Laserová závora s triakem 230V
FUNKCE: přerušením laserového paprsku se na 5-40 sec sepne síťová zátěž RZ1. Lze zapnout režim Den-Noc.
Laserový kompakt
Odrazový prvek
Popis funkce:
Modul obsahuje laserový vysílač a přijímač, fotočidlo den/noc, časovač sepnutí RZ1 a triak - spínač 230V. Vše je na jedné DPS mimo samotného těla laseru. Funkce modulu s žárovkou jako RZ1: přerušením paprsku (0,5sec) se rožne žárovka na dobu danou trimrem PT2 (5-40sec). Pokuď potom v cestě paprsku nebude žádná překážka, žárovka zhasne, jinak jen mžikově "promrkne" a zůstane svítit další časovou periodu. To se bude opakovat dokud stínící překážka nezmizí - pak modul opět přejde do provozního/hlídacího režimu. V tomto režimu jsou tedy laser a RZ1 vůči sobě inverzní - buď svítí žárovka nebo laser. R-trimrem PT1 s propojkou JP1 na (DPS) lze nastavit režim den/noc. V praxi vyzkoušený dosah s obyč. zrcátkem je 60m (trajektorie 120m), pak již byl paprsek příliš rozostřen.
Popis schéma:
Obvod funguje na principu vodivého a nevodivého DM1 (D-můstku). V klidovém provozním stavu je DM1 "vodivý", po přerušení laserového paprsku se napětí na DM1 zvedne, čímž se sepne triak TR1.
Pro dále uvedený popis viz obrázek "01 schema": Po připojení 230V začne přes omezovací C1 procházet stř. proud (28mA), můstek DM1 jej usměrní a okamžitě nabije C2. Tím se zvedne napětí na DM1 nad stabilizační napětí ZD3 resp. ZD4 a triak TR1 je spínán každou 1/2 periodu sítě. Laserový paprsek je třeba nějak "nastartovat". To zajišťuje časovací obvod R9, C6, ZD5, D7. Po téměř okamžitém nabití C2 (asi 7V) se pozvolna přes R9 nabíjí C6, až se přes ZD5 otevře T1, dále pak přes ZD1 tranzistor T2 který sepne tyristor TY1. Laser vyšle záblesk do fotočidla, čímž se naváže optické pulzní spojení mezi LS1 a FT1. Obvod se tak dostane do hlídacího-provozního režimu. Potom je C6 přes D7, společně s akumulačním C2, periodicky vybíjen přes LS1 a TY1 každým zábleskem laseru, frekvencí asi 70Hz. Děj startovacího/vzorkovacího impulzu probíhá při každém zaclonění paprsku. Navenek se to projeví tak, že opakovaně, dle nastaveného času (PT2), svítící žárovka a zhasnutý laser mžikově probliknou inverzně.
Periodické vybíjení C2 tyristorem TY1 je podmíněno záblesky laseru. Ty "dodávají" přes fototranzistor FT2, vazební C4 a blokovací D6 nabíjecí impulzy pro C3. Při napětí C3 nad 1V se T1 otevře, což umožní propustnost diody ZD1. Když napětí na akumulačním C2 stoupne nad napětí ZD1, dojde k sepnutí tyristoru TY1 přes tranzistor T2. Když se paprsek přeruší, T1 se zavře, T2 nemůže sepnout tyristor a na C2 se okamžitě přizvedne napětí, což způsobí sepnutí triaku TR1. Po odclonění paprsku se pak "vzorkovacím impulzem" zase obnoví režim hlídání. Kondenzátor C5 (R7) zavádí reakční zpoždění asi 0,5s pro přerušení paprsku (déšť, sníh, létající hmyz).
Díky ZD2 je vytvořeno "mrtvé" hysterzní pásmo, v kterém LS už nesvítí ale triak TR1 ještě není sepnutý. V tomto bodě zaniknou pilové kmity a jak se napětí na C2 zvedne na maximum, zůstane na emitoru T2 konst. napětí dané ZD2 a napětí nad 6,8V je opřeno o R4. Tímto napětím je závěrně blokována báze T2. Horní hysterzní bod je dán velikostí stabilizačních napětí ZD3, ZD4; tím je současně omezeno max. napětí za D-můstkem.
Laserový snímač: Jako čidla FT1 je využito závěrně polarizovaného fototranzistoru. Pokuď není čočka fototranzistoru namířena přímo do bodového zdroje světelného záření, má FT1 odpor řádově desítky MOhm. Optické vlastnosti laserového paprsku působí na FT1 tak, že jeho odpor rapidně klesne. Tento jev je tak výrazný, že zde není třeba zesilovač signálu.
Funkce fotočidla viz obrázek "02 schema": Aktivní fotočidlo FT2 zablokuje sepnutí triaku TR1. Při osvětném FT2 pracuje opt. vazba LS-FT1 dále, ale navíc je proud báze T2 sváděn "bokem" přes ZD6 k zemi, takže přerušení las. paprsku nezpůsobí zavření T2 a sepnutí triaku TR1. Nastavení žádoucí úrovně osvětlení se nastaví trimrem PT1. Po setmění přestane být ZD6 vodivá a funkci řízení T2 přebírá opět T1.
Přes ZD7 se zavádí blokovací předpětí na FT2. Těsně před každým sepnutím triaku TR1 je přes ZD7 přizvednuto napětí na R12 asi o 1V. To blokuje fotočidlo FT2 při sepnutém triaku a brání tak aktivaci fotočidla FT2 "vlastní" žárovkou RZ1, která by jinak, díky tepelné setrvačnosti, cyklovala.
Laserový modul: Ne každý laserový modul vydrží tento impulsní provoz, resp. napěťové přetížení. V době vzniku této konstrukce byly na výběr jen moduly z GM. Ukázalo se, že při doporučeném provozním proudu vykazují různá napětí. Původní las. modul použitý v konstrukci měl při 50mA napětí 3,8V. Je tedy třeba použít laser od 5V nebo vybrat vhodný modul na základě měření proudu. Omezení proudu odporem se neosvědčilo, omezení napětí diodami je (díky dynamickému odporu) vhodnější. Pro používání LS modulu na krátké vzdálenosti je výhodné paprsek rozostřit, pro snadné zaměření a eliminaci okolních vibrací. Je třeba počítat s tím, že stejně každý laser časem pohasne (provozní hodiny laseru).
Poznámky:
Pozor na (velmi) choulostivý T1, zkratovací pružinku vytáhnout až po zapájení do DPS jako poslední součástku.
Spínač S1 není na DPS zapojen. Triak T410 má zaručenou symetrie spínacího proudu Ig v obou směrech, jiný typ nemusí vyhovovat. Jako odrazového prvku byla použita pudřenka se zrcátkem. Díky vyklopnému víčka lze zrcátko natáčet do libovolného směru v ose X-Y (viz foto).
Prototyp nebyl testován pro dlouhodobý provoz, ale jen příležitostně jako "přenosný" hlídač na chatě, zahradě...
Je třeba mít stále na vědomí, že všechny součástky jsou proti zemi trvale pod napětím 230V.
Funkce hejblátek:
PT1 - nastavení úrovně okolního osvětlení pro režim den/noc
PT2 - nastavení doby aktivace RZ1 (5-40sec)
JP1 - funkce den/noc
JP2 - trvalý svit laseru pro zaměření paprsku (zkrat T1)
RZ2 - piny pro paralelní připojení např. bzučáku 230V k RZ1
K součástkám:
R1, R2: rezistor RM0411 (700V)
R ostatní: rezistor RM0207
C1: FUNK 330nF (fóliový 275VAC)
C6: ellyt 100uF/25V (CE 100u/25VIT CAP-GL, RAD 100/25 HT LXZ)
C2 ellyt 10uF/25V
C ostatní: kerko
D1 - 5,7: 1N4007; D6: BAT43
ZD2: BZX 6,8V/0,3W
ZD3, 4: BZX 8,2/1,3W
ZD1, 5, 6, 7: BZX 6,2V/0,3W (ZD nové z jednoho "vrhu")
FT1, FT2: L53P3C (IRE5 nebo ekvivalenty)
T1: BS170 (tranzistor VMOS)
TR1: T410 triak (T410/600T)
PT1, PT2: PT 10-L 4M70 (R-trimr 4,7MOhm (GM))