2.12. ЭЛЕКТРОННЫЕ ОХРАННЫЕ УСТРОЙСТВА, СИГНАЛИЗИРУЮЩИЕ ОБ ОТКРЫВАНИИ ВХОДНЫХ ДВЕРЕЙ ПОМЕЩЕНИЙ
Существует много простых, надежных и долговечных электронных устройств, которые сигнализируют о нежелательном открывании дверей или окон. Самым простым и в то же время безотказным решением задачи охраны является применение микропереключателей, позволяющих разрывать или замыкать электрические цепи как в режиме холостого хода, так и в режиме рабочей нагрузки (некоторые их типы см. в табл. 3. 3). В отличие от простого электрического переключателя герметичный контакт (геркон), переключаемый постоянным магнитом, без сложных переделок и изменений можно использовать только для включения или выключения сторожевых устройств. В этом случае при открывании двери или окна геркон должен переходить, из одного конечного состояния в другое.
Существует большое количество вариантов установки переключателей, среди них наиболее интересные — со скользящими контактами. При открывании двери или створок окна контакт в скользящем переключателе испытывает воздействие электромагнитного поля. Это дает возможность производить запуск сигнального устройства, в котором применен триггер, срабатывающий при открывании дверей даже на очень короткое время. При этом необходимо учитывать, что если триггер находится на значительном расстоянии от контакта, установленного на двери, следует предусмотреть в схеме устройства монтаж электрической цепочки тина RC на входе триггера для предотвращения ложных срабатываний.
Важное значение для устойчивой работы охранных устройств имеет качество и надежность срабатывания конечных выключателей и контактов. Открытые контакты всегда подвержены воздействию внешних атмосферных факторов и нагрузок, среди которых особенно опасной является повышенная относительная влажность окружающей среды. Поэтому через контакты конечных выключателей должен течь лишь минимально допустимый ток или должно подаваться определенное минимально допустимое напряжение для предотвращения искрения и образования на поверхностях этих контактов нагара.
При изготовлении ЭУОС и при прокладке электрических цепей от электронных блоков и пультов управления до замыкающих и размыкающих контактов необходимо выполнять строго определенные правила и рекомендации. Например, электрический переключатель, рассчитанный на максимальный ток 10А, допускает минимальный ток 100мА, если речь идет о замыкающих контактах. Но в принципе можно следовать такому проверенному практикой правилу: контактные устройства, предназначенные для меньших максимально допустимых токов, наиболее пригодны для небольших рабочих токов. Это необходимо учитывать также тогда, когда пружины контактов переключателей играют роль и самих контактов. При этом рекомендуется предусмотреть в схеме параллельное резервирование для нормально разомкнутых контактов. Но ток в этом случае распределяется между несколькими контактами. Для монтажа схем с нормально замкнутыми контактами более целесообразным является последовательное резервирование, обеспечивающее предотвращение возможного залипания контактов. Тогда из нескольких последовательно включенных контактов сработает по меньшей мере один.
При протекании токов до 10мА необходимо учитывать также переходное сопротивление контактов, которое иногда является решающим фактором для надежной работы всего охранного устройства.В некоторых контактных парах это сопротивление может достигнуть десятков Ом.
Используемые в электронных схемах контакты герметичных типов имеют преимущества перед открытыми контактами, так как связаны с ограничением минимального тока, который иногда не превышает 1 мА, простотой установки и высокой надежностью срабатывания. Постоянные магниты, необходимые для таких контактов, можно использовать от магнитных защелок, применяемых при изготовлении мебели.
Если контакты, устанавливаемые на дверях или окнах, расположены на значительном расстоянии от БЭ, пульта управления или от источника электропитания, то потребуется надежная профессиональная прокладка соединительных проводов. Для начинающих радиолюбителей эта работа должна всегда оставаться на первом месте и тщательно выполняться, особенно в тех случаях, когда проводка предназначена для передачи высокого напряжения переменного тока 220 В.
Рекомендуется домашним мастерам с первых же самодельных, а также покупных УОС вести запись всех линий проводки и проводников в квартире, доме на приусадебном участке или в других помещениях с указанием места и направления прокладки, а также цвета проводов и типа соединений. Это правило обеспечивает максимально возможную электробезопасность и условия устойчивой и долговечной работы самодельных ЭУОС.
На садово-огородных участках для соединения проводниками всех контролируемых объектов и отдельных мест, расположенных как по периметру охраняемого участка, так и внутри дома, можно рекомендовать последовательное включение датчиков и конечных выключателей, что потребует лишь одной линии связи. Но при этом контактные пары должны быть нормально замкнутыми. При разрыве какого-либо из этих контактов срабатывает сигнализация, однако информация о том, в каком месте произошел разрыв, отсутствует. При установке нормально разомкнутых контактов по месту необходимо применить один двухжильный провод. Но и в этом случае неизвестно, в каком месте сработал контакт.
Рассматриваемые УОС с большим количеством конечных выключателей и контактных пар менее критичны к воздействию различных условий эксплуатации, если они реализуются на базе малых или больших ИМС, а контакты соединяются в группы и подключаются к входам одной микросхемы. Однако это лучше делать только после того, как начинающим радиолюбителем будет собрано достаточно большое количество разнообразных РЭУ и приборов. Необходимо учитывать, что при прокладке длинных соединительных линий, подключаемых к ИМС, легко происходят ложные срабатывания и приходится принимать дополнительные меры защиты: например, при использовании нормально разомкнутых контактов емкость конденсаторов должна быть большой величины, чтобы импульс тока их зарядки не приводил бы к залипанию контактов; в этом случае лучше применять лакопленочные конденсаторы емкостью не менее 1мкФ.
Используя важнейшие и специальные свойства ИМС, в частности логической системы И-НЕ или 2И-НЕ, и поступление на ее входы потенциалов высокого уровня логической единицы, через которые текут очень маленькие токи, можно собрать на базе таких ИМС охранные устройства со световой сигнализацией на малогабаритных индикаторных лампочках, напряжения питания которых не превышают 5...6В, а ток на них не превышает 50мА. Сегодня очень часто в электронных схемах применяются вместо лампочек накаливания светодиоды, которые включаются через балластные резисторы. Большинство схем включения светодиодов содержат конденсаторы емкостью до 0,01мкФ и рассчитаны таким образом, что при срабатывании какого-либо контакта происходит передача сигналов на элементы микросхемы, благодаря чему загорается светодиод или лампочка накаливания, включенная между этим входом и плюсовым проводником схемы. На выходе такой ИМС низкий уровень логического нуля сменяется высоким уровнем логической единицы. Эта смена сигнала на выходе микросхемы используется или непосредственно для управления
Рис.2.14. Принципиальная схема устройства охраны с сигнализацией на одной микросхеме.
входом транзистора n-р-n-структуры, или после инвертирования для управления работой генератора.
На рис. 2. 14 приведена принципиальная электрическая схема устройства охраны с сигнализацией, собранного на одной ИМС. Это устройство предназначено для оповещения о состоянии входных дверей или окон, об их открывании и закрывании. Разработано устройство охраны для установки в домах и хозяйственных постройках бытового и производственного назначения, но область применения его может быть расширена по желанию домашнего мастера, учитывая возможности электронной схемы, тем более что в качестве датчиков могут быть использованы герметичные нормально замкнутые контакты, удерживаемые постоянным магнитом, самодельные конечные выключатели, унифицированные микропереключатели типа МП-1 и другие переключатели. Как видно из схемы, оксидный конденсатор С1 является конденсатором задержки срабатывания и включен параллельно датчику-контакту, замкнут накоротко через резистор R1, предназначенный для предотвращения перегрузки импульсов тока этого конденсатора при его разрядке.
При замкнутых контактах конечного выключателя в режиме ожидания охранного устройства на выходе ИМС DAI (выводы 1 и 2} действует низкий уровень логического нуля, в это же время на выходе ИМС (вывод 3) действует высокий уровень логической единицы. Надо заметить, что ИМС, использованная в устройстве, включает в себя четыре логических элемента 2И-НЕ, которые имеют соответствующие входы и выходы. Первый элемент схемы имеет выводы 1, 2 и 3; второй — 4, 5 и 6; третий — 8, 9 и 10; четвертый — 11, 12 и 13.
В режиме ожидания или холостого хода на выводе 4 (выход второго элемента ИМС) действует низкий уровень логического нуля; на выводе 10 (выход третьего элемента) действует высокий уровень, логической единицы и на выводе 11 ИМС (выход четвертого элемента) действует низкий уровень логического нуля. Вследствие этого транзистор VT1, подключенный к выходу 11 ИМС схемы через резистор ограничения тока, заперт.
При размыкании контактов конечного выключателя S1 начинается зарядка конденсатора С1 в течение заданного промежутка времени, который определяется номинальными значениями сопротивления резистора R2 и емкости конденсатора С1. Резистор R2 рассчитан на номинальное сопротивление 100кОм, которое можно изменять, меняя время задержки подачи сигнала открывания дверей охраняемого объекта в широких пределах.
При некотором оптимальном значении напряжения на конденсаторе С1 включается в работу тактовый генератор, собранный на первых двух элементах ИМС DA1 (выводы 1—б), вызывая подачу сигналов низкой частоты на вторую часть ИМС DA1, и начинают вырабатываться импульсы звуковой частоты, которые поступают на транзистор VT1, усиливаются и передаются на звукоизлучатель: громкоговоритель ВА1 или телефонный капсюль.
Телефонный капсюль, примененный в устройстве, может быть выбран из числа электромагнитных типа ТА-4, ДЭМ-4М, ТК-67.
Сторожевое устройство, собранное по указанной принципиальной схеме (рис.2.14), позволяет открывать и закрывать входные двери и окна без подачи звукового сигнала в период определенного времени. Конденсатор задержки подачи звукового сигнала можно включать и выключать с помощью однополюсного переключателя, который может быть введен в принципиальную схему, а на практике установлен в недоступном и скрытом от посторонних лиц месте. Такой же результат можно получить за счет отключения резистора, подсоединенного со стороны плюсового вывода источника питания GB1.
При сборке и регулировке охранного устройства использованы следующие покупные комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: ИМС DA1 типа К176ЛА7; конденсаторы С1 типа К50-6-6,ЗВ-100мкФ, С2 — К53-1-6.3В-0.5 мкФ, СЗ — К10-7В-25В-680пФ; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-100Ом, R2 — СПЗ-4М-0, 25Вт-100 кОм,
Рис 2.15. Принципиальная схема устройства охранной сигнализации.
R3 -- МЛТ-0,25-1 МОм, R4 — МЛТ-0,25-1 МОм, R5-МЛТ-0,25-1 кОм, R6 — МЛТ-0,25-1 МОм, R7 — МЛТ-0,25-1МОм;
транзистор VT1 типа КТ342А; выпрямительный диод VD1 типа Д237А; ХИТ GB1 типа 3336 или три элемента типа 373, «Орион-М».
Электропитание охранного устройства осуществляется от автономного источника постоянного тока напряжением 4,5 В.
Простота устройства при правильной сборке и монтаже обеспечивает ему надежную работу без дополнительной настройки и регулировки. Большое значение имеет качество комплектующих ЭРЭ и ЭРИ.
На рис.2.15 приведена принципиальная электрическая схема устройства охранной сигнализации, разработанная на одной ИМС и работающая аналогично рассмотренной выше. Эта принципиальная схема имеет меньшее количество комплектующих ЭРЭ, основным из которых также является ИМС, выполненная по КМОП-технологии. Данная ИМС в соответствии с принятой классификацией относится к числу логических схем и включает в свой состав четыре функциональных элемента типа 2И-НЕ. Она характеризуется высокими электрическими параметрами и незначительным потреблением электроэнергии.
Напряжение электропитания ИМС равно 9 В±5%;
ток потребления в состоянии логического нуля не превышает 2X10^(-4)мА; а в состоянии логической единицы — также не более 2X10—4мА; задержка включения и выключения ИМС не превышает 80 нс. К серии этих ИМС
относятся следующие типы: К176ЛА7, К164ЛА7, К561ЛЛ7, К564ЛА7.
Электропитание устройства осуществляется от ХИТ батареи типа 3336 или любых трех последовательно соединенных элементов типа 316, 332, 343, 373, «Планета», «Сатурн».
Транзистор VT1, включенный на выходе ИМС, выполняет функцию усилителя мощности. При замкнутых контактах переключателя S1 или если включить на выходе устройства переменный резистор (на схеме показан пунктирной линией), плюс питающего напряжения попадает на внутреннюю шину ИМС через один из диодов, минуя вывод 14. Следует заметить, что ИМС DA1 работает без подключения к выводу 14 источника питания от батареи GB1. После замыкания контактов S1 включается в работу первый ждущий мультивибратор, собранный на двух элементах ИМС (выводы 1, 2, 3, 4, 5, 6), который начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, следующие с частотой 3 Гц. С выхода первого мультивибратора (вывод 4) эти импульсы поступают на вход второго мультивибратора (вывод 8), и он включается в работу и начинает вырабатывать импульсы частотой до 3000 Гц. В громкоговорителе или телефоне ВА1 слышится звук, который можно изменять переменным резистором R5.
При изготовлении данного устройства применены следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: транзистор VT1 типа КТ315Г:
ИМС DA1 типа К176ЛА7; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-300 кОм, R2 — МЛТ-0,25-330кОм,R3—МЛТ-0,25-270кОм R4—МЛТ-0,25-15кОм,R5—СПЗ-1-0,25Вт-100кОм;телефон ВА1 типа ДЭМШ или ДЭМ-4М; переключатель S1 типа МП-1-1;
электрические соединители X1— Х4 типа КМЗ-1 приборные;
конденсаторы С1 типа К73-17-63В-1 мкФ, С2 — К10-7В-50В-М1500-1000 пФ.
Правильно собранное охранное устройство начинает работать сразу же после сборки и ни регулировки, ни настройки не требует. Необходимо заметить, что устройство не критично к выбору номиналов резисторов и конденсаторов. При их изменениях меняется тональность звуковых колебаний в громкоговорителе.