2. 5. ПРОСТОЕ ЭЛЕКТРОННО-РЕЛЕЙНОЕ ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО
Рассматриваемое охранное устройство в комплекте, состоящем из БЭ, исполнительного устройства, датчиков и громкоговорящей установки, представляет собой но существу систему предупредительной сигнализации.
Электронно-релейное сторожевое устройство, включающее в свой состав два электромагнитных реле и современные ППП, предназначено для охраны различных объектов и в первую очередь жилых помещений от проникновения посторонних лиц. По договоренности с жильцами соседних квартир сигнальные элементы схемы могут быть установлены у них, чем достигается дополнительная охрана. Настоящее устройство может быть использовано для охраны хозяйственных построек на садово-огородных участках, гаражей, производственных помещений и автомобилей. Электропитание охранного устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц, а также от автономного источника питания напряжением 12 В. От аккумуляторной батареи устройство начинает работать сразу же после отключения от сети переменного тока. Устройство сохраняет работоспособность при напряжении электропитания от автономного источника от 9 до 15 В постоянного тока.
Принципиальная электрическая схема охранного устройства приведена на рис. 2. 4. Устройство включает в свой состав входные цепи, устройство подключения к источникам питания, сетевой понижающий трансформатор питания T1, полупроводниковый выпрямитель c емкостным фильтром, ПСН, электронное реле времени, сигнальный узел с исполнительным устройством и сигнальные цепи.
Конструкция охранного устройства должна предусматривать в своем составе не только отсек для установки внутреннего автономного источника питания, но и возможность подключения к выходным зажимным клеммам Х2 и ХЗ дополнительного источника питания постоянного тока. Допускается использовать в качестве встроенною источника электропитания аккумуляторы типа НКГЦ 35-1 или 10НКГ-10Д. Но предпочтительнее использовать, первый тип аккумулятора, так как он по своим габаритным размерам аналогичен элементам ХИТ типа 373.
В качестве дополнительного внешнего источника напряжением от 9 до 15 В постоянного тока может быть использован покупной БП с током нагрузки не менее 0,6 А и амплитудой пульсации выпрямленного напряжения не более 0,5 В, а также автомобильный аккумулятор с аналогичными параметрами. При этом в случае преднамеренного обесточения (отключения) внешнего электропитания устройство охраны автоматически переходит на автономное питание от встроенных батареи. При подключении внешнего источника необходимо соблюдать полярность. К контактному зажиму Х2 всегда подключается «плюс», а к зажиму Х.3 — «минус».
Входное устройство обеспечивает подключение системы к сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка», который смонтирован с электрическим кабелем длиной от 1,5 до 2,3 м. Сетевые плавкие предохранители F1 и F2 защищают входные цени от коротких замыканий и перегрузок, которые могут возникнуть из-за неправильного монтажа или неисправности комплектующих ЭРЭ. Включение и выключение электропитания осуществляется двухполюсным переключателем S1. Параллельно первичной обмотке сетевого трансформатора включен конденсатор С1 в качестве помехоподавляющего фильтра. Сетевой понижающий трансформатор питания Т1 изготавливается на магнитопроводе типа Ш бро-
Таблица 2.7. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в простом электронно-релейном охранном устройстве
невой конструкции. Трансформатор имеет одну катушку с тремя обмотками. Катушка устанавливается на центральном стержне магнитопровода, активная площадь поперечного сечения стали которого должна быть не менее 5 см2. Напряжение питания 220 В подается на выводы 1 и 3, напряжение 127 В — на выводы 1 и 2. На вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода действует напряжение 13,3 В переменного тока. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1 приведены в табл. 2.7. Сетевой трансформатор кроме основной функции — трансформации напряжения до значения необходимого для работы охранного устройства — обеспечивает гальваническую развязку вторичных электронных цепей от сети переменного тока высокого напряжения и дополнительную электробезопасность при работе с низким вторичным напряжением.
Переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора поступает на полупроводниковый выпрямитель неуправляемого типа, собранный на четырех выпрямительных диодах VD1—VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с другими выпрямительными схемами. Выпрямитель дает на выходе повышенную частоту пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока, пониженное обратное напряжение на комплекте выпрямительных диодов, обеспечивает полное использование габаритной мощности сетевого трансформатора. Одновременно выпрямители данного типа обладают и некоторыми недостатками: повышенными потерями, которые снижают общий кпд охранного устройства, повышенным расходом выпрямительных диодов — четыре вместо двух или одного, невозможностью установки диодов одинаковых типов на металлическом радиаторе без
изоляционных прокладок, более высокой стоимостью изготовления и повышенной технологической сложностью.
На выходе выпрямителя собран емкостный фильтр, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока. Выпрямитель работает на емкостную нагрузку, выполненную на оксидных электролитических конденсаторах С2 и СЗ.
Выпрямленное напряжение со сглаживающего фильтра подается на стабилизатор напряжения нерегулируемого параметрического типа, который собран па стабилитроне VD5 и транзисторе VT2. Резистор R6, включенный между эмиттером транзистора VT3 и базой транзистора VT2, поддерживает нормальный режим работы регулирующего транзистора при отключенных устройствах сигнализации и электронного реле времени. Транзистор VT2 работает в режиме эмиттерного повторителя. Выходное стабилизированное напряжение равно 12 В. Напряжение пульсации на выходе стабилизатора при токе нагрузки 100 мА не превышает 5 мВ.
В схеме БЭ охранного устройства собрана система защиты от перегрузок и коротких замыканий в цепях сигнализации и на выходе устройства в нагрузке. Система защиты включает в свой состав резисторы R1, R2, R3, транзистор VT1 и два электромагнитных реле K1 и К.2. Система защиты от коротких замыканий работает следующим образом. При перегрузке как только ток, протекающий через резистор R1, превысит установленное значение (от 100 мА и выше), открывается транзистор VT1 и напряжение поступает на электромагнитное реле К2. После срабатывания реле замыкаются его контакты К2.1, через которые напряжение питания подается на обмотку реле K7, это реле также срабатывает, его контакты K1.1 размыкаются и отключают нагрузку и электронную схему сигнализации от электропитания. В устройстве защиты предусмотрена сигнальная лампа Н2, которая обеспечивает более четкое срабатывание системы защиты и сигнализирует о перегрузке. Суммарный ток, протекающий через лампу Н2 и далее через стабилизатор напряжения и балластный резистор R3, при отсутствии нагрузки должен несколько превышать ток срабатывания защиты, в противном случае при коротком замыкании в нагрузке контакты электромагнитного реле K1 будут периодически замыкаться и размыкаться. Для
устранения этого явления необходимо провести регулировку подбором сопротивлений резисторов, входящих в указанную цепочку.
Реле времени охранного устройства собрано на транзисторах VT3, VT4, электромагнитном реле КЗ и стабилитронах VD6 и VD9. Сигнальное устройство выполнено на транзисторах VT5—VT8 и выпрямительных диодах VD7, VD8 и VD10.
На дверях и окнах устанавливаются переключатели S3, S4, контакты которых замыкаются при их открывании, что приводит к запуску реле времени. При выбранных номиналах комплектующих изделий и ЭРЭ, указанных на схеме, реле времени работает 20 мин. Одновременно с началом работы реле времени срабатывает устройство запуска электрического звонка и сигнального устройства. Тактовый генератор и генератор звуковой частоты обеспечивают генерирование периодически прерывающегося сигнала тревоги, подаваемого через громкоговорители, которые устанавливаются в различных точках охраняемых помещений и, как ранее указывалось, у соседей по этажу.
Проводку и монтаж всей охранной системы необходимо выполнять проводниками в прочной изоляции, в том числе от датчиков к БЭ и до сирены, выходная мощность которой достигает 5 Вт.
Отключение сигнального устройства осуществляется специальной кнопкой, расположение которой в помещении должно быть известно только его хозяевам. Общее отключение охранного устройства от источников питания обеспечивается переключателями S1 и S2. При этом переключатель S2 позволяет работать охранному устройству в дежурном режиме. Аккумуляторная батарея вступает в работу только в том случае, когда напряжение на ней больше напряжения, вырабатываемого стабилизатором напряжения. Включением контактов переключателей S2 и S8 аккумуляторная батарея может быть поставлена на подзарядку.
Относительно простое схемно-техническое решение и доступность приобретения примененных в охранном устройстве комплектующих изделий и ЭРЭ позволяют почти без трудностей повторить его даже начинающим радиолюбителям. Конструкция устройства должна быть выполнена по блочно-модульному типу с применением печатного и навесного монтажа.
При изготовлении охранного устройства использованы следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: сетевой понижающий трансформатор питания Т1 броневой конструкции типа Ш;
транзисторы VTI типа КТ342А, VТ2 — П1214В, VT3 — КТ201В, VT4 — П214Б, VT5 — П307А, VТ6 — КТ201Г, VT7 — КТ312Б, VT8 КТ201Г; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д223А, VD7 - КД105Б, VD8 - КД105Б, VD10 — КД105Б, VD11-КД105Б, VD12 — Д237А; стабилитроны VD5 типа Д815Е, VD6 - Д814Д, VD9-Д814В; конденсаторы С1 типа МБМ-11-630В-0,1 мкФ, С2 — К50-6-25В-500 мкФ, СЗ -- К50-6-25В-500 мкФ, С4 — К10-7В-25В-0,0047 мкФ, С5 — К10-50-25В-1,5 мкФ, С6 — К50-6-16В-2200 мкФ, С7 — К50-6-16В-20 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-6,8 Ом, R2 — МЛТ-0,25-3,9 кОм, R3 — МЛТ-0,25-100 Ом, R4 — МЛТ-2-560 Ом, R5 — МЛТ-0,25-220 Ом, R6 — МЛТ-2-2,2 кОм, R7 — МЛТ-0,25-1,2 кОм, R8 — МЛТ-0,5-150 Ом, R9 — МЛТ-0,25-560 кОм, R10-МЛТ-0,25-240 кОм, R11 — МЛТ-0,25-560 Ом, R12 — МЛТ-0,25-6,8 кОм, R13 — МЛТ-0,5-150 кОм, R14 — МЛТ-0,5-12 кОм, R15 — МЛТ-0,5-47 кОм, R16 — МЛТ-2-47 кОм, R17 — СП4-1а-0,5Вт-2,0 МОм, R18 — СП4-1а-47 кОм; индикаторная лампа H1 типа МН-6,3-0,22А, Н2 — К6-60; переключатели S1 типа П2Т-1-1, S2 — П1Т-1-1, S3 — КМ1-1, S4 — КМ1-1, S5 — КМ1-1, S6 — П1Т-1-1, S7 — П1Т-1-1, S8 — ТВ2-1-2; предохранители F1 типа ПМ1-0.5A, F2 — ПМ1-0,5 А;
аккумуляторная батарея GB1 типа 12ЦНК-0.85 (или рекомендованные выше); электромагнитные реле К1 типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.303), К2 — РЭС-15 (паспорт РС4.591.003), КЗ — РЭС-9; электрические соединители X1 типа «вилка» с электрическим кабелем с двойной изоляцией длиной не менее 1,5 м, Х2, ХЗ типа КМЗ-1; громкоговорители ВА1, ВА2, мотоциклетная сирена ВАЗ; исполнительный механизм ИМ1 (на схеме не показан) включается в работу контактами электромагнитного реле КЗ.2.
При регулировке и ремонте охранного устройства могут быть применены другие аналогичные комплектующие ЭРЭ, не ухудшающие его основные электрические параметры и эксплуатационные характеристики. Транзисторы типа КТ342А можно заменить на транзисторы типов КТ342Б, КТ342Г, КТ301В, КТ312Б, КТ315В, КТ315Г, транзистор типа П214В — на П214А, П214Б, П214Г, П215, транзистор типа КТ201Г — на КТ312Б; выпрямительные диоды типа Д223 — на Д226А, КД105 с любым буквенным индексом, диоды типа КД105Б — на Д220А;
резисторы типа МЛТ — на ВС, ВСа, ОМЛТ, УЛИ, МТ, С1-4; конденсаторы типа К50-6 — на К50-3, К50-12, К50-16, К50-20.
Регулировка охранного устройства .заключается в установке постоянного тока, протекающего через стабилитрон VD5, и тока срабатывания системы защиты подбором сопротивления резистора R1. Правильно собранное устройство работает сразу же после монтажа, обеспечивая все основные электрические характеристики.
В практической деятельности мастерам-радиолюбителям часто приходится выбирать и применять различные ИМ и устройства, электропитание которых может осуществляться или от сети переменного тока, или от вторичных автономных источников питания. В качестве ИМ в СОС используются осветительные и сигнальные лампы, акустические преобразователи и механические или электромеханические устройства автоматического действия. При этом количество таких устройств в одной СОС может колебаться от одного до нескольких десятков. В последнее время все чаще начинают применяться радиотехнические и радиоэлектронные излучатели и оповещатели, которые устанавливаются на охраняемых объектах и ЦПУ и работают в строго установленном диапазоне частот.
Для начинающих радиолюбителей достаточно сложной является задача правильного включения и срабатывания сторожевого устройства, надежная, устойчивая и долговечная работа исполнительных механизмов. Принципиально включение исполнительных механизмов в работу можно свести к нескольким простым схемам, которые рассматриваются ниже и могут быть использованы радиолюбителями.
Исполнительные механизмы работают в выходных цепях охранных устройств и должны выдавать информацию и обеспечивать надлежащую охрану объектов при условии, когда конкретные охраняемые помещения позволяют без каких-либо изменений использовать рассматриваемые в справочнике сторожевые устройства. Подача звуковых или мигающих оптических сигналов в большинстве случаев может быть осуществлена с помощью простых устройств, в которых формируются сигналы, показывающие состояние контролируемых помещений и объектов.
На рис. 2.5 даны принципиальные схемы возможных вариантов включения исполнительных устройств, которые могут быть применены в схемах охранной сигнализации. Включение ИМ в работу не зависит от примененного источника электропитания: сети переменного тока или ХИТ.
Рис. 2.
5. Принципиальные схемы включения исполнительных звуковых и световых
устройств.
На рис. 2. 4 исполнительное устройство ВАЗ показано в условном варианте включения, которое зависит от его электропитания переменным или постоянным током, от фактического значения напряжения питающей сети, а также от конструкции выбранного ИМ. Применив в качестве сторожевого сигнализатора динамическую головку ВА1, можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 2. 5, а.
Работает исполнительное устройство в автономном режиме питания от ХИТ напряжением 4, 5 В при замыкании контактов реле К1.1 и одновременном размыкании контактов К1.2. Сам сигнализатор собран, на четырех транзисторах VT1-VT4, которые образуют два мультивибратора. Первый мультивибратор собран на транзисторах VT3—VT4, второй — на VТ1—VT2.
Для изготовления сторожевого сигнализатора (рис. 2.5, а) использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VTI типа КТ316А, VT2 — ГТ402А, VT3 — КТ316А, VT4 — ГТ402А; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-75 кОм, R2 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R3 — МЛТ-0,25-300 Ом, R4 — МЛТ-0,25-1 кОм, R5 — МЛТ-0,25-75 кОм, R6 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R7 — МЛТ-0,25-300 Ом, R8 — МЛТ-0,25-1 кОм; конденсаторы С1 типа К50-3-6В-10 мкФ, С2 — К50-3-6В-10 мкф, СЗ — К50-3-6В-50 мкФ, С4 — К10-7В-25В-0,068 мкФ. В качестве звукоизлучателя можно применить громкоговоритель с сопротивлением звуковой катушки до 10 Ом.
Если в качестве ИМ будет принят данный сигнализатор, то необходимо учитывать, что его работа осуществляется только после срабатывания реле КЗ электронно-релейного охранного устройства (рис. 2.4).
Па рис. 2.5, б рассматривается схема исполнительного устройства с промежуточным управлением включения индикаторной лампы и акустического излучателя звуковой частоты. Как видно из схемы, это устройство содержит понижающий трансформатор Т1, на вторичной обмотке которого должно действовать переменное напряжение в пределах 8...12 В; однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, собранный на четырех диодах VD1, VD2, VD4, VD5 с емкостным фильтром, который выполнен на оксидном конденсаторе С2; электронное реле выдержки времени, собранное на двух транзисторах VT1 и VT2 и электромагнитном реле К1. Времязадающая цепочка R1, C1 и R2 определяет длительность горения индикаторной лампы H1.
Работает данное устройство следующим образом. После срабатывания электромагнитного реле КЗ (рис. 2. 4) его контакты К3.1 смыкаются и подают напряжение питания на сетевой трансформатор Т1.В это время подаемся акустический сигнал от сирены ВА1, начинает работать выпрямитель, постоянное напряжение которого заряжает конденсатор С2. Почти одновременно начинает заряжаться конденсатор C1 и после этого открывается составной транзистор и электромагнитное реле К1 срабатывает. Его контакты К.1.1 замыкаются и включают индикаторную лампу H1, контакты К1.2 подключают первичную обмотку понижающего трансформатора к сети питания. После того как основная схема (рис. 2.4) будет отключена и реле КЗ вновь разомкнет свои контакты КЗ.1, данное устройство будет продолжать работать.
Для отключения устройства необходимо разомкнуть контакты переключателя S1, который устанавливается скрытно.
При изготовлении исполнительного устройства использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа КТ315Б, VT2 — КТ315Б; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-510 кОм, R2 — МЛТ-0,25-1 МОм; выпрямительные диоды VD1—VD5 типа КД105Б; конденсаторы С1 типа К50-6-20В-500 мкФ, С2 — К50-6-20В-1000 мкФ; электромагнитное реле К1 типа РЭС32; сирена ВА1 с напряжением электропитания переменным током 220 В; лампа накаливания H1.
На рис. 2.5, в показана схема включения исполнительного устройства, представляющего собой генератор акустических сигналов.
Так же как и в ранее рассмотренных схемах, подключается данное устройство к источнику электропитания после срабатывания реле КЗ по схеме, приведенной на рис. 2.4.
При изготовлении данного устройства использованы следующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа МП20Б, VT2 — ГТ322Б, VT3 — ГТ322Б; резисторы R1 типа МЛТ-0,25-100 Ом, R2 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R3 — МЛТ-0,25-1,5 кОм, R4 — МЛТ-0,25-150 Ом, R5, R6 — МЛТ-0,5-10 кОм, R7 — МЛТ-0,25-1,5 кОм;
конденсаторы С1, С2 типа К10-17-25В-0,47 мкФ; лампа накаливания Н1 с номинальным напряжением питания 220 В; электрические соединители X1—Х4 типа КМЗ-1 приборные; громкоговоритель с сопротивлением звуковой катушки 15 Ом.
После срабатывания электромагнитного реле КЗ (рис. 2.4) его контакты КЗ.1 и КЗ.2 замыкаются, подавая напряжение питания на сигнальное устройство. Источником питания может служить аккумуляторная батарея или другой ХИТ, который подключается в точках А и Б с соблюдением указанной на схеме полярности. Схема представляет собой мультивибратор, собранный на транзисторах VT2, VT3, с оконечным каскадом для получения акустического сигнала на транзисторе VT1. В мультивибраторе можно использовать практически любые германиевые транзисторы низкой и высокой частоты и коэффициентом передачи тока не менее 40...50, например ГТ322Б, МП21Д, ГТ109Г, ГТ308Б, ГТ309Г, ГТ309Е (VT2, VT3), а также МП21Д, МП25Б, МП26Б, МП41, МП42Б (VTI).
Ток на оконечный каскад подается только на время генерирования сигнала. Для запуска генератора контакты ХЗ и Х4 замыкаются одновременно с замыканием контактов переключателя S1, который устанавливается на входной двери.
Основные электрические параметры и технические характеристики простого электронно-релейного сторожевого устройства
Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В ....................... .220 или 127
Номинальная частота питающей сети переменного тока, Гц ........................ .50
Номинальное напряжение встроенного автономного источника питания, В ............... .12
Пределы изменения напряжения питающей сети
переменного тока, В .................... .187...242 или ................................... .110...140
Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, Гц ..................... .49,5...50,5
Пределы изменения напряжения автономного
источника питания постоянного тока, В ....... .9...15
Напряжение переменного тока на вторичных обмотках сетевого трансформатора. В:
на выводах 5 и б ................... 6
на выводах 7 и 8 ................... 13,3
Выходное стабилизированное напряжение, В ..... .12
Коэффициент нелинейных искажений питающей сети переменного тока, %, не более ......... .10
Коэффициент стабилизации напряжения постоянного тока, не менее .................... .150
Амплитуда пульсации выпрямленного напряжения после стабилизации, мВ, не более .......... .6
Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме работы, мА, не более ............... .4
Время срабатывания устройства, мс, не более.... 30
Мощность, потребляемая устройством при полной
нагрузке, Вт, не более.................. 60
Время непрерывной работы тревожного сигнала
после срабатывания, мин, не менее.......... 15
Количество одновременно охраняемых объектов,
шт, в пределах....................... 1... 10
Номинальная выходная мощность на громкоговорителях, Вт....................... 15
Сопротивление изоляции токоведущих частей устройства между собой и металлическим корпусом устройства, МОм, не менее........ 10
Помехозащищенность устройства в металлическом корпусе при воздействии внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее............... 120
Срок службы устройства, ч, не менее.......... 5000
Вероятность безотказной работы устройства
при риске заказчика в=0, 9, не менее ....... 0,97
кпд, %, не менее ....................... 75
Рис. 2. 4. Принципиальная схема простого электронно-релейного охранного устройства.