🤷🏽 ⌨️ 🧝🏻 निष्क्रिय पाइरोइलेक्ट्रिक सेंसर का सिद्धांत या अभ्यास और एक दिशा सूचक कैसे बनाया जाए 🦔 🍷 🍐

हमारी अपूर्ण दुनिया में, नागरिकों की संपत्ति और शांति की रक्षा के लिए विभिन्न तकनीकी टुकड़ों को बुलाया जाता है। इसलिए, यह मुश्किल है, मेरा मानना है कि एक ऐसे व्यक्ति को खोजने के लिए जिसने गति सेंसर से लैस सुरक्षा अलार्म कभी नहीं देखा होगा। उनके काम के भौतिक सिद्धांत, साथ ही कार्यान्वयन अलग हो सकता है, लेकिन शायद सबसे आम पायरोइलेक्ट्रिक निष्क्रिय अवरक्त सेंसर (पीआईआर)।

कुछ इस तरह:

वे अवरक्त रेंज में विकिरण में परिवर्तन का जवाब देते हैं, अर्थात् इसके मध्य भाग में - 5-15 माइक्रोन (एक औसत स्वस्थ व्यक्ति का शरीर लगभग 9 माइक्रोन की सीमा में निकलता है)। अंतिम उपयोगकर्ता के दृष्टिकोण से, बात बहुत सरल है - पावर इनपुट (आमतौर पर 12 वोल्ट) और रिले आउटपुट (आमतौर पर ठोस-स्थिति और सामान्य रूप से बंद संपर्कों के साथ)। किसी ने अतीत को काट दिया - रिले ने काम किया। Skukota। लेकिन अंदर यह इतना सरल नहीं है।
आज हम सिद्धांत के लिए थोड़ा समय समर्पित करेंगे, और फिर हम इस तरह के एक उपकरण को आंत देंगे और इसे न केवल एक सेंसर बना देंगे, जो आंदोलन के तथ्य पर प्रतिक्रिया करता है, बल्कि आंदोलन की दिशा का पता लगाता है।

सिद्धांत की बिट

कुछ क्रिस्टलीय पदार्थ उन पर विकिरण की घटना के प्रभाव में ध्रुवीकरण करने का गुण रखते हैं। विकिरण की तीव्रता में बदलाव के साथ, ध्रुवीकरण भी बदलता है, और परिणामस्वरूप, क्रिस्टल में विद्युत क्षेत्र की ताकत। इसलिए नाम - पाइरोइलेक्ट्रिक्स। इसके अलावा, क्रिस्टल के विभिन्न बिंदुओं के बीच संभावित अंतर को मापकर, कोई विकिरण की मात्रा का न्याय कर सकता है। यह सच है कि उत्पन्न होने वाला संभावित अंतर क्रिस्टल द्वारा पालन करने वाले "चार्ज" कणों द्वारा काफी जल्दी भर दिया जाता है, जो आसपास के अंतरिक्ष में पर्याप्त हैं। इस कारण से, एक निरंतर विकिरण की तीव्रता को मापने के लिए एक पायरोइलेक्ट्रिक बहुत उपयुक्त नहीं है। यह स्पष्ट रूप से विकिरण में परिवर्तन है जिसे ठीक किया जा सकता है। लेकिन उन उद्देश्यों के लिए जिनमें इस तरह के सेंसर का उपयोग किया जाता है - गति का पता लगाने की आवश्यकता है।
सब कुछ सरल लगता है, लेकिन एक छोटी सी समस्या है। हम सामान्य रूप से विकिरण में परिवर्तन में रुचि नहीं रखते हैं, लेकिन घुसपैठिए के पारित होने के कारण इसके परिवर्तन में। लेकिन सूरज उगता है और सेट होता है, गर्मियों में सर्दियों की जगह होती है, हीटिंग को चालू और बंद किया जाता है, और सेंसर पर अवरक्त विकिरण की घटना बहुत बड़ी सीमा में बदल जाती है, हालांकि किसी ने हमारी संपत्ति का अतिक्रमण करने के लिए नहीं सोचा था। यह स्पष्ट है कि एक उपकरण का व्यावहारिक मूल्य जो भयानक कुछ भी प्रतिक्रिया करता है वह शून्य के करीब है। वे इस परेशानी के आसपास काफी सरलता से मिलते हैं - एक संवेदनशील तत्व के बजाय, दो का उपयोग किया जाता है। क्रमबद्ध रूप से उन्हें एक श्रृंखला में शामिल करना ताकि उन पर तनाव में परिवर्तन विपरीत दिशाओं में हो। और रचनात्मक रूप से निपटाने के लिए ताकि "वैश्विक" अवरक्त विकिरण के स्तर में परिवर्तन (कहते हैं, जब हवा का तापमान बदलता है) उन्हें समान रूप से प्रभावित करता है, और "स्थानीय" (एक व्यक्ति की तरह एक वस्तु को स्थानांतरित करना) - एक अलग तरीके से। इसे स्पष्ट करने के लिए, आइए उदाहरण के लिए आगे बढ़ें (चित्र कुछ कंप्यूटर ग्राफिक्स के प्रभुत्व को विविधता लाने के लिए जानबूझकर हाथ से बनाए गए हैं)।

धातु के मामले के अंदर (नीले रंग में दिखाया गया है), दो पायरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल रखे गए हैं। मामले में मापा विकिरण के लिए एक फिल्टर (लाल) द्वारा बंद एक खिड़की है, केवल तरंग दैर्ध्य की सीमा को पारित करने की आवश्यकता है। एक ऑप्टिकल सिस्टम (हरा) खिड़की के सामने रखा गया है, जो सेंसर के वांछित विकिरण पैटर्न को बनाता है। Biconvex लेंस, निश्चित रूप से, सशर्त रूप से तैयार किया गया है। रियल सेंसर प्लास्टिक पर मोहरबंद (सही आवृत्ति रेंज में पारदर्शी, निश्चित रूप से) लेंस का उपयोग करते हैं। ये हैं:

बाद में लेंस के बारे में अधिक जानकारी।
सीधे मामले के अंदर क्रिस्टल के बगल में (ताकि "लंबी सड़क" में मापा मूल्य न खोएं), एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर रखा जाता है, जिसमें से नाली और स्रोत पहले से ही बाहर लाया जाता है। क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर। यह उपकरण, जैसा कि आप जानते हैं, एक विद्युत आवेश द्वारा नियंत्रित होता है, जिसका परिवर्तन हम क्रिस्टल पर करते हैं, वास्तव में, मापते हैं। एक द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर एक वर्तमान-नियंत्रित डिवाइस की तरह यहां बिल्कुल भी फिट नहीं होगा, जिसे एक पायरोइलेक्ट्रिक बाहर देने में सक्षम नहीं है। अवरोधक को आवारा स्थैतिक आवेशों को हटाने के लिए आवश्यक है, हालांकि यह कुछ हद तक डिवाइस की संवेदनशीलता को कम करता है।
अब लेंस के बारे में। लेंस के बिना, सेंसर में एक बहुत व्यापक विकिरण पैटर्न होता है - 100-120 ° लंबवत और क्षैतिज रूप से। इस मामले में (सशर्त रूप से) एक क्रिस्टल दूसरे क्रिस्टल द्वारा "देखा" जाता है, दूसरे द्वारा। यानी यह एक प्रकार का शंकु निकलता है, जो एक समतल द्वारा विच्छेदित होता है, जिसकी दिशा क्रिस्टल की सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करती है। आमतौर पर यह विमान लंबवत होता है। एक लेंस का उपयोग करते हुए, दो परिणामी अर्ध-शंकु से विकिरण पैटर्न के दो अपेक्षाकृत संकीर्ण "बीम" बनते हैं। यह दूरी पर सेंसर की संवेदनशीलता को बढ़ाता है और गंभीर शोर को कम करता है। हालांकि, आरेख की संकीर्णता एक घुसपैठिया को संवेदनशील क्षेत्रों को आसानी से बायपास करने के लिए संभव बनाती है। ऐसा होने से रोकने के लिए, कई लेंस बनाए जाते हैं (यह ऊपर दी गई तस्वीर में दिखाई दे रहा है) और, तदनुसार, वे कई जोड़ी किरणें बनाते हैं। उनका प्रकार और संख्या सेंसर के दायरे पर निर्भर करती है। चलो गलियारों के लिए कहते हैं कि आपको संकीर्ण रूप से "देखना" चाहिए, लेकिन बहुत दूर। एक चौकोर कमरे के लिए - करीब और चौड़ा। कहीं यह सेंसर के नीचे के क्षेत्र की रक्षा करने के लिए आवश्यक है, कहीं इसके ऊपर, आदि। लेकिन यह महत्वपूर्ण नहीं है, इसलिए हम एक जोड़ी किरणों पर ध्यान केंद्रित करेंगे जो एक चलती हुई गर्म वस्तु को पार करती है।

जैसा कि यह चलता है, एक वस्तु एक क्रिस्टल के दृश्य के क्षेत्र में गिर जाएगी, और यह अवरक्त विकिरण के स्तर में बदलाव के अनुसार एक वोल्टेज पल्स का निर्माण करेगी। जब कोई वस्तु किसी अन्य क्रिस्टल के दृश्य के क्षेत्र में आती है, तो यह एक आवेग का भी निर्माण करेगी, लेकिन एक अलग अभिविन्यास (हमें याद है कि क्रिस्टल विपरीत ध्रुवता में चालू होते हैं)। यदि कोई ऑब्जेक्ट किरणों के कई जोड़े को पार करता है, तो यह पूरी प्रक्रिया दोहराई जाएगी।

नोट: इस तथ्य के कारण कि सेंसर पावर आमतौर पर एकध्रुवीय है, सकारात्मक और नकारात्मक पल्स के बारे में बात करना असंभव है। हम केवल सेंसर के मापदंडों, उसके स्विचिंग सर्किट और पर्यावरण की स्थिति के आधार पर, "आराम" के एक औसत औसत मूल्य से अधिक या कम हद तक वोल्टेज में बदलाव के बारे में बात कर सकते हैं। लेकिन प्रस्तुति की सुविधा के लिए, हम अभी भी नकारात्मक और सकारात्मक आवेगों की बात करेंगे।

इस क्षण से यह स्पष्ट हो जाता है कि आंदोलन की दिशा कैसे निर्धारित की जाए। यदि, पहले, एक सकारात्मक आवेग का पता चला है, और फिर एक नकारात्मक है, तो दिशा एक है, यदि इसके विपरीत, यह अलग है। हालाँकि, हम जिन घरेलू सेंसर के बारे में बात कर रहे हैं, उनमें इस संपत्ति का उपयोग नहीं किया गया है। लेकिन फिर हम इसे ठीक कर देंगे।
सेंसर से सीधे सिग्नल का उपयोग करना असंभव है - यह बहुत छोटा है, और इसकी औसत मूल्य बड़ी सीमा में "तैरता है"। औसत बहाव से छुटकारा पाने और इसे असतत रूप में परिवर्तित करने के लिए सिग्नल को प्रवर्धित किया जाना चाहिए, और सैकड़ों हजारों बार - कोई गति नहीं है / कोई गति नहीं है। इन समस्याओं को हल करने वाले मोशन सेंसर का एक विशिष्ट ब्लॉक आरेख निम्न रूप है:

एक कमजोर सेंसर सिग्नल को प्रवर्तकों की एक जोड़ी के साथ प्रवर्धित और खिलाया जाता है, जिनमें से एक सकारात्मक पल्स द्वारा दिए गए आयाम के अतिरिक्त का पता लगाता है, और दूसरा एक नकारात्मक द्वारा। पहले से ही तुलनित्र से एक असतत संकेत एक्ट्यूएटर को भेजा जाता है। अंतिम आमतौर पर स्टैंडबाय मल्टीवीब्रेटर होता है, जो कुछ निश्चित समय के लिए रिले को चालू करता है, अन्यथा यह सुरक्षा लूप को खोल / बंद कर देगा। अधिक उन्नत सेंसर में, तुलना करने वालों के बजाय, झूठे अलार्म के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करने वाले अधिक जटिल सर्किट हो सकते हैं, पर्यावरणीय मापदंडों में अचानक उतार-चढ़ाव, छोटे जानवरों के आंदोलन से अलार्म, आग की अतिरिक्त प्रतिक्रिया, आदि। सबसे आधुनिक सेंसर में, यह सब एनालॉग सर्किट द्वारा नहीं किया जाता है, और डी.एस.पी.
हालांकि, इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, हमें केवल उस चीज में दिलचस्पी होगी जो तुलनित्र से पहले है। यानी प्रवर्धन भाग, और अधिक विशेष रूप से, पहले से ही पीरोइलेक्ट्रिक सेंसर के प्रवर्धित संकेत का उत्पादन। असंतुष्ट सेंसर में इस स्थान को खोजने में सक्षम होने के लिए, आइए देखें कि आपको वास्तव में क्या देखने की आवश्यकता है। और आपको सेंसर के पास स्थित ऑपरेशनल एम्पलीफायरों (ओप एम्प्स) के चिप्स के लिए सबसे पहले देखना होगा।
एक विशिष्ट एम्पलीफायर सर्किट इस तरह दिखता है (लगभग खींचा जाता है, क्योंकि विशिष्ट संस्करणों की विविधताएं गिना नहीं जा सकता है):

इस मामले में, पहला चरण एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर है, दूसरा इन्वर्टिंग। उनमें से प्रत्येक के प्रवर्धन कारक दसियों हजारों के क्रम के हैं, और दोनों सैकड़ों हजारों के क्रम के। लेकिन मुख्य "रहस्य" यह है कि ऑप-एम्प फीडबैक में ऐसे तत्व (अर्थात कैपेसिटर) होते हैं जो इन संचार आवृत्ति को निर्भर बनाते हैं। तत्वों का मान ऐसा है कि शून्य आवृत्ति (प्रत्यक्ष धारा) के पास कुल लाभ शून्य तक जाता है, 5 हर्ट्ज की आवृत्ति के पास एक अधिकतम लाभ होता है, और 10 हर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों पर यह फिर से शून्य हो जाता है। यह आवृत्ति प्रतिक्रिया यादृच्छिक नहीं है। उस क्षेत्र का आकार, जहां हमारी जोड़ी की किरणें लगभग 0.5-1 मीटर हैं। एक व्यक्ति की गति लगभग 1-3 मीटर / सेकंड है। तदनुसार, संवेदनशील क्षेत्रों के प्रतिच्छेदन की आवृत्ति सिर्फ हर्ट्ज की इकाइयाँ होंगी। और इस सीमा के बाहर स्थित संकेतों को परजीवी माना जा सकता है। संकेत के डीसी घटक के बहाव सहित। यानी सेंसर के गिबल में, आपको दूसरे प्रवर्धन चरण के आउटपुट के समान कुछ देखने की जरूरत है।

व्यावहारिक अभ्यासों के लिए आगे बढ़ें

सैद्धांतिक जानकारी के साथ, हमें एक टांका लगाने वाला लोहा मिलता है। फोटो एक डिसैम्बल्ड सेंसर (फ्रेस्नेल लेंस के साथ फ्रंट कवर और एक धातु स्क्रीन हटा दी जाती है) दिखाता है।

हम पाइरोइलेक्ट्रिक सेंसर के पास चिप के अंकन को देखते हैं (एक खिड़की के साथ गोल धातु - यह यह है) और (ओह, सौभाग्य!) यह निकला LM324 - चौगुनी सेशन- amp। आसपास के तत्वों की जांच करके, हम OA आउटपुट को अपने उद्देश्यों के लिए सबसे अधिक उपयुक्त पाते हैं (मेरे मामले में, यह माइक्रोक्रेकिट का पिन 1 निकला)। अब यह देखना अच्छा होगा कि क्या हमें एक मिला। आमतौर पर इसके लिए एक आस्टसीलस्कप का उपयोग किया जाता है। मेरे पास यह हाथ नहीं था। लेकिन यह arduino निकला। चूंकि प्रवर्धन के बाद संकेत स्तर वोल्टों की इकाइयों के क्रम का है, और हमें माप की अधिक सटीकता (पर्याप्त रूप से उच्च गुणवत्ता वाले अनुमान) की आवश्यकता नहीं है, अरडिनो एडीसी इनपुट काफी उपयुक्त हैं। ऑप-एम्प और पावर के माइनस के निष्कर्ष पर, हम वायरिंग को मिलाते हैं और इसे ब्रेडबोर्ड पर प्रदर्शित करते हैं। तार लंबे नहीं होने चाहिए। अन्यथा, सेंसर सिग्नल को मापने का मौका नहीं है, लेकिन कुछ पूरी तरह से अलग है।
अब आइए इस बारे में सोचें कि किसी चीज को पाने के लिए आपको सिग्नल को कितनी जल्दी पढ़ने की जरूरत है। यह ऊपर कहा गया था कि उपयोगी सिग्नल की आवृत्ति रेंज लगभग 10 हर्ट्ज तक सीमित है। Kotelnikov (या Nyquist - जो सबसे अच्छा पसंद करता है) के प्रमेय को याद करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि 20 हर्ट्ज से ऊपर की आवृत्ति के साथ सिग्नल को मापने का कोई मतलब नहीं है। यानी 50 एमएस की एक नमूना अवधि ठीक है। हम एक साधारण स्केच लिखते हैं जो प्रत्येक 50 एमएस में पोर्ट ए 1 पढ़ता है और धारावाहिक में इसके मूल्य को मापता है (कड़ाई से बोलना, सिग्नल माप 50 एमएस के बाद अक्सर कम होता है, क्योंकि यह पोर्ट को लिखने में भी समय लेता है, लेकिन यह हमारे उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण नहीं है)।

unsigned long time; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(A1, INPUT); time=millis(); } void loop() { if ((millis()-time) >= 50) { Serial.println(analogRead(A1)); } time=millis(); }

अपने हाथों को चालू करें और अपने हाथों को सेंसर के सामने लहरें (आप चला सकते हैं, और भी अधिक उपयोगी)। कंप्यूटर की तरफ, पोर्ट से डेटा को एक फ़ाइल में डंप किया जाता है।

 stty -F /dev/ttyUSB0 raw ispeed 9600 ospeed 9600 -ignpar cs8 -cstopb -echo cat /dev/ttyUSB0 > output.txt

हम प्लॉट करते हैं (नमूनों की संख्या वाला एक कॉलम फ़ाइल में जोड़ा गया था):

 gnuplot> plot "output.txt" using 1:2 with lines

और हम देखते हैं कि वास्तव में, वे क्या चाहते थे - द्विध्रुवी वृद्धि। हुर्रे, सिद्धांत काम करता है और जहां आवश्यक हो, तार को टांका लगाया जाता है। ग्राफ का एक सरल विश्लेषण (बस बोल, विचार) हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है कि औसत मूल्य से 150 इकाइयों द्वारा संकेत के विचलन को आंदोलन की उपस्थिति का अधिक या कम विश्वसनीय निर्धारण माना जा सकता है।
अंत में एक दिशा सेंसर बनाने का समय है।
हम योजना को संशोधित करते हैं। एनालॉग सेंसर सिग्नल के अलावा, हम एलईडी के एक जोड़े को आर्डिनो (पोर्ट 2 और 3, वर्तमान-सीमित प्रतिरोधों को मत भूलना) से कनेक्ट करते हैं और थोड़ा अधिक जटिल स्केच लिखते हैं।

खुला है

 int a1; int state2=0; long average=0; int n=0; unsigned long time; void setup() { pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(A1, INPUT); digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); delay (30000); //    //    30 . time=millis(); //      //    //      while (n <= 1000) { ++n; a1=analogRead(A1); average=average+a1; delay(50); } average=average/1000; //   //,    digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH); delay(1000); digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); time=millis(); } void loop() { //   50  if ((millis()-time) >= 50) { //     //     -1/0/1 a1=(analogRead(A1)-average)/150; //    ,  //   switch (a1) { case 1: if (state2=-1) {digitalWrite(2, HIGH);digitalWrite(3, LOW);} state2=a1; break; case -1: if (state2=1) {digitalWrite(2, LOW);digitalWrite(3, HIGH);} state2=a1; break; } //  time=millis(); } }

सेंसर के विकिरण पैटर्न की किरणों के पूरे सेट की केवल एक जोड़ी को छोड़ने के लिए, हम एक पेपर स्क्रीन के साथ फ्रेस्नेल लेंस के सभी को बंद कर देते हैं।

परिणाम का आनंद लें।

निष्क्रिय पाइरोइलेक्ट्रिक सेंसर का सिद्धांत या अभ्यास और एक दिशा सूचक कैसे बनाया जाए

सिद्धांत की बिट

व्यावहारिक अभ्यासों के लिए आगे बढ़ें

More articles: