Заехать в гараж? Легко!

Многие водители признаются, что ехать вперед им гораздо проще, чем на заднем ходу. Облегчить ориентирование помогает предлагаемый в данной статье электронный прибор (см. рис. 1), который оценивает расстояние до объекта и сигнализирует водителю о том, что машина находится слишком близко от того или иного объекта. Устройство крепится на неподвижной поверхности, например задней стене гаража.

Рис. 1. Внешний вид устройства

Основа устройства – датчик расстояния GP2D120 компании Sharp. Он определяет расстояние до объекта с помощью ИК-светодиода с длиной волны 850 нм. Выходное напряжение сенсора уменьшается с увеличением расстояния.

Устройство имеет светодиодную панель, которая начинает мигать при приближении объекта. Чем ближе машина подъезжает к датчику, тем чаще происходят вспышки. При достижении минимальной разрешенной дистанции светодиоды станут гореть постоянно.

Схема и принцип работы устройства

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 2. Как мы уже говорили, датчик MOD1 реагирует на приближение объекта. Однако зависимость между выходным напряжением и расстоянием до датчика не является линейной и обратно пропорциональной. Учитывая этот факт, сигнал необходимо инвертировать в IC1A, прежде чем подать его на ГУН IC1B. Потенциометр Р1 необходим для регулировки выходного напряжения IC1A, чтобы оно всегда оставалось в пределах допустимого для ГУН диапазона.

Рис. 3. Печатная плата

Когда транзистор Т1 открывается, включается ГУН. Чтобы светодиоды горели постоянно, выходное напряжение IC1A следует ограничить на уровне 0,5 В с помощью P1 (объект приблизился на минимально разрешенное расстояние), после чего Т1 закрывается, и ГУН выключается.

Принцип действия ГУН очень прост. Когда Т1 открыт, конденсатор С3 заряжается через R3. Когда напряжение на инвертирующем входе IC1B становится ниже, чем на неинвертирующем, выходное напряжение становится высоким, и С3 разряжается через D1 и R4. Резисторы R5 и R6 задают диапазон работы.

Резистор R8 выбирается так, чтобы гистерезис составлял около 0,5 В, тогда ГУН переключается при 3,4 В и 3,9 В, а максимальное входное напряжение — 3 В. Для охвата всего выходного диапазона датчика необходимо установить движок потенциометра P1 (ножка 3 на IC1A) в положение 1,45 В. Благодаря описанной конструкции, меняется не только частота, но и ширина импульса ГУН. На высоких частотах через R3 и R4 идет больший ток, поэтому С3 разряжается дольше, и IC1B переключается реже.

Потенциометр Р2 регулирует напряжение на R11 в пределах 0,1…0,32 В. В нижнем положении движка зона действия датчика составляет примерно 1 м. Выходное напряжение датчика контролируется компаратором на операционном усилителе IC1D. Он управляет частотой мигания панели так, чтобы когда объект (автомобиль) входит в зону действия датчика, частота мигания была минимальной. Когда выходное напряжение датчика минимально, выходное напряжение IC1D — максимально, поэтому диод D2 не дает конденсатору С3 заряжаться. Напряжение на IC1B остается низким.

Когда автомобиль припаркован, светодиоды горят еще около 5 мин, а затем отключаются схемой IC1C. Это нужно для того, чтобы определить, мигают ли светодиоды. Когда выходное напряжение IC1B мало, С4 быстро заряжается, и на выходе IC1C устанавливается высокий сигнал, запирающий D4. Светодиоды выключаются. Если выходной сигнал IC1B остается высоким в течение некоторого времени, конденсатор С4 медленно разряжается через R13. По истечении 5 мин выходное напряжение IC1C уменьшается настолько, что базовый ток Т2 начинает течь через диод D4. Светодиодная панель остается в выключенном состоянии до тех пор, пока автомобиль не сдвинется. Как только машина тронется, светодиоды начнут мигать, пока он не выйдет из радиуса действия датчика.

На максимальном чувствительном расстоянии до датчика период мигания светодиодов равен 240 мс, а длина импульса — 50 мс. На минимальном расстоянии период мигания 160 мс, а длительность импульса 95 мс. Разница частот (4 и 6 Гц) не особо заметна на глаз, зато разница длительностей импульсов ощутима.

Выбор операционного усилителя

В схеме используется счетверенный операционный усилитель (IC1) MCP6004-I/P производства Microchip, но его при желании можно заменить. Следует лишь иметь в виду, что определяющие параметры выбора — не пропускная способность или скорость нарастания выходного тока, а максимальное входное дифференциальное напряжение. Два усилителя используются в качестве компараторов, поэтому разница напряжений между их входами может достигать нескольких вольт. Усилитель должен выдерживать разницу, равную напряжению питания. В нашей схеме оно лежит в диапазоне от 1,8 до 5,5 В (максимально возможно 7 В).

Во многих усилителях стоят защитные диоды, ограничивающие входное дифференциальное напряжение до 1 В. Такие ОУ также можно использовать в схеме. На этот случай на инвертирующий вход IC1D поставлен резистор R9. Мы пробовали использовать усилитель TS924IN, но тогда оказалось, что входы компаратора влияют друг на друга, а постоянная времени С4 и R13 уменьшается из-за добавления R14 и R15.

Источник питания

Датчик и схема со светодиодной панелью питаются от источника 78L05. На входе регулятора стоит стабилитрон, чтобы рассеяние было минимальным, иначе перепад напряжения на регуляторе может достигать 7 В, что крайне нежелательно. Светодиодная панель подключается к сети через адаптер 12 В. Этого напряжения достаточно для питания 5 последовательно включенных красных светодиодов. Потребление в неактивном режиме составляет 39 мА. При включении всех светодиодов потребляется 76 мА.

Печатная плата

Схема располагается на двух односторонних печатных платах (см. рис. 2). Светодиоды крепятся на отдельной плате, чтобы их было удобнее располагать на видном месте. Датчик и схема должны монтироваться на объекте, который надо объехать или расстояние до которого водителю трудно оценить из салона.

Для универсальности датчик можно установить на держателе, чтобы его можно было легко перемещать. При это дополнительно потребуется 3-выводной слот с шагом выводов 2 мм (подходят слоты компании Japan Solderless Terminals).

 

Более подробную информацию о комплекте можно найти на сайте Elektor www.elektor.com. По вопросам приобретения образцов или сотрудничества с Elektor обращайтесь к Антону Денисову: anton@elcp.ru, тел.: 741-77-01.