2.9. ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО
С УНИВЕРСАЛЬНЫМ ВЫХОДОМ
Данное охранное устройство, устанавливаемое на разнообразных объектах бытового и промышленного назначения, отличается от других подобных устройств практически неограниченными возможностями подключения исполнительных электронных и электромеханических устройств и приборов различного принципа действия. К ним в первую очередь относятся устройства звукового оповещения с параллельным включением громкоговорителей мощностью 5 Вт и более, световые или комбинированные звуковые и световые сигнализаторы, тяговые магниты, соленоиды, электротехнические механизмы. Рассматриваемое охранное устройство может выдавать с помощью ИМ сигналы необходимого вида.
Это электронное охранное устройство, целиком выполненное на ППП и ИМС, предназначено для работы в помещениях и закрытых объемах, а также на открытых площадках в условиях УХЛ при жестких воздействиях внешних климатических и механических нагрузок. Устройство устойчиво работает при температуре окружающей среды от —30 до 50 °С, при относительной влажности воздуха до 93% при температуре до 25 °С и пониженном атмосферном давлении до 5 мм рт. ст.
Охранное устройство может устанавливаться в жилых помещениях в городах, поселках, на садово-огородных и приусадебных участках, в офисах, гаражах, складах, хозяйственных постройках, на подвижном транспорте, яхтах, катерах и многой другой личной и частной собственности.
Принципиальная электрическая схема охранного устройства приведена на рис. 2. 9. Устройство изготавливается промышленным способом на государственном предприятии в виде системы предупредительной сигнализации, в комплект поставки которой входят самостоятельные сборочные единицы, узлы и блоки: БП, БЭ, сигнальные цепи и исполнительные устройства. Как видно из схемы, БП в свою очередь состоит из входных цепей, сетевого понижающего трансформатора питания Т1, выпрямительного устройства, собранного по мостовой схеме, емкостного фильтра, СНПТ и защитного устройства.
На входе охранного устройства установлены плавкий предохранитель F1, обеспечивающий защиту входных цепей от перегрузок и коротких замыкании, которые возможны при ошибках в монтаже и из-за неисправности комплектующих ЭРИ и ЭРЭ; индикаторная лампа H1 тлеющего разряда, сигнализирующая о готовности устройства к эксплуатации и о том, что напряжение переменного тока подано на сетевой трансформатор T1; однополюсный переключатель В1 типа «тумблер» для включения питания сети; электрический соединитель X1 типа «вилка» с электрическим кабелем длиной не менее 1, 5 м;
емкостный сетевой фильтр, собранный на конденсаторах С1 и С2, защищающий от помех, которые проникают в сеть питания.
Сетевой понижающий трансформатор питания 77 унифицированной конструкции серии ТН изготавливается на броневом магнитопроводе типа ШЛ, активная площадь поперечного сечения которого должна быть не менее 8 см2. Трансформатор, примененный в устройстве, включен по схеме, которая указана выше, на напряжение 220 В. При переключении обмоток трансформатора на напряжение 127 В необходимо подать это напряжение на выводы 1 и 3 или 4 и 6. При этом можно соединить выводы первичной обмотки 1 и 4, 3 и 6. Обмотка II с выводами 7 и 8 трансформирует напряжение 5 В переменного тока, обмотка // с выводами 9 и 10 — напряжение 5 В и обмотка // с выводами 9 и 11 — напряжение 6, 3 В.
Вместо покупного готового трансформатора питания можно применить трансформатор самодельной конструкции, моточные данные которого приведены в табл. 2. 12.
Трансформатор питания в данном устройстве обеспечивает расчетный уровень выходного выпрямленного напряжения, необходимого для питания функциональных узлов, гальваническую развязку выходных вторичных це-
Таблица 2.12. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания T1, примененного в охранном устройстве с универсальным выходом
пей устройства от сети переменного тока и дополнительную электробезопасность при эксплуатации. Сетевой трансформатор T1 входит в состав БП, который конструктивно выполняется в виде самостоятельной сборочной единицы. БП имеет в своем составе выпрямительное устройство, собранное по мостовой схеме на четырех выпрямительных диодах VD1—VD4; емкостный фильтр — на конденсаторах СЗ, С5, С6; СНПТ, собранный на транзисторах VT2—VT4, VT6; ИМ. Встроенный в устройство БП обеспечивает на выходе стабилизированное напряжение 5 В. Особенностью данного БП является то, что унифицированный трансформатор питания Т1 вместе с входными цепями работает в режиме генератора тока и позволяет включить непосредственно после выпрямителя VD1—VD4 стабилитрон VD6, который создает первую ступень стабилизации выходного напряжения. Выпрямительное устройство работает на емкостный фильтр, составленный из трех электролитических конденсаторов СЗ, С5, С6; собрано по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая характеризуется низким обратным напряжением на комплекте выпрямительных диодов, повышенным падением напряжения, снижающим общий кпд устройства, повышенной частотой пульсации, хорошим использованием габаритной мощности сетевого трансформатора, достаточно высоким уровнем надежности и долговечности эксплуатации, большим расходом полупроводниковых диодов, что повышает стоимость изготовления. Однотипные выпрямительные диоды нельзя устанавливать на одном радиаторе охлаждения без изоляционных прокладок. Применение одной диодной сборки типа КЦ405 вместо четырех диодов значительно упрощает технологический процесс сборки и монтажа БП. Емкостный фильтр сглаживает пульсации напряжения постоянного тока как на выходе выпрямителя, так и на выходе стабилизатора, с которого снимается 5 В. Выпрямленное напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор напряжения, собранный по компенсационной схеме на транзисторах VT2, VT3, VT4, VT6. Управляющим элементом стабилизатора является транзистор VT4, эмиттерный переход которого использован в качестве источника опорного напряжения. РЭ стабилизатора напряжения собран на транзисторах VT2, VT3, VT6. В схеме стабилизатора работает керамический конденсатор С7, который позволяет снизить выходное сопротивление стабилизатора на высоких частотах. По существу рассматриваемый стабилизатор напряжения является второй ступенью стабилизации напряжения 5 В, которое обеспечивает электропитание микросхем. Его точное значение выставляется подбором сопротивления резистора R4, а также подбором параметров транзистора VT4.
В электрическую схему БЭ охранного устройства включены три ИМС DA1—DA3, ИМ ИП1 (или сирена), работающий при напряжении 12 В, электромагнитное реле К1, конечные переключатели или герконовые реле (магнитоуправляемые контакты), индикаторные элементы, выходные цепи.
В случае применения герконов устройство может обеспечить охрану автомобиля. С помощью геркона осуществляется ввод схемы в рабочее состояние после включения электропитания тумблером В1 и замыкания контактов переключателя S3, который устанавливается на выходной двери охраняемого объекта. Если вместо переключателя S3 используется геркон, то замыкание его контактов производится с помощью магнита. Герконовое реле в этом случае закрепляется на лобовом или боковом стекле автомобиля и включается, если прислонить магнит к стеклу с внешней стороны к тому месту, где укреплен геркон, при этом включается индикаторный светодиод. После ввода схемы в рабочее состояние при открытой двери охраняемого объекта она работает, подав команду на ИМ (или сирену) через 5...10 с. Эта задержка времени необходима для того, чтобы можно было выйти из помещения или машины и закрыть за собой дверь, а при входе — успеть отключить сигнальное устройство от сети. При установке устройства в автомашине питание его необходимо приспособить от бортовой сети. Каждая из трех ИМС включает в свой состав четыре логических элемента, обозначенных на схеме (рис. 2.9). Из первой ИМС в работе участвуют два элемента — DA1.1 и DA1.2, которые образуют RS-триггер. Логические элементы второй ИМС используются: DA2.1 — в качестве инвертора, DA2.2 — двухходового логического элемента, DA2.3 и DA2.4 — RS-триггера. Логические элементы DA3.1 и DA3.4 образуют один элемент, работающий по схеме И-НЕ, а элементы DA3.2 и DA3.3 являются триггерами.
После включения устройства в сеть переменного тока тумблером В1 напряжение питания 5 В после соответствующих преобразований и стабилизации поступает на каскад установки RS-триггеров в положение низкого уровня логического нуля. В первый момент транзистор VT12 открыт, напряжение на его коллекторе близко к напряжению логического нуля, а так как коллектор присоединен к входам всех RS-триггеров, то он устанавливается в нулевое положение. Далее происходит зарядка конденсатора С9 до напряжения стабилизированного значения, напряжение на делителе, составленном из резисторов R22 и R23, будет в конце зарядки равно нулю. Это приводит к закрытию транзистора VT12, на входах триггеров появляется напряжение, соответствующее высокому уровню логической единицы, что обеспечивает устойчивое состояние триггеров.
Подготовка устройства к подаче сигналов тревоги исполнительным механизмом завершается при замыкании контактов переключателей S1, S2 и S3. При этом на входе триггеров DA1.1 и DA1.2 установится низкий уровень логического нуля, а на выходе будет действовать сигнал высокого уровня, соответствующий логической единице. Этот сигнал через резистор R16 подается па базу транзистора VT10. Транзистор открывается, и его коллекторный ток вызывает зажигание светодиода VD9, который является сигналом готовности устройства к работе. Сигнал с выхода 3 элемента DA1.1 поступает на элемент DA2.2, подготавливая его к выдаче сигнала на второй триггер. На входе инвертора DA2.1 устанавливается высокий уровень логической единицы, задаваемый стабилизатором напряжения и снимаемый с коллектора транзистора VT2, а на выходе в это время действует низкий уровень логического нуля. Это положение принципиальной схемы является устойчивым и может продолжаться как угодно долго.
В составе БЭ охранного устройства собрано два реле времени, постоянная величина срабатывания которых определяется электрическими цепями, составленными из резисторов и конденсаторов. Первое реле времени выполнено на транзисторах VT9 и VT11 и включает цепь, состоящую из конденсатора С8 и резистора R15. Второе реле времени собрано на транзисторах VT1 и VT5 и также включает в себя электрическую цепь, состоящую из конденсатора С4 и резистора R2. Первое реле на транзисторах VT9 и VT11 срабатывает через 5 с. Этого времени достаточно для отключения сторожевого устройства от сети электропитания, чтобы оно не включило сигнал тревоги. Второе реле может быть отрегулировано на время срабатывания до 30 с, в течение которого работает ИМ.
Для того чтобы возвратить охранное устройство и все элементы схемы в исходное состояние, необходимо выключить и снова включить напряжение питания от сети переменного тока переключателем В1.
В сторожевом устройстве применены следующие покупные комплектующие ЭРЭ: сетевой понижающий трансформатор питания T1 типа ТН 10-127/220-50 броневой конструкции; ИМС DM типа К1ЛБ553, DA2 — К1ЛБ553, DA3 — К1ЛБ553; транзисторы VT1 типа КП103Е, VT2 — КТ802А, VT3 — МП39, VT4 — МП39, VT5 — КТЗ0ЗБ, VT6 — МП37А, VT7 — КТ312Б, VT8 — КТ312Б, VT9 — КП103Е, VT10 — КТ312Б, VT11 — КТ203Б, VT12 — КТ312Б; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д237А, VD5 - Д223, VD7 — Д223, VD8-Д223, VD10— Д223, стабилитрон VD6 типа Д809; светодиод VD9 типа АЛ102А; конденсаторы С1 типа К40У-9-630В-0.01 мкФ, С2 К40У-9-630-0,01 мкФ, СЗ — К50-6-10В-200 мкФ, С4 -К50-6-6,3В-200 мкФ, С5 - К50-6-6,ЗВ-200 мкФ, С6 — K50-6-6.3В-200 мкФ, С7 — K10-7В-25В-Н20-0.033 мкФ, С8 — K50-6-6,3В-100 мкФ, С9 — К50-б-б.ЗВ-20 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-2-200 кОм, R2 - MЛT-0,25-240 кОм, R3-МЛТ-0,5-1,8 кОм, R4 — МЛТ-0,25-430 Ом, R5 — МЛТ-0,125-200 Ом, R6 — МЛТ-0,25-300 Ом, R7 - МЛТ-0,125-33 кОм, R8 - МЛТ-0,25-750 Ом, R9 — МЛТ-0,25-4,7 кОм, R10 — МЛТ 0,25-10 кОм, R11 — МЛТ-0,5-5,1 кОм, R12 — МЛТ-0,25-4,7 кОм, R13 — МЛТ-0,25-2,4 кОм, R14 — МЛТ-0,25-10 кОм, R15 — МЛТ-0,125-100 кОм, R16 — МЛТ-0,125-6,8 кОм, R17 — МЛТ-0.25-300 Ом, R18 — МЛТ-0,25-750 Ом, R19 — МЛТ-0,25-33 кОм, R20 — МЛТ-0,25-4,7 кОм, R21 — МЛТ-2-220 Ом, R22 — МЛТ-0,5-82 кОм, R23 — МЛТ-0,25-100 кОм; индикаторная лампа H1 типа ТН-0,2; предохранитель плавкий F1 типа ПМ1-1А; электрические соединители X1 типа «вилка» с электрическим кабелем длиной до 2,3 м, Х2, ХЗ типа ОНЦ-2; переключатели В1 типа «тумблер» ТВ2-1-2, S1, S2 — КП-1, S3 — КП-2; электромагнитное реле К1 типа РЭС-9; магнитоуправляемые контакты типа РЭС-42, РЭС-55.
Электронная схема БП собирается на отдельной плате, изготавливаемой из фольгированного одностороннего гетинакса или стеклотекстолита. Монтаж, регулировка и налаживание БП производятся при отключенной в точках А и Б нагрузке. Выходное стабилизированное напряжение для электропитания ИМС должно быть выставлено до значения 5В. Это достигается подбором сопротивления резистора R4, а также подбором транзистора VT4.
Основные электрические параметры и технические характеристики охранного устройства с универсальным выходом
Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В ......................... .220 или 127
Номинальная частота питающей сети переменного
тока, Гц ............................ .50
Номинальное напряжение автономного источника
питания, В .......................... 5
Напряжение на выводах вторичных обмоток сетевого понижающего трансформатора Т1, В:
7 и 8 ............................ .5
9 и 10 ............................ .5
9 и 11............................ .6,3
Номинальное напряжение на выходе выпрямительного устройства в режиме холостого хода, В ... .5,5
Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, при которых сохраняется устойчивая работа устройства. В ........... .180...240 или
110... 140
Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, Гц ................... .49,5...50,5
Коэффициент нелинейных искажений питающей -
сети переменного тока, %, не более ......... .12
Коэффициент стабилизации напряжения постоянного тока на выходе БП, не менее .......... .80
Амплитуда пульсации выпрямленного напряжения, мВ, не более ......................... .20
Мощность, потребляемая устройством во время
работы, Вт, не более ................... .80
Ток, потребляемый устройством в сторожевом режиме работы, мА, не более ............... .10
Время задержки срабатывания устройства, с, не более ............................ .6
Время работы устройства в режиме подачи сигнала тревоги, с, не более ................ .40
Количество одновременно охраняемых объектов (количество устанавливаемых конечных выключателей), шт ......................... .1...20
Среднее время наработки на отказ, ч ......... .5000
Вероятность безотказной работы устройства при риске заказчика в=0,92, не менее .......... .0,97
Срок службы устройства, ч, не менее ......... .8000
Помехозащищенность устройства при напряженности внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее ............................ .120
кпд, %, не менее ....................... .78
Рис. 2.9. Принципиальная схема охранного устройства с универсальным выходом.