Звуковой прерывистый сигнализатор вибрации - 2 (далее просто ЗПСВ2) можно использовать как датчик падения, датчик открывания и закрывания входной двери, датчик разбития стекла, датчик чрезмерной вибрации бытовых приборов (вентилятора, холодильника, стиральной машины). Пример оригинального использования датчика вибрации: Стукните кулаком или ладонью по столу и включится свет. Топните ногой и раздвинутся шторы в комнате. Кстати, при землетрясении в 3-4 балла (когда в серванте едва заметно позвякивают стаканы) ЗПСВ2 также срабатывает («повезло» зарегистрировать).
Рисунок 00.
Получена очередная посылка с новыми радиодеталями. И в голове возникла идея изготовить высокоэкономичное, миниатюрное, многофункциональное и одновременно простое устройство - звуковой прерывистый сигнализатор вибрации - 2 (далее просто ЗПСВ2). При составлении схемы приоритет был отдан современным компактным радиодеталям.
Если у Вас есть желание посмотреть, как работает ЗПСВ2, то откройте ВИДЕО.
Чтобы посмотреть этот же файл на мобильном устройстве вы можете воспользоваться QR - кодом:
Основной недостаток ЗПСВ2 в том, что он не срабатывает при наклоне, если наклон не сопровождается толчками, вибрацией или сотрясениями.
Рисунок 01.
Сокращения, принятые в статье
ГПИ – генератор прямоугольных импульсов.
Лог.0 – логический ноль (низкий логический уровень).
Лог.1 – логическая единица (высокий логический уровень).
ОВ – одновибратор;
ПП - печатная плата.
ФПТ – фильтр постоянного тока.
Состав ЗПСВ2
ЗПСВ2 состоит из:
- датчика вибрации SV1, имеющего наименование SW-18015P;
- резистора R1 установки лог.1 (высокого логического уровня) на входе (выводе 8) элемента DD1.2 при разомкнутых контактах датчика SV1;
- ОВ, собранного на элементах DD1.2, DD1.4, C2, R4, R5;
- ГПИ (генератора прямоугольных импульсов), собранного на элементах DD1.1, DD1.3, конденсаторе C1, резисторах R2, R3; подстроечном резисторе RP1 и диоде VD1;
- токового ключа на полевом транзисторе VT1 с изолированным затвором;
- стоковой нагрузки - активного зуммера BF1, вырабатывающего тональный сигнал частотой 2,7 кГц, и элементов R6, С4;
- конденсатора С3 – ФПТ (фильтра постоянного тока);
- керамического конденсатора С5 – подавителя вероятных импульсных помех;
- тумблера SA1 «Вкл.» типа МТ1, который после измерения дежурного тока (менее 0,1 мкА !!!) заменён проволочной перемычкой;
- литиевой батареи CR2032 с рабочим напряжением +3 Вольта и её «фирменным» отсеком для батарейки.
Отсек для батарейки, например, в интернет-магазине MCU store имеет артикул 00519 и цену 11 рублей.
Предлагаем вашему вниманию ещё одно видео «ЗПСВ2-2», в котором дополнительно рассказывается о датчике вибрации и малогабаритной литиевой батарейке для ЗПСВ2.
ВИДЕО
Описание датчика вибрации SW-18015P
Датчик вибрации SW-18015P (Vibration Sensor switch SW-18015P) состоит из цилиндрического металлического корпуса, внутри которого расположена металлическая пружина, а в центре пружины — стержень. Два контакта датчика соединены с пружиной и со стержнем. При ударе, вибрации или другом механическом воздействии пружина физически контактирует со стержнем, что приводит к замыканию контактов датчика. В состоянии покоя датчик сохраняет разомкнутое состояние контактов.
Рабочее напряжение: < 12 Вольт. Протекающий ток: 0,1 мА. Время срабатывания: 0,1 … 2 мС. Closed resistance (замкнутое сопротивление): < 30 Ом. Open resistance (открытое сопротивление) > 10 МОм. Срок службы: более 50000 часов. Нормальный срок службы переключателя может достигать 20 0000 циклов. Рабочая температура: -25 ... +85⁰ C. Относительная влажность 95% (в течение 96 часов). Термостойкость = +100⁰ С. Условия пайки выводов: в течение 3 секунд при 230⁰ С. Конечная буква Р в маркировке датчика обозначает «полностью герметичный.
Датчик вибрации SW-18015P, например, в интернет-магазине MCU store имеет артикул 00358 и цену 11 рублей.
Далее – текст (выделено курсивом), переведённый с тарабарского языка, на почти литературный отечественный:
Иллюстрация переключателя встряхивания серии SW-180.
1. В бесшумных условиях он продолжает выключаться под любым углом. Когда на него воздействует внешняя сила и он достигает надлежащего состояния встряхивания или скорость движения достигает надлежащего значения центрической силы, тогда текущая ведущая точка будет отображать состояние включения на короткое время, электрический характер будет изменен (КЗ). Когда внешняя сила исчезает, он восстанавливает выключенное состояние.
2. Без направления, включение под любым углом касания.
3. Слово type с буквой «P» в конце означает завершенную герметичную, водонепроницаемую и пылезащитную упаковку.
4. В соответствии с текущими запросами выберите подходящий swift switch (быстрое переключение).
5. Подходит для небольшого тока, соприкасающегося с цепью.
Принцип работы электрической части ЗПСВ2
При вставленной в соответствующий отсек батареи GB1 (см. рисунок 1) конденсаторы ФПТ C3, C5 постоянно заряжены, но имеют минимальный ток утечки и ток практически не потребляют. В состоянии покоя датчик SV1 разомкнут, ОВ (DD1.2, DD1.4, C2, R4, R5) заторможен. С выхода ОВ (с вывода 10 DD1.2) уровень лог.0 (через два инвертирующих элемента) поступает на затвор транзистора VT1. Сопротивление канала сток - исток VT1 стремится к бесконечности и транзистор VT1 закрыт. Стоковая нагрузка VT1 обесточена и зуммер BF1 молчит.
При появлении тряски, вибрации или одиночных ударов датчик SV1 как минимум однократно замыкается. На вход (вывод 8) элемента DD1.2 поступает лог.0 и ОВ (DD1.2, DD1.4, C2, R4, R5) запускается. Резистор R5 улучшает режим работы входа (вывода 9) элемента DD1.1 при зарядно-разрядных циклах конденсатора С2.
После запуска ОВ, лог.1 на выходе ОВ (выводе 10) DD1.2 удерживается в течение времени, определяемого времязадающей цепью C2 R4 и ориентировочно определяется по формуле:
T = 0,69 ∙ RC, где Т – длительность импульса ОВ в секундах; R - сопротивление резистора R4 в мегомах, а С - ёмкость конденсатора С2 в микрофарадах.
Итак, на выходе ОВ в течение 3 секунд поддерживается лог.1, которая разрешает работу ГПИ (DD1.1, DD1.3, C1, R2, R3, RP1, VD1). Пока на управляющем входе (выводе 1) элемента DD1.1 установлен лог.0, ГПИ заторможен. Однако, когда на управляющем входе (выводе 1) элемента DD1.1 с выхода ОВ поступает лог.1, ГПИ начинает работу. На его выходе (выводе 3) DD1.1 формируются прямоугольные импульсы с периодом следования Т = 0,055 секунды (около 18,2 Герца). Скважность импульсов выбрана такой, чтобы зуммер включался только на короткие промежутки времени. Это обеспечивает высокую экономичность ЗПСВ2.
Поиск с нейро выдал следующие данные о токовых возможностях литиевой батареи CR2032. Рабочий ток малогабаритной батареи CR2032 составляет: типичный — от 0,1 до 0,2 мА; максимальный долговременный — 3 мА. В импульсном режиме максимальный рекомендуемый ток — 15 мА.
Дополнительный диод VD1 ускоряет разряд конденсатора С1 (по цепи VD1-R2) при появлении на выходе (выводе 3) DD1.1 уровня лог.1 и позволяет изменять скважность. При этом, чем больше частное от деления суммарного сопротивления резисторов RP1 и R3 на сопротивление резистора R2, тем меньше численное значение скважности.
После инвертирования выходного сигнала ГПИ логическим элементом DD1.3 на выходе (выводе 4) DD1.3 получаются короткие открывающие и длинные закрывающие уровни для токового ключа, собранного на полевом транзисторе VT1. При кратковременных открываниях VT1, сопротивление канала исток – сток стремится к нулю. Через стоковую нагрузку (BF1, R6, С4) протекает ток. Зуммер издаёт тональные сигналы «Пи-пи-пи…» пока запущен ОВ.
Далее, если тряска, вибрации или одиночные ударные воздействия на датчик SV1 не продолжаются, ЗПСВ2 переходит в высокоэкономичный дежурный режим.
Оксидный конденсатор С4 улучшает стабильность работы зуммера BF1. Резистор R6 ограничивает средний рабочий ток зуммера BF1 до величины 10 мА.
При необходимости увеличить длительность выходного импульса ОВ, следует увеличить ёмкость конденсатора С2 (проверено до 220 мкф).
При R4 = 100 кОм, С2=22 мкФ длительность выходного импульса ОВ = 2,5 с. При R4 = 1 МОм, С2 = 22 мкФ длительность выходного импульса ОВ = 25 секунд
Настройка ЗПСВ2
Выполненный из исправных элементов безошибочный монтаж обеспечивает работоспособность устройства при первом включении. Однако, на практике бывает полезно первое включение делать от лабораторного блока питания.
1). Включают питание и измеряют ток дежурного режима. Если потребляемый ток не превышает 1 мкА, то «будируют» датчик SW1 и убеждаются, что зуммер включается.
2). Подстроечным резистором RP1 устанавливают требуемую скважность управляющих импульсов ГПИ.
3). При необходимости увеличить длительность работы ОВ, увеличивают ёмкость С2.
Время работы ОВ (одновибратора) ЗПСВ2 выбрано 3 секунды. Если увеличить ёмкость С2 до 22 мкФ, то выдержку в широких пределах (от 2,5 секунд до 25 секунд) можно регулировать подбором сопротивления резистора R4 (от 100 кОм до 1 МОм – соответственно). Длительность импульса ОВ можно дополнительно увеличить в 10 раз, изменив ёмкость С2 с 22 мкФ до 220 мкФ.
ИМС DD1 К561ТЛ1 можно заменить более распространённой и дешёвой К561ЛА7, а транзистор КП505А – транзистором КП505Г и даже КП501А.
3). При значительных внешних импульсных помехах (и ложных срабатываниях ЗПСВ2) ёмкость керамического конденсатора C5 следует увеличить до 0,68 мкФ.
Доработки и улучшение ЗПСВ2
1). Схема ЗПСВ2 работоспособна при напряжении GB1 от +2,3 Вольта и более (например, до +9 Вольт). Нужно только подобрать сопротивление резистора R6 или взять зуммер с соответствующим рабочим напряжением. Ранее зуммеры (TR1203у … TR1212у) выпускались на напряжение 3, 5, 9 и 12 Вольт, а в настоящее время производителем никак не маркируются. В таком случае можно порекомендовать устанавливать рабочий ток зуммеров в пределах 20 … 30 мА.
2). Увеличить громкость звука зуммера можно, увеличив напряжение GB1 c 3 до 6 Вольт. Конструкция батарейного отсека GB1 позволяет установить не одну батарею CR2032, а две батареи CR2016 (2 х 3 = 6 Вольт). Однако, такая замена несколько сократит срок службы ЗПСВ2 с одним комплектом батарей: ёмкость батареи CR2016 меньше, чем CR2032.
3). Если понадобится «вынести» с ПП (печатной платы) датчик SV1, то может потребоваться зашунтировать его керамическим конденсатором малой ёмкости (проверено до 0,33 мкФ) для исключения срабатывания ЗПСВ2 от ложных срабатываний.
Детали ЗПСВ2
В ЗПСВ2 применены резисторы ОМЛТ, С2 - 33 с мощностью рассеивания 0,125 и 0,25 Ватта. Конденсаторы С1 … С4 - оксидные К50 - 35 или зарубежного производства. Конденсатор С5 - керамический типа КМ или малогабаритный зарубежного производства. Диод VD1 может быть любым кремниевым типа КД104, КД503, КД510, КД513, КД520 … КД522 с любым буквенным индексом. Транзистор VT1 можно заменить КП505Г и даже мощным типа IRF540. Микросхема DD1 К561ТЛ1 имеет зарубежный аналог CD4093A, CD4093BE. Батарея GB1 литиевая CR2032 с рабочим напряжением 3 Вольта может быть заменена двумя литиевыми CR2016, соединёнными последовательно. Тумблер SA1 - МТ1, MTS102, SMTS102 или перемычка. Зуммер BF1 TR1203y. Датчик вибрации SW-18015 можно заменить аналогичными SW-18010P или SW-18020P. Датчики наклона также подойдут при эксплуатации ЗПСВ2 с качелями.
ЗПСВ2 может работать при напряжении питания от +2,3 до 9 Вольт. При отличном от указанного в схеме (рис.1) номинальном напряжении питания рекомендуется подобрать сопротивление резистора R6, установив рабочий ток BF1 не более 15 мА.
Печатная плата ЗПСВ2 выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 51 х 33 х 1,0 мм (см. рисунки 02 и 03). Диаметр отверстий на печатной плате под микросхему - 0,7 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты – 0,8 … 1 мм, под соединительные проводники - 1…1,2 мм., под 3 крепёжные отверстия – 3,2 мм. Под правое верхнее крепёжное отверстие, предназначенное для крепления пружины, – 2,5 мм.
Рисунки 02 и 03.
Рисунок печати – «трассировка печатной платы» – (см. рисунок 3) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса. О методе термопереноса рисунка трассировки ПП подробно можно прочитать в файле MTR_TO (3444 кБ), пройдя по ссылке: