EG4002 — датчик движения

Микросхема EG4002 представляет собой специализированный контроллер для обработки сигналов от пироэлектрических инфракрасных (PIR) и микроволновых датчиков движения. Этот малопотребляющий CMOS-чип разработан компанией EGMICRO и выпускается преимущественно в компактном 8-выводном корпусе SOP-8 или DIP-8. Благодаря интеграции аналоговых и цифровых цепей на одном кристалле, микросхема стала стандартным решением для миниатюрных модулей движения, таких как популярный датчик HC-SR505.

Архитектура и принцип работы

Внутри EG4002 реализован полноценный аналоговый тракт для работы со слабыми сигналами сенсоров:

• Операционные усилители: Микросхема содержит два каскада ОУ. Первый каскад усиливает сырой сигнал с ИК- или микроволнового датчика, а второй имеет встроенный фиксированный коэффициент усиления 30x.
• Оконный компаратор: Оцифровывает усиленный аналоговый сигнал, отсекая шумы и выделяя только реальные всплески от движения.
• Цифровой контроллер состояний: Управляет логикой срабатывания, внутренними таймерами задержки включения (Tx) и временем блокировки (Ti).

Основные технические характеристики

• Напряжение питания (VDD): от +3 В до +6 В постоянного тока.
• Встроенный источник опорного напряжения: обеспечивает стабильную работу компараторов и ОУ независимо от просадок питания.
• Энергопотребление: крайне низкое, что делает ИС идеальной для беспроводных устройств и систем безопасности.

Конфигурация выводов (Pinout)

Микросхема имеет всего 8 пинов, что существенно упрощает разводку печатной платы:

• VO (Выход): Цифровой выходной сигнал (высокий логический уровень при обнаружении движения).
• GND: Земля (отрицательный полюс питания).
• Vc: Вход блокировки (например, для подключения фоторезистора, чтобы датчик не срабатывал днем).
• A (Режим триггера): Выбор режима работы датчика.
• V_IN: Входной сигнал от PIR-элемента или СВЧ-антенны.
• V_REF: Выход внутреннего опорного напряжения.
• CT: Вывод для подключения частотозадающей RC-цепочки.
• VDD: Плюс питания.

Режимы работы и настройка таймингов

Управлять логикой работы чипа можно аппаратно, изменяя уровни напряжения на определенных выводах.

1. Режимы триггера (вывод A)

Режим работы задается уровнем напряжения на 4-м пине относительно напряжения питания (VDD):

• Одиночный триггер (Single Trigger): Если напряжение на пине A ниже, чем 0.2 * VDD. При обнаружении движения выход VO активируется на время Tx, затем отключается и замирает на время защиты Ti. Повторные движения в момент активности игнорируются.
• Автоматический перезапуск (Auto Trigger): Если напряжение выше, чем 0.7 * VDD. Каждый новый импульс движения во время активного состояния сбрасывает и заново запускает внутренний таймер удержания Tx. Датчик будет выдавать «единицу», пока движение не прекратится.

2. Задание времени задержки (вывод CT)

В отличие от более старых чипов (вроде BISS0001), где для времени удержания (Tx) и времени блокировки (Ti) требуются раздельные конденсаторы и резисторы, в EG4002 используется одна RC-цепочка на выводе CT (7-й пин).

Внутренний генератор рассчитывает базовое время цикла (Tosc) по простой формуле:
Tosc = 0.4 * RT * CT * (RT / (RT — 20 кОм))

Время удержания вывода в активном состоянии (Tx) и время запрета (Ti) жестко зашиты в логику конкретной модификации кристалла и кратны циклу полученной частоты Tosc. Например, в модулях HC-SR505 регулировочные потенциометры отсутствуют — параметры заданы фиксированными SMD-компонентами на плате. При этом изготовитель рекомендует использовать резистор RT номиналом не менее 100 кОм.

---

Основные блоки и узлы схемы

1. Источник питания и стабилизация (U2)

Входное напряжение питания (+Vin) поступает на линейный стабилизатор HT7533 (U2), который выдает фиксированное стабильное напряжение +3.3 В для питания микросхемы EG4002 и PIR-сенсора.

• C7 (10uF) и C8 (0.1uF): Сглаживающие конденсаторы на входе стабилизатора.
• C9 (10uF) и C10 (0.1uF): Фильтрующие конденсаторы на выходе стабилизатора (линия +3.3V) для подавления высокочастотных и низкочастотных помех.

2. PIR-сенсор и первичная фильтрация (PIR1)

Инфракрасный датчик PIR1 реагирует на изменение теплового фона.

• Его внутренний полевой транзистор запитан от линии +3.3 В.
• R1 (47k) и C1 (10nF): Образуют нагрузочно-фильтрующую цепочку на выходе датчика (S — исток), сглаживая случайные всплески напряжения.
• C2 (10uF) и R2 (10k): Проходной конденсатор и резистор, которые отсекают постоянную составляющую сигнала и пропускают на микросхему только переменный сигнал от реального движения.

3. Предварительное усиление сигнала (Пины 1 и 2)

Аналоговый сигнал с датчика через резистор R2 поступает на инвертирующий вход первого каскада операционного усилителя микросхемы — пин 1IN- (вывод 2).

• R3 (3M) и C3 (10nF): Подключены между выходом ОУ 1OUT (вывод 1) и входом 1IN-. Они задают коэффициент усиления и полосу пропускания первого каскада, чтобы микросхема реагировала именно на низкочастотные сигналы от перемещения человека (около 0.5–5 Гц), игнорируя быстрые сетевые помехи.

4. Настройка логики и режимов (Пины 3 и 4)

Схема демонстрирует возможность ручного переключения режимов с помощью переключателей (джамперов):

• VC (вывод 3): Вход блокировки. На схеме он может коммутироваться на Vdd (+3.3V) или GND. В реальных устройствах сюда часто подключают фоторезистор: при ярком свете датчик блокируется и не реагирует на движение.
• A (вывод 4): Выбор режима триггера. Переключатель позволяет замкнуть пин на Vdd (режим автоматического перезапуска таймера — датчик активен, пока есть движение) или на GND (одиночный триггер — датчик выдает один импульс и засыпает на время блокировки).

5. Задание частоты и времени удержания (Пины 7 и 8)

• R4 (300k) и C4 (1nF): Подключены к выводу CT (вывод 7). Это частотозадающая RC-цепочка внутреннего генератора EG4002. Именно от номиналов этих двух компонентов зависит, на какое время включится свет после того, как датчик заметит движение, а также время «слепой» зоны датчика между срабатываниями.

6. Выходной каскад и индикация (Вывод 6)

При обнаружении движения на цифровом выходе OUT (вывод 6) появляется высокий логический уровень.

• R6 (10k): Токоограничивающий резистор в цепи базы транзистора.
• Q1 (S8050): Биполярный NPN-транзистор, работающий в режиме ключа. Высокий уровень с микросхемы открывает транзистор, замыкая цепь индикатора на землю (GND).
• LED1 и R5 (1k): Светодиод-индикатор и его защитный резистор. Когда транзистор открывается, светодиод загорается, сигнализируя о сработке. Вместо LED1 через транзистор может управляться модуль реле для включения мощных ламп или сирены.

---

1. Элементы, отвечающие за чувствительность (дальность обнаружения)

Чувствительность датчика зависит от коэффициента усиления первого каскада операционного усилителя микросхемы EG4002. За это отвечают компоненты, подключенные к пинам 1OUT (вывод 1) и 1IN- (вывод 2):

• Резистор R3 (3 МОм): Это главный элемент, задающий усиление. Он стоит в цепи обратной связи. Чем больше сопротивление этого резистора, тем выше чувствительность датчика и больше дальность обнаружения движения. Если датчик срабатывает от малейшего сквозняка или помехи, номинал R3 уменьшают (например, до 1.5–2 МОм).
• Резистор R2 (10 кОм): Работает в паре с R3. Коэффициент усиления (Ku) аналогового сигнала примерно равен отношению R3 к R2. При указанных номиналах он составляет 3 000 000 / 10 000 = 300 раз.
• Конденсатор C3 (10 нФ): Подключен параллельно резистору R3. Он срезает высокочастотные шумы и наводки, чтобы датчик не давал ложных срабатываний от работы сотовых телефонов, Wi-Fi роутеров или сетевых помех.

---

2. Элементы, отвечающие за время выдержки (задержки)

Время, в течение которого на выходе OUT (вывод 6) будет удерживаться высокий уровень (и будет гореть светодиод LED1), полностью определяется параметрами RC-цепочки, подключенной к пину CT (вывод 7):

• Резистор R4 (300 кОм) и конденсатор C4 (1 нФ): Внутренний цифровой счетчик микросхемы EG4002 использует эти элементы для работы встроенного генератора тактовой частоты.
• Принцип регулировки: Время выдержки прямо пропорционально номиналам этих деталей. Чтобы увеличить время горения светодиода после прекращения движения, нужно поставить резистор R4 с большим сопротивлением (например, 470 кОм — 1 МОм) или увеличить емкость конденсатора C4.
• Примечание: Эта же цепочка одновременно определяет и время «слепой зоны» (блокировки датчика сразу после выключения), но время удержания всегда значительно длиннее времени блокировки благодаря внутренним цифровым делителям чипа.

1. Родственные модификации (Взаимозаменяемые)

Компания EGMICRO выпускает несколько версий одного и того же чипа в корпусе SOP-8 / DIP-8. Они имеют одинаковое расположение выводов, но отличаются встроенными зазорами времени:

• EG4002A
• EG4002B
• EG4002C — очень часто встречается на маркетплейсах вроде AliExpress как прямая замена.
• EG4002D
• EG4003 / EG4005 — усовершенствованные контроллеры PIR в 8-пиновом исполнении от того же бренда.

Если вы ремонтируете мини-датчик движения (например, HC-SR505), любая микросхема с маркировкой EG4002 (с буквой на конце или без) встанет на посадочное место как родная. При этом может слегка измениться базовое время горения светодиода из-за разницы во внутренних делителях частоты конкретной суб-модификации чипа.

2. Функциональные аналоги (Требуют переделки платы / колхоза)

Если вам нужно собрать аналогичное устройство, но EG4002 нет в наличии, можно использовать классические микросхемы для PIR-сенсоров. Они делают абсолютно то же самое (усиливают сигнал, имеют компаратор и таймер), но выпускаются в других корпусах (обычно SOP-16 или DIP-16):

• BISS0001 — самая известная и популярная микросхема для датчиков движения (стоит в больших модулях HC-SR501). Найти её можно в любом радиомагазине.
• EG0001 — аналог BISS0001 от той же компании EGMICRO, но в корпусе на 16 пинов.
• KC778B — еще один распространенный 16-выводной контроллер.