3.9. СТОРОЖЕВОЕ УСТРОЙСТВО НА ДВУХ МИКРОСХЕМАХ

Электронное сторожевое устройство, предлагаемое к изготовлению в домашней мастерской, представляет собой полууниверсальную простую систему со световой сигнализацией, которая может быть установлена в городских квартирах, офисах, производственных помещениях, на садово-огородных участках и т. д. Устройство рассчитано на эксплуатацию в самых жестких климатических условиях при

воздействии механических нагрузок. Устройство достаточно устойчиво работает при температуре от -40 до 40 °С и при относительной влажности воздуха до 90+_3% при температуре 20 °С, а также при пониженном атмосферном давлении воздуха до 5 мм рт. ст. Работает сторожевое устройство от сети переменного тока напряжением 127 или 220 В частотой 50 Гц и преобразователя напряжения плюс 15 — ноль — минус 15 В.

Автоматическое устройство может применяться для охраны средств подвижного транспорта и может работать от бортовой электросети постоянного тока напряжением до 12 В. Сигнальные цепи, развернутые по периметру охраняемых объектов или территорий, обеспечивают мгновенное срабатывание системы при размыкании контактов конечных выключателей, но сигнал тревоги подается с задержкой.

Сторожевое устройство, собранное на двух ИМС, характеризуется малым потреблением электроэнергии как в рабочем, так и в холостом режимах эксплуатации. Оно обеспечивает временную задержку срабатывания системы световой сигнализации после несанкционированного вторжения на охраняемый объект, что дает возможность владельцу сторожевого устройства установить систему в исходное состояние до того, как оно будет приведено в действие и подаст сигнал тревоги. После срабатывания электронной схемы управления сигналы тревоги раздаются тоже не сразу, а через определенный промежуток времени: после того как сигнальная цепь будет разомкнута. Время подачи звукового сигнала или сирены ограничено работой специального таймера. Также устройство характеризуется автоматическим возвратом в начальное состояние после подачи сигналов тревоги и возвращением в ждущий режим эксплуатации с помощью ручного управления; возможностью установки сигнальных устройств тревоги и оповещения у соседей по квартире и по месту охраняемого объекта; скрытностью установки источника сигнализации и кнопок управления; максимальной защищенностью от ложных срабатываний.

Сигнальная цепь может быть выполнена в различных конструктивных исполнениях, которые определяются материально-техническими возможностями домашнего мастера и оснащением его радиолюбительской лаборатории. Сигнальная цепь может иметь практически неограниченную протяженность по периметру охраняемого объекта, но ее общее сопротивление не должно превышать 10 кОм. В качестве наиболее простых элементов сигнализации могут быть применены герконы, микропереключатели, контактные соединители, разрывные цепи.

Вся сигнальная цепь в ждущем режиме работы должна быть замкнута, и по ней должен протекать незначительный электрический ток, определенный данным схемным значением. И пока по этой цепи течет электрический ток, сигнальная система на внешние электромагнитные поля и другие излучатели энергии не реагирует. Необходимо отметить, что даже мощный сигнал тревоги после срабатывания устройства не создает больших неудобств соседям, так как действует (работает) определенное и заранее заданное время, после чего автоматически отключается и приходит в исходное состояние.

На рис. 3. 15 приведена принципиальная электрическая схема сторожевого устройства на двух микросхемах и семи транзисторах. Схема обладает высокой степенью универсальности, очень проста по составу комплектующих ЭРИ и ЭРЭ и легко читается.

Электронное сторожевое устройство включает в свой состав входные электрические цепи питания, сетевой понижающий трансформатор питания 77 унифицированной конструкции из серии «Габарит», выпрямительное устройство с емкостным фильтром, сигнальную цепь, электронный управляющий блок и выходные сигнальные цепи.

К сети переменного тока устройство подключается с помощью электрического соединителя XI типа «вилка» и электрической штепсельной розетки, рассчитанной на прохождение тока нагрузки до 6 А. Включается и выключается устройство с помощью однополюсного переключателя S1. На входе питающей сети установлен плавкий предохранитель F1, защищающий входные цепи от коротких замыканий и перегрузок, которые могут возникнуть из-за ошибок при сборке и монтаже и при неправильном включении первичных обмоток трансформатора.

Неоновая лампочка H1 тлеющего разряда сигнализирует о готовности устройства к эксплуатации. При включении устройства в сеть и замыкании контактов переключателя S1 лампочка H1 загорается, что свидетельствует о подаче переменного напряжения на первичную обмотку сетевого трансформатора. Конденсаторы С9 и С10, включенные на входе параллельно первичной обмотке трансформатора, защищают устройство от низкочастотных помех, проникающих к сеть питания переменного напряжения.

Сетевой понижающий трансформатор питания Т1 броневой конструкции изготавливается на магнитопроводе из электротехнической стали марки 3312 толщиной от 0, 2 до 0, 5 мм типоразмера ШЛМ 25Х32 с уменьшенным расходом меди. Унифицированный трансформатор имеет две разнесенные первичные обмотки и шесть вторичных обмоток с соответствующими обозначениями. На рис. 3. 15 показано подключение трансформатора к сети неременного тока напряжением 220 В. Для того чтобы включить устройство в сеть с напряжением 127 В, необходимо соединить выводы обмоток 1 и 6, 4 и 9, а напряжение 127 В подать на выводы 1 и 4 (6 и 9). На вторичных обмотках унифицированного трансформатора действуют следующие неременные напряжения: на выводах 11 и 12 — напряжение 5 В; 13 и 14 — 5 В; 15 и /б — 10 В; 17 и 18 — 10 В; 19 и 20 — 2,6 В; 21 и 22 — 2,6 В под нагрузкой. Номинальное значение тока на вторичной обмотке трансформатора не превышает 0,88 А. Вместо унифицированного покупного трансформатора можно применить самодельный трансформатор, который изготавливается по данным, приведенным в табл. 3.14.

Сетевой понижающий трансформатор Т1 обеспечивает расчетный уровень выпрямленного напряжения постоянного тока на выходе, полную гальваническую развязку вторичных цепей устройства от высокого напряжения переменного тока первичной сети и дополнительную электробезопасность при эксплуатации сторожевого устройства с низким напряжением на выходе вторичных обмоток.

Выпрямительное устройство собрано по двухполупериодной схеме со средним выводом вторичной обмотки на двух выпрямительных диодах малой мощности и работает на емкостный фильтр, выполненный на оксидном конденсаторе С1. Выпрямитель по такой схеме характеризуется невысоким уровнем пульсации выпрямленного напряжения, уменьшенным количеством примененных выпрямительных диодов и достаточно высоким обратным напряжением, действующим на комплекте выпрямительных диодов. Применяется выпрямитель со средней точкой в устройствах малой и средней мощности нагрузки.

Сторожевое устройство работает следующим образом. После замыкания контактов переключателя S1 и включения электропитания напряжение начинает поступать на

Таблица 3.14. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в сторожевом устройстве на двух микросхемах

сетевой понижающий трансформатор Т1 и загорается индикаторная лампочка H1, само сторожевое устройство при замкнутых контактах конечных выключателей В1 переходит в дежурный режим работы. К контактам Х2 и ХЗ можно подключить практически любое количество контактных групп и конечных выключателей. Использование ИМС в режиме ожидания дает значительный выигрыш в потреблении электроэнергии, которая не расходуется в периоды времени от момента автоматического включения до момента следующего включения. Примененные в сторожевом устройстве микросхемы серии К561ЛА7 относятся к параметрическому ряду ИМС, состоящих из комплекса микромощных микросхем второй и третьей степени интеграции на транзисторах, выполненных поспециальней технологии, и характеризуются жесткими требованиями к потребляемой энергии, массе, габаритным размерам в условиях значительного изменения напряжения питания при работе от одного источника. Диапазон напряжений электропитания микросхем серии К561 лежит в пределах от 3 до 15 В, допустимый уровень пульсации напряжения постоянного тока не превышает 0,2 В. Минимальное напряжение высокого уровня логической единицы на выходе микросхемы: 3, 6 В при напряжении питания 5 В и 7, 1 В при напряжении 10 В. Максимальное напряжение низкого уровня логического нуля на входе микросхемы: 1, 4 В при напряжении питания 5 В и 2, 9 В — при 10 В. Для нормальной работы микросхемы длительность фронтон входных импульсов должна быть не более 10, 5 и 1 мкс при напряжении питания 5, 10 и 15 В.

В соответствии с принятой классификацией ИМС БИС функциональный состав микросхемы с обозначением ЛА7 включает в себя четыре логических элемента 2И-НЕ. В данном случае два элемента каждой микросхемы являются таймерами, работающими в общей схеме управления.

При замкнутых контактах выключателя В1 таймеры микросхемы не работают. В это время на выходе третьего элемента второй ИМС DA2 (вывод 10) действует высокий уровень логической единицы, а это значит, что на обоих входах третьего элемента ИМС DA1 (выводы 8 и 9) также действует высокий уровень логической единицы.

При размыкании контактов переключателя В1 на входе третьего элемента ИМС DA1 (вывод 9) через резистор R3 появляется низкий уровень логического нуля, а его выход (вывод 10) переходит в состояние высокого уровня логической единицы. Включенные в схему резистор R3 и конденсатор С2 обеспечивают защиту устройства от ложных сигналов срабатывания, возникающих в результате электромагнитных наводок в соединительных цепях. После того как на выходе третьего элемента ИМС DA1 (вывод 10) появляется высокий уровень логической единицы, открывается транзистор VT2. Время открывания транзистора зависит от емкости конденсатора С5 и сопротивления резистора R12. Открывание транзистора VT2 приводит к разрядке конденсатора С4 и к срабатыванию первого таймера, собранного на первых двух элементах ИМС DA 1 (выводы 1—6). Для четкого завершения цикла работы первого таймера вход 1 первой ИМС соединен с выходом третьего элемента второй ИМС DA2 (выводы 8 и 9), которые остаются в состоянии логического нуля до тех пор, пока работает таймер. Как только первый таймер завершит свой цикл, выход третьего элемента второй ИМС DA2 (вывод 10) снова переходит в состояние высокого уровня логической единицы, и при этом на короткое время открывается транзистор VT4. Открывание транзистора VT4 обеспечивает запуск второго таймера после зарядки конденсатора С7. Второй таймер собран на двух элементах ИМС DA2 (выводы 1, 2,3 и 4, 5, 6).

С целью создания напряжения электропитания ИМС в устройстве собран параметрический стабилизатор на стабилитроне VD3, транзисторе VT1 и резисторе R2.

Сигнал, снимаемый с выхода второго таймера, преобразуется транзисторами VT3 и VT5 с напряжения 7, 5 В до значения напряжения источника постоянного тока. Транзисторы VT6 и VT7 образуют усилитель мощности, который обеспечивает в свою очередь четкое срабатывание ИМ. В качестве ИМ можно применить электромагнитное реле типа РЭС-10, которое подключается своей обмоткой к электрическим соединителям Х5 и Х6. Контакты этого реле, не показанные на схеме, замыкают соответствующие питающие цепи исполнительных звуковых и световых элементов.

При изготовлении универсального сторожевого устройства использованы следующие покупные комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: ИМС DA1 типа К561ЛА7, DA2 — К561ЛА7; транзисторы VT1 типа КТ3102Д, VT2 — КТ3102Д, VT3 — КТ3102Д, VT4 — КТ3102Д, VT5 — КТ3102Д, VT6 — КТ3107Б, VT7 — КТ933Б;

стабилитрон VD3 типа Д814А; выпрямительные диоды VD1 типа КД204В, VD2 — КД204В, VD4 — КД521А, VD5 — КД521А, VD6 — КД521А, VD7 — КД521А, VD8 — КД521А, VD9 — КД521А, VD 11 — КД223; светодиод VD10 типа АЛ307А;

сетевой понижающий трансформатор питания Т1 унифицированной конструкции типа ТНП258-127/220-50; индикаторная лампочка H1 ТH-0,2-1; конденсаторы С1 типа К50-6-50В-200 мкф, С2 — К53-1А-20В-22 мкФ, СЗ — К73-17-63В-1 мкФ, С4 — К73-17-63В-1 мкф, С5 — КМ-5-50В-0. 1 мкФ, С6 — К73-17-63В-1 мкФ, С7 — К73-17-63В-1 мкФ, С8 — КМ-5-50В-0. 1 мкФ; резисторы R1 типа ВСа-2-200 кОм, R2 — ВСа-0, 5-2, 2 кОм, R3 -ВСа-0, 5-5, 6 кОм, R4 — ВСа-0, 25-10 МОм, R5 — ВСа-0, 25-10 кОм, R6 — ВСа-0, 25-330 кОм, R7 — ВСа-0, 25-1 МОм, R8 — ВСа-0, 25-10 МОм, R9 — ВСа-0, 25-10 кОм, R10 — ВСа-0, 25-1 МОм, R 11 — ВСа-0, 25-2, 2 МОм, R12 — ВСа-0, 25-10 кОм, R13 — ВСа-0, 25-22 кОм, R14 — ВСа-0, 5-22 кОм, R 15 — ВСа-0, 25-10 кОм, R16 — ВСа-0, 25-22 кОм, R 17 — ВСа-0, 25-10 кОм, R 18 — ВСа-0, 25-22 кОм, R19 — ВСа-0, 25-1, 8 кОм; плавкий предохранитель F1 типа ПМ-1-1А с держателем предохранителя; переключатели S1 типа П1Т-1-1, S2 — КМ1-1; электрические соединители X1 типа «вилка», Х2, ХЗ — КМЗ-1.

При изготовлении, регулировке, настройке и ремонте сторожевого устройства некоторые комплектующие изделия и ЭРЭ можно заменить без ухудшения основных электрических параметров и эксплуатационных характеристик. Например, резисторы типа ВСа можно заменить любыми постоянными резисторами типа МЛТ, ОМЛТ, МТ, УЛИ, Cl-4, C2-8; конденсаторы типа К73-17 — на К73-16, К73-11, К78-2, конденсаторы типа КМ-5 — на К10У-5, К10-17, КМ-6; выпрямительные диоды типа КД521А — на КД509А, Д220, Д220А, Д220Б, Д312; транзистор типа КТ3102Д — на КТ3102Е, КТ3107Е, КТ3107Ж, транзистор типа КТ933Б — на КТ939А, КТ644А, ГТ906АМ; ИМС типа К561ЛА7 — на 564ЛА7.

Основные электрические параметры и технические характеристики сторожевого устройства на двух микросхемах

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В.................... 220 или 127

Номинальная частота питающей сети переменного тока, Гц................... 50

Номинальное напряжение автономною источника

питания постоянного тока, В............... 12

Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, В.................... 180... 240 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... 14

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети переменного тока, %, не более............. 12

Время срабатывания системы, мс, не более...... 0, 2

Время задержки подачи сигнала тревоги после срабатывания системы, с............. 3... 30

Время подачи сигнала тревоги, мин........... 1... 10

Количество одновременно охраняемых объектов, шт. 1... 20 Сопротивление шлейфа, кОм, не более......... 10

Сопротивление изоляции токоведущих контактных групп и проводников устройства, подключающих конечные выключатели, МОм, не менее.............. 10

Помехозащищенность устройства от ложных срабатываний при воздействии внешних электромагнитных помех, дБ, не менее........ 100

Напряжение переменного тока на выводах обмоток сетевого трансформатора 77, В:

2 и 4............................. 110

7 и 9............................. 110

11 и 12........................... 5

13 и 14........................... 4, 95

15 и 16............................ 10

17 и 18........................... 10

19 и 20........................... 2, 6

21 и 22........................... 2, 6

Номинальное напряжение питания ИМС, В...... 7, 5

Максимальная выходная мощность сетевого

трансформатора питания 77, Вт........... 30

Срок службы, ч, не менее.................. 10 000

Вероятность безотказной работы сторожевого

устройства при риске заказчика в=0, 92, не менее 0, 98

кпд, %, не менее........................ 96

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °С........ —25...+ 40

относительная влажность воздуха при температуре

окружающей среды 25°С, %, не более...... 90±3

атмосферное давление воздуха, мм рт. ст..... 200... 1000

Рис. 3.15. Принципиальная схема сторожевого устройства на двух микросхемах.