Фототир из лазерной указки

Фототир из лазерной указки

О лазерной указке и ее применении в различных конструкциях уже рассказывалось на страницах журнала “Радио”. Продолжая эту тему, предлагаю описание фототира с использованием все той же лазерной указки. Этот электронный тир состоит из двух узлов – пистолета и мишени с фотодатчиком. Мишень устроена так, что при попадании в нее луча указки раздается звуковой сигнал. Мишень (рис. 1) содержит фотодатчик на фототранзисторе VT1, ждущий одновибратор на логических элементах DD1.1, DD1.2 и генератор ЗЧ на элементах DD1.3, DD1.4. В исходном состоянии фототранзистор освещен слабо, поэтому на его коллекторе высокий логический уровень. На выходе ждущего одновибратора (вывод 3 DD1.1) низкий логический уровень, генератор ЗЧ не работает.

Если кратковременно осветить фототранзистор лазерным лучом указки, на его коллекторе появится низкий логический уровень, ждущий одновибратор сработает – в течение примерно 2 с на его выходе (вывод 3 DD1.1) будет присутствовать высокий логический уровень. Включится генератор ЗЧ, и пьезоизлучатель BQ1 начнет издавать звуковой сигнал, свидетельствующий о попадании в цель. Затем устройство вернется в исходное состояние.

Схема пистолета приведена на рис. 2. В его состав входит лазерная указка А1, интегральный стабилизатор напряжения DA1, накопительный конденсатор С1, кнопка-курок SB1 и батарея питания GB1. В исходном состоянии конденсатор С1 заряжен от батареи питания. При нажатии на кнопку SB1 он подключится ко входу стабилизатора напряжения, в результате чего на лазерную указку поступит питающее напряжение 5 В. Она будет излучать свет в течение короткого отрезка времени (доли секунды), пока конденсатор не разрядится. Если свет попадет в мишень, прозвучит сигнал. После отпускания кнопки-курка конденсатор снова зарядится – пистолет готов к “выстрелу”. Резистор R1 ограничивает зарядный ток конденсатора. Специального выключателя питания в пистолете нет, поскольку в режиме готовности ток от батареи практически не потребляется. Большинство деталей мишени размещают на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Вариант конструкции мишени, которую использовал автор, показан на рис. 4. Для защиты от внешней засветки фототранзистор 4 размещают в пластмассовом светонепроницаемом корпусе 1, в качестве которого применена баночка из-под фотопленки. Примерно посередине размещена перегородка 2 из матового органического стекла. Для повышения чувствительности можно установить светоотражающий конус 3 из ватмана. Корпус крепят к плате 5, на которой располагают и пьезоизлучатель 6.

Конструкция пистолета показана на рис. 5. Для него понадобится корпус-“пустышка” подходящих размеров. Внутри него устанавливают лазерную указку 1 таким образом, чтобы она “стреляла” в полном соответствии с прицелом пистолета. Указку предварительно плотно обматывают изолентой, чтобы кнопка включения была нажата. В корпусе устанавливают также кнопку 2 и батарею питания 3. Монтаж ведут навесным методом.

В устройстве можно применить, кроме указанных на схеме, микросхему К176ЛА7, К564ЛА7, пьезоизлучатель ЗП-1; оксидные конденсаторы – К50, К52, К53, остальные – КМ-6, К10-17, любой подстроечный резистор, постоянные – МЛТ, С2-33, выключатель – любого типа, кнопка в пистолете – с самовозвратом. Налаживание пистолета сводится к подбору конденсатора С1 такой емкости, чтобы получить оптимальную длительность выстрела. В мишени резистором R1 устанавливают чувствительность, при которой она не реагирует на внешнее освещение. Саму мишень следует укрыть от прямых солнечных лучей и других источников света. Тональность и громкость звукового сигнала можно установить подбором конденсатора С3 (грубо) и резистора R3 (плавно). Продолжительность звукового сигнала устанавливают подбором конденсатора С2 и резистора R2.

Фототир из лазерной указки

Когда патроны практически не кончаются.

С появлением лазерных указок сделать фототир оказалось довольно просто, при этом особых проблем с дальностью несколько десятков метров не существует. Применение подобных игрушек может быть самое разнообразное, как в составе комплекса, так и по отдельности. Сначала думал установить подобную систему на радиоуправляемых моделях танков. В стволе танка можно установить лазер, а по периметру танка несколько датчиков. Если использовать две радиоуправляемые модели, то можно устроить настоящий танковый бой на поражение в уязвимые места. Но до такого изврата пока не дошел, а вот мишень с пистолетом реализовать удалось.

Идея

Широко распространенные фотодиоды хорошо реагирует на световой сигнал от лазерной указки даже при сопутствующем внешнем освещении, что позволяет легко организовать фототир. При этом никаких особых и дорогих деталей для создания такого фототира не нужно, достаточно лишь немного времени после работы, умелые руки и элементарные знания электроники, а также умение работать с паяльником. В свое время у меня завалялось несколько сотен интегральных схем 1006ВИ1, применение которых оказалось настолько универсальным и распространенным, что казалось бы из него вся электроника и состоит. Я уже применял таймер 1006 ВИ1 (555) для елочных поделок (http://www.afterwork.com.ua/?p=1955), и буду продолжать применять, пока не закончится запас микросхем.

Состав

Вся схема состоит из четырех автономных блоков: А1 – источник импульсов лазера (пистолет рис.1); А2 – фотодатчик со световой и звуковой индикацией (мишень – рис.3); А3 – зарядное устройство для аккумуляторов и пистолета, и мишени (рис.5);, А4 – звуковой индикатор, дополнительный блок для удобства и эффектности (рис.5).

Схема пистолета (А1)

Основные функции пистолета – обеспечение формирование лазерного импульса короткой продолжительность с минимальным интервалом следования около 0,5 сек, а также формирование звукового сигнала в момент генерации импульса. Спусковым крючком для «выстрела» есть изменение положение переключателя SB1 из правого положения по схеме в левое (рис.1). В этот момент заряженный до напряжения около 3,75 В конденсатор С1 подключается к лазерной указке. Через лазерный светодиод проходит короткий импульс тока, в результате которого формируется короткий световой лазерный импульс, длительность импульса можно уменьшать, увеличивая сопротивление встроенного в лазерную указку токоограничительного резистора R1.

Одновременно с лазерной указкой к накопительному конденсатору С1 подключается мультивибратор, собранный на транзисторах VT1,VT2. Мультивибратор работает на частоте около 3 кГц и нагружен на динамическую головку ВА1 сопротивлением несколько десятков Ом через эммитерный повторитель на VT 3. В результате падения напряжения в процессе разряда С1 в динамике слышен звуковой импульс с изменяющейся частотой (что то вроде «Ф-и-и-ть»).

После отпускания спускового крючка пистолета SB1 переключается в правое по схеме положение и начинается процесс заряда конденсатора С1 через резистор R2, последний и определяет минимальный период перезаряда С1, а значит и минимальное время между «выстрелами». Так как при отпущенном спусковом крючке вся схема отключена от источника питания, то в ждущем режиме пистолет практически ничего не потребляет.

Конструкция пистолета (А1)

В качестве корпуса для размещения всех элементов схемы служит корпус пистолета 8-битной приставки типа «Денди» и т.п. От исходного пистолета остается только оболочка и контактная группа со спусковым крючком, а также фотодиод, который используется в мишени, как датчик попадания.

В корпусе пистолета свободно размещаются все элементы схемы (рис.2). Для установки лазерной указки в районе мушки пистолета прийдется немного развернуть отверстие до диаметра лазерной указки. Лазерная указка закрепляется при помощи уплотнения кусочком поролона или каким либо другим образом. Следует помнить, что мушку с положением лазерной указки внутри пистолета следует согласовать, т.е. пристрелять пистолет, а для этого положение лазерной указки придется слегка изменять.
В качестве аккумулятора используется потерявший емкость аккумулятор для мобильного телефона, который уже неудобно применять в телефоне, так как он требует частой перезарядки. При малом токе потребления пистолета такой аккумулятор еще послужит достаточно долго. Заряд аккумулятора обеспечивается зарядным устройством (А3). Можно также заряжать аккумулятор так, как это сделано здесь (http://www.afterwork.com.ua/?p=2589).

Схема мишени (А2)

Вся мишень (рис.3), для экономии места и времени, а так же и расширения функциональных возможностей собрана на интегральных таймерах, ставших уже классическими 1006ВИ1. Удачная компоновка 555 таймера позволяет на нем строить разнообразные и полезные устройства, в том числе большое входное сопротивление позволяет оперировать высокоомными источниками (1Мом), а малое выходное (10Ом) – напрямую управлять светодиодами или другими низкоомными нагрузками.

Датчиком лазерного импульса есть фотодиод VD1, который включен в схему запуска одновибратора, собранного на DA1 (рис.3). Во время попадания зайчика лазера на фотодиод, сопротивление его падает и на входе S DA1 появляется короткий отрицательный импульс, который и запускает одновибратор. Времязадающая цепь одновибратора R2,C3 обеспечивает генерацию импульса продолжительностью около 2с. Резистор R1 вместе с фотодиодом VD1 образуют делитель. Когда фотодиод не освещен тогда на входе S (DA1) присутсвует лог “1″ (больше трети напряжения питания). В случае попадания света на фотодиод его сопротивление резко падает, напряжение на нем уменьшается, на входе S (DA1) появляется лог “0″, чем и запускается одновибратор.

Сигнал на выходе Q (DA1) уже можно использовать как индикатор попадания в цель, отбросив остальную часть схемы и подключив к этому выходу светодиодную цепочку R5,VD2,VD3,R6. Такая простая индикация с далекого расстояния может быть перепутана с пятном от “выстрела”, особенно с далекого расстояния. Поэтому на DA2 собран простенький динамический индикатор в виде мультивибратора (рис.3), нагруженного на индикаторные светодиоды.

Мультивибратор (рис.3), собранный на DA2, запускается по входу E и начинает генерировать импульсы с периодом около 0,3с в течение интервала разрешения. Таким образом, на один импульс разрешения DA1 приходится 5-10 импульсов мультивибратора DA2. Времязадающая цепочка мультивибратора R3,C6 подключена к выходу с открытым коллектором Ок(DA2). С нагрузки открытого коллектора R4 сигнал может быть подан на звуковую индикацию A4.

Светодиод VD2 излучает зеленый свет и индицирует готовность мишени к выстрелу после завершения цикла индикации. VD3 – излучает красный свет, причем, в момент попадания они «перемигиваются», что обеспечивает различение момента попадания даже с больших дальностей и при большом внешнем освещении.

В отсутствии запускающего лазерного импульса DA2 блокируется, потребляя минимум энергии. Питание всей схемы мишени осуществляется, как и в пистолете, от старого аккумулятора мобильного телефона – GB1 напряжением 3,75В. Конденсаторы С2,С4 стабилизируют работу компараторов интегральных таймеров. Конденсатор С1 – блокировочный по цепям питания. Резисторы R5,R6 – токоограничительные элементы для светодиодов. Выключатель SA1 – позволяет отключать схему мишени от источника питания.

Конструкция мишени (А2)

Мишень конструктивно выполнена в прямоугольном плоском корпусе, на переднюю панель которого вынесены основные элементы, понятные из рисунка (рис.4), а на боковую (или заднюю)стенку – выключатели питания и звуковой индикации, а также гнездо для подачи зарядного тока к аккумулятору (на схеме мишени условно не показано, его контакты подключаются параллельно крайним контактам аккумулятора мобильника в соответствующей полярности).

Более подробно конструкцию описывать не имеет смысла, так как каждый может сотворить что-нибудь более привлекательное и интересное.

Зарядное устройства аккумуляторов мобильника (А3)



Зарядное устройство (рис.5) построено по схеме простейшего источника тока. Стабилизация напряжения на базе транзистора VT1 собрана на основе светодиода VD1 (падение напряжения около 2,2В), последний является одновременно и индикатором включения питания зарядного устройства. Стабилизация напряжения на базе транзистора VT1 обеспечивает стабилизацию тока через R1, а значит и коллекторного тока VT1.

Читайте также:  Монтаж проводки в монолитном доме

Стабильный коллекторный ток заряжает аккумулятор, независимо от напряжения на нем. Питание схемы стабилизатора тока осуществляется от однополупериодного выпрямителя на VD2 и фильтрующего конденсатора С1. Понижение напряжения до уровня 6-10В осуществляется трансформатором ТV1, рассчитанным на ток не меньше 100мА. Время зарядки аккумулятора (700мАч) около 12 часов (ночь). Не рекомендуется перезаряжать аккумуляторную батарею свыше указанного времени.

Звуковой индикатор попадания (А4)

Звуковой индикатор попадания (А4) может быть добавлен как дополнительный элемент индикации. Генератор звукового тона (около 1кГц) собран на DA1 c времязадающими элементами R1, C2, а также R2, который одновременно есть коллекторной нагрузкой вывода 7 DA1. Управление генератором звукового тона осуществляется по входу 4 (Е) пакетом импульсов, формируемым на выходе DA2 (рис.5). Малое выходное сопротивление 555 интегрального таймера позволяет его нагрузить непосредственно на динамическую головку ВА1 с сопротивлением 8 Ом и выше.

Примечания

1. При исправных деталях схема практически не нуждается в настройке.

2. Детали схем собраны на простой монтажной плате, мне кажется, что такую схему вообще можно собрать на ножках 555 таймера.

3. Пистолет (А1) можно применять отдельно, стреляя по стандартной или выдуманной мишени, отсвет импульса лазера хорошо видно. Так можно развлекаться на природе и дома.

4. Так как пистолет «стреляет» импульсами, то можно использовать его как игрушку для детей, в этом случае даже если ребенок захочет, он не сможет надолго засветить в одно место (например, глаз), а короткий импульс практически безопасен.

5. Зарядное устройство можно применить для зарядки аккумуляторов и аккумуляторных батарей, например, от плеера или радиоприемника, только если высчитать нужное время заряда для конкретного аккумулятора.

6. Пожалуй, только мишень отдельно применять нельзя, разве что просто как элемент ночного освещения…

7. Зарядное устройство можно применять для заряда аккумулятора как пистолета , так и мишени. Одного заряда хватает на несколько десятков часов непрерывной работы.

Фототир из лазерной указки

Описания различных фототиров, в том числе и на основе лазерной указки, неоднократно публиковались в радиолюбительской литературе. В предлагаемом варианте конструкции фототира в качестве фотоприемника использован тиратрон с холодным катодом, который одновременно является и индикатором точного попадания в цель.

Электронный фототир состоит из двух узлов — пистолета и мишени. При попадании в мишень лазерного луча включается световая индикация, через несколько секунд индикатор автоматически выключается. Выстрел пистолета сопровождается шумовым эффектом.

В качестве фотодатчика в данной конструкции использован тиратрон (триод) с холодным катодом. Светочувствительностью обладают лампы с активированным катодом [1]. Такие катоды имеют, например, тиратроны МТХ-90, ТХ18А. Активация катода слоем цезия снижает напряжение зажигания и горения разряда и увеличивает интенсивность свечения газа. С другой стороны, за счет этой же активации лампа приобретает чувствительность к уровню внешнего освещения. Для большинства применений данный эффект вреден, но в данном случае именно это и нужно. Наиболее доступной является лампа МТХ-90, ее размеры больше, поэтому она и была использована в конструкции.

На рис. 1 [1] приведены статические характеристики светочувствительности лампы МТХ-90 при различных токах сетки (lc). По оси X отложены значения светового потока, падающего перпендикулярно торцу лампы, а по оси Y значения напряжения зажигания разрядного промежутка анод-катод.

Из приведенных графиков следует, что наибольшая светочувствительность проявляется при отключенной сетке (lc = 0), причем она становится значительной лишь при напряжениях, близких к напряжению зажигания лампы в темноте.

При завышенных, по сравнению с обычными, анодных напряжениях (около 300 В) у разных экземпляров МТХ-90 даже небольшой световой поток может понизить напряжение зажигания анодного промежутка на 30. 60 В! При токах сетки 10. 40 мкА лампа практически не чувствительна к свету.

Нужно отметить, что обычные неоновые лампы, например ТН-0,2, не активированы цезием, и пытаться применить их в данной конструкции бесполезно, хотя и не исключено, что какую-то минимальную светочувствительность к большим световым потокам они все-таки имеют.

Принципиальная схема мишени приведена на рис. 2. Мишень содержит фотодатчик VL1, удвоитель напряжения VD1VD2C1C2, параметрический стабилизатор R1—R3VD3VD4, регулятор напряжения с фильтром R4—R8C3 и узел сброса.

В узел сброса входят датчик включения тиратрона R9, времязадающая цепь R10C4, аналог динистора VT1VT2VD6 и высоковольтный ключ на составном транзисторе VT3VT4. В соответствии с графиками, приведенными на рис. 1, сетка тиратрона никуда не подключена для достижения максимальной светочувствительности.

Мишень работает следующим образом. Когда тиратрон включается, на резисторе R9 появляется напряжение 15. 20В, конденсатор С4 начинает заряжаться через резистор R10 до напряжения, при котором срабатывает аналог динистора. Ключ открывается и шунтирует параметрический стабилизатор напряжения. Напряжение на тиратроне VL1 падает ниже напряжения горения, и тиратрон гаснет. Конденсатор С4 разряжается через динистор и R13. Транзисторный ключ закрывается, напряжение питания тиратрона восстанавливается. Напряжение на R9 падает до нуля, поэтому С4 остается разряженным. Это состояние является устойчивым, если уровень фонового освещения недостаточен для включения тиратрона.

Если внешняя засветка велика, тиратрон включится, затем снова выключится, схема переходит в режим автоколебаний. Настройка заключается в том, чтобы, уменьшая анодное напряжение VL1 с помощью переменного резистора R4, добиться срыва автоколебаний, после чего мишень готова к работе в составе фототира. Обычное верхнее комнатное освещение работе датчика не мешает, поскольку напряжение на аноде можно перестраивать приблизительно на 60В, и его влияние можно устранить, а светочувствительность при небольшой фоновой засветке остается достаточно высокой. Если комната ярко освещена солнечными лучами, мишень работать не будет, даже если солнечный свет не попадает непосредственно на тиратрон.

Светодиод HL1 служит индикатором включения и дежурного режима мишени. Светодиод HL2 является индикатором срабатывания транзисторного ключа (мишень не готова). Диод VD5 защищает светодиод HL1 от напряжения обратной полярности, которое возникает из-за разряда конденсатора фильтра СЗ через резисторы R7, R4 и открытый транзисторный ключ. Индикатор HL1 с зеленым цветом свечения включен, на первый взгляд, не совсем удачно, но это сделано для того, чтобы через него проходил весь ток, потребляемый устройством в дежурном режиме, иначе даже при использовании суперяркого светодиода L-934SGC на расстоянии 10 м от мишени его не удастся разглядеть. Конечно, можно увеличить ток потребления устройства, уменьшив номинал резисторов R1—R3, но это приведет к существенному увеличению рассеиваемой ими мощности и росту температуры внутри мишени. Индикатор HL2 — красный суперяркий светодиод. В момент срабатывания транзисторного ключа ток через него приблизительно в два раза больше, чем через HL1, и его свечение хорошо заметно.

Поскольку напряжение включения некоторых экземпляров МТХ-90 при отсутствии внешнего освещения может доходить до 300В, напряжение сети 220 В пришлось удваивать. Без удвоения стабилитроны VD3, VD4 выходили бы из режима стабилизации при малейшем снижении сетевого напряжения.

На схеме VL1 имеет несколько странное обозначение, которое, тем не менее, вполне соответствует выполняемой функции. Тиратрон МТХ-90 действительно является одновременно и приемником излучения и элементом световой индикации.

В конструкции мишени, помимо указанных на схеме типов VD1—VD3, можно использовать любые диоды с максимально допустимым обратным напряжением 800. 1000В и прямым током 0,5. 1 А. Стабилитроны VD3, VD4 следует подобрать так, чтобы суммарное напряжение стабилизации было не более 300. 305 В. Это нужно для того, чтобы не превышать максимально допустимое напряжения транзисторов КТ940А (300 В). Стабилитроны могут быть любого другого типа, например четыре Д817Г. Стабилитрон VD6 — любого типа с напряжением стабилизации 6. 10 В. Транзисторы VT1, VT2 — любые кремниевые соответствующей структуры с максимальным напряжением коллектор-эмиттер более 25 В. Светодиоды — обязательно суперяркие, например, из серии L-53 фирмы Kingbright. Оксидные конденсаторы – импортные аналоги К50-35.

Вариант конструкции мишени показан на рис. 3. Элементы мишени размещены в пластмассовой коробочке размерами 105x65x20 мм с прозрачной крышкой. В эту коробочку была упакована та самая лазерная указка, которая использована в конструкции пистолета.

После ознакомления с сайтом в Интернете, посвященным лазерным указкам и их применению, и прочтения материала [3], автор данной статьи был уверен, что в лазерной указке установлена микросхема, стабилизирующая ток лазерного диода, а в лучшем варианте, еще и дополнительный фотодиод, позволяющий стабилизировать мощность излучения.

Когда в процессе экспериментов одна лазерная указка вышла из строя и была безжалостно разобрана, выяснилось, что никакой микросхемы стабилизатора тока, упоминавшейся в [3], внутри указки китайского производства не имеется.

Возможно, микросхема и присутствовала изначально в первоисточнике, но юго-восточные изготовители любят экономить. На рис. 4 приведена полная электрическая схема лазерной указки, снятая с натуры, а на рис. 5 показана ее вольтамперная характеристика.

Из схемы понятно, что лазерный диод не защищен от превышения напряжения питания. Из графика на рис. 5 можно сделать вывод, что при напряжении питания больше 2 В последовательно соединенные лазерный диод и токоограничительный резистор R1 ведут себя как резистор с эквивалентным сопротивлением 70. 80 Ом. Излучение лазера можно заметить уже при токах 0,15. 0,2 мА, что приблизительно совпадает с минимальными рабочими токами красных суперярких светодиодов. Падение напряжения на лазерном диоде (точка перегиба на ВАХ) — 1,65. 1,7В— также приблизительно соответствует аналогичному параметру красных светодиодов.

Возможно, отсутствие внутреннего стабилизатора тока даже к лучшему, иначе было бы непонятно, как может работать конструкция, описанная в [4]. Если бы стабилизация тока была, о чем упоминается в [3], то все усилия автора по модуляции луча [4] оказались бы малоэффективными.

Схема пистолета показана на рис. 6. От прототипа, описанного в [2], схема отличается тем, что для питания указки используются три элемента ААА (4,5 В), поэтому микросхема стабилизатора напряжения не нужна. В схему добавлена вторая кнопка, которая позволяет включить лазер в режим непрерывного излучения, что удобно при настройке прицела.

Узел звуковых эффектов, в отличие от конструкции, приведенной в [2], перенесен из мишени в пистолет, поскольку на больших расстояниях стреляющий не услышит звук, идущий от мишени. Модуль на рис. 2, обозначенный “МС”, — это готовая плата музыкального синтезатора с бескорпусной микросхемой-аналогом УМС от сломанного игрушечного автомата китайского производства.

Динамическая головка небольшого размера с сопротивлением катушки 8 Ом — от сломанного игрушечного или от настоящего сотового телефона. Кнопки включены в минусовой провод питания, поскольку микросхема звукового синтезатора включается подачей “нуля” на соответствующий вывод. Резисторы R1 и R2 имитируют внутреннее сопротивление трех последовательно включенных дисковых гальванических элементов LR44 (AG13, А76, V13AG).

Эти элементы — штатное питание лазерной указки. Их внутренне сопротивление достаточно велико, например, у частично разряженных трех элементов AG13 от той же указки оно имело величину около 20 Ом. Внутреннее сопротивление конденсатора и элементов ААА существенно меньше.

Установить и закрепить указку так, чтобы луч сразу совпал с указанием прицела, довольно сложно, поэтому лучше сразу предусмотреть в конструкции пистолета возможность смещения рамки относительно мушки по вертикали и горизонтали.

Для пистолета можно (и желательно) использовать экземпляр указки, луч которой сфокусирован неидеально. Например, в данной конструкции пятно имело диаметр около сантиметра при расстоянии до мишени 12 м. В этом случае, при увеличении расстояния требования к точности прицеливания остаются практически постоянными, то есть попасть в “десятку” с расстояния 10 м не намного сложнее, чем с 3 м.

Читайте также:  Электронный регулятор переменного напряжения

1. А. М. Еркин. Лампы с холодным катодом.— М.: Энергия, 1972.

2. И. Нечаев. Фототир на базе лазерной указки.— Радио, 2001, № 3, с. 58.

3. И. Нечаев. Новые профессии лазерной указки.— Радио, 1999, № 10, с. 52—54.

4. И. Нечаев. С ветотелефон на базе лазерной указки.— Радио, 2000, № 1, с. 54, 55.

Лазерный фототир

http://igrushka.kz/phpBB2/viewtopic.php?t=4334&highlight=%F4%EE%F2%EE%F2%E8%F0

Лазерный фототир состоит из трех частей, пистолета, мишени и зарядного устройства. В качестве источников питания используются потерявшие емкость аккумуляторы от сотовых телефонов.

Схема пистолета обеспечивает формирование коротких одиночных импульсов при нажатии на спусковой крючок, а также ограничивает частоту выстрелов. В момент выстрела также предусмотрена звуковая индикация импульса. Пистолет может быть использован просто как игрушка, сам по себе, конструкция собрана на основе пистолета 8-битных игровых приставок.

Схема мишени предусматривает динамическую световую и звуковую индикацию попадания, возможность отключения звуковой индикации. Мишень опробована на дальности 30 метров при условии умеренного освещения.

Идея и применение.

Давно хотел себе сделать подобную штучку, просто для тренировки и развлечения, только проблема была в получении мощного источника света, да еще и направленного действия. Очень обрадовался, когда появились лазерные указки с их большой дальностью и фокусировкой. Подобных схем в изобретено много, вот решил присоединить свою к этому списку.

Применение подобных игрушек может быть разнообразное, как в составе комплекса, так и по отдельности. Сначала думал установить подобную систему на радиоуправляемых моделях танков. В стволе можно установить лазер, а по периметру танка несколько датчиков. Если использовать две радиоуправляемые модели, то можно устроить настоящий танковый бой на поражение в уязвимые места. Но до такого пока не дошел, может все еще впереди…

Пистолет (А1) можно применять отдельно, стреляя по стандартной или выдуманной мишени, отсвет импульса лазера хорошо видно. Так можно развлекаться на природе и дома. Так как пистолет «стреляет» импульсами, то можно использовать его как игрушку для детей, в этом случае даже если ребенок захочет, он не сможет надолго засветить в одно место (например, глаз), а маленький импульс практически безопасен.
Зарядное устройство можно применить для зарядки аккумуляторов и аккумуляторных батарей, например, от плеера или радиоприемника, только если высчитать нужное время заряда для конкретного аккумулятора. Пожалуй, только мишень отдельно применять нельзя, разве что просто как датчик освещения…

Описание схем комплекса.

Вся схема состоит из трех автономных блоков: А1 – источник импульсов лазера (пистолет); А2 – фотодатчик со световой и звуковой индикацией (мишень); А3 – зарядное устройство для аккумуляторов пистолета и мишени.

А1 – пистолет.

Основные функции пистолета – обеспечение формирование лазерного импульса короткой продолжительность с минимальным интервалом следования около 0,5 сек, а также формирование звукового сигнала в момент генерации импульса. Спусковым крючком для «выстрела» есть изменение положение переключателя SB1 из правого положения в левое (по схеме). В этот момент заряженный до напряжения около 3,75 В конденсатор С1 подключается к лазерной указке. Через лазерный светодиод проходит короткий импульс тока, в результате которого формируется короткий световой лазерный импульс, длительность импульса можно уменьшать, увеличивая сопротивление встроенного в лазерную указку токоограничительного резистора R1.

Одновременно с лазерной указкой к накопительному конденсатору С1 подключается мультивибратор, собранный на транзисторах VT1,VT2. Мультивибратор работает на частоте около 3 кГц и нагружен на динамическую головку ВА1 сопротивлением несколько десятков Ом через эммитерный повторитель на VT 3. В результате падения напряжения в процессе разряда С1 в динамике слышен звуковой импульс с изменяющейся частотой (что то вроде «Ф-и-и-ть»).

После отпускания спускового крючка пистолета SB1 переключается в правое по схеме положение и начинается процесс заряда конденсатора С1 через резистор R2, последний и определяет минимальный период перезаряда С1, а значит и минимальное время между «выстрелами». Так как при отпущенном спусковом крючке вся схема отключена от источника питания, то в ждущем режиме пистолет практически ничего не потребляет.

Вся мишень, для экономии места и времени, а так же и расширения функциональных возможностей собрана на интегральных таймерах, ставших уже классическими DA1-DA3. Удачная компоновка таймера позволяет на нем строить разнообразные и полезные устройства. Большое входное сопротивление позволяет оперировать высокоомными источниками, а малое выходное – напрямую управлять светодиодами и динамической головкой.

Датчиком лазерного импульса есть фотодиод VD1, который включен в схему запуска одновибратора, собранного на DA1. Во время попадания зайчика лазера на фотодиод, сопротивление его падает и на входе S DA1 появляется короткий отрицательный импульс, который и запускает одновибратор. Времязадающая цепь одновибратора R2 C3 обеспечивает генерацию импульса продолжительностью около 2с. R1 – верхний резистор делителя в составе R1 и VD1, для формирования импульса запуска одновибратора. Его сопротивление достаточно большое, так как фотодиод использует обратное включение.

Сигнал на выходе Q DA1 уже можно использовать как индикатор попадания в цель, отбросив остальную часть схемы и подключив к этому выходу светодиодную цепочку R5,VD2,VD3,R6.

Остальная часть схемы расширяет возможности индикации. После начала генерации импульса одновибратором на DA1, на вход E DA2 поступает импульс разрешения работы. Мультивибратор, собранный на DA2, запускается и начинает генерировать импульсы с периодом около 0,3с. Таким образом, на длительность импульса c DA1 приходится 5-10 импульсов мультивибратора DA2. Времязадающей цепочкой мультивибратора есть R3,C6, которая подключена к выходу с открытым коллектором Ок DA2. Нагрузкой открытого коллектора есть резистор R4.

Светодиод VD2 излучает зеленый свет и индицирует готовность мишени к выстрелу после завершения цикла индикации. VD3 – излучает красный свет, причем, в момент попадания они «перемигиваются», что обеспечивает различение момента попадания даже с больших дальностей и при большом внешнем освещении. Для еще большего эффекта от попадания в цель добавлена звуковая индикация на основе низкоомной динамической головки ВА1. Большие допустимые токи выхода Q интегрального таймера позволяют подавать звуковой сигнал через разделительный конденсатор С9 непосредственно на ВА1.

Генератор звукового тона (около 1кГц) собран на DA3 c времязадающими элементами R7C8, а также R8, который одновременно есть коллекторной нагрузкой вывода 7 DA3. Управление генератором звукового тона осуществляется по входу 4 (Е) пакетом импульсов, формируемым на выходе DA2.

В отсутствии запускающего лазерного импульса DA2,DA3 блокируются и ничего не генерируют, потребляя минимум энергии. Питание всей схемы мишени осуществляется , как и в пистолете, от аккумулятора GB1 напряжением 3,75В. Конденсаторы С2,С4,С7 стабилизируют работу компараторов интегральных таймеров. С5, С10 буферная защита от помех по цепям питания на входные высокоомные цепи DA1. Резисторы R5,R6 – токоограничительные элементы для светодиодов. Выключатель SA1 – позволяет отключать схему мишени от источника питания.

А3 – зарядное устройство.

Построено по схеме простейшего источника тока. Стабилизация напряжения на базе транзистора VT1 собрана на основе светодиода VD1 (падение напряжения около 2,2В), последний является одновременно и индикатором включения питания зарядного устройства. Стабилизация напряжения на базе обеспечивает стабилизацию тока через R1, а значит и коллекторного тока VT1. Стабильный коллекторный ток заряжает аккумулятор, независимо от напряжения на нем.
Питание схемы стабилизатора тока на VT1 осуществляется от однополупериодного выпрямителя на VD2 и фильтрующего конденсатора С1. Понижение напряжения до уровня 6-10В осуществляется трансформатором ТV1.

Пистолет для лазерного фототира собран на основе корпуса от пистолета 8-битной приставки типа «Денди» и т.п. От исходного пистолета остается только корпус, контактная группа со спусковым крючком и фотодиод, который используется в мишени, как датчик попадания.

В корпусе пистолета свободно размещаются все элементы схемы (см. рисунки). Для установки лазерной указки в районе мушки пистолета прийдется немного развернуть отверстие для исходного фотодиода «Денди». Лазерная указка закрепляется при помощи уплотнения кусочком поролона и удачно располагается между ребрами жесткости внутренностей пистолета.

В качестве аккумулятора используется потерявший емкость аккумулятор для мобильного телефона, который уже неудобно применять в телефоне, так как он требует частой перезарядки. При малом токе потребления пистолета такой аккумулятор еще послужит достаточно долго. Заряд аккумулятора обеспечивается зарядным устройством, схема которого также представлена на эскизе принципиальной схемы. Время зарядки – около 12 часов (ночь). Не рекомендуется перезаряжать аккумуляторную батарею свыше указанного времени.

Мишень конструктивно выполнена в прямоугольном плоском корпусе, на переднюю панель которого вынесены основные элементы, понятные из рисунка, а на боковую (или заднюю ) выключатели питания и звуковой индикации, а также гнездо для подачи зарядного тока к аккумулятору (на схеме не показано, его контакты подключаются параллельно крайним контактам аккумулятора мобильника в соответствующей полярности).

Более подробно конструкцию описывать не имеет смысла, так как каждый может сотворить что-нибудь более привлекательное и интересное.

Описание схемы и конструкции лазерного фототира можно также почитать ЗДЕСЬ .
_________________
Не все так просто, но и не все так сложно!

Фототир из лазерной указки

Функциональная схема “лазерно­го пистолета” приведена на рис. 9.

Функциональная схема “лазер­ного пистолета” (рис. 9) состоит из: генератора запускающих импуль­сов, генератора модулирующих им­пульсов и генератора звуковой ча­стоты. В схеме предусмотрено два спусковых механизма ( SB 1 nSB 2), чтобы пистолет мог “стрелять” как “одиночными” (“Од”) выстрелами, так и “очередями” (“Оч”). “Перевод­чиком” режима огня служит трехпозиционный переключатель SA 1.

Схема (рис. 9) работает следу­ющим образом.

Переключатель SA 1 из нейт­рального (среднего) положения пе­реводится положение 2 (“Оч”). На­пряжение питания от источника GB 1 через диод VD 2 поступает на вход стабилизатора напряжения ( DA 1 ), а через него – на остальные элементы схемы, которые приво­дятся в состояние готовности. При этом зажигаются два светодиода ( HL 2 и HL 3).

При нажатии на спусковой крю­чок срабатывает переключатель SB 1 , включается генератор запус­кающих импульсов, генератор мо­дулирующих импульсов и генера­тор звуковой частоты. С выхода ге­нератора модулирующих импуль­сов сигнал поступает на транзис­тор VT 1 , в коллекторную цепь ко­торого включен источник оптичес­кого излучения HL 4. Источник из­лучения выдает пачки оптических импульсов.

При переводе переключателя SA 1 в положение 3 (“Од”) напряже­ние питания от источника GB 1 че­рез диод VD 1 поступает на вход стабилизатора напряжения ( DA 1), а через него – на остальные эле­менты схемы, которые приводятся в состояние готовности. При этом зажигается один светодиод ( HL 1). Генератор запускающих импульсов выключается.

При нажатии на спусковой крю­чок срабатывает переключатель SB 2, одномоментно включается ге­нератор модулирующих импульсов и генератор звука. С выхода гене­ратора модулирующих импульсов сигнал поступает на транзистор VT 1 , в коллекторную цепь которо­го включен источник оптического излучения HL 4. Источник излуче­ния выдает одну пачку оптических импульсов. В этом случае длитель­ность пачки импульсов определя­ется величиной емкости конденса­тора С4.

Интегральная схема DA 1 слу­жит стабилизатором напряжения питания. Переключатель SA 2 слу­жит выключателем звука. При пе­реводе переключателя SA 3 в поло­жение 2, источник излучения HL 4 переходит в непрерывный режим работы, который используется для настройки пистолета.

Принципиальная электрическая схема “лазерного пистолета” при­ведена на рис. 10.

Детали и основные элементы.

Источником излучения ( HL 4) служит лазерная указка (ЛУ), ра­ботающая в диапазоне 0,63 мкм с мощностью потока излучения по­рядка 1 мВт. Указка подвергается минимальной доработке. Для чего

крышка батарейного отсека отво­рачивается, а батареи извлекают­ся. Небольшим паяльником к пру­жинке, отходящей от печатной пла­ты указки, припаивается провод­ник, который подключается к отри­цательному полюсу источника пи­тания. Вывод от корпуса указки – подключается к положительному полюсу. Корпус указки плотно об­матывается скотчем, чтобы кнопка включения была нажата.

Если имеется возможность, то экземпляр ЛУ желательно ото­брать по минимальной величине пятна рассеяния, которая может лежать в диапазоне 05. 15 мм. Пятно рассеяния определяется пу­тем засветки обычной деревянной линейки с расстояния не менее 5 м.

Генератор модулирующих им­пульсов реализован на половине микросхемы типа К176ЛА7 ( DD 1 .1, DD 1 .2). Частота модуляции генера­тора определяется номиналом кон­денсатора СЗ и резистора R 4 и ус­танавливается в пределах 8. 10 Гц.

На другой половине микросхе­мы ( DD 1.3, DD 1.4) реализован ге­нератор модулирующих импульсов. Частота модуляции генератора оп­ределяется номиналом конденса­тора С7 и резистора R 7 и устанав­ливается в пределах 30. 35 Гц. При этом частота модуляции должна быть согласована с резонансной частотой усилителя фотосигнала (см. рис. 2). Частота модуляции выбрана произвольно и может ус­танавливаться любой, вплоть до десятков килогерц.

Для изготовления генератора звуковой частоты использована микросхема ( DA 2) усилителя типа LM 386 N , включенная в режиме уп­равляемого генератора. Частота генерации определяется элемента­ми (С6, R 8) и величиной сигнала управления, поступающего на базу транзистора VT 1 через подстроечный резистор R 9. Переключатель SA 2 служит для выключения звука.

В качестве”переводчика” ( SA 1) использован переключатель типа TS -53 ( on – off – on ). Переключатели SA 2 и SA 3 – движкового типа. В ка­честве переключателя SB 1 исполь­зован концевик типа МП-7, а в ка­честве SB 2 – концевик типа МП-11.

В качестве стабилизатора на­пряжения ( DA 1) использована мик­росхема 78 L 05.

В пистолете использован дина­мик (В 1) типа MRYD 251 4 с сопро­тивлением катушки R = 8 Ом.

VD 1 , VD 2 – диоды Шоттки типа 1 N5817, остальные – типа КД522. Светодиоды (HL1 .. .HL3) типа LH2640 красного свечения, диаметром 3 мм.

В описываемом варианте фото­тира использован корпус макета пи­столета от выпускавшегося в СССР электронного тира ЭЛТ-6, который был построен на базе газового ла­зера. Из корпуса были извлечены все лишние детали. Габаритные раз­меры пистолета: 413x160x40 мм. Масса 900 г. Внешний вид макета пистолета приведен на рис. 11.

Лазерная указка закрепляется в свободной полости корпуса пис­толета, в специальной оправке, по­зволяющей перемещать ее в трех плоскостях. Вариант установки указки в “лазерном пистолете” при­веден на рис. 12.

Все элементы схемы (рис. 10) размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита с габаритными размерами: 180x32x1,5 мм. Пере­ключатель SA 1 и светодиоды ( HL 1. HL 3) закреплены на торце платы на круглом основании 032 мм. Внешний вид платы “лазерно­го пистолета” приведен на рис. 13, а вид платы со стороны переклю­чателя SA 1 приведен на рис. 14.

Переключатель SB 1 устанавли­вается непосредственно на печат­ной плате (рис. 13) и приводится в движение штоком, соединенным со спусковым крючком, а переключа­тель SB 2 устанавливается в руко­яти пистолета и приводится в дви­жение рычагом, называемым “уско­ритель”, также соединенным со спусковым крючком. Вариант раз­мещения переключателя SB 2 при­веден на рис. 15.

Собранная без ошибок электри­ческая схема “лазерного пистоле­та” не требует особой наладки. На­ладка осуществляется подбором элементов, помеченных “*” на схе­ме (рис. 10).

Определенные трудности пред­ставляет “пристрелка” пистолета, т.е. юстировка излучающего узла, с тем, чтобы направление лазерно­го луча совпадало с линией прице­ливания.

В использованной конструкции пистолета имеется 4-х линзовая оп­тическая система, которая позво­ляет получать пятно рассеяния по­рядка 4 мм на расстоянии до 10 м.

Без использования оптики пят­но рассеяния на расстоянии 6 мет­ров составляет порядка 6. 10 мм, и зависит от экземпляра лазерной указки.

Описанный вариант конструк­ции “лазерного пистолета” пред­ставляет собой законченное уст­ройство, которое может работать в автономном режиме с аналогичны­ми электронными мишенями.

Питание “лазерного пистолета” осуществляется от NiMn аккумуля­тора с напряжением 8,4 В емкостью 150. 250 мА/ч. Ток потребления схемы в исходном состоянии со­ставляет 15 мА, а при одиночных “выстрелах” – до 40 мА и до 75 мА – при “стрельбе очередями”.

При возможном повторении конструкции”лазерного пистолета” может быть использован корпус от любой подходящей игрушки. При этом размер платы (рис. 14) может быть существенно уменьшен при использовании микросхем в корпу­сах типа SOIC и бескорпусных пас­сивных элементов.

В качестве корпуса фототира использованы элементы корпуса большого термоса китайского про­изводства.

В корпусе размещены механизм поворота мишени и элементы ком­мутации, а также источник пита­ния. На корпусе размещаются электронная мишень и экран с ус­тройством подсветки.

ЛАЗЕРНЫЙ ТИР

Мини-тир своими руками. Популярным ребячьим развлечением стала нынче так называемая лазерная (световая) указка. Выпускаемая в качестве миниатюрного рабочего инструмента для преподавателей, лекторов и экскурсоводов, она привлекает дерзновенных почитателей научной фантастики возможностью поиграть в «гиперболоид инженера Гарина», выделяя остронаправленным световым лучом ту или иную деталь интересующего объекта на значительном расстоянии. К счастью, обходятся такие игры без негативных последствий, ведь в данных указках разрешается использовать лишь полупроводниковые лазеры или светодиоды (вариант, на который чаще всего и идут фирмы-изготовители) со встроенной оптикой, мощность излучения у которых не должна превышать 1 мВт. Увеличение концентрации световой энергии в чрезвычайно малом телесном угле может создавать, по мнению специалистов, определенную опасность для зрения — при попадании луча в глаз напрямую или после отражения от зеркальной поверхности.

Обладателям лазерных указок можно приспособить их для интересной и вполне безопасной забавы — домашнего фототира. Световой импульс послужит аналогом пули, а приемником станет фотодатчик мишени. В случае попадания в цель появится электрический сигнал, который вызовет световой (совершенно безвредный) ответ — подтверждение меткого «выстрела».

Оружие фототира — лазерная (световая) указка, дополненная простейшим электрическим устройством включения и вмонтированная в готовый или самодельный макет пистолета, карабина и т.п. Когда такое оружие снято с предохранителя (замкнуты контакты SA1) и спусковая скоба не нажата (кнопка SB1 в разомкнутом состоянии), то электроэнергия, поступив от батареи питания GB1 через токоограничивающий резистор R1, максимально зарядит большеемкостный конденсатор С1. При фотовыстреле (нажатии на SB1) произойдет переключение и быстрый разряд С1 на лазерную указку А1. Последняя выдаст короткий импульс направленного света, который при попадании на фотодатчик вызовет ответную реакцию мишени (вспышку светодиода — индикатора поражения цели).

Свечение лазерной указки в самодельном фототире — по убывающей интенсивности, в интервале разрядных напряжений на С1 от 4,5 до 3 В. После отпускания кнопки SB1 начнется «самозаряд» большеемкостного конденсатора, и примерно через три секунды световое оружие вновь готово к поражению мишени, где в качестве воспринимающего свет элемента применен фототранзистор VT1. От привычного биполярного полупроводникового триода последний отличает принципиально иное управление коллекторным током, когда результат достигается не изменением электрического смещения на базу, а ее освещением от внешнего источника, для чего в корпусе, защищающем кристалл, предусмотрено светопрозрачное окно (о фототранзисторе см., например, «Моделист-конструктор» № 7 за 1993 г.).

В исходном состоянии, когда тумблером БА1 на фотомишень уже подано питающее напряжение, а фототранзистор еще не освещен и заперт, с коллектора /Т1 поступает так называемый высокий логический уровень (лог. 1) на вход 1 микросхемной ячейки 001.1 типа 2И-НЄ, образующей совместно с 001.2, конденсатором С1 и резистором Р!3 преобразователь сигнала. Входы 5 и 6 001.2 «заземлены» через ЯЗ, и лог.1 передается с выхода 4 этой ячейки ко входу 2 001.1, отчего на выходе 3 001.1 «дежурит» сигнал низкого уровня (лог.О), как и на входах 8, 9 и 12, 13 порогового звена 001.3, 001.4. Повинуясь логике работы данного устройства, на спаренных выходах 10, 11 микросхемы 001 будет сигнал высокого уровня, который подводится к базе транзистора 1Т2 (усилитель мощности, работающий в ключевом режиме) и запирает его.

Минимальиая доработка, при которой лазерная указка превращается в «световое оружие» для фототира

При метком «выстреле» световой импульс попадает в окно чувствительного /Т1. Происходит отпирание фототранзистора. В результате — напряжение на его коллекторе (значит, и на входе 1 микросхемы 001) упадет до лог.О. Ячейка 001.1 переключится в другое устойчивое состояние, и на ее выходе появится высокий уровень. Этот сигнал моментально будет передан через незаряженный конденсатор С1 на входы 5, 6 ячейки 001.2, которая тут же переключится и с выхода 4 подаст лог.О ко входу 2 D01.1. На выходе 3 останется лог.1, несмотря на прекращение воздействия светового импульса и восстановление низкого уровня на входе 1. Состояние ячеек DD1.1 и DD1.2 будет поддерживаться, пока не закончится заряд конденсатора. Все это время ячейки DD1.3, DD1.4 также остаются в переключенном состоянии, и лог.О на их выходах позволяет удерживать транзистор VT2 открытым, создавая условия для ответного сигнала о попадании в цель — свечения полупроводникового индикатора HL1.

Принципиальная электрическая схема фотомишени

Когда конденсатор С1 зарядится, то ток, проходящий через него и резистор R3, прекратится. Напряжение на входах 5, 6 DD1.2 упадет, и все устройство возвратится в исходное состояние. То есть длительность ответного сигнала о попадании в цель (свечения полупроводникового индикатора HL1) определяется номиналами С1, R3 и при соблюдении значений, указанных на принципиальной электрической схеме фотомишени, составляет примерно 2 с.

Основное предназначение светодиода HL2 — сигнализировать о подключении мишени к источнику электропитания. С размещением этого индикатора (и, разумеется, самого фототранзистора) в центре «яблочка» появится возможность тренироваться и проводить соревнования на -меткость стрельбы в фототире, но уже по более строгим и сложным правилам. Например, в слабо освещенном помещении или даже в полной темноте, используя в качестве целеуказания зеленую «искорку» светодиода HL1. Красный «огонек» более мощного HL1 (индикатора попадания) можно расположить у края мишени.

«Электроника» мишени, за исключением фототранзистора, светодиодов и выключателя питания, монтируется на псев-допечатной разрезной плате из односторонне фольгированного пластика.

Псевдопечатная прорезная монтажная плат а фотомишени из фольгированного пластика

В конструкции самодельного фототира с использованием лазерной указки в качестве основы «оружия» вполне приемлемы привычные и хорошо зарекомендовавшие себя постоянные резисторы МЛТ-0,25 и «переменник» СП-0,4 или их аналоги, микрокнопка КМ 1-1, конденсаторы К50-6 и К50-38, микротумблеры MT1-1. Питание фотомишени — от компактной 9-вольтной «Кроны» (если интенсивность тренировок сравнительно невелика; в противном случае не обойтись без более мощного источника, который можно, например, составить из двух последовательно соединенных батарей типа 3R12). Должную энергообеспеченность «лазерному оружию» способны гарантировать три гальванических элемента ААА (LR03), соединенные последовательно.

Процесс отладки самодельного фототира занимает минимум времени и сводится лишь к установке требуемого уровня чувствительности световоспринимающего каскада переменным резистором R1 да к согласованию прицельного устройства с лучом применительно к удаленности фотомишени. Питание на указку во время такого согласования подается непосредственно от батареи GB1 с выключателем SA1.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector