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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Sicherheitsalarm auf Solarzellen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Für ein Einbruchmeldegerät kann Licht als gute Energiequelle dienen und es mit einem in einiger Entfernung davon befindlichen Detektorkreis versorgen. Tatsächlich ernährt sich eine solche Einbruchmeldeanlage komplett von selbst.
Funktionsprinzip des Geräts Sie müssen mit einer Lichtquelle beginnen. Ein Lichtstrahl wird entlang einer Tür, eines Fensters oder eines Raums gerichtet und bildet so eine Sicherheitszone. Auf der Empfangsseite erkennt die Solarzelle das Vorhandensein eines Lichtstrahls und wandelt ihn in Elektrizität um. Die Solarzelle spielt eine wichtige Rolle beim Betrieb des Geräts; Es erkennt nicht nur das Licht, sondern versorgt auch den Signalschaltkreis selbst mit Strom. Das ganze Geheimnis liegt in der Wahl eines Alarmsystems, das speziell auf minimalen Stromverbrauch ausgelegt ist. Aufgrund dieser Eigenschaft der Schaltung wird das Ausgangssignal der Solarzelle gleichzeitig als nützliche Information über den Lichtstrahl und zur Stromversorgung des gesamten Geräts genutzt. Schematische Darstellung Das Signalisierungsschema kann in drei Teile unterteilt werden. Beginnen wir mit dem fotoelektrischen Wandler. Tatsächlich handelte es sich bei der bisher diskutierten Solarzelle um eine Solarbatterie aus fünf in Reihe geschalteten Zellen. Die Gesamtausgangsspannung der Batterie beträgt 1,6 V bei einem Strom von etwa 1 mA, abhängig von der tatsächlichen Beleuchtung der Zellen. Zunächst muss das Solarpanel den Alarmkreis mit Strom versorgen. Dies wird durch das Laden eines kleinen wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Akkus erreicht. Der Ladekreis enthält eine Solarzelle, eine Diode D1 und eine Batterie. Wenn ein „Schutz“-Lichtstrahl auf die Oberfläche der Solarbatterie fällt, wird die Batterie durch den durch die Diode D1 fließenden Strom geladen. Aus dem vorherigen Kapitel wissen wir, dass die Ladespannung der Batterie auf etwa 1,35 V sinkt. Unter diesem Gesichtspunkt kann man sich die Batterie tatsächlich als Zenerdiode vorstellen. Angesichts des Spannungsabfalls von 0,3 V an der Diode D1 stabilisiert sich die Spannung der Solaranlage selbst bei 1,65 V. Der Strom der Solarbatterie fließt auch durch die Widerstände R1 und R2. Die Stärke dieses Stroms beträgt weniger als 250 μA, wobei der größte Teil des Stroms zum Laden der Batterie verwendet wird. Widerstände und R2 sind ein wichtiger Teil der Erkennungsschaltung. Betrachten Sie alles der Reihe nach (Abb. 1). Wenn Strom durch R1 und R2 fließt, kommt es zu einer Spannungsteilung. Die Widerstände der Widerstände R1 und R2 sind so gewählt, dass bei Beleuchtung der Solarzellen der Spannungsabfall am Widerstand R1 nur etwa 0,21 V beträgt. Diese Spannung summiert sich zum Spannungsabfall an der Diode D1 (0,3 V), was zu eine Potentialdifferenz zwischen der Basis und dem Emittertransistor Q1 beträgt 0,51 V. Da Q1 ein Siliziumtransistor mit einer minimalen Vorspannung von 0,7 V ist, ist die Basisspannung zu niedrig, um den Transistor einzuschalten. Wenn die Solarzelle mit Licht beleuchtet wird, ist der Transistor gesperrt und es fließt kein Strom durch ihn.
Wenn jedoch der Lichtstrahl unterbrochen wird, stoppt der Strom vom fotoelektrischen Wandler, sodass kein Strom durch den Widerstand R1 fließt. Der Strom stoppt auch über die Diode D1. Was passiert, ist, dass R1 zu einer hochohmigen Quelle wird, D1 eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode ist (aufgrund des Spannungsverlusts der Solarzelle) und Strom durch R2 und den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q1 fließt. Nun erscheint der Kollektorstrom. Kollektorstrom wird an IC1 (Alarmgenerator) geliefert. Dieses Design verwendet diese spezielle Mikroschaltung, da sie mit einer extrem niedrigen Versorgungsspannung arbeitet und sehr wenig Strom verbraucht. Bei einer Versorgungsspannung von 1,5 V (typisch für die Signalisierung) geht der LM3909-Chip in einen instabilen Zustand und befindet sich daher im Generierungsmodus. Die Werte der Komponenten R5, R6 und C1 bestimmen die Frequenz der Generation. Der LM3909 enthält außerdem eine Leistungsverstärkungs-Ausgangsstufe. Durch den Anschluss eines akustischen Wandlers (Lautsprecher) zwischen dem Generatorausgang (Pin 2) und dem Pluspol der Batterie ist bei laufendem Generator ein lautes, deutlich erkennbares Signal zu hören. Bei Unterbrechung des Lichtstrahls wird der Detektorkreis sofort ausgelöst und es ertönt ein akustisches Signal. Wenn der Lichtstrahl wiederhergestellt ist, schaltet sich der Transistor Q1 aus und die Erzeugung stoppt. Somit übernimmt die Schaltung die Rolle einer Glocke, die beim Öffnen einer Tür oder eines Tors läutet. Behebung eines Alarms Wenn eine automatische Wiederherstellung des Schaltkreises unerwünscht ist, beispielsweise in einer Einbruchmeldeanlage, wird ein Verriegelungsschaltkreis in die Basiseinheit eingebaut. Dies sind im Wesentlichen die Elemente der R3-, Q2- und R4-Schaltung, der gesamte Trick der Fixierungsschaltung wird jedoch durch den LM3909-Chip bestimmt. Ein 5-Ohm-Widerstand ist innerhalb der Mikroschaltung zwischen den Pins 6 und 12 angeschlossen. Solange an der Plusklemme 5 keine Spannung anliegt, fehlt diese auch an der Klemme 6. Dies ist der Zustand des Schemas vor dem Commit. Wenn der Lichtstrahl unterbrochen wird, schaltet sich der Transistor Q1 ein und versorgt Pin 5 mit Strom, wodurch der Oszillator gestartet wird. Potenzial liegt auch an Pin 6. Wenn der Schalter „Latching S1“ eingeschaltet ist, wird die Spannung von Pin 6 über den Widerstand R4 an die Basis des Transistors Q2 angelegt. Der Strom beginnt durch den Transistor Q2 und den Widerstand R3 zu fließen, wodurch der Strom, der bereits durch die Basis des Transistors Q1 fließt, weiter zunimmt. Selbst wenn von der Solarzelle wieder Spannung zugeführt wird, ändert sich der Fließweg des von den Solarzellen erzeugten Stroms deutlich. Dadurch ist der Widerstandswert des Widerstands nicht mehr kleiner als der Widerstandswert des Widerstands R2 und der Spannungsabfall an R1 steigt. Der effektive Widerstand von R2, R3 und Q2 wird im Vergleich zu R1 klein und die Solarzellen sind nicht in der Lage, den Transistor Q1 aus der Sättigung zu bringen. Somit wird das Alarmsignal auch dann gegeben, wenn der Lichtstrahl wiederhergestellt ist. Es kann nur mit Schalter S1 ausgeschaltet werden. Sicherheitsalarm-Design Grundlage des Entwurfs ist eine Batterie, die aus fünf in Reihe geschalteten Miniatur-Solarzellen besteht und äußerlich einem Ziegeldach ähnelt. Es ist klar, dass recht kleine Elemente verwendet werden können, da diese einen Mindeststrom benötigen. Es ist nicht einfach, eine solche Batterie ohne ausreichende Kenntnisse der Technik des Schneidens von Elementen und der entsprechenden Geräte dafür herzustellen. Es wird dringend empfohlen, eine vormontierte Batterie zu kaufen, die in der Teileliste aufgeführt ist. Um die Reichweite des Einbruchmelders zu erhöhen, werden Solarzellen mit einem Parabolspiegel ausgestattet. Der Spiegel sammelt Lichtstrahlen aus einem großen Raum und fokussiert sie auf die Elemente. Zu diesem Zweck wurde eine tragbare Taschenlampe verwendet, und Sie können das Gleiche tun. Sie müssen eine Taschenlampe mit der größten Objektivöffnung wählen, die Sie finden können – das ist wichtig. Zerlegen Sie dann die Reflektorbaugruppe und entfernen Sie die Glühlampe. Bei dieser Konstruktion bündelt die Linse nicht nur die Lichtstrahlen, sondern schützt den Spiegelreflektor auch vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeit. Nun wird die Solarbatterie von innen mittig auf die transparente Schutzscheibe geklebt, wobei die Rückseite der Batterie zur Linse zeigen sollte. Die Linse wird so angebracht, dass die Solaranlage an der Öffnung der Glühbirne anliegt. Durch dieses Loch werden zwei Leiter der Batterie geführt und anschließend der Reflektor befestigt. Natürlich blockiert die Batterie einen erheblichen Teil der transparenten Linse, weshalb es notwendig ist, einen möglichst großen Reflektor zu wählen. Sie können auch die Größe einzelner Solarzellen reduzieren und die Größe der Batterie verringern. Da die Ausgänge serieller Solarmodule nicht farblich gekennzeichnet sind, ist es notwendig, deren Polarität selbst zu bestimmen. Der an der Vorderseite des unteren Elements angelötete Draht hat eine negative Polarität und ist am Gehäuse befestigt. Der andere an der Rückseite des oberen Elements angelötete Draht hat eine positive Polarität. Eine ähnliche Verteilung der Polarität der elektrischen Leitungen ist typisch für Solarzellen mit pn-Übergang, bei denen die obere beleuchtete Schicht vom n-Typ ist; Bei Solarzellen aus einfachem n-Typ-Silizium sind die obere p-Typ-Schicht und die Polarität der Anschlüsse entgegengesetzt zu der im Text angegebenen. Die Detektor- und Generatoreinheiten des Geräts werden auf der in Abb. gezeigten Leiterplatte platziert. 2 und die Platzierung der Teile darauf - in Abb. 3.
Bis auf das Solarpanel sind alle Teile mit der Platine verlötet. Wenn Sie es anschließen, wird der Alarm ausgelöst. Auf Wunsch können Sie in Reihe mit der Batterie einen Schalter installieren, der es Ihnen ermöglicht, den Alarm auszuschalten, wenn er nicht verwendet wird. Die Leiterplatte ist im Taschenlampenfach verbaut, meist für Batterien vorgesehen. Es ist notwendig, die Platine so zu platzieren, dass der akustische Wandler mit der Außenwelt kommuniziert, sonst wird sein schriller Klang gedämpft. Zusätzlich wird im Gehäuse ein Loch für die „Fixierung“ des Schalters gebohrt. Es ist notwendig, die von den Solarzellen kommenden Leiter zu befestigen und die Taschenlampe sorgfältig zusammenzubauen, wobei diesmal die Batterie an den Stromkreis angelötet wird. Das Sicherheitsgerät ist betriebsbereit. Bei korrekter Installation gibt das System einen schrillen Alarm aus. Um es zu „beruhigen“, ist es notwendig, die auslösende Fixierung auszuschalten und die Oberfläche der Solarzellen zu beleuchten. Das geht ganz einfach: Bevor das System an der dafür vorgesehenen Stelle installiert wird, wird es unter eine Tischlampe gestellt.
Installation eines Sicherheitsalarms Ein typisches Schema für die Installation einer Sicherheitsvorrichtung in einer Tür ist in Abb. dargestellt. 4. Die Höhe beträgt 60 cm, was für die meisten Fälle ausreichend ist. Ein Lichtstrahl wird so gerichtet, dass er den Durchgang in den Raum versperrt.
Jetzt müssen Sie auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung ein Alarmgerät installieren. Möglicherweise muss die Richtung des Lichtstrahls angepasst werden, damit er genau auf die Oberfläche der Solarzellen trifft. Dies lässt sich leicht feststellen: Wenn der Strahl genau ausgerichtet ist, stoppt der Alarm. Als Lichtquelle kann jede leistungsstarke Taschenlampe verwendet werden. Zu diesem Zweck wurde die gleiche Taschenlampe verwendet wie für die Platzierung des Alarmkreises. Die Batterie wurde durch einen 6-Volt-Abwärtstransformator ersetzt, wobei ein Ende der 6-Volt-Wicklung an eine Glühbirne und das andere Ende an das Stromnetz angeschlossen war. Wenn Sie den Lichtstrahl unsichtbar machen möchten, können Sie einen Infrarotfilter verwenden. Sogar rotes Zellophan macht den Strahl weniger wahrnehmbar. Da eine Siliziumsolarzelle eine erhebliche Empfindlichkeit im roten und infraroten Bereich des Spektrums aufweist, ist der Empfindlichkeitsverlust vernachlässigbar. Allerdings muss die durch den Filter eingebrachte Dämpfung berücksichtigt werden: Es ist nicht zu erwarten, dass die Reichweite des Systems gleich bleibt. Bitte beachten Sie, dass es zu einer Erwärmung kommen kann, wenn der Filter die Oberfläche des Lichtsenders bedeckt. Der Grad der Erwärmung hängt vom Filtertyp und seiner Transmission ab. Große Hitze kann einen Brand verursachen. Die Verwendung einer mit Wechselstrom betriebenen Lichtquelle hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie einen Stromausfall signalisiert. Autor: Byers T.
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