Усилитель для датчика вибрации схема. Схема автосигнализации

Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.

Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:

В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.

Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление - тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.

Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.

Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:

Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.

Датчики вибрации Ардуино (их еще иногда называют датчиками сигнализации) применимы для выявления внешних воздействия вибрационного характера и широко используются в противоугонных автомобильных системах, различных охранных сигнализациях, позволяют детектировать вибрации при начинающемся землетрясении. В этой статье мы рассмотрим строение датчика и схему подключения к платам Arduino.

Основной элемент датчика – металлическая пружина гибкой структуры, расположенная во внутренней части трубки из пластика. При наличии каких-либо воздействий на нее она начинает колебаться. Усиление сигнала происходит за счет его подачи сначала на операционный усилитель, а потом на выход аналогового типа. Важным элементом датчика вибрации является потенциометр, который регулирует чувствительность прибора, и позволяет устанавливать необходимый порог срабатывания.

Датчик вибрации имеет три выхода:

Земля;
Питание;
Выход аналогового сигнала А0.

Находящийся на плате потенциометр позволяет настроить его чувствительность. Он представляет собой переменный резистор c сопротивлением регулируемого типа. На плате датчика также присутствуют светодиоды, которые сигнализируют о наличии питания. Кроме того, некоторые разновидности оснащаются цифровым выводом D0, который выдает логический ноль при достижении порогового значения уровня вибрации.

В состоянии покоя модуль находится в разомкнутом состоянии, и протекания тока по нему нет. При наличии внешних вибрационных воздействий за счет раскачивания пружины происходит кратковременное замыкание контактов. В результате происходит сработка датчика, и на выходе появляется логический 0.

Срабатывание датчика происходит в независимости от его пространственного расположения.

Технические параметры датчиков вибрации для Ардуино (могут отличаться в зависимости от модели устройства):

Питающее напряжение от 3 до 5 В;
Ток потребления 4-5мА;
С наличием или отсутствием цифрового выхода;
С наличием или отсутствием регулировки чувствительности.

Датчики могут отличаться по весу и габаритам, но обязательно содержат монтажное отверстие для крепления к плате.

Варианты применения

Наиболее актуальным применение датчиков вибрации может быть реализовано в сфере охранной сигнализации различного назначения. За счет высокого уровня чувствительности такие устройства могут реагировать на вибрации широкого диапазона интенсивности, улавливая колебания во всех плоскостях. Благодаря простому способу подключения, датчики вибрации применяются для реализации самых разнообразных проектов:

Системы охраны;
Сигнализации;
Электронные замки;
Детекторы движения;
Противоугонные системы;
Сейсмостанции;
Детские игрушки;
Бытовые приборы;
Спортивный инвентарь.

Пример реализации

Схема подключения датчика вибрации к ардуино

Вариантом использования вибрационного датчика может стать охранная сигнализация, в которой при ударе о поверхность, с закрепленным на ней устройством, происходит сработка (в данном примере загорится светодиод, присоединенный к пину 13). Для проекта следует подготовить такие детали:

плату Arduino Uno;
датчики вибрации 801S или Logo sensors v1.5;
макетную плату;
соединительные провода.

Сборка схемы производится согласно рисунку. Цифровой вывод DO соединяем с цифровым пином 2. При наличии вибраций значение сигнала многократно увеличивается и при достижении порогового значения, которое устанавливается потенциометром, на вывод DO подается логическая единица. Мы обрабатываем эту ситуацию, считывая значение функцией digitalRead, после чего подаем с помощью функции 5В на порт 13 и загорается встроенный в плату светодиод.

Пример скетча

#define PIN_LED 13 #define PIN_SENSOR 2 // Пин, ккотормоу присоединен датчик вибрации void setup() { pinMode(PIN_LED, OUTPUT); } void loop() { int val = digitalRead(PIN_SENSOR); // Считваем значение с датчика if(val==1){ digitalWrite(PIN_LED, HIGH); // Датчик сработад - включаем светодиод }else{ digitalWrite(PIN_LED, LOW); } }

Конечно, можно приобрести охранный блок в магазине. На рынке представлены различные девайсы. Но что делать, если вы не хотите переплачивать за разные опции. К тому же руки у вас растут откуда нужно. Нет проблем!

Можно собрать вполне приемлемый вариант самому. У этой автосигнализации нет ничего лишнего: управления центральным замком, радиобрелка. Зато самоделка обезопасит ваш автомобиль от проникновения при помощи концевых выключателей дверей и багажника. А также при помощи датчика удара-вибрации предупредит владельца об откручивании, например, колёс. Кстати, знаете ли вы, что отключить злоумышленнику такого рода сигнализацию гораздо сложнее. Он ведь не знает, что вы там могли внедрить. К тому же при отсутствии брелка степень защиты во много раз повышается,так как автожулики не смогут считать код (ведь известно, что большинство взломов происходит этим методом).

Схема устройства

Принцип работы заключается в следующем. Сигнал с A1 датчика вибрации поступает на усилитель, который выполнен на VT1, VT2 и управляет тиристором VS1. На базу транзистора VT2 также поступает сигнал от концевых выключателей дверей, капота, багажника. На транзисторах VT3,VT4 собран таймер, который управляет анодом тиристора VS1. В цепи базы VT3 используется конденсатор большой ёмкости C3. Благодаря чему при постановке на охрану надёжно спрятанном тумблером C3 начинает заряжаться через сирену автомобиля и цепь из резисторов R6,R7. В процессе заряда конденсатора VT3,VT4 будут закрыты, следовательно, тиристор VS1 заперт. Благодаря чему схема встаёт под охрану с некоторой задержкой, давая водителю время покинуть авто и закрыть дверь.

По прошествии 20 секунд конденсатор C3 набирает ёмкость, VT3 открывается и включает охрану в работу. Предположим, произошло воздействие на автомобиль или вскрытие какой-либо двери. Тиристор VS1 отпирается, начинает заряжаться C4 через VS1, VT4, R10. Тиристор устроен таким образом, что он остаётся открытым при прохождении постоянного тока. При закрывании двери (прекращении сигналов) тревожная сирена будет извещать владельца о проникновении. Если срабатывание датчиков произошло с появлением владельца, то за время заряда C4 (20 секунд) он отключит замаскированный тумблер. Если этого не сделать, то откроются VT5,VT6, включится реле KV1 , которое в свою очередь подключит сирену. Чтобы не беспокоить соседей и самому не бежать к автомобилю во время ложных срабатываний, как например проезжающий мимо грузовик, в данной автосигнализации реализована функция ограничения времени тревоги. Действует она следующим образом. Когда контакты KV1 замкнуты и ток протекает через R6,R7 , заряжается конденсатор C3. Через небольшое время закроются VT2, VT3, VS1, VT5, VT6 и реле KV1 отключится и снова возьмёт под охрану.

Какие детали можно использовать для реализации схемы. Требования к ним не критичные. Конденсаторы и резисторы любого типа, желательно малогабаритного. Реле KV1 с рабочим напряжением 12 вольт и током катушки в пределах 100 мА.Силовые контакты реле должны выдерживать ток в 5 А. Но можно снизить до 0,5 А, если применить промежуточное реле.

Датчик вибрации A1 не сложно изготовить самому. Он выполнен в виде катушки со стальным сердечником, от которого на небольшом расстоянии закреплен постоянный магнит на плоской пружине. При малейшем ударе по кузову автомобиля колебания через пружину передадутся на магнит. Тот в свою очередь создаст переменное магнитное поле, которое наведёт ЭДС в катушке. Последняя размером Ø10Χ15 мм мотается на сердечнике Ø3 мм из стали. Для обмотки используют медный провод 0,06...0,07 мм. Магнит с размерами 25Χ10Χ5 мм при помощи клея и ниток нужно закрепить на пружине. В качестве которой можно использовать пружину от будильника. Длина последней выбирается в пределах 60 — 80 мм. В процессе сборки датчика удара следует обратить внимание на то, чтобы магнит мог располагаться как можно ближе к боковой стороне катушки. Готовый датчик вибрации следует располагать в пространстве так, чтобы магнит имел возможность совершать колебания перпендикулярно поверхности земли.

Самодельный датчик вибрации

Теперь остаётся самое главное — спрятать тумблер, через который подаётся питание на схему. К этому вопросу стоит подойти с не меньшей ответственности. Поскольку вам придётся пользоваться им постоянно, ну а злоумышленник не должен его обнаружить.

Основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя ЗП-2, ЗП-4 или ЗП-5. Общий вид датчика (сбоку) показан на рис.1,а. Пьезоэлемент 2 одной из обкладок припаян к фолымрованной площадке печатной платы 1. К верхней по рисунку обкладке пьезоэлемента 2 припаивают стойку 4, согнутую в виде буквы Л из упругой стальной проволоки диаметром 0,5 мм. Вид на стойку 4 по стрелке А показан на рис. 1,6. Лапы и седловину стойки нужно заранее облудить.

Консоль 3 выгибают из такой же проволоки и надежно укрепляют на одном из ее концов груз 5 массой 10...15 г из свинца или припоя. После этого консоль припаивают одним концом к плате, а примерно серединой - к седловине стойки 4.

Во избежание отрыва верхней обкладки от пьезоэлемента перед припайкой консоли ее слегка изгибают так, чтобы после установки на место она создавала на пьезоэлементе избыточное прижимающее упругое усилие. Размеры деталей датчика непринципиальны, поэтому на рис.1 не даны. Паять необходимо легкоплавким припоем.

Выводами датчика служат фольговая площадка, к которой припаян пьезоэлемент, и впаянное в плату основание консоли. Плату укрепляют на поверхности,

вибрацию которой надлежит контролировать. При механическом колебании этой поверхности на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов длительностью З...15 мс.

Для того чтобы усилить эти импульсы и придать им форму, необходимую для дальнейшей обработки, сигнал с датчика подают на вход усилителя-формирователя (см. схему на рис.2). Операционный уси

литель DA1 работает в режиме максимального усиления, а транзистор VT1 - в режиме переключения. Диод VD1 увеличивает своим напряжением отсечки зону нечувствительности транзистора.

ОУ вместе с диодом и транзистором образуют компаратор напряжения, отличающийся малым энергопотреблением. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Если амплитуда отрицательной полуволны сигнала датчика менее напряжения на резисторе R2, транзистор VT1 остается закрытым, а выходное напряжениеравным нулю.

Механическое возбуждение датчика приводит к появлению на выходе формирователя нескольких прямоугольных импульсов длительностью 3...15 мс, по амплитуде пригодных для прямого введения их в цифровой анализатор, выполненный на микросхемах КМОП. Простейшее подобное устройство, способное выделить полезный сигнал на фоне ложных срабатываний, представляет собой счетчик(001 на рис.2), периодически обнуляемый по входу R импульсами электронных часов или специального генератора. Сигнал тревоги - напряжение высокого уровня - появится на выходе лишь тогда, когда число импульсов на входе счетчика в интервале между двумя соседними обнуляющими импульсами достигнет некоторого числа, устанавливаемого переключателем SA1 (на рис.2 оно установлено равным восьми).

Если не задаваться решением задачи исключения ложных сигналов, то сигнал с коллектора транзистора VT1 можно подавать непосредственно на вход узла формирования сигнала тревоги.

Как показывает опыт, датчик практически не реагирует на акустические сигналы, распространяющиеся в воздушной среде. Чувствительный прежде всего к нормальной составляющей вибраций, он довольно хорошо воспринимает и возмущения, лежащие в плоскости пьезоэле-мента,-очевидно вследствие возникновения реакции в точках крепления стойки. Таким образом, датчик реагирует на вибрации произвольной ориентации. Ток, потребляемый усилителем-формирователем в режиме ожидания при напряжении питания 9 В, не превышает -18 мкА, при 5 В - 10 мкА.

Источник: РАДИО 12/94

C этой схемой также часто просматривают: