OLK-1. Optisk Larm Kontaktmodul 1. För Laser eller IR dioder

Transkript

1 OLK-1 Optisk Larm Kontaktmodul 1 För Laser eller IR dioder Beskrivning OLK-1 är en Laser/IR kontakt som baseras kring en faslåst slinga för att minska risken för störningar samt falska detekteringar och försök till att lura OLK-1. OLK-1 kan användas med laser eller IR diod som den är. Lasern kan vara en lasermodul eller en laserdiod med tillhörande styrelektronik som drivs med 3V. OLK-1 är en modul som är avsedd att användas tillsammans WL-1 sändarmodul eller som fristående modul med kapacitet att driva ett relä. Utsignal vid larm OLK-1 genererar en utsignal som är låg (0V) så länge som laserstrålen eller IR ljuset fallet på sensorn (fotodioden). Ett relä kan som option kopplas in, detta är då draget tills laserstrålen eller IR ljuset bryts. OLK-1 kan sänka 25mA utan problem men för den som skall driva ett relä kan man montera en extra transistor på OLK-1 kortet, transistorn utökar detta till över 100mA. Transistor för detta ändamål ingår inte i grundbyggsatsen. Tekniska data OLK-1 Matas med 9V till 15V, optimalt 9/12V. Strömförbrukningen är ungefär 24mA, vilken kan justeras ned till under 1mA genom val av annan IC2 och IC2 samt IC3 och IC4 till lågeffektsvarianter som då kostar betydligt mera. Räckvidden kan variera kraftigt och beror på om man använder laser eller ir-diod samt vilken optik och vilka filter som kopplas in mellan laser/ir dioden och fotodioden. Normalt räcker IR dioden runt 3-5 meter utan optik och filter under måttliga ljusförhållanden, med laser räcker den så lång som strålen räcker och täcker in sensorn med sin punkt. 1

2 Utbyggnader I grundbyggsatsen ingår endast komponenter och kretskort, du väljer laser eller ir diodbaserad och reflektorer till IR dioderna. Som utbyggnad kan du välja låda och kontakter, då ingår låda och kontakter samt mekaniska detaljer utom filter och linser som du måste välja till själv. 1. Basbyggsatsen består av komponenter och kretskort. 2. Utbyggnaden består av relädrivning och låda 3. OLK-1 kan också fås som färdigbyggd och testad. Eftersom OLK-1 utrustad med en speciell kontakt med vilken man monterar OLK-1 direkt ovanpå WL-1 eller annan logik kan man kombinera och bygga ut i princip hur långt som helst, inom vissa gränser. OLK-1 fungerar direkt med: WL-1 (Trådlös sensorsändare) kodar och sänder information om bruten stråle vidare till WL-2 mottagarmodulen. (WL-1 och WL-2 måste beställas separat) OLK-1 monterad ovanpå WL-1 På bilden ovan ser du OLK-1 med monterad ovanpå WL-1. Fotodioden med reflektor till höger syns monterad på OLK-1, sändarmodulen som är monterad på WL-1 syns också som ett grönt kretskort stående på höjden. Anslutningskontakten på OLK-1 sitter längst fram på kretskortet. Ljussändarna lasermodulen samt IR dioden syns till vänster i bilden. Den röda lysdioden sitter på WL-1 och lyser blinkar till varje gång som strålen bryts. OLK-1 innehåller allt för att driva lasermodul eller IR dioder samt de förstärkare som behövs för att mottaga laser/ir ljuset med en fotodiod. OLK-1 är tillräckligt känslig för att agera som reflexdetektor, men speglar eller direkprojecering är att föredra. 2

3 3

4 Funktionsbeskrivning OLK-1 är uppbyggd kring en PLL krets IC2, denna har en inbyggd oscillator som är ström/spänningsstyrd och en fasjämförare samt några förstärkare. Denna oscillator sätts att svänga på en grundfrekvens med en RC krets, då ingen insignal finns i form av laserstråle eller IR ljus. För ritning se sida 3. Utsignalen från fasjämföraren är går genom ett lågpassfilter som jämnar ut den inbyggda fasjämförarens digitala utsignal till en dc spänning. Fasjämföraren är i princip en x-or krets. IC2 kommer att jämföra oscillatorns fas och frekvens med den som detekteras av fotodioden. Skulle för hög frekvens inkomma vid fotodioden kommer signalen efter lågpassfiltret (C4/C5) att bli högre för att justera utt den inbyggda oscillatorns frekvens och det motsatta om frekvensen var för låg. Det finns gränser för hur frekvensen kan justeras, som kallas låsområde, är inkommande signal från fotodioden utanför detta låsområde kommer oscillatorn att gå till sin grundfrekvens. IC2 är utrustad med en speciell utgång för just detta ändamål. Denna går som tidigare sagts låg när vi har låsning inom gränserna och hög när låsning saknas. Utsignalen nyttjar vi till att kunna driva ett relä eller som signal till WL-1(trådlös sensorsändare). Skall ett relä användas måste en transistor T2 och R12 samt R11 kopplas in för att klara av att driva reläet utan problem. Lasern eller IR dioden måste alltså intensitetsmoduleras i takt med oscillatorn i IC2. Tyvärr har vi noterat att enklare lasermoduler som kommer i form av laserpennor inte klarar av höga frekvenser, kanske runt 500Hz men är billiga och fungerar, därav två alternativ komponenter till IC2 en för 400Hz och en för runt 4000Hz. Oscillatorn måste buffras med en transistor T1, dessutom måste spänningen regleras(ic4) mycket noggrant för att lasermodulen inte skall brinna upp. Lasermodulen drivs med 3V+/- 0.1V och drar en del ström. Detta passar också rätt bra för IR dioder, vissa kan behöva ett 10-40Ohms motstånd i serie med dioden. Man kan paralellkoppla flera IR dioder för större täckningsyta. Behöver man starkare IR dioder eller lasermoduler kan T1 bytas ut till 2N2222 samt IC4 byts ut till en högeffektsvariant i samma serie. IC4 kan tåla max 100mA. Fotodiodens insignal är en relativt svag ström och måste förstärkas upp till en högre spänning. Det gör vi med IC1 som är kopplad i transkonduktans läge(omvandlar ström till spänning). R3 bestämmer förstärkningsgraden och C2 begränsar bandbredden något. IC1 matar den förstärkta diodsignalen till IC2. IC2 klarar av att låsa på signaler som är större än ca 50mV och låser efter cirka klockcykler vilket ger den snabbaste reaktionstiden för OLK-1. Höjs frekvensen på IC2's inbyggda oscillator bättras reaktionstiden i motsvarande grad. Reaktionstid=(1/400)*15 S för 400Hz. IC1 består av två förstärkare varav den ena används för att skapa en sk. virtuell jord som behövs av fotodiodförstärkaren. IC2 arbetar med max 9V vilket betyder att vi måste reglera dess matningsspänning av två skäl, den inte skall ta skada samt att stabilisera den inbyggda oscillatorn så den inte störs av varierande batterispänningar. OLK-1 behöver kan behöva trimmas in för att fungerar som tänkt, se texten för speciella önskemål om hastighet och känslighet. C4/C5 bestämer låsområdet och du kan behöva justera deras värden om du har problem med störningar från lysrör genom att öka deras värden. 4

5 Håll också utkik på eller skriv ett mail till så kommer du med i elektronik tips forumet. OLK-1 kontaktlist OLK-1 är utrustad med en stiftlist i ena änden, denna är tänkt att anslutas till ett styrkort av olika slag eller den för ändamålet utvecklade sensorsändare WL-1. Stiftlisten, stift 1 är det som är närmast D3; Ben Funktion 1 Jord/0V 2 Optionell relädrivning max 100mA, kräver extern diod. 3 Sensor Puls, övergång Låg till Hög => sensorn aktiverad 4 +Vcc 4-15V (9V eller 12V) Byggbeskrivning Rengör kretskortet från skyddslacken med aceton eller ren bensin, kopparbanorna skall bli blanka och kortet rent från förorerningar och skyddslack som brukar bli mörk när man tar bort den. OLK-1 Layout sedd ovanifrån (ej i skala) När du börjar montera komponenterna kan det hända att något komponentben verkar vara för tjockt, du måste då lirka lite eller eventuellt borra upp hålet lite, detta kan gå bra med en nål eller ett avklippt komponentben. Se upp med de tunna borren, som är 0,6mm eller tunnare, de bryts av oerhört lätt om man lirkar med dem och är relativt dyra. OLK-1 är som tidigare skrivits avsedd att användas tillsammans med annan utrustning och har ingen separat matningskontakt. Skall den användas som fristående enhet kan man koppla in en 9V batterikontakt eller liknande direkt på stiftlisten. Detsamma gäller relädrivning. 5

6 Monteringen av komponenter Börja med att montera motstånd och eventuella kontakter, montera därefter kondensatorer och siste halvledare. Var försiktig med ledningsbanorna som lätt förstörs om man värmer för länge. Behöver du ta bort någon komponent för omlödning använd då avlödningsstrumpa. Använd också det högkvalitativa lödtennet som medföljer. OLK-1 Komponentplacering (ej i skala) Tillslagsprov Efter det alla alla komponenter är monterade är det dags för testkörning, det mest kritiska momentet. Felpolariseras kretsarna kan de gå sönder. Jag brukar koppla in ett motstånd om 100 Ohm i serie med plus som "säkring" och mäta spänningen över det eller helt enkelt genom att känna med fingrarna om det blir varmt, VILKET DET INTE SKALL BLI (inte ens ljummet). Lämpligt kan vara att mata med ett 9V batteri eller 12V, OBS! Använder du batterieleminator måste den leverera DC, reglerar eller oreglerat kvittar då stabiliseringskretsar finns i kopplingen. Levererar den AC måste du koppla in en diod av typ 1N4002 i serie med plus för att halvvågslikrikta spänningen. Började det inte brinna eller bli varmt, känn på IC3 och IC4, blir de varma, STÄNG AV, då har du monterat dem fel eller felpolariserat kopplingen. Relädrift Om du skall koppla in relä måste du ansluta T1 och R12 samt R11 för relädriften. Skall du inte ha relä utan WL-1 eller annan koppling finns ingen signalering som talar om att ljusstrålen brutits monterad på OLK-1. Har du WL-1 ansluten kan du använda lysdioden på WL-1 som indikator att ljusstrålen brutits. 6

7 Funktionskontroll utan oscilloscope Att testa OLK-1 utan WL-1 eller relä kräver tillgång till oscilloscope eller att du löder in en diod i serie med ett 1K motstånd från plus till pinne 3. Denna kommer då att lysa när ljusstråle inte är bruten. Sensor och Sändar montage Det är nu dags att montera D1 oh D2, D1 måste monteras i backriktningen, dvs anoden till plus (det långa benet). D2 skall monteras i framriktningen, dvs det långa benet till minus. Titta på komponentplaceringsskissen. Är det en lasermodul som du monterar är plus märkt med rött och skall kopplas till den fyrkantiga lödön vid D2 och den svarta ledningen till den runda lödön vid D2. Kontroll av sensorer och sändare Anslut matningsspänningen igen, lasermodulen skall lysa (titta INTE in i laserstrålen du kan få fläckar på hornhinnan). IR dioden lyser inte med synligt ljus så här vet vi inte. Rikta laserstrålen eller IR lysdioden mot D1. Släck lysrör och annan belysning. Svep långsamt fram och tillbaka över D1 med litet avstånd om 2-3 dm. Beroende på om du har relä eller WL-1 eller en inlödd testlysdiod skall du nu kunna höra klickar från reläet respektive att lysdioden blinkar till kort på WL-1 respektive att den inlödda testlysdioden släcks. Gör den det fungerar allt. Felsökning Om inte kan det vara en rad olika problem, har du släckt alla lysrör och inget direkt solljus lyser på D1?. Kontrollera att alla komponenter är monterade rätt, särskilt D1 och D2, mät spänningen på ben 4 IC2 som skall vara 5V, mät spänningen på mittbenet IC4 som skall vara 3V, mät även spänningen vid ben 5 IC1 som skall vara halva matningsspänningen. Stämmer allt detta är IC3 och IC4 korrekt anslutna och där är inga kortslutningar vid matningarna. Fungerar det fortfarande inte är problemet djupare, det kan vara fel på T1, det kan också vara så att IC1 eller IC2 är sönder, men det är ovanligt. Det är troligare att störljus kommer in och mättar D1 så den inte kan detektera det önskade ljuset från laser eller IR-diod. Du behöver en frekvensräknare eller ett oscilloscope för att gå vidare. Du skall då mäta signalen vid ben 5 på IC2, där skall vara en fyrkantsvåg om cirka 400Hz eller 4000Hz beroende på om du valt Lasermodul eller IR diod. Frekvensen kan vara ända nere i 300Hz resp. 3000Hz. Mät vidare att du får en fyrkantsvåg vid ben 3 på IC2 som kommer från diodförstärkaren IC1, den kan vara svag, när du riktar laserstråler resp. irdioden mot fotodioden. Finns där ingen fyrkantsvåg har du troligen vänt D1 åt fel håll eller så är den i mättning, gör helt mörkt i rummer och prova några gånger. Slutligen kan det också vara fel på IC1 eller felaktigt motstånd R3 inmonterat. Ytterligare tips För att säkerställa funktion utomhus under natt såsom dag måste sensorn noggrant kapslas in så att den dels inte fångar upp ströljus från Laser/IR sändaren, och dels inte går i mättning. Detta görs genom att man monterar dagsljusfilter framför fotodioden om man använder IR dioder. För lasern kan man använda särskilda filter som är anpassade exakt för lasern eller en röd transparent plastbit om man nyttjar en laser med rött ljus. Optik är nödvändigt om större avstånd skall nås, i det enklaste fallet kan man använda sig av små reflektorer som medföljer byggsatsen. Med god optik och laser samt filter kan man nå 100 meter. Med stora reflektorer (bil/mc lamphus) kan man nå mycket långt med både IR och 7

8 Laser, ett par kilometer upp till kanske över någon mil om man byter ut fotodioden mot en fotodiod av multiplicerande typ (lavin effekt). För det sistnämnda avståndet krävs omsorgsfullt mekaniskt arbete såvälsom filtrering och optik, men går om man är envis. Det kan vara frustrerande,allt fungerar perfekt när man testar i labbet för att inte alls fungera när utrustnigen är på plats, dagsljus är starkt närmare 1kW/kvadratmeter under sommardagar, vilken sensor som helst mättas av detta starka ljus. Lycka till! För support kan du maila till elektronik@ing-steen.se Alla som köpt byggsatser av oss har 3 månaders mail support. OLK-1 Komponentförteckning OBS! Du kan välja värden inom parantes för högre frekvensval till IR diod. Beroende på ditt val levereras endast komponenter till IR eller laser. Komponenter med fet stil ingår i basbyggsatsen Motstånd, kol eller metallfilm 1/8w tolerans (1-5%) R1 100K eller 1M lågeffektsvariant R2 100K eller 1M lågeffektsvariant R3 1,5M/1M Diodförstärkning, högre värde högre förstärkning R4 8.2K (10k för högre frekvens) R5 10K (R6 bortplockad) R7 100 Ohm i serie med vissa IR dioder som ej tål 3V R8 10K R9 270 Ohm R Ohm R Ohm R12 10K Kondensatorer C1 22uF/16V minielyt lågprofil rm=2,54mm C2 100pF/63V keramisk rm=5mm (67pF/63V keramisk rm 5mm) C3 100nF/63V polyester WIMA rm 5mm (1uF/16V minielyt) C4 1uF/16V minielyt lågprofil rm=2,54mm C5 330nF/63V polyester WIMA rm 5mm (10uF/16V minielyt) C6 330nF/63V polyester WIMA rm 5mm (22nF/63V polyester WIMA rm 5mm) C7 220uF/16V minielyt rm=2,54mm (ej kritisk) C8 100nF/63V polyester WIMA rm 5mm C9 100nF/63V polyester WIMA rm 5mm C10 100nF/63V polyester WIMA rm 5mm Dioder D1 IR diod IR333/TSUS5400 eller Lasermodul 3V (OBS! till IR dioder krävs seriemotstånd om 16 Ohm) D2 Fotodiod BPW34/OP905/SFH2030 (lavintyp:s2381) BPW34 och OP905 samt S2381 fungerar med lasermodulen 8

9 Transistorer T1 T2 BC557 BC557 Integrerade kretsar IC1 NE567 (NE567L lågeffekt) IC2 LM358/TL082 (Dual OP amp) IC3 78L05 spänningsstabilisator fast 5V IC4 LM317L spänningsstabilisator justerbar Övriga mekaniska detaljer K1 OLK-1 Etsat och borrat kretskort Lödtenn 2dm Montagekabel ca 4dm S1 4 pin vinklad stiftlist D1 2 pin hylslist för komponentben D2 2 pin hylslist för komponentben Låda saknas inmonteras i samma låda som WL-1 eller styrkortet genom att OLK-1 kortet sticks ner i WL-1 motsvarande 4 pins hylslist så att OLK-1 ligger ovanpå WL-1. Optik Plaströr för inmontering Diodreflektor för 6mm dioder Laserfilter måste anpassas till din laservåglängd, det finns flera olika modeller Dagsljusfilter kommer också i olika modeller. Rödfilter RK1 (Optiken är den kritiska delen när man bygger utrustning av det här slaget.) 9