Безконтактний датчик для керування ввімкненням освітлення

Невеликий огляд безконтактного датчика для керування різними навантаженнями, хоча основне його призначення — усе-таки керування ввімкненням освітлення.


Деякий час тому, а точніше, 6 років тому, я робив кухонні меблі для дому й постало питання зручного керування освітленням. Річ у тім, що кухня — це місце, де світло доводиться вмикати не лише мокрими, а іноді й брудними руками, наприклад під час оброблення м’яса, тож звичайні вимикачі не надто зручні.

Другою причиною було бажання мати приховані вимикачі, і тоді в мене все вийшло. Допоміг мені в цьому мій тезко з Білорусі, який опублікував в інтернеті статтю про такий вимикач (якщо не помиляюся, ось вона). Я зв’язався з автором, і згодом на моє прохання він доопрацював схему. Зараз ця схема має вже інший вигляд, але про це розповім пізніше.
Працює все це майже нормально. Чому саме «майже», я також розповім під час огляду, так би мовити, у контексті.

Фотографії зроблені майже 6 років тому, 4 вересня (можна сказати, річниця). Якість жахлива, а доступу до вимикачів, щоб перезняти, на жаль, у мене немає.
Як можна зрозуміти, була невелика платка з мікроконтролером і парою світлодіод—фототранзистор.
Усе це встановлювалося всередині фальшпанелі на кухні. Для цього свердлом Форстнера висвердлили заглиблення діаметром 35мм і завглибшки близько 8мм, а потім зробили паз для проводів. Фрезера в мене тоді не було, тож робив за допомогою брухту й такої-то матері, вийшло грубо й криво :(


Але коли все зібрано, майже нічого не видно. Ззовні лише сам світильник і пара отворів, їх видно у верхній частині знімка.
З двох вимикачів один працює майже бездоганно, а другий досить швидко перестав нормально працювати й реагує лише на щось відбивне, ніж рука.


З огляду на те, що найближчим часом мені належить подібне складання кухні та встановлення вимикачів, я взяв для огляду готовий варіант. Продається як поштучно, так і по 5-10шт, у моєму випадку це лот із 5 штук.


Платки маленькі й акуратні, кількість збігається, поки запитань немає :)


Розміри друкованої плати — 40х10мм, висота близько 8-8.5мм.
Плата призначена для встановлення в профіль для світлодіодних стрічок, щоправда, модуль самого датчика трохи виступає за площину розсіювача, що трохи псує вигляд. Крім того, слід бути уважним: стрічка під’єднується правильно лише з одного боку. Якщо встановити її навпаки, полярність підключення буде неправильною. Нічого не згорить, але доведеться під’єднувати дротиками навхрест.


Конструкція гранично проста: невелика платка, на ній фотодатчик відбитого світла, мікроконтролер, стабілізатор живлення та польовий транзистор для комутації навантаження.
В описі заявлено живлення 12 Вольт, струм навантаження до 3 Ампер, при цьому потужність навантаження вказана 36-72 Ватта, що натякає також на живлення 24 Вольта.
Докладніший огляд показав, що стабілізатор на вході розрахований на 40 Вольт, а ключовий транзистор — на 30, тому діапазон живлення, найімовірніше, 12-24 Вольта, але більше я б не подавав. А от меншу напругу подавати можна: плата нормально працює приблизно від 6-7 Вольт.


Мікроконтролер HT68F002, стабілізатор SE8550, польовий транзистор AO3400, максимальний струм комутації — 5.8 Ампера.

Знизу плати компонентів немає, тож її можна приклеїти двостороннім скотчем, як світлодіодну стрічку.


Посилання на даташити я навів вище, але вирішив, що комусь може стати в пригоді й схема пристрою, тим паче вона проста.



Вимірювати тут особливо нічого: заявлений струм споживання — 10мА, насправді близько 1мА, а під час увімкнення/вимкнення підскакує до 7-10мА.
Але я подивився осцилографом, що відбувається на виході керування світлодіодом датчика. Світлодіод працює в імпульсному режимі — це зроблено для економічності схеми, адже за безперервного живлення струм споживання становив би близько 60мА.
Частота ввімкнення світлодіода — близько 33 Гц, тривалість світіння — 230мкС.


Принцип роботи гранично простий: піднесли руку — світло ввімкнулося, піднесли ще раз — вимкнулося. Слід розуміти, що це не датчик руху: йому байдуже, рухаєте ви рукою чи ні, він реагує на відбиття.
На платі є місце для перемички з позначенням J1 R0, вона під’єднана до виводу 5 мікроконтролера. У разі встановлення перемички тригерний режим вимикається, і навантаження вмикається, доки спрацьовує датчик.
Також є синій світлодіод, який світиться у вимкненому стані — дуже зручно.


Але, як то кажуть, краще один раз побачити, тому я зробив кілька gif-анімацій для демонстрації.

Звичайне зовнішнє освітлення — усе працює дуже зручно, хоча я помічав, що якось вимикач спрацював сам собою, навіть не зрозумів чому.
Дальність спрацьовування залежить від зовнішнього засвічення і за звичайних умов становить 6-8см.
<img src="https://pic.mysku-st.ru/uploads/pictures/02/55/13/2019/09/03/a946f3.gif" alt="" rel="lbox" />

Засвічення від світлодіодної стрічки практично не впливає на дальність спрацьовування.
<img src="https://pic.mysku-st.ru/uploads/pictures/02/55/13/2019/09/03/7965ad.gif" alt="" rel="lbox" />

А ось настільна лампа з галогенною лампою повністю блокує його роботу. Річ у тім, що тут використовується ІЧ-діапазон, і немає ні АРУ, ні відсікання безперервного засвічення, ні несучої частоти, як у ІЧ-фотоприймачів для звичайного дистанційного керування.
Людина, яка давно викладала свою розробку, тепер перейшла на модель з ІЧ-фотоприймачем, а не звичайним фототранзистором. Така схема позбавлена цього недоліку, але фотоприймач має більший розмір.

Також роботу блокує засвічення від власного світлодіода. Саме з цієї причини один із моїх датчиків почав погано працювати: у ДСП були зроблені отвори, але, мабуть, з якоїсь причини з часом одна з плат трохи піднялася, і тепер, щоб увімкнути пристрій, треба піднести щось, що відбиває світло, наприклад металеву кришку.
<img src="https://pic.mysku-st.ru/uploads/pictures/02/55/13/2019/09/03/bea2fc.gif" alt="" rel="lbox" />

Частково розв’язати проблему можна, звузивши діаграму спрямованості фотодіода, наприклад звичайним шматочком термоусадки.


Схема починає працювати коректно, але проблема з прямим яскравим засвіченням усе одно залишається. Наприклад, у мене, коли сонце світить прямо на стільницю, світло може самовільно вмикатися/вимикатися.


Є ще одна "особливість" — це не поломка, просто така особливість. Якщо піднести руку на певну відстань, вимикач починає вмикатися/вимикатися. Чому так, не знаю; це відбувається, навіть якщо до нього нічого не під’єднано і світлодіод індикації стану закритий.
<img src="https://pic.mysku-st.ru/uploads/pictures/02/55/13/2019/09/03/705a79.gif" alt="" rel="lbox" />


Отже, що можна сказати в цьому випадку.
Спочатку про хороше. Усе працює, датчик вмикається і вимикається, споживає мало, поміщається у стандартний алюмінієвий профіль, зібраний відносно акуратно.
Але є й погане. Через те, що схема дуже проста, на неї впливає зовнішнє засвічення світильниками з великою віддачею в ІЧ-діапазоні, тобто звичайними лампами розжарювання.

Якось у мене була ідея простого способу захисту від зазначених вище проблем: розділити фототранзистор і мікроконтролер конденсатором, щоб відсікти постійну напругу, а для відсікання завад передавати простенький код за допомогою світлодіода. Відповідно, коли є нормальне відбиття і мікроконтролер бачить, що код правильний, він вмикає освітлення. Але оскільки я не програміст, реалізувати це не зміг.
Також є варіант подібного вимикача на дискретних компонентах, якщо не плутаю, з використанням мікросхеми DTMF-декодера.

Коротко: використовувати можна, працює, але під час встановлення слід враховувати описані вище "нюанси".

На цьому в мене все, сподіваюся, цей короткий огляд усе-таки був корисним.