infrarosso. Anche il cellophane rosso renderà il raggio meno evidente, ma poiché una cella solare al silicio ha una sensibilità significativa nelle regioni rosse e infrarosse dello spettro, la perdita di sensibilità sarà trascurabile. Bisogna però tenere conto dell'attenuazione introdotta dal filtro: non si può pretendere che la portata del sistema rimanga la stessa. Tieni presente che se il filtro copre la superficie dell'emettitore di luce, potrebbe surriscaldarsi. Il grado di riscaldamento dipende dal tipo di filtro e dalla sua trasmissione. Il calore eccessivo può provocare un incendio. L'utilizzo di una sorgente luminosa alimentata in CA ha l'ulteriore vantaggio di segnalare quando l'alimentazione viene interrotta. Autore: Byers T.
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