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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Système d'alarme de sécurité basé sur des cellules solaires. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Pour un dispositif d'alarme de sécurité, la lumière peut constituer une bonne source d'énergie et la fournir à un circuit détecteur situé à une certaine distance de celui-ci. En fait, une telle alarme antivol s'auto-alimente complètement.
Principe de fonctionnement de l'appareil Vous devez commencer par la source de lumière. Un faisceau de lumière est dirigé le long d’une porte, d’une fenêtre ou d’une pièce, formant une zone de sécurité. A la réception, la cellule solaire détecte la présence d'un faisceau lumineux et le convertit en électricité. La cellule solaire joue un rôle majeur dans le fonctionnement de l'appareil ; il détecte non seulement la lumière, mais alimente également le circuit d'alarme lui-même. Le secret réside dans le choix d’un système d’alarme spécialement conçu pour garantir une consommation d’énergie minimale. Grâce à cette caractéristique du circuit, le signal de sortie de la cellule solaire est utilisé simultanément comme information utile sur le faisceau lumineux et pour alimenter l'ensemble de l'appareil. Diagramme schématique Le circuit de signalisation peut être divisé en trois parties. Commençons notre réflexion par un convertisseur photoélectrique. En fait, la cellule solaire dont nous avons parlé jusqu’à présent fait référence à une cellule solaire composée de cinq cellules connectées en série. La tension de sortie complète de la batterie est de 1,6 V avec un courant d'environ 1 mA en fonction de l'éclairage réel des éléments. Tout d’abord, le panneau solaire doit alimenter le circuit d’alarme. Ceci est réalisé en chargeant une petite batterie rechargeable au nickel-cadmium. Le circuit de charge contient une cellule solaire, une diode D1 et une batterie. Lorsqu'un faisceau lumineux de « sécurité » tombe sur la surface de la batterie solaire, la batterie est chargée par le courant circulant dans la diode D1. Du chapitre précédent, nous savons que la batterie abaissera la tension de charge à environ 1,35 V. De ce point de vue, la batterie peut en fait être considérée comme une diode Zener. Compte tenu de la chute de tension de 0,3 V aux bornes de la diode D1, la tension de la cellule solaire elle-même se stabilise à 1,65 V. Le courant du panneau solaire traverse également les résistances R1 et R2. L'amplitude de ce courant est inférieure à 250 μA, tandis que la majeure partie du courant sert à charger la batterie. Les résistances et R2 constituent une partie importante du circuit de détection. Regardons tout dans l'ordre (Fig. 1). Lorsque le courant traverse R1 et R2, une division de tension se produit. Les résistances des résistances R1 et R2 sont sélectionnées de telle sorte que lorsque les cellules solaires sont éclairées, la chute de tension aux bornes de la résistance R1 n'est que d'environ 0,21 V. Cette tension s'ajoute à la chute de tension aux bornes de la diode D1 (0,3 V), ce qui donne un potentiel La différence entre le transistor de base et l'émetteur Q1 est de 0,51 V. Puisque Q1 est un transistor au silicium avec une tension de polarisation minimale de 0,7 V, la tension de base est trop basse pour rendre passant le transistor. Lorsque la cellule solaire est éclairée par de la lumière, le transistor est désactivé et aucun courant ne le traverse.
Cependant, lorsque le faisceau lumineux est interrompu, le courant provenant du convertisseur photoélectrique s'arrête et aucun courant ne traverse la résistance R1. Le courant s'arrête également à travers la diode D1. Ce qui se passera, c'est que R1 deviendra une source à haute impédance, D1 sera une diode polarisée en inverse (en raison de la perte de tension de la cellule solaire) et le courant circulera à travers R2 et la jonction base-émetteur du transistor Q1. Maintenant, un courant collecteur apparaîtra. Le courant du collecteur est fourni à IC1 (générateur d'alarme). Cette conception utilise cette puce particulière car elle fonctionne à une tension d'alimentation extrêmement faible et consomme très peu de courant. A une tension d'alimentation de 1,5 V (typique pour la signalisation), le microcircuit LM3909 passe dans un état instable et sera donc en mode oscillation. Les valeurs des composants R5, R6 et C1 déterminent la fréquence d'oscillation. La puce LM3909 contient également un étage de sortie d'amplification de puissance. En connectant un transducteur acoustique (haut-parleur) entre la sortie du générateur (broche 2) et la borne positive de la batterie, vous pouvez entendre un signal fort et clairement audible lorsque le générateur fonctionne. Lorsque le faisceau lumineux est interrompu, le circuit détecteur se déclenche immédiatement et un signal sonore se fait entendre. Lorsque le faisceau lumineux est rétabli, le transistor Q1 se bloque et la génération s'arrête. Ainsi, le circuit joue le rôle d'une cloche qui sonne à l'ouverture d'une porte ou d'un portail. Réparer une alarme Si la récupération automatique du circuit n'est pas souhaitée, par exemple dans un système d'alarme de sécurité, un circuit de verrouillage est introduit dans le dispositif de base. Il s'agit principalement des éléments de circuit R3, Q2 et R4, mais toute la complexité du circuit de serrage est déterminée par la puce LM3909. À l'intérieur du microcircuit, une résistance de 5 Ohms est connectée entre les broches 6 et 12. Bien qu'aucune tension ne soit appliquée à la broche positive 5, il n'y aura pas non plus de tension à la broche 6. C'est l'état du circuit avant de s'engager. Lorsque le faisceau lumineux est interrompu, le transistor Q1 s'allume et alimente la broche 5, démarrant l'oscillateur. Un potentiel apparaît également sur la broche 6. Si l'interrupteur de verrouillage S1 est activé, la tension de la broche 6 à travers la résistance R4 est fournie à la base du transistor Q2. Le courant commence à circuler à travers le transistor Q2 et la résistance R3, augmentant encore le courant circulant déjà à travers la base du transistor Q1. Même si la tension est à nouveau fournie par la cellule solaire, le cheminement du courant généré par les cellules solaires est considérablement modifié. En conséquence, la résistance de la résistance n'est plus inférieure à la résistance de la résistance R2 et la chute de tension aux bornes de R1 augmente. La résistance effective de R2, R3 et Q2 devient faible par rapport à R1, et les cellules solaires sont incapables de sortir le transistor Q1 de la saturation. Ainsi, l'alarme retentira même si le faisceau lumineux est rétabli. Il ne peut être désactivé qu'avec l'interrupteur S1. Conception d'alarme de sécurité La base de la conception est une batterie composée de cinq cellules solaires miniatures connectées en série et ressemblant extérieurement à un toit de tuiles. Il est clair que des éléments assez miniatures peuvent être utilisés, puisqu'ils nécessitent un courant minimal. Il n'est pas facile de réaliser une telle batterie sans une connaissance suffisante de la technique des éléments coupants et des dispositifs appropriés pour cela. Il est fortement recommandé d'acheter la batterie préfabriquée répertoriée dans la liste des pièces. Pour augmenter la portée de l'alarme de sécurité, les cellules solaires sont équipées d'un miroir parabolique. Un miroir collecte les rayons lumineux d’une grande surface et les concentre sur les éléments. Une lampe de poche portable a été utilisée à cet effet et vous pouvez faire de même. Il est important de choisir une lampe de poche avec la plus grande ouverture d’objectif possible. Démontez ensuite l’ensemble réflecteur et retirez l’ampoule. Dans cette conception, la lentille concentre non seulement les rayons lumineux, mais protège également le réflecteur miroir des dommages mécaniques et de l'humidité. La batterie solaire est désormais collée de l’intérieur sur la lentille de protection transparente en son centre, l’arrière de la batterie étant face à la lentille. La lentille est installée en place de manière à ce que le panneau solaire soit situé à l'opposé du trou de l'ampoule. Deux conducteurs de la batterie passent à travers ce trou, puis le réflecteur est fixé. Bien entendu, la batterie bloque une partie importante de la lentille transparente, et de ce fait il faut choisir le réflecteur le plus grand possible. Il est également possible de réduire la taille des cellules solaires individuelles et de réduire la taille de la batterie. Étant donné que les bornes des panneaux solaires en série ne sont pas codées par couleur, vous devez déterminer vous-même leur polarité. Le fil soudé à la surface avant de l'élément inférieur a une polarité négative et est connecté au corps. Un autre fil soudé à la surface arrière de l'élément supérieur a une polarité positive. Une distribution similaire de la polarité des bornes électriques est typique pour les cellules solaires à jonction pn, dans lesquelles la couche éclairée supérieure est de type n ; Pour les cellules solaires fabriquées à partir de silicium de base de type N, la couche supérieure est de type P et la polarité du fil sera l'inverse de celle indiquée dans le texte. Les unités de détection et de génération de l'appareil sont situées sur le circuit imprimé illustré à la Fig. 2, et le placement des pièces dessus est sur la Fig. 3.
Toutes les pièces sont soudées à la carte, à l'exception de la batterie solaire. Si vous le connectez, l'alarme se déclenchera. Si vous le souhaitez, vous pouvez installer un interrupteur en série avec la batterie, vous permettant d'éteindre l'alarme lorsqu'elle n'est pas utilisée. Le circuit imprimé est installé dans le compartiment de la lampe de poche, généralement destiné aux piles. Il est nécessaire de placer la planche de manière à ce que le transducteur acoustique communique avec l'espace extérieur, sinon son son aigu sera étouffé. De plus, un trou est percé dans le boîtier pour l'interrupteur « à verrouillage ». Il est nécessaire de sécuriser les conducteurs provenant des cellules solaires et d'assembler soigneusement la lampe de poche, en soudant cette fois la batterie au circuit. Le dispositif de sécurité est prêt à fonctionner. S'il est installé correctement, le système déclenchera une alarme aiguë. Pour le « calmer », il faut désactiver la détection du déclencheur et éclairer la surface des cellules solaires. C'est simple à faire : avant d'installer le système à l'endroit désigné, il est placé sous une lampe de table.
Installation d'une alarme de sécurité Un schéma d'installation typique d'un dispositif de sécurité dans une porte est illustré à la Fig. 4. Il est fixé à une hauteur de 60 cm, suffisante dans la plupart des cas. Le faisceau lumineux est dirigé de manière à bloquer le passage dans la pièce.
Vous devez maintenant installer un dispositif d'alarme du côté opposé de l'ouverture. La direction du faisceau lumineux devra peut-être être ajustée pour garantir qu'il frappe avec précision la surface des cellules solaires. C'est facile à installer : si le faisceau est orienté avec précision, l'alarme s'arrêtera. N'importe quelle lampe de poche puissante peut être utilisée comme source de lumière. A cet effet, la même lampe de poche a été utilisée pour placer le circuit d'alarme. La batterie a été remplacée par un transformateur abaisseur de 6 volts, avec une borne de l'enroulement de 6 volts connectée à l'ampoule et l'autre au secteur. Si vous souhaitez rendre le faisceau lumineux invisible, vous pouvez utiliser un filtre infrarouge. Même la cellophane rouge rendra le faisceau moins perceptible. Étant donné qu'une cellule solaire en silicium a une sensibilité significative dans les régions rouge et infrarouge du spectre, la perte de sensibilité sera négligeable. Cependant, l'atténuation introduite par le filtre doit être prise en compte : la portée du système ne peut pas rester la même. Veuillez noter que si le filtre recouvre la surface de l'émetteur de lumière, il peut chauffer. Le degré d'échauffement dépend du type de filtre et de sa transmission. Une chaleur excessive peut provoquer un incendie. L'utilisation d'une source lumineuse alimentée en courant alternatif présente l'avantage supplémentaire de signaler lorsque l'alimentation électrique est interrompue. Auteur : Byers T.
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