6. 1. 1. Простейший электрический замок

Этот замок прост в изготовлении, содержит минимум деталей и практически не требует настройки. Принципиальная схема такого замка приведена на рис. 6. 1.

При нажатии на кнопку SB1 замыкается цепь питания обмотки электромагнита: плюс источника питания, обмотка электромагнита YA1, замкнутые контакты кнопки SB1, минус источника питания. Срабатывает электромагнит YA1, его сердечник втягивается внутрь и через механическую тягу приводит в действие засов замка двери. Вместо кнопки, использование которой по понятным причинам на

Рис. 6. 1 Однокнопочный замок

внешней стороне двери нецелесообразно, может быть использован геркон, подключенный к точкам А и В схемы вместо кнопки SB1. Геркон SA1 располагают скрытно в любом удобном месте на двери или стене. При приближении постоянного магнита к месту расположения геркона, его контакты замыкаются и электромагнит YA1 срабатывает. Кнопку SB1 и геркон SA1 можно включить и параллельно. В этом случае кнопку SB1 устанавливают внутри помещения и ее используют для дистанционного открывания двери изнутри. Геркон SA1 размещают так, как это было описано выше.

Кроме этого, секретным ключом такого замка может служить, например, проволочная перемычка, которой замыкают два контакта, замаскированные на наружной стороне двери или поблизости от нее. В качестве контактов можно использовать, например, разъем от аудиоаппаратуры типа СГ-1 или другие стандартные разъемы любого типа: круглые, плоские, с любым количеством контактов. В последнем случае используются обе части разъема: штыревая и гнездовая. Причем, чем больше штырьков в используемом разъеме, тем более сложную конфигурацию могут иметь перемычки в ключе (ответной части) и тем большей секретности замка можно достичь.

Для питания устройства лучше всего использовать источник постоянного тока с напряжением+ 12... 36 В. Применение более высокого напряжения нежелательно, т. к. требует хорошей изоляции цепей с целью соблюдения требований по технике безопасности. В качестве электромагнита может быть использован любой, подходящего размера, обеспечивающий необходимое тяговое усилие для открывания замка при используемом источнике питания.

6.1.2. Замок с магнитным ключом

Работа этого замка основана на использовании постоянных магнитов и герконов. Это позволяет получить надежные с точки зрения устойчивости работы замки и ключи. Принципиальная схема одного из таких замков представлена на рис. 6. 2.

Рис. 6. 2 Замок с магнитным ключом

Замок состоит из четырех герконов SA1, SA2, SA3, SA4 и электромагнита YA1. Причем, герконы SA1, SA2, SA4 имеют нормально разомкнутые контакты, а геркон SA3 — нормально замкнутые. Герконы могут устанавливаться в произвольной последовательности, количество их может быть различным, что способствует повышению секретности замка.

Замок и ключ имеют следующую конструкцию (рис. 6. 3). Герконы SA1— SA4 устанавливаются вдоль отверстия, в которое вставляется ключ с постоянными магнитами. Расстояние между магнитами и герконами должно быть не более 5 мм. Расстояние между герконами должно быть равно расстоянию меж-

Рис. 6. 3. Конструкция замка и ключа

ду центрами магнитов ключа. После того как ключ будет вставлен в отверстие замка до упора, магниты 1, 2, 4 будут находиться напротив герконов SA1, SA2, SA4 соответственно, что приведет к замыканию контактов последних. Поскольку контакты геркона SA3 замкнуты (магнит на него не воздействует), через обмотку электромагнита YA1 начинает протекать ток, вызывая его срабатывание. Если кто-нибудь попытается открыть такой замок, вставив вместо магнитного ключа магнит подходящего размера, то это приведет к срабатыванию всех герконов. При этом контакты геркона SA3 разомкнутся и прервут цепь питания электромагнита YA1. Замок останется в закрытом состоянии.

Герконы могут быть любыми, например КЭМ-1. Однако ток срабатывания электромагнита не должен превышать предельно допустимый ток коммутации герконов. В противном случае вместо электромагнита YA1 необходимо включить реле, контактами которого и будет включаться последний.

Магниты для ключа можно использовать от магнитных шашек или шахмат, подходящие по размерам. Электромагнит YA1 может быть любым, подходящим по таким параметрам, как напряжение питания, ток, тяговое усиление и т. д.

6. 1. 3. Кодовый замок на переключателях

Этот замок имеет 4 внутренних (для установки кода) и 4 внешних переключателя (для набора кода). На рис. 6. 4. показана схема такого кодового замка.

Переключатели SA1 — SA4, предназначенные для установки кода, и электромагнит YA1, сердечник которого механически связан с защелкой замка, находятся с внутренней стороны двери, а переключатели SA5— SA8, используемые для набора кода при входе, — на наружной стороне двери. Если положение хотя бы одного из переключателей SA5 — SA8 будет отличаться от положения соответствующего переключателя из группы SA1 — SA4, цепь питания электромагнита будет разорвана. На рис. 6. 4 положения переключателей соответствуют правильному набору кода.

Переключателями SA1 —SA4 устанавливают условный код замка перед выходом из помещения, и пока переключателями SA5—SA8 не будет набран такой же код, открыть дверь не удастся. С увеличением числа переключателей «секретность» замка повышается.

Рис. 6. 4. Замок на переключателях

6. 1. 10. Дверной кодовый замок с одной кнопкой

Замок управляется одной кнопкой, что является заметным преимуществом, по сравнению с большинством других подобных устройств. Питается он от сети переменного тока напряжением 220 В. В режиме ожидания устройство отключено от сети и не потребляет электроэнергию.

Принципиальная схема дверного кодового замка представлена на рис. 6. 24. В исходном состоянии (кнопка SB1 не нажата) напряжение сети на устройство не подается. При нажатии на кнопку SB1 напряжение сети поступает к устройству. Избыточное напряжение сети гасится конденсатором С1, а необходимое для работы прибора напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и стабилизируется на уровне 9 В стабилизатором, выполненном на элементах R8, VD4, VT1. Конденсаторы С4 и С6 уменьшают пульсации напряжения питания. Резистор R1 ограничивает бросок тока через диодный мост в момент включения устройства. Резистор R2 необходим для разряда конденсатора С1 после отключения устройства от сети. Со стабилизатора напряжение питания+ 9 В подается на микросхемы (DD1 — вывод 16; DD2, DD3, DD4, DD5, DD6 — вывод 14) и другие элементы схемы. В момент включения питания цепь C2R3VD3R6 вырабатывает положительный импульс начальной установки RS-триггера на элементах DD3. 1, DD3. 2 (вывод 13) и сдвигающего регистра DD1 (выводы 6, 14). Этот же импульс на время своей длительности запрещает работу генератора тактовых импульсов на элементах DD2. 1, DD2. 2 (вывод 5). Сигнал нулевого уровня с последнего разряда регистра сдвига DD1 (вывод 2) открывает транзистор VT2, в результате чего срабатывает реле К1, которое, в свою очередь, блокирует кнопку SB1 своими контактами К 1. 1. Контактами К 1. 2 и К 1. 3 кнопка SB1 подключается ко входу D регистра сдвига DD1 (вывод 7) и общему проводу схемы.

После окончания импульса начальной установки генератор на элементах DD2. 1 и DD2. 2 начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, следующие с частотой около 2 Гц. Проходя через ключевой элемент DD3. 3, эти импульсы

Рис. 6. 24. Дверной кодовый замок с одной кнопкой управления

разрешают работу генератора колебаний звуковой частоты 1000 Гц, собранного на элементах DD2. 3 и DD2. 4. Пачки импульсов генератора усиливаются по току транзистором VT3 и преобразуются динамической головкой ВА1 в звуковые колебания.

Одновременно прямоугольные импульсы с вывода 3 элемента DD2. 2 поступают на входы С (выводы 9, 1) регистра DD1, осуществляя тем самым сдвиг информации на один разряд по окончании каждой звуковой посылки.

Таким образом, если в момент окончания звуковой посылки кнопка SB1 отпущена, то на информационный вход D (вывод 7) регистра через резистор R5 подается напряжение высокого уровня, значение которого записывается в первый разряд регистра. Соответственно, если кнопка SB1 нажата, в первый разряд регистра DD1 записывается сигнал низкого уровня. В результате, после окончания семи звуковых посылок в первые семь разрядов регистра DD1 будет записан некоторый код, определяемый тем, нажата или отпущена была кнопка в момент окончания соответствующих звуковых посылок. Этот код сравнивается микросхемами DD4, DD5 и DD6 с кодом, который устанавливается перемычками на контактах 1—7 (выводы 9, 13, 1, 6 микросхемы DD4; выводы 6, 9, 13 микросхемы DD5). На эти контакты подается либо напряжение+ 9 В, либо нулевое напряжение, в зависимости от выбранного семизначного кода.

При несовпадении значений набранного и установленного кода на всех выходах сравнивающих элементов микросхем DD4 и DD5 устанавливаются значения логической единицы. Это ведет к появлению логического нуля на выходах элементов DD6. 1 и DD6. 2, а также логической единицы на выходе элемента DD3. 4. Этот единичный уровень напряжения разрешает подачу непрерывного звукового сигнала (после переключения RS-триггера на элементах DD3. 1 и DD3. 2 с элемента DD3. 3 на генератор поступает нулевой уровень) и одновременно обнуляет все триггеры регистра сдвига DD1. Если после набора кода кнопка SB1 будет отпущена, сигнал высокого уровня со входа D регистра DD1 спустя 8 тактов появится на последнем (вывод 2) выходе регистра DD1, транзистор VT2 закроется, реле К1 обеспечится и устройство отключится от сети.

Таким образом, при правильном наборе кода сигнал звонка звучит так:

семь коротких звуковых посылок длительностью по 0, 25 с и одна длинная — около 4 с. При этом единичный уровень с вывода 3 элемента DD3. 4 на время 4 с поступает на базу транзистора VT4, что ведет к открыванию последнего и срабатыванию реле К2, которое своими контактами включает исполнительный механизм замка.

При неправильном наборе кода первый же сигнал высокого уровня на выходе регистра закроет транзистор VT2 и звонок отключится от сети после восьми и более коротких звуковых сигналов.

Резистор R1 типа МЛТ-0, 5, остальные — МЛТ-0,125. Конденсатор С1 должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В — типа К73-11, К73-17, МБМ или другой. Транзистор VT1 можно заменить на КТ817, КТ805, КТ829. Транзисторы VT2—VT4 — любые маломощные. Реле К1, К2 типа РЭС 22 (паспорт РФ4. 500. 129).

При использовании вместо динамической головки ВА1 пьезокерамического излучателя схема несколько упрощается. Пьезокерамический излучатель, например типа ЗП-1, подключается между выводом 10 элемента DD2. 4 и общим проводом или между выводом 10 и выводами 8, 9 элемента DD2. 4. При этом из схемы исключаются элементы R 10, R 11, VT3, ВА1.

Проверку и настройку устройства следует проводить, запитав его (вместо сети) от источника постоянного тока напряжением 12—14 В, предварительно закоротив конденсатор С1 проволочной перемычкой. При правильном монтаже и исправных деталях устройство начинает работать сразу. Подборкой сопротивления резистора R4 или емкости конденсатора СЗ устанавливается период появления тональных посылок. Подборкой сопротивления резистора R7 и емкости конденсатора С5 устанавливается частота звукового сигнала.

После окончания проверки и настройки перемычку с конденсатора С1 необходимо удалить. Устройство можно подключать к сети переменного тока.

Устройство выполнено на печатной плате размером 90х100 мм (рис. 6. 25) из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Размещение деталей на плате показано на рис. 6. 26.

Рис.. 6. 25. Печатная плата замка с одной кнопкой

Рис. 6. 26. Размещение деталей на плате замка с одной кнопкой

6. 1. 11. Кодовый замок с одной кнопкой и четырехзначным кодом

Это простое и надежное устройство с минимальным количеством микросхем и кнопок. Схема замка позволяет устанавливать четырехзначный код и управлять им с помощью одной кнопки.

Принципиальная схема замка представлена на рис. 6. 27. Управление набором кода производится кнопкой SB1. На элементах DD1. 1 и DD1. 2 собран Rs-триггер, который служит для подавления дребезга контактов, возникающих в механических переключателях. В исходном состоянии кнопка находится в верхнем по схеме положении. При этом на выводе 3 элемента DD1. 1 устанавливается единичный уровень.

При включении питания (контактами кнопки SB2), которое происходит при закрывании двери, через диод VD2 и резистор R6 заряжается конденсатор С2. Это приводит к появлению короткого положительного импульса на входах R микросхем DD2, DD3, устанавливая последние в нулевое состояние. Микросхемы DD2, DD3 готовы к приему установленного кода.

После заряда конденсатора СЗ уровень лог. «1» с вывода 3 элемента DD1. 1 через резистор R3 поступает на вход элемента DD1. 3. Нулевой уровень на выходе последнего приводит к включению светодиода HL1, извещающего о том, что система находится в рабочем состоянии и устройство готово к приему первой цифры кода.

В момент нажатия на кнопку SB1 на выводе 3 элемента DD1. 1 устанавливается нулевой уровень, и конденсатор СЗ быстро разряжается через диод VD1. Для набора цифры кнопку SB1 нажимают соответствующее число раз.

После того как первая цифра набрана, кнопку SB1 отпускают и ждут зажигания светодиода HL1. Если первая цифра набрана правильно, то на выходе мультиплексора DD4 устанавливается логическая единица и начинается заряд конденсатора С5 через резистор R8. При отпускании кнопки SB1 на выводе 3 элемента DD1. 1 вновь появляется единичный уровень и конденсатор СЗ медленно заряжается через резистор R3. В момент достижения на конденсаторе СЗ напряжения логической единицы счетчик DD3 переходит в следующее состояние. Светодиод HL1 снова зажигается, т. е. устройство готово к приему второй цифры.

Рис. 6. 27. Замок с одной управляющей кнопкой

Одновременно уровень лог. «0» с выхода DD1. 3 через диод VD6 поступает на вывод 9 элемента DD1. 4. Однако состояние элемента DD1. 4 не изменится, т. к. конденсатор С5 заряжен до уровня логической единицы.

Так происходит до тех пор пока счетчик DD3 не установится в положение «5». При этом единичный уровень на выходе 1 счетчика DD3 через диод VD5 заблокирует элемент DD1. 4 и, одновременно, поступит на базу транзистора VT1. Транзистор VT1 откроется, реле К1 сработает и своими контактами приведет в действие исполнительный механизм замка. Схема будет находиться в этом состоянии до тех пор пока не будет открыта дверь и не разомкнется кнопка SB2, при этом, после закрытия двери, устройство перейдет в исходное состояние.

Если при наборе кода одна из цифр была набрана неправильно, то на выходе мультиплексора DD4 (вывод 3) единичный уровень не установится, и после отпускания кнопки SB1 и заряда конденсатора СЗ на входах элемента DD1. 4 будут нулевые уровни, а на его выходе — единичный. Положительный импульс через конденсатор С4 и диод VD3 поступит на входы R счетчиков DD2, DD3 и установит их в нулевое состояние.

Так как для расшифровки кода используется десятичный счетчик с дешифратором (DD2), который последовательно складывает цифры кода, то на уста-

Рис. 6. 28. Печатная плата однокнопочного замка

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 6. 30. Работает устройство следующим образом. Возле двери или на ней устанавливается один светодиодный семисегментный индикатор HL1, цифры на котором постоянно меняются от нуля до девяти. Для набора кода нужно, наблюдая за индикатором,

Рис. 6. 30. Кодовый замок без кнопок управления

Рис. 6. 29. Размещение деталей на плате замка

новку кода накладываются некоторые ограничения. При наборе кода при помощи кнопки SB1 счетчик DD2 может несколько раз досчитать до своего предельного значения и перейти в нулевое состояние. Задача состоит в том, чтобы при наборе очередного кодового числа счетчик DD2 не останавливался на нулевом значении (вывод 3 DD2).

На схеме установлен код «1682». При последовательном сложении импульсов мы получим: «I», 1+ 6 = "7", 7 + 8 = 15 («5»), 5 + 2 = "7". Перемычки устанавливаются на те выходы DD2, которые соответствуют последней цифре суммы предыдущего положения счетчика со следующей цифрой кода. При этом необходимо помнить, чтобы последняя цифра суммы не была равна нулю.

Для надежного набора кода рекомендуется набирать первую цифру умышленно неверно. Это приводит устройство в исходное состояние и оно готово к приему основного кода.

Питание замка осуществляется от любого стабилизированного источника питания напряжением 9—12 В.

Печатная плата размером 48х80 мм выполнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Вид платы с двух сторон приведен на рис. 6. 28. Размещение деталей на этой плате изображено на рис. 6. 29.

Конденсатор СЗ должен иметь минимальный ток утечки. Реле К1 — РЭС 47, паспорт РФ 4. 500. 421.

Устройство, собранное из исправных деталей, в настройке не нуждается.

6.1.12. Кодовый замок без кнопок управления

Характерной особенностью этого замка является отсутствие кнопок управления на наружной стороне двери. Четырехзначный код вводится несильными ударами по дверному замку в момент появления на индикаторе соответствующей цифры. Код состоит из четырех цифр, от нуля до девяти, причем цифры набираются только в определенной последовательности.

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 6. 30. Работает устройство следующим образом. Возле двери или на ней устанавливается один светодиодный семисегментный индикатор HL1, цифры на котором постоянно меняются от нуля до девяти. Для набора кода нужно, наблюдая за индикатором,

Рис. 6. 30. Кодовый замок без кнопок управления

несильно ударять по двери или замку в те моменты, когда на индикаторе устанавливается соответствующая цифра кодовой последовательности. Например, для набора кода «1539» нужно негромко стукнуть в дверь тогда, когда на индикаторе высвечивается «I», затем когда «5», «З» и, наконец, «9». Причем набор цифр можно производить и за несколько циклов, а не обязательно во время одного прохода. Важно чтобы удар был сделан вовремя. Если код набран правильно, то сработает исполнительное устройство и можно входить. Если хотя бы один из ударов был произведен не вовремя, включается звуковая сигнализация, которая звучит около минуты, затем схема переходит в исходное состояние и можно повторить набор кода.

После включения питания датчик включается с задержкой в полминуты, необходимой для выхода и закрывания двери, затем схема переходит в ждущий режим.

В основе работы схемы лежит использование сенсорного датчика В1 — головки от старого пьезокерамического звукоснимателя. Ее иглу прижимают к замку или двери. При ударах, акустические и механические колебания преобразуются датчиком В1 в электрические и поступают на вход операционного усилителя DA1. Коэффициент усиления последнего регулируется резистором R14. Усиленные колебания поступают на базу транзистора VT1 через дифференцируемую цепь C9R15. Каскад на транзисторе VT1 преобразует входные колебания в короткие отрицательные импульсы. Эти импульсы через элемент DD6. 1 поступают на формирователь на элементах DD6. 2 и DD6. 3. Блокировка входа формирователя во время сигнализации и при выдержке после включения выполняется закрыванием элемента DD6. 1 единичным уровнем, поступающим на вывод 12.

Тактовый генератор собран на элементах DD1. 1, DD1. 2. Он вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой следования около 4 Гц. Эти импульсы поступают на два счетчика: кодовый на микросхеме DD2 и контрольный — на микросхеме DD7, на выходе которого включен индикатор HL1. Индикатор HL1 и счетчик DD7 монтируются на отдельной плате (рис. 6. 31) и соединяются с основной платой четырехпроводным кабелем.

При счете от нуля до девяти единичный уровень появляется на соответствующем выходе счетчика-дешифратора DD2. Одновременно на индикаторе HL1 зажигаются цифры от нуля до девяти. Сигналы с выходов счетчика DD2 поступают на электронные ключи, входящие в состав микросхемы DD3, и, через диоды VD1 —VD6, на вывод 6 элемента DD5. 2.

Рис.. 6. 31. Печатная плата индикатора и размещение деталей на ней

Допустим, что при нашем коде 1539, удар по двери произведен в момент появления на индикаторе HL1 единицы. Тогда уровень единицы будет и на выходе 1 (вывод 2) счетчика DD2 и на входе А электронного ключа DD3. 1. В момент удара элементы DD6. 1, DD6. 2, DD6. 3 формируют положительный импульс, включающий ключи микросхемы DD3. Сигналы с выходов счетчика DD2 проходят на входы R триггеров DD4. 1—DD4. 4. Но, так как триггеры переключаются только единичным уровнем, то в данном случае переключится только триггер DD4. 1 и на его выходе и входе S триггера DD4. 2 будет зафиксирован уровень нуля, который дает возможность триггеру DD4. 2 переключиться при правильном наборе второй цифры кода. Так как триггеры DD4. 1 — DD4. 4 могут переключаться в строго определенной последовательности, то и цифры кода должны быть набраны по порядку.

Рис. 6. 32. Печатная плата дешифратора замка

Выходы счетчика DD2, не входящие в кодовое слово, через диоды VD1 —VD6 соединяются со входом ключевого элемента DD5. 2. Поэтому, если удар произведен в момент появления некодовой цифры, единичный уровень поступает на вывод 6 и вывод 5 элемента DD5. 2. Появление на выходе элемента DD5. 2 (вывод 4) нулевого уровня приводит к запуску одновибратора на элементах DD5. 3, DD5. 4. Этот одновибратор формирует отрицательный импульс длительностью около одной минуты, который через элемент DD5. 1 устанавливает триггеры DD4. 1 —DD4. 4 в исходное состояние, а также обнуляет счетчики DD2 и DD7 и блокирует их на время действия импульса. На это время импульсы с генератора проходят через элемент DD1. 3 и могут служить для запуска звукового генератора системы сигнализации (на схеме не показан). В то же время через диод VD8 блокируется вход схемы для предотвращения зацикливания устройства. Если код набран правильно, то нулевой уровень устанавливается на выходе триггера DD4. 4 и, соответственно, единичный — на выходе элемента DD6. 4, который через диод VD9 блокирует вход устройства. Одновременно срабатывает реле К1, т. к. открывается транзистор VT2, и своими контактами включает исполнительное устройство. Дверь можно открывать. При открывании двери размыкаются контакты кнопки SB1, цепь питания устройства размыкается, реле обесточивается. При последующем закрывании двери устройство снова включается в дежурный режим через 30 с. Это время устанавливается времязадающей цепью R3C3.

Настройка заключается в установке желаемой чувствительности устройства подбором резистора R 14, а также путем подбора номиналов элементов R 10 и С5 так, чтобы схема не зацикливалась. Желаемую скорость счета можно установить подбором сопротивления резистора R1.

Вместо пьезокерамической головки В1 типа ГЗП можно использовать пьезокерамический излучатель типа ЗП-1 и т. п.

Рис. 6. 33. Размещение деталей на плате дешифратора замка

Устройство выполнено на печатной плате размером 58х88 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы представлен на рис. 6. 32. Размещение деталей на плате показано на рис. 6. 33.

6. 1. 13. Кодовый замок на телефонной микросхеме

Это кодовое устройство состоит из пульта управления с десятью кнопками и исполнительного устройства. Код состоит из четырех цифр, от 1 до 9, которые набираются в определенной последовательности. Имеется защита от последовательного подбора кода. Если следующая цифра набрана неправильного, все предыдущие, набранные правильно, стираются и код нужно набирать сначала.

В основе работы системы лежит принцип число импульсного кодирования, при котором каждой цифре кода присваивается определенное число импульсов, т. е. числу, например, шесть соответствует шесть импульсов.

Принципиальная схема электронной части замка приведена на рис. 6. 34. В ее основе лежит специализированная телефонная микросхема — электронный номеронабиратель с импульсным набором номера. Это широко распространенная микросхема КР1008ВЖ1. Микросхема позволяет формировать последовательности, состоящие из 1—10 импульсов, в зависимости от состояния клавиатуры, т. е. от нажатой в данный момент кнопки. Кроме того, микросхема имеет память, поэтому нажимать кнопки можно не дожидаясь окончания предыдущей импульсной посылки.

В данном устройстве используются только комбинации от 1 до 9 импульсов в посылке. Кодовые посылки формируются при нажатии кнопок SB1—SB9. Кодовая посылка, состоящая из 10 импульсов, в данном устройстве не формируется. Кнопка SB0 служит для приведения устройства в исходное состояние перед набором кода. Каждый раз перед набором четырехзначного кода рекомендуется нажать кнопку SB0.

Необходимый код устанавливается проволочными перемычками на печатной плате замка. В данном случае (рис. 6. 34) установлен код «2375».

Начнем набор кода с приведения схемы в исходное состояние. Для этого необходимо нажать на кнопку SB0. При этом на вход D (вывод 15) микросхемы DD1 поступит напряжение питания, т. е. уровень логической единицы, который переведет микросхему в исходное состояние. Одновременно уровень логической единицы поступает через диод VD8 на вход S (вывод 6) триггера DD5. 1, что приводит к появлению логической единицы на его выходе, а это, в свою очередь, — к установке триггеров DD5. 2, DD5. 3, DD5. 4 в единичное состояние. Схема готова к приему числового кода.

Произведем набор кода путем последовательного нажатия кнопок SB2, SB3, SB7, SB5. При этом положительные импульсы, число которых соответствует номеру нажатой кнопки, формируются на выходе N (выход 12) микросхемы DD1 и поступают на вход инвертирующего элемента DD2. 1. В исходном состоянии на выходе последнего (вывод 10) присутствует высокий уровень. По фронту первого положительного импульса на выходе 10 элемента DD2. 1 формируется

Рис. 6. 34. Кодовый замок на телефонной микросхеме

отрицательный импульс. Конденсатор СЗ быстро разряжается через диод VD1. На выводе 4 элемента DD2. 3 появляется уровень логического нуля. Это приводит к закрыванию ключевых элементов DD4. 1 —DD4. 4. Одновременно конденсатор С2 разряжается через резистор R4, и на входе R счетчика устанавливается нулевой уровень, счетчик DD3 готов к подсчету поступающих на его вход CN (выход 14) импульсов. Как только набор очередной цифры прекратится, в импульсном сигнале, поступающем с вывода 12 микросхемы DD1, возникнет пауза, достаточная для зарядки конденсатора СЗ через резистор R3. В момент заряда конденсатора СЗ до уровня логической единицы на выходе элемента DD2. 3 уста-

Рис. 6. 35. Печатная плата замка на телефонной микросхеме

навливается единичный уровень, который переводит ключевые элементы микросхемы DD4 в открытое состояние. Если код набран правильно, через элемент DD4. 1 с выхода 2 счетчика DD3 (вывод 4) на вход R триггера DD5. 1 поступит уровень логической единицы, который переводит триггер DD5. 1 в нулевое логическое состояние. Уровень логического нуля на выходе триггера DD5 служит сигналом разрешения на прием второй цифры кода триггером DD5. 2.

Единичный уровень напряжения с вывода 4 элемента DD2. 3 через резистор R4 заряжает конденсатор С2. В момент достижения на конденсаторе С2 напряжения логической единицы счетчик DD3 обнуляется и счетчик готов к приему очередной последовательности импульсов.

После набора четырех цифр кода на выходе инвертирующего элемента DD2. 4 устанавливается единичный уровень, транзистор VT1 открывается, срабатывает реле К1 и своими контактами включает исполнительный механизм..

Если при наборе кода в одной из цифр была допущена ошибка, то на одном из выходов счетчика DD3, не подключенном к ключевым элементам DD4. 1 — DD4. 4, устанавливается единичный уровень. Этот сигнал через один из диодов VD2—VD6 поступает на базу транзистора VT2. После окончания серии импульсов на выходе элемента DD2. 3 устанавливается уровень логической единицы и транзистора VT2 открывается, a VT3 закрывается. При этом на вход S триггера DD5. 1 поступит уровень логической единицы, который установит триггер DD5. 1 и соответственно триггеры DD5. 2—DD5. 4 в исходное состояние. В этом случае потребуется повторный набор всего кода.

При открывании двери устройство выключается, т. к. размыкаются контакты кнопки SB 10, обесточивается обмотка реле К1 и исполнительный механизм возвращается в исходное состояние.

Рис. 6. 36. Размещение деталей на плате замка

Настройка устройства сводится к подбору сопротивления резистора R3 таким образом, чтобы при поступлении импульсов на выводе 4 элемента DD2. 3 присутствовал логический нуль, а в паузе между наборными посылками двух цифр — единица. Сопротивление резистора R4 подбирается так, чтобы в паузе между посылками счетчик DD3 успевал установиться в нулевое логическое состояние.

Электронная часть кодового замка смонтирована на печатной плате размером 65х70 мм, изготовленной их двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы представлен на рис. 6. 35, а размещение деталей на плате — на рис. 6. 36.

6.1.14. Дистанционно управляемый замок на микросхемах

В отличие от вышеописанных, это устройство выполнено на широко распространенных микросхемах серии К561. Оно позволяет получить более 3000 четырехзначных кодовых комбинаций. Для дистанционного управления может быть использован радиочастотный или ИК каналы. Управление производится путем нажатия всего одной кнопки, расположенной на выносном пульте управления. Устройство может быть использовано не только для открывания дверей, но также и для снятия с охраны систем сигнализации квартиры, офиса или автомобиля.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 6. 37. Оно состоит из следующих функциональных узлов: мультивибратора на элементах DD1. 1, DD1. 2, десятичного счетчика с дешифратором DD2, мультиплексора DD4, системы управления на двоичном счетчике DD3 и элементах DD1. 3, DD1. 4, выходного каскада на транзисторе VT1.

При первоначальном подключении источника питания счетчики DD2 и DD3 могут установиться в произвольное положение. При этом устройство выдаст произвольную кодовую комбинацию до появления высокого уровня на выводе 5 счетчика DD3. В дальнейшем устройство будет выдавать кодовую комбинацию только после нажатия кнопки SB1. Итак, в исходном состоянии на выводе 5 счетчика DD3 будет уровень логической единицы, который через диод VD2 поступает на вход R счетчика DD2, сбрасывая его в нулевое состояние, и вывод 2 элемента DD1. 1, входящего в состав генератора прямоугольных импульсов, запрещая работу последнего.

При нажатии на кнопку SB1 зарядный ток конденсатора СЗ создает положительный импульс на входе установки нуля R счетчика DD3. В результате на всех выходах DD3 устанавливаются нулевые уровни. Это приводит к появлению на выводе 2 элемента DD1. 1 и выводе 15 счетчика DD2 также нулевых уровней. Генератор на элементах DD1. 1 и DD1. 2 начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с частотой около 125 Гц. С выхода генератора импульсы поступают на транзистор VT1 выходного каскада и на счетный вход CN счетчика DD2. При этом транзистора VT1 открывается и конденсатор С4 быстро разряжается через светодиод HL1, что приводит к появлению мощного коротко-

Рис. 6. 37. Ключевое кодирующее устройство

го импульса в инфракрасном диапазоне частот. В промежутках между импульсами конденсатор С4 подзаряжается от источника питания через резистор R7. Счетчик DD2 подсчитывает приходящие импульсы, и на одном из выходов, соответствующем количеству счетных импульсов, появляется уровень логической единицы. Поскольку на адресных входах мультиплексора DD4 (выводы 9 и 10) присутствует напряжение низкого уровня, то выход последнего (вывод 3) соединен с входом 1 (вывод 1), подключенным к выходу 2 счетчика DD2 (вывод 4).

Как только число поступающих от генератора импульсов достигнет установленного перемычкой значения первой кодовой цифры (в данном случае 2), логическая единица со второго выхода счетчика DD2 через мультиплексор DD4 поступит на вывод 9 элемента DD1. 3. На элементах DD1. 3, DD1. 4 собран одновибратор, формирующий паузу между пачками импульсов. Появление единицы на выводе 9 элемента DD1. 3 запускает одновибратор, и на его выходе (вывод 11 DD1. 4) формируется положительный импульс с длительностью, определяемой параметрами времязадающей цепи C2R2. Длительность этого импульса равна длительности паузы между пачками импульсов. Положительный импульс поступает на вход CN счетчика DD3 непосредственно, а через диод VD1 — на вывод 2 элемента DD1. 1, запрещая работу генератора импульсов, и на вход R счетчик DD2, устанавливая его нулевое состояние. После окончания этого импульса начинается процесс формирования второй цифры кодовой комбинации. Импульсом одновибратора показания счетчика DD3 увеличиваются на единицу и на его выходе 1 (вывод 3) появляется уровень логической единицы, в результате чего код на входе управления мультиплексора DD4 (01) изменяется и к его выходу подключается вход 2 (вывод 5 DD4) выход 4 (вывод 10) счетчика DD2. Импульсы с генератора вновь поступают на транзистор VT1 и счетчик DD2. После прихода четырех импульсов, на выходе 4 счетчика DD2 (вывод 10) появляется высокий логический уровень, которым через перемычку и мультиплексор и вновь запускается одновибратор. Далее процесс формирования кодового слова повторяется. Это происходит до тех пор, пока не будет сформирована последняя пачка импульсов (четвертая пачка). Затем формируется четвертый импульс паузы, который устанавливает счетчик DD3 в состояние, когда на выходе 4 (вывод 5) появляется уровень логической единицы, который через диод VD2 поступает на вход установки нуля R счетчика DD2 и блокирует генератор импульсов на элементах DD1. 1, DD1. 2. Устройство переходит в ждущий режим до следующего нажатия на кнопку SB1. Цепь, состоящая из резистора R3 и конденсатора СЗ, служит для устранения сбоев от дребезга контактов кнопки SB1.

Транзистор VT1 может быть заменен на КТ816, КТ973. Вместо указанного на схеме светодиода HL1 можно использовать два включенных последовательно светодиода типа АЛ107А, Б. Печатная плата изготовлена из пластины двухстороннего фольгированного стеклотекстолита размером 33х48 мм. Внешний вид рисунка платы показан на рис. 6. 38. Размещение деталей на плате показано на рис. 6. 39. Питается устройство от батарейки или аккумуляторов напряжением 3 В.

Рис. 6. 38. Печатная плата кодирующего блока

Приемное и декодирующее устройства выполнены в виде отдельного блока, принципиальная схема которого приведена на рис. 6. 40.

Декодер состоит из следующих узлов: детектора кодовых импульсов и импульсов паузы на элементах DD1. 1—DD1. 4; десятичного счетчика числа импульсов в пачке на микросхеме DD2; мультиплексора DD4, переключающего перемычки, которыми задается кодовое число; устройства управления на двоичном счетчике DD3. 1 и элементе DD5. 1; распознавателя кода на счетчике DD3. 2;

триггера управления на элементах DD5. 2, DD5. 3.

Фотоприемник выполнен по типовой схеме с использованием специализированной микросхемы DA1 типа К1056ПУ1. Его устройство и работа подробно

Рис. 6. 39. Размещение деталей на плате кодирующего блока

описаны в различной литературе и особенностей не имеют. Вообще, фотоприемник может быть любого типа, важно лишь, чтобы при приеме сигнала на его выходе были отрицательные импульсы.

В то время когда кодовый посылки нет, на выходе фотоприемника (коллектор транзистора VT1) высокий логический уровень. Этот сигнал через резистор R5 поступает на выводы 12, 13 элемента DD1. 1. На выводах 10 и 4 этой же микросхемы (DD1) тоже устанавливаются уровни логической единицы. Цепь R5C6 совместно с элементами DD1. 1 и DD1. 2 служит для селекции кодовых импульсов и одновременно выполняет функции интегратора и триггера Шмитта. Выходные импульсы этого селектора, снимаемые с вывода 10 элемента DD1. 2, несколько задержаны относительно входных и имеют крутые фронты, не зависимо от длительности фронтов входных импульсов, поступающих с фотоприемника. Кроме того, такое входное устройство имеет особенность пропускать импульсы только с длительностью не менее определенного значения, определяемого постоянной времени цепи R5C6. В результате импульсы, вызванные атмосферными или другими помехами и имеющие малую длительность, не поступают на вход CN счетчика DD2.

В течение всего времени, пока поступают импульсы кодовой посылки, напряжение на выходе 4 элемента DD1. 4 поддерживается на нулевом уровне. Цепь на VD5, R7 и С8 служит для формирования сигнала окончания кодовой посылки и выполняет функции детектора пауз, но с большей постоянной времени. В течение всего времени кодовой посылки, состоящей из пачек и пауз, напряжение на конденсаторе С8 поддерживается на уровне нуля. Как только посылка заканчивается, конденсатор С8 заряжается через резистор R7 и до уровня логической единицы.

Пачки импульсов кодовой посылки поступают на вход CN счетчика DD2. По окончании каждой пачки на том выходе DD2, номер которого соответствует числу импульсов в пачке, устанавливается уровень логической единицы. Импульс паузы, сформированный элементами DD1. 3, DD1. 4, поступает на входы инвертирующего элемента DD5. 1 и через резистор R8 начинает заряжать конденсатор С5. Проинвертированный импульс паузы с выхода элемента DD5. 1 поступает на стробирующий вход мультиплексора DD4 (вывод 6). При этом к

Рис. 6. 40. Принципиальная схема декодирующего устройства

выходу мультиплексора подключается вход, код которого задан счетчиком DD3. 1 (в данном случае код 00 и вход 1 (вывод 1 DD4)). Если число импульсов в пачке соответствует первой кодовой цифре, то на выход мультиплексора и на вход СР счетчика DD3. 2 поступает уровень логической единицы (через проволочную перемычку) с выхода 2 счетчика DD2.

Все эти процессы происходят в то время, пока конденсатор С5 заряжается через резистор R8. Как только напряжение на нем достигнет уровня логической единицы, счетчик DD2 установится в нулевое состояние, а счетчик DD3. 1 переключится в следующее состояние, на его выходах появится код 01 и мультиплексор DD4 подключится ко второй перемычке (вывод 5). Отрицательный перепад напряжения через мультиплексор DD4 поступает на вход СР счетчика DD3. 2 и переключает его. В результате, по окончании каждой пачки импульсов, если число импульсов в ней совпадает с числом, заданным перемычкой, на вход СР DD3. 2 будет воздействовать положительный импульс, по спаду которого счетчик DD3. 2 переходит в следующее состояние.

Если во всех четырех пачках импульсов число импульсов соответствуют заданному коду, то по окончании кодовой посылки счетчик DD3. 2 установится в состояние, когда на выводе 13 последнего будет высокий логический уровень. После завершения кодовой посылки конденсатор С8 будет заряжаться через резистор R7 и, как только напряжение на нем достигнет порогового уровня логической единицы, счетчики DD3. 1 и DD3. 2 обнулятся. Схема перейдет в режим ожидания.

Таким образом, в конце каждой кодовой посылки, если код принят правильно, на выводе 13 счетчика DD3. 2 появляется положительный импульс, длительность которого зависит от параметров цепи R7C8. Этот импульс поступает на один из входов RS-триггера, выполненного на элементах DD5. 2 и DD5. 3, и переключает его в противоположное состояние. При этом на выводе 10 элемента DD5. 2 устанавливается уровень логической единицы, который через резистор R11 поступает на транзистор VT2. Последний открывается, срабатывает реле К1 и своими контактами включает исполнительный механизм — электромагнит, двигатель и т. п.

При открывании двери контакты кнопки SB1 размыкаются и устройство обесточивается. Реле К1 выключается. При закрывании двери напряжение питания+ 9 В через контакты SB1 поступает на элементы схемы. Конденсатор С 10 заряжается через резистор R 10, и положительный импульс, появляющийся на выводе 8 элемента DD5. 2, устанавливает RS-триггер в исходное состояние.

Если на вход детектора поступает посылка с другим кодом, или количеством пачек импульсов, то после ее окончания система переходит в ждущий режим и на выходе не появляется импульс, включающий исполнительное устройство.

Устройство смонтировано на плате размером 55х78 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Вид платы показан на рис. 6. 41, а размещение деталей на ней — на рис. 6. 42.

Питается устройство от стабилизированного источника тока напряжением + 9... 12 В.

Рис. 6. 41. Печатная плата декодирующего блока

Рис. 6. 42. Размещение деталей на плате декодирующего блока

6.1.4. Резонансные электронные замки и ключи

Принцип действия этих электронных замков и ключей основан на явлении электронного резонанса. Известно, что существует два вида резонансных колебательных LC-контуров: последовательный и параллельный. Схема таких контуров и графики, иллюстрирующие зависимость общего сопротивления контура от частоты подводимого сигнала, показаны на рис. 6. 5 и 6. 6.

Рис. 6. 5. Последовательный колебательный контур

Рис. 6. 6. Параллельный колебательный контур

Из графиков, изображенных на этих рисунках, видно, что сопротивление Z последовательного LC-контура (рис. 6. 5) на частоте резонанса fp стремится к нулю, а сопротивление параллельного (рис. 6. 6) LC-контура — к бесконечности. Иначе говоря, в момент резонанса последовательный контур подобен отрезку провода (точки А и В замкнуты), а параллельный — обрыву между точками А и В.

Резонансная частота контура может быть вычислена по известному соотношению:

где fp — резонансная частота контура, Гц; L — индуктивность катушки, Гн;

С — емкость конденсатора, Ф

Минимальное или максимальное сопротивление контура проявляется тем ярче, чем меньше потери в нем.

Приборы с использованием резонансного метода хорошо работают только на тех частотах, на которых резонансные свойства контуров выражены наиболее ярко. Для резонансного замка наиболее приемлемым является диапазон частот 50—500 кГц.

Для замков, использующих резонансный метод, — LC-контур — ключом может быть катушка индуктивности L или конденсатор С, входящие в этот контур. Если функцию ключа выполняет конденсатор, то контурная катушка должна находиться внутри замка, а на внешнюю сторону двери должны быть выведены два контакта, для подключения конденсатора. При подключении конденсатора к катушке в образовавшемся контуре возникает резонанс, изменяющий его сопротивление.

Примером использования последовательного контура может служить замок, схема которого приведена на рис. 6. 7.

Пока конденсатор СЗ, являющийся ключом замка, не подключен к контактам соединителя XI, выведенным на наружную сторону двери, сопротивление контура L1C2 на участке АВ большое, ток через резистор R4 незначительный и падение напряжения на нем недостаточно для открывания транзистора VT3. Если контакты соединителя X1 замкнуть накоротко отрезком провода, состояние замка не изменится, т. к. не будут соблюдены условия резонанса и сопротивление катушки L1 будет все равно больше, чем резонансное сопротивление Z контура. С тем же успехом можно подключать к контактам XI катушки индуктивности, резисторы, диоды и даже конденсаторы с емкостью, отличной от емкости конденсатора СЗ. Устройство сработает только в том случае, если подключаемый конденсатор СЗ будет обладать вполне определенным значением емкости (или близкой к ней), при котором в образовавшемся контуре L1 (С2+ СЗ) возникнет последовательный резонанс. Тогда сопротивление контура резко уменьшится,

Рис. 6. 7. Замок с последовательным резонансным контуром

ток генератора через диод VD1 и резистор R4 возрастает, напряжение, падающее на резисторе R4, откроет транзистор VT3, а следовательно, и тиристор VS1, сердечник электромагнита YA1, связанный с ригелем замка, втянется внутрь катушки и дверь откроется.

Параметры контура рассчитаны на частоту 465 кГц. Генератор замка собран на транзисторе VT1, между коллектором и базой которого включен пьезокерамический фильтр Z1 с резонансной частотой 465 кГц. Это обеспечивает высокую стабильность вырабатываемых генератором колебаний и делает устройство предельно простым. Транзистор VT2 выполняет роль эмиттерного повторителя и служит буферным элементом между генератором и исполнительной частью замка.

Конденсатор С2 устанавливается с внутренней стороны двери и защищает каскад на транзисторе VT3 от воздействия внешних помех. Использование конденсатора С2 позволяет уменьшить емкость конденсатора-ключа СЗ и тем самым уменьшить его размеры. Диод VD1 является однопериодным выпрямителем переменного напряжения, поступающего к контуру от генератора.

В качестве катушки L1 может быть использована контур ПЧ любого радиовещательного приемника, при этом конденсатор контура нужно составить из двух (С2 и СЗ). При использовании, например, броневого карбонильного сердечника СБ-12а, число витков катушки L1 должно составлять 145, 110 или 80 для емкостей контура (С2+ СЗ) 270 пФ, 510 пФ или 1000 пФ соответственно. Фильтр Z1 может быть типа ФП1П-021... 027, ФП1П-041, 043. При невозможности использовать готовые катушки и фильтры конструкцию генератора нужно изменить и выполнить его, например, на микросхеме (рис. 6. 8)

Частоту генератора можно изменять в широких пределах подстройкой сопротивления резистора R8. При напряжении питания+ 9 В можно использовать микросхемы К176ЛА7 или К176ЛЕ5. При использовании микросхем К561ЛА7 или К561ЛЕ5 напряжение питания может быть 3— 15 В.

Схема замка с параллельным колебательным контуром показана на рис, 6. 9. Здесь функцию ключа также выполняет конденсатор.

Пока конденсатор С2 не подключен к контактам соединителя XI, контур L1C1 не настроен в резонанс с частотой генератора и, следовательно, не оказывает заметного сопротивления колебаниям генератора (см. рис. 6. 8). Выпрямленное диодом VD1 напряжение частотой около 100 кГц открывает транзистор VT1. При этом транзистор VT2 закрывается. Это исходный режим замка. При подключении конденсаторного ключа С2 контур L1 (C1+ С2) оказывается настроенным в резонанс с частотой генератора. Сопротивление его резко возрас-

Рис. 6. 9. Замок с параллельным контуром

тает, ток через резистор R1 и падение напряжения на нем уменьшаются, вследствие чего транзистор VT1 закрывается. Это приводит к открыванию-транзистора VT2 и тринистора VS1. В результате электромагнит YA1 срабатывает и позволяет открыть дверь.

6. 1. 5. Замок мостового типа

Одним из преимуществ замка мостового типа, по сравнению с обычными замками, является то, что они позволяют довольно простыми средствами и достаточно быстро тиражировать ключи в случае возникновения такой необходимости, например при установке замка на входной двери подъезда многоэтажного дома, в дачном кооперативе, на лодочной станции, на гаражной стоянке, в офисе и т. д.

Принцип действия замков мостового типа основан на условии равновесия моста, т. е. произведения сопротивлений противоположных плеч моста должны быть равны. Схема измерительного моста приведена на рис. 6. 10.

Рис. 6. 10 Схема измерительного моста

К одной из диагоналей моста, например к точками А и В, подводится напряжение источника питания, а к другой — к точкам С и D, подключается ключевое устройство, реагирующее на минимальный сигнал в этой диагонали моста. Напряжение источника питания оказывается приложенным одновременно к двум, соединенным параллельно, делителям напряжения R1R3 и R2R4. Значение напряжения между точками С и D можно получить из условия равновесия моста:

R1R4=R2R3. Это требование относится к мостам постоянного и переменного тока. Схема замка с мостом переменного тока представлена на рис. 6. 11. Ключом такого замка служат последовательно соединенные резистор R4 и конденсатор С4. Другие плечи моста, питающегося переменным напряжением,

Рис. 6. 11. Замок мостового типа

снимаемым с обмотки IV сетевого трансформатора Т1, образуют цепочки аналогичных элементов. Пока ключ (R4C4) не подключен к контактам соединителя X1, мост разбалансирован. С него на вход ключевого устройства поступает переменное напряжение, которое выпрямляется диодами VD1 и VD2 и сглаживается конденсатором С5. Это напряжение приводит к открыванию транзистора VT1, закрыванию транзистора VT2 и тиристора VS1, обесточивающих обмотку электромагнита YA1. Замок закрыт.

При подключении ключа к контактам соединителя X1 мост оказывается сбалансированным. Напряжение на конденсаторе С5 уменьшается, отчего транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 и тиристор VS1 открываются. Электромагнит YA1 срабатывает и своим якорем через систему механических тяг освобождает защелку механического замка — дверь можно открывать. При отсоединении ключа все устройство принимает исходное состояние. Для открывания замка изнутри помещения используется кнопка SB1, размещенная около замка с внутренней стороны двери.

Мост, а значит и замок в целом, реагирует только на подключение соответствующего ключа.

Источником питания ключевого устройства служит двухполупериодный выпрямитель VD3 с выходным напряжением 9 В. С обмотки III трансформатора Т1 напряжение 42 В подается на электромагнит YA1. Напряжение обмотки IV, питающей мост, должно быть в пределах 10—15 В. Электромагнит лучше всего использовать готовый, например от магнитофонов «Маяк», «Комета» или «Орбита».

6. 1. 6. Тиристорный замок

Замок рассчитан на управление восемью кнопками, находящимися на наружной стороне двери. Устройство просто в управлении, изготовлении и налаживании. Принципиальная схема замка приведена на рис. 6. 12.

Рис. 6. 12. Кодовый замок на тиристорах

Кнопки SB1 — SB4, работающие на замыкание, служат для набора установленного кода, а кнопки SB5 — SB8, работающие на размыкание, — для приведения устройства в исходное состояние, например в случае ошибочного набора кода или его подбора.

Замок срабатывает только при одновременном открывании всех тиристоров VS1—VS4. Добиться этого можно последовательным нажатием кнопок SB4, SB3, SB2 и SB1. При другой последовательности нажатия этих кнопок не все тиристоры будут открыты и, следовательно, открыть дверь не удастся. Исключение составляет случай, когда одновременно нажаты все четыре кнопки SB1— SB4. В случае нажатия на любую из кнопок SB5—SB8 цепь питания электромагнита YA1 обрывается и устройство приводится в исходное состояние. Тоже произойдет и при нажатии всех кодовых кнопок SB1—SB8. Кнопка SB9 служит для приведения замка в исходное состояние после открывания двери. Замок питается от сети переменного тока напряжением 220 В через трансформатор Т1 и двухполупериодный выпрямитель VD2. Для питания замка может быть использован любой блок питания с выходным напряжением 12—60 В, в зависимости от типа используемого электромагнита.

При безошибочном монтаже замок налаживания не требует.

6. 1. 7. Электронный кодовый замок

Этот замок прост в изготовлении и налаживании. При этом он позволяет использовать четырехзначный код и ограничивает время набора последнего. Электронная часть замка выполнена на микросхемах КМОП серии К561. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 6. 13.

Рис. 6.13. Электронный кодовый замок

Устройство состоит из четырех RS-триггеров (две микросхемы К561ТМ2) DD1. 1, DD1. 2, DD2. 1, DD2. 2. Кнопки наборного поля располагаются с наружной стороны двери. Перед набором кода необходимо нажать кнопку SB11 «Сброс». Конденсатор С1 при этом быстро разряжается, а после отпускания кнопки он начинает медленно заряжаться от источника питания + 9 В через резистор R3. Пока напряжение на конденсаторе С1 не достигнет значения+ 4, 5 В и более, на входе S триггера DD1. 1 присутствует нулевой потенциал, который разрешает работу первого RS-триггера на элементе D1. 1.

При нажатии кнопки SB1 (первая цифра кода) триггер переключается и на его прямом выходе положительный потенциал изменяется на нулевой. Этот потенциал разрешает работу следующего триггера на элементе DD1. 2.

После нажатия кнопки SB2 (вторая цифра кода) триггер на элементе DD1. 2 переключается и на его инверсном выходе появляется нулевой потенциал, тем самым разрешается работа следующего RS-триггера на элементе DD2. 2. Далее последовательно нажимают кнопки SB3 (третья цифра кода) и SB4 (четвертая цифра кода), Наконец срабатывает последний RS-триггер на элементе DD2. 1, на его инверсном выходе появляется нулевой потенциал, что приводит к закрыванию транзистора VT1 и, как следствие, к открыванию транзистора VT2, который включает исполнительное устройство, например реле или электромагнит.

Прямой выход RS-триггера DD2. 1 для включения исполнительного устройства использовать нельзя. Это связано с тем, что в случае исполнительное устройство срабатывает даже при нажатии только одной кнопки SB4, т. е. без набора трех первых цифр, а это недопустимо.

Время набора цифр кода ограничено временем заряда конденсатора С1 и зависит от его емкости и сопротивления резистора R3. При номиналах, указанных на рис. 6. 13, время заряда составляет примерно 15 с. Если за это время код не будет набран, то все RS-триггеры возвратятся в исходное состояние и набор придется повторить. Если во время набора кода будет набрана хотя бы одна

Рис. 6.14. Печатная плата электронного замка

неправильная цифра (кнопки SB5—SB10), то все RS-тригтеры также возвратятся в исходное состояние.

Количество цифр в коде может быть увеличено, если включить последовательно еще несколько микросхем. Но, как показывает практика, четыре цифры обеспечивают достаточную надежность системы.

Печатная плата устройства выполнена из одностороннего фольгированного стекло текстолита размером 65х40 мм. Рисунок печатной платы приведен на рис. 6. 14. В качестве исполнительного устройства использовано реле РЭС-49. Размещение элементов на плате устройства приведено на рис. 6. 15. Микросхемы DD1, DD2 серии К561ТМ2 можно заменить без изменения рисунка печатной платы на микросхемы К176ТМ2. Резисторы R1 —R7 — типа МЛТ-0, 125 или им аналогичные. Конденсатор С1 нужно выбрать с возможно меньшим током утечки. Время набора устанавливают экспериментально, путем подбора номинала конденсатора С1. В качестве кнопок можно использовать любые, в том числе и от телефонного аппарата (кроме SB11).

Рис. 6.15 Размещение детален на плате электронного замка

6. 1. 8. Кодовый замок с пятизначным кодом

Кодовый замок, принципиальная схема которого изображена на рис. 6. 16, обладает высокой надежностью и устойчивостью к вибрациям, потребляет малую мощность и имеет небольшие размеры. Код замка состоит из пяти цифр, причем две последние повторяют две предыдущие.

Замок содержит наборное поле из кнопок SB1—SB 10 и дверную кнопку SB11, кодозадающий разъем X1, элементы совпадения DD1. 4, DD2. 4, DD3. 3, DD4. 3

Рис. 6. 16. Принципиальная электрическая схема кодового замка

и четыре триггера на элементах DD 1. 1, DD1. 2, DD2. 1, DD2. 2, DD3. 1, DD3. 2, DD4. 1, DD4. 2, ключевой каскад на транзисторе VT1 и тиристоре VS1, электромагнит YA1 и индикатор HL1.

В исходном состоянии (при закрытой двери) контакты дверной кнопки SB11 разомкнуты, и все триггеры находятся в состоянии, при котором на выводах 4 элементов DD1. 2, DD2. 2, DD3. 2 присутствует напряжение высокого уровня. При этом на базе транзистора VT1 будет напряжение низкого уровня, ключевой каскад закрыт, элементы YA1 и индикатор HL1 обесточены.

При управлении замком применяют пятизначный код, но для его набора используют только три кнопки, две из них нажимают дважды. Эти кнопки и служат «ключом» к замку. Код замка задают штепсельной частью разъема XI. Для этого его контакты распаивают следующим образом: контакт 11 соединяют с контактом, к которому подключена кнопка с цифрой, стоящей в коде первой;

контакт 12 — с кнопкой, соответствующей второй цифре кода, а контакт 13 — третьей. Оставшиеся контакты соединяют вместе. Таким образом, код замка содержит три основные начальные цифры. Две следующие дополнительные цифры повторяют две предыдущие. На схеме (рис. 6. 16) распайка показана для кода «21818».

Нажатием кнопки, соответствующей первой цифре кода, переключается триггер на элементах DD1. 2, DD1. 1. Напряжение высокого уровня с него поступает на вывод 12 элемента совпадения DD1. 4. При нажатии следующей кнопки (вторая цифра кода) на вывод 13 элемента DD1. 4 поступает уровень логической единицы, что приводит к переключению триггера на элементах DD2. 1 и DD2. 2. С его выхода (вывод 3) высокий уровень поступает на вход элемента совпадения DD2. 4 (вывод 12). Таким же образом при наборе третьей цифры кода переключится триггер на элементах DD3. 1, DD3. 2, а через элемент совпадения DD3. 3 после набора четвертой цифры кода — триггер на элементах DD4. 1, DD4. 2.

В результате такого последовательного переключения всех триггеров на один из входов элемента совпадения DD4. 3 поступает напряжение высокого уровня. Такой же уровень воздействует и на второй вход DD4. 3 через резистор R4. После набора пятой цифры кода на третьем входе элемента совпадения DD4. 3 также появится напряжение высокого уровня, а на его выходе — напряжение низкого уровня. Этот сигнал инвертируется элементом DD3. 4, и на базу транзистора VT1 через резистор R5 поступает уровень логической единицы. Транзистор VT1 открывается, что ведет к открыванию тиристора VS1, замыкающего цепь питания обмотки электромагнита YA1. Электромагнит срабатывает и оттягивает задвижку или защелку замка.

Если в процессе набора кода будет нажата кнопка с цифрой, не входящей в него, то все триггеры возвратятся в исходное состояние. После этого код нужно набирать заново. Триггеры устанавливаются в исходное состояние и при открывании двери. Сброс в этом случае осуществляется кнопкой SB11.

Во избежание ложного срабатывания электромагнита при подаче напряжения питания включена цепь R4, С2. При появлении напряжения питания напряжение

Рис. 6. 17. Блок питания замка

на конденсаторе С2 возрастает постепенно, благодаря чему все триггеры устанавливаются в исходное состояние. Конденсатор С1 предотвращает ложное срабатывание устройства от помех по цепям питания.

Блок питания замка (рис. 6. 17) содержит сетевой трансформатор Т1, мостовой выпрямитель VD1 и стабилизатор напряжения DA1.

В устройстве могут использоваться трансформаторы ТПП-112, ТПП-230, ТПП-230 и другие, обеспечивающие на обмотке II напряжение 10—15 В и мощность нагрузки более 5 Вт. Конструкция электромагнита показана на рис. 6. 18.

Рис. 6. 18. Конструкция электромагнита кодового замка

Электромагнит состоит из каркаса 1 с обмоткой, неподвижного магнитопровода 2 и подвижного магнитопровода 3. Обмотка содержит 4000 витков провода ПЭВ-2 0, 41 мм. Неподвижный магнитопровод увеличивает магнитный поток в электромагните. Подвижный магнитопровод должен свободно перемещаться в окне катушки. Оба магнитопровода изготовляют из мягкого железа.

Микросхемы серии К561 можно заменить на аналогичные серии К176 без каких-либо переделок печатной платы. Транзистор VT1 можно заменить на КТ3102, МП38А. Тиристор VS1 можно заменить на КУ202М. Индикатор HL1 -любая маломощная лампа накаливания на напряжение 220 В, она может, например, подсвечивать надпись «Входите».

Устройство выполнено на плате из двухстороннего стеклотекстолита размером 65х45 мм (рис. 6. 19). Размещение деталей на плате показано на рис. 6. 20.

Рис. 6. 19. Печатная плата кодового замка

Рис. 6. 20. Размещение деталей на плате кодового замка

6. 1. 9. Кодовый замок-звонок

У описываемого варианта кодового замка отсутствует традиционное наборное кнопочное поле. Конструкция выполнена на микросхемах ТТЛ, широко применяемых радиолюбителями. Код набирают одной кнопкой — последовательным нажатием и отпусканием. Она одновременно выполняет функцию кнопки дверного звонка, причем на время набора кода звонок отключается. При этом электронный блок замка формирует состоящее из нулей и единиц восьмиразрядное двоичное число. Введению единицы соответствует замыкание контактов кнопки в течение 1—2 с, а нуля — менее 1 с. Схема этого устройства приведена на рис. 6. 21.

При первом нажатии на кнопку в квартире раздается звуковой сигнал, а после ее отпускания устройство блокирует подачу сигнала на три секунды. За это время необходимо приступить к набору кода. Если период между нажатием не превышает трех секунд, то набор кода происходит без включения сигнала звонка, т. к. каждое очередное размыкание контактов кнопки продлевает блокировку звукового сигнала на три секунды.

После набора кода необходимо еще раз нажать кнопку и удерживать ее в этом состоянии. Если код набран верно, через две секунды сработает электромагнит замка и дверь откроется.

Необходимо помнить, что при наборе кода кнопку нельзя удерживать нажатой более двух секунд, иначе замок окажется блокированным в течение двадцати секунд и не будет реагировать на дальнейшие нажатия. Все эти меры существенно повышают секретность замка и сводят до минимума возможность подбора кода.

При замыкании контактов кнопки SB1 генератор, выполненный на триггере Шмитта DD2. 4, начинает вырабатывать прямоугольные импульсы частотой 1 кГц. Одновременно включается генератор, выполненный на элементах DD1. 3 и DD1. 4, вырабатывающий колебания частотой 6 Гц. Выходные импульсы этого генератора подсчитывает счетчик DD3, на основе которого выполнен делитель частоты на 6 (вывод 8) и на 12 (вывод 12).

В зависимости от длительности нажатия на кнопку SB1 на выводе счетчика DD3 устанавливается напряжение либо нулевого, либо единичного уровня. Каждое очередное замыкание контактов обнуляет счетчик — импульс обнуления формирует дифференцирующая цепь C4R9.

На триггерах микросхем DD5, DD6 выполнен сдвиговый регистр, который служит для формирования и хранения кодового слова, набираемого кнопкой SB1. Если оно соответствует слову, установленному шифратором на переключателях SA2 — SA9, то на все входы элемента совпадения DD7 поступает напряжение высокого уровня. На выходе этого элемента устанавливается напряжение низкого уровня, которое закрывает транзистор VT2, и на вывод 5 элемента DD1. 2 поступает напряжение высокого уровня с коллектора транзистора VT2;

светодиод HL1 гаснет.

Рис. 6. 21. Принципиальная электрическая схема кодового замка-звонка

На элементах DD1. 1 и DD1. 2 выполнен генератор прямоугольных импульсов частотой 10 кГц. Генератор запускается лишь в том случае, если на вывод 1 элемента DD1 1 будет подано напряжение высокого уровня.

Импульсы генератора, усиленные транзистором VT3, используются для управления работой тиристора VS1. При открывании тиристора VS1 срабатывает электромагнит YA1 привода защелки — замок открывается.

Система блокировки выполнена на микросхеме DD4. На одновибраторе DD4. 2 собрано устройство трехсекундной блокировки звукового сигнала звонка. В начальный момент, когда на кнопку звонка нажали первый раз, на вывод

Рис. 6. 22. Печатная плата замка-звонка

9 триггера Шмитта DD2. 3 с инверсного выхода одновибратора DD4. 2 (вывод 12) поступает напряжение высокого уровня. В результате этого импульсы с генератора DD2. 4 проходят на вход транзисторного ключа VT1, нагрузкой которого служит телефон BF1. Тональность звукового сигнала задается генератором на триггере Шмитта DD2. 4.

При размыкании контактов кнопки SB1 выходной уровень триггера Шмитта DD2. 2 (вывод 6) изменяется с низкого на высокий. Положительный перепад напряжения запускает одновибратор DD4. 2, и на его инверсном выходе (вывод 12) уровень изменяется с высокого на низкий. Длительность формируемого импульса низкого уровня устанавливается равной трем секундам выбором параметров времязадающей цепи C6R11. Поэтому сигнал генератора на триггере Шмитта DD2. 4 в течение трех секунд не поступает на базу транзистора VT1 — звонок блокирован. Переключателем SA1 можно отключить блокировку.

На одновибраторе DD4. 1 выполнено устройство двадцати секундной блокировки набора кода замка. Как только длительность нажатия на кнопку SB1 превысит 2 с, отрицательный перепад напряжения с вывода 12 счетчика DD3 запустит одновибратор DD4. 1.

Выходной импульс низкого уровня с инверсного выхода одновибратора DD4. 1 (вывод 4) обнулит содержимое регистров DD5, DD6. Длительность импульса устанавливают равной 20 с подбором параметров времязадающей цепи C5R10. В течение этого времени запись кода в регистры не происходит.

Триггеры Шмитта DD2. 1, DD2. 2 устраняют импульсы дребезга контактов кнопки SB1, а также формируют сигналы, управляющие работой блока.

Для питания устройства подойдет любой стабилизированный источник питания напряжением 5 В, рассчитанный на ток нагрузки не менее 0, 25 А. Устройство смонтировано на печатной плате рис. 6. 22. размером 65х120 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Размещение деталей устройства на плате показано на рис. 6. 23.

Рис. 6. 23. Размещение детален на плате замка-звонка

Шифратор выполнен на малогабаритных переключателях. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе типоразмера К10х6хЗ из феррита марки 1500НМ. Обе обмотки содержат по 100 витков провода ПЭВ 0, 17 мм.

Пользование замком требует определенного навыка, поэтому перед началом эксплуатации следует потренироваться. Для этого тумблер SA1 устанавливает в нижнее по схеме положение, когда трехсекундная блокировка отключена, и переключателями SA2—SA9 устанавливают кодовое слово 10000000. Короткими нажатиями на кнопку SB1 вводят нули. Длительность нажатия на кнопку, соответствующую введению единицы, определяют по моменту отключения светодиода HL1.

После тренировки устанавливают выбранное кодовое слово. Переключатель SA1 возвращают в верхнее положение. Замок готов к работе.

6. 2. 1. Охранное устройство на несколько объектов

Устройство предназначено для охраны квартир, дач, офисов, гаражей и т. д. Оно позволяет контролировать до 8 объектов. Количество объектов при желании может быть увеличено до любого числа. Устройство позволяет использовать автономное питание. Предусмотрена возможность наращивания до любого числа контролируемых объектов, используя модульное построение устройства. При этом индицируется срабатывание сигнализации по каждому объекту отдельно. Срабатывание схемы на размыкание контактов позволяет контролировать целостность линии. При срабатывании сигнализации осуществляется ее автоматическая блокировка.

Рис. 6. 43. Охранное устройство на 8 объектов

Основные характеристики устройства:

Напряжение питания, В....................................................................... 12

Потребляемый ток:

в режиме охраны не более, мА........................................................ 50

в режиме тревоги, А..................................................................... 1, 5

Принципиальная схема охранного устройства на 8 объектов представлена на рис. 6. 43. За основу устройства взята типовая схема модуля выбора программ (МВП) телевизионных приемников на микросборке К04КП024А. Работа микросхемы DD1 типа К04КП024А заключается в следующем. При подаче на один

Рис. 6. 44. Печатная плата блока А1

из входов (выводы 11, 6, 8, 10, 4, 5, 7 или 9) положительного напряжения на двух выходах микросхемы появляется низкий уровень напряжения. Один выход (выводы 12, 14, 16, 18, 25, 27, 1 или З) служит для включения определенной программы, а другой (выводы 13, 15, 17, 19, 24, 26, 28 или 2 соответственно) — для включения индикации этой программы.

Стандартная схема включения микросборки К04КП024А дополнена ключами на транзисторах VT1 —VT8, а выходы микросхемы DD1 объединены в две шины через диоды VD1 —VD8 и светодиоды HL1 —HL8 соответственно.

При размыкании одного из контактов переключателей SA1 — SA8 открывается соответствующий транзисторный ключ (транзисторы VT1—VT8). Положительное напряжение через резистор R 17 и открытый транзистор поступает на вход

Рис. 6. 45. Печатная плата блока индикации

Рис. 6. 46. Размещение деталей на плате блока индикации и блока А1

микросхемы DD1, соответствующий разомкнутому контакту. Допустим, что разомкнулся контакт SA1. Транзистор VT1 открылся, и на вход микросхемы DD1 (вывод 11) поступило положительное напряжение. При этом на выводах 12 и 13 микросхемы DD1 появится напряжение низкого уровня, благодаря чему включится светодиод HL1, служащий для индикации сработавшего датчика, и база транзистора VT9 (р-п-р) через резистор R19 и диод VD1 замкнется на минус источника питания.

Транзистор VT9 откроется, и положительное напряжение источника питания поступит на реле К1 и через диод VD9 на вывод 14 микросхемы DD2. Реле К1 сработает и своими контактами включит внешнюю нагрузку (лампу, звонок и т. п.). При подаче питания на микросхему DD2 начинает работать генератор прямоугольных импульсов на элементах DD2. 1, DD2. 2, резисторе R21 и конденсаторе С1. С выхода генератора (вывод 4 DD2. 2) импульсы с частотой 0, 1 — 1 Гц через цепь формирования треугольного напряжения, выполненную на резисторах R22, R23 и конденсаторе СЗ, поступают на генератор, управляемый напряжением, выполненный на элементах DD2. 3, DD2. 4, резисторах R24, R25 и конденсаторах С4, С5. Под действием треугольного напряжения частота на выходах элементов DD2. 3 и DD2. 4 изменяется, т. е. происходит качание частоты в диапазоне 300—1500 Гц. Прямоугольные импульсы изменяющейся частоты с противофазных выходов генератора (выводы 10 и 11) поступают на мостовой усилитель мощности, выполненный на транзисторах VT10—VT13. Нагрузкой усилителя служит динамическая головка В1. Для сброса блокировки необходимо кратковременно отключить питание кнопкой SA9. Светодиод HL9 сигнализирует о включении охранного устройства.

Устройство выполнено на двух печатных платах размером 65х80 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита (плата А1 и плата сигнализации). Такая конструкция позволяет наращивать число охраняемых объектов просто добавлением необходимого количества плат А1. Чертеж печатной платы блока А1 приведен на рис. 6. 44, а платы блока индикации — на рис. 6. 45. Размещение деталей на обоих платах показано на рис. 6. 46.

Рис. 6. 47. Соединение блоков для увеличения количества охраняемых элементов

Рис. 6. 48 Звуковой генератор с пьезоизлучателем

Если необходимо увеличить число охраняемых объектов, например на 1 —8, то необходимо изготовить еще один блок А1 и произвести соединение блоков, как показано на рис. 6. 47. Транзисторы VT14, VT15 и VT16, VT17 образуют попарно коммутационные ключи, блокирующие одну из микросхем.

В устройстве могут быть использованы резисторы МЛТ-0, 125 или МЛТ-0, 25. Допускается разброс номиналов резисторов ±15%. Диоды серии КД522 можно заменить на любые, например КД521, КД510, Д220, Д18, Д9. Вместо реле К1 типа РЭС-48 можно использовать любое с рабочим напряжением 9—12 В. Если необходимость коммутации внешних устройств отсутствует, то реле К1 и диод VD 10 можно из схемы исключить. Транзисторы типа КТ315 можно заменить на транзисторы КТ3102, транзисторы типа КТ361 — на КТ3107.

Если нет необходимости в мощном выходном каскаде, а достаточно только привлечь внимание оператора, то генератор на микросхеме DD2 с выходным усилителем мощности можно заменить на генератор, собранный по схеме, приведенной на рис. 6. 48. В качестве звукового излучателя можно использовать пьезокерамический преобразователь ZQ1 типа ЗП-1 (ЗП-22 и др.). Можно оставить и прежнюю схему, исключив из нее транзисторы VT10—VT13, излучатель В1. Пьезокерамический излучатель ZQ1 подключают между общим проводом и выводом 10 или 11 микросхемы DD2.

Устройство, собранное из заведомо исправных деталей, в налаживании не нуждается.

6. 2. 2. Многоканальная охранная система

Многоканальная охранная система предназначена для организации охраны нескольких объектов, например дачных участков, или одного объекта, имеющего несколько помещений, нуждающихся в охране. Система подает сигнал по общей для всех датчиков двухпроводной шине и позволяет контролировать исправность датчиков путем световой и (или) звуковой сигнализации.

Система состоит из 12 идентичных блоков кодирования с датчиками тревожного сигнала и пульта декодирования и индикации, соединенных между собой общей двухпроводной линией связи. Работая поочередно, каждый блок кодирования выдает сигнал «Норма». Отсутствие сигнала от какого-либо блока воспринимается, как сигнал «Тревога», т. е. этот сигнал возникает либо при неисправности блока кодирования, либо при срабатывании охранного датчика.

При кодировании и декодировании сигналов используется число импульсный код. Первый датчик выдает в линию пачку из 3 импульсов, второй из 4 импульсов, последний, двенадцатый датчик, выдает 14 импульсов.

Блоки кодирования сделаны так, что они автоматически синхронизируются и выстраиваются в очередь в порядке возрастания числа импульсов в сигнале. Возможна работа системы при использовании от 1 до 12 блоков одновременно.

Система выполнена на КМОП микросхемах серии К176 и К561. Питание блоков кодирования происходит по линии связи.

Технические характеристики:

Число охраняемых объектов......................................................... до 12

Индикация состояния............................................... световая и звуковая

Напряжение питания, В..................................................................... 30

Потребляемый ток:

блок кодирования не более, мА........................................................ 1

блок индикации не более, мА........................................................ 100

Дальность действия, м................................................................. до 300

Размер плат:

блок кодирования, мм............................................................... 65х95

блок индикации, мм.............................................................. 115х 130

Рассмотрим работу системы, начиная с блока кодирования, принципиальная схема которого представлена на рис. 6. 49.

Все блоки кодирования выполнены по одинаковой схеме, поэтому рассмотрим работу только одного из них — первого. На его вход «Линия» приходят пачки импульсов отрицательной полярности амплитудой 30 В, формируемые поочередно другими блоками. Делитель, выполненный на резисторах R3 и R4, и транзистор VT1 образуют формирователь импульсов амплитудой 7—9 В, необходимых для нормальной работы КМОП микросхем. Элемент DD9. 1 формирует импульсы отрицательной полярности с крутыми фронтом и спадом. Цепь DD9. 2, R6, VD1, СЗ подавляет короткие импульсные помехи и формирует импульс отрицательной полярности, фронт которого совпадает с фронтом первого импульса в пачке на выходе элемента DD9. 1, а спад несколько задержан относительно спада последнего импульса пачки. Элемент DD9. 3, резистор R7 и конденсатор С4 образуют формирователь коротких положительных импульсов по фронту и спаду импульса с выхода элемента DDD9. 2. Эти короткие импульсы, пройдя через элементы DD10. 1, DD10. 2, устанавливают счетчики DD1 и DD3 в нулевое состояние. Счетчик DD3 во время паузы между пачками импульсов считает тактовые импульсы, поступающие на его вход С с тактового генератора через элементы DD2. 1, DD2. 2. Генератор тактовых импульсов выполнен на микросхеме DD1, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. С вывода 11 микросхемы DD1 импульсы с частотой 32768 Гц поступают на вход делителя частоты на 64 (вывод 2). После деления импульсы с частотой 512 Гц с вывода 5 поступают на счетчик DD3 для определения длительности паузы между пачками импульсов.

Рис. 6. 49. Принципиальная схема блока кодирования

Применение кварцевого генератора обеспечивает высокую стабильность работы системы и исключает необходимость дополнительной подстройки всех генераторов. Работа тактового генератора и счетчика DD3 синхронизированы с началом и концом пачки импульсов, поступающих на их входы R. Счетчик DD3 во время паузы между пачками считает тактовые импульсы, следующие с частотой 512 Гц (вывод 5 микросхемы DD1), измеряя таким образом длительность паузы между пачками.

Если длительность паузы превышает 16 периодов тактовых импульсов, сигналом с выхода 16 (вывод 11) микросхемы DD3 D-триггер DD6. 2 устанавливается в единичное состояние (это происходит одновременно во всех блоках кодирования), после чего продолжается измерение паузы. И если перемычка в блоке кодирования соединяет вывод 15 микросхемы DD4 и вывод 4 элемента DD7. 1, то спустя три импульса после переключения триггера DD6. 2 сигнал логической единицы с выхода 3 дешифратора DD4 (вывод 15) переключает элемент DD7. 1, логический нуль с его выхода через элемент DD10. 2 устанавливает счетчики DD1 и DD3 в нулевое состояние, а триггер DD6. 1 — в единичное. Уровень логической единицы с прямого выхода триггера DD6. 1 разрешает прохождение тактовых импульсов через элементы DD7. 2 и DD7. 3 на базу транзистора VT3. При этом на его коллекторе формируется пачка из трех импульсов отрицательной полярности.

Нагрузкой транзистора VT3 служит резистор, находящийся в блоке индикации (R9). Счетчик DD3 считает импульсы в пачке, приходящие на его вход С (вывод 1) через элемент DD2. 2. По окончании третьего импульса на выходе 3 дешифратора DD4 (вывод 15) появляется логическая единица. Этот сигнал не включает элемент DD7. 1, т. к. на выходе элемента DD9. 2 присутствует логический нуль, но устанавливает триггер DD6. 1 в нулевое состояние, что, в свою очередь, переводит триггер DD6. 2 также в нулевое состояние. В результате блок кодирования прекращает выдачу импульсов до появления паузы длительностью 16 импульсов, которая во всех блоках кодирования переключает триггеры DD6. 2 в единичное состояние и активизирует их работу.

В том случае, если во втором блоке кодирования перемычка подключена в выводу 1 (выход 4) дешифратора DD4, то после паузы в четыре импульса этот блок выдает пачку из четырех импульсов и также прекратит работу до появления паузы длительностью 16 импульсов. Следующим сработает блок, в котором перемычка подключена к выходу 5 дешифратора DD4 (вывод 6), и выдаст 5 импульсов и т. д.

После срабатывания последнего из подключенных к системе блоков триггеры DD6. 1 всех блоков устройства запретят выдачу импульсов. Возникнет пауза длительностью 16 импульсов, активизирующая работу всех блоков. Далее цикл работы системы повторится.

Длительность полного цикла работы всех блоков кодирования при частоте тактовых импульсов 512 Гц составляет около 0, 5 с.

В зависимости от установленной перемычки блок кодирования выдает от 3 до 14 импульсов в пачке. На случай нарушения контакта введен резистор R8, обеспечивающий выдачу пачки из 15 импульсов.

Рис. 6. 50. Печатная плата блока кодирования

При срабатывании одного из охранных датчиков (SB1 —SBn) триггер DD8. 1 переключается, в единичное состояние, на его инверсном выходе (вывод 2) появляется уровень логического нуля, закрывающий элемент DD7. 2 и прекращающий выдачу импульсов в линию этим блоком. После восстановления контактов кнопок SB1 —SBn триггер DD8. 1 устанавливается в исходное состояние импульсом с вывода 11 счетчика DD11.

Питание блока кодирования осуществляется по линии связи от источника + 30 В. Транзистор VT2 выполняет функцию стабилитрона. Диод VD3 предотвращает разряд конденсатора С5 при прохождении пачек импульсов.

Рис. 6. 51. Размещение деталей на плате блока кодирования

Каждый из блоков кодирования выполнен на отдельной печатной плате размером 65х95 мм. Плата изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита, ее внешний вид представлен на рис. 6. 50.

В блоке используются микросхемы серий К176, К561. Кварцевый рехонетор ZQ1 — часовой, с частотой резонанса 32768 Гц. Перемычка, определяющая номер блока и, соответственно, число импульсов в пачке, выполняется тонким монтажным проводом. Размещение деталей на плате блока кодирования представлено на рис. 6. 51.

Блок индикации выполнен в виде отдельной платы и размещается в одном корпусе с источником питания. Принципиальная схема блока индикации представлена на рис. 6. 52. Блок питания может использоваться любой на постоянное напряжение 30 В и ток не менее 0, 3 А. Питание блоков кодирования осуществляется по линии связи постоянном напряжением 30 В, а блока индикации — от стабилизатора, выполненного на специализированной микросхеме DA1 КР142ЕН8Г.

Импульсы, поступающие с линии, через делитель напряжения на резисторах Rl, R2 поступают на базу транзистора VT1, который совместно с элементом DD2. 1 образует формирователь импульсов с крутыми фронтами и спадами, тем самым повышая помехоустойчивость всей системы в целом. Элементы DD2. 2 и DD2. 3, а также R6, VD1, СЗ формируют импульс, фронт которого совпадает с фронтом первого импульса в пачке, а спад несколько задержан относительно спада последнего импульса в пачке. Нулевой уровень с выхода 3 элемента DD2. 3 закрывает элемент DD3. 1 и разрешает прохождение импульсов пачки на вход С (выход 1) счетчика DD5 через элемент DD3. 2.

Рис. 6. 52. Принципиальная схема блока индикации

На триггерах DD4. 1, DD4. 2 и счетчике DD6 выполнено устройство, формирующее импульсы записи и обнуления счетчиков DD1 и DD5. В исходном состоянии на вход С триггера DD4. 1 и вход СР счетчика DD6 поступают импульсы с тактового генератора (вывод 11 микросхемы DD1) частотой 32768 Гц. Однако счетчик DD6 эти импульсы не считает, т.к: на его входе R присутствует высокий логический уровень, поступающий с прямого выхода (выход 13) триггера DD4. 2. По фронту первого импульса пачки положительный перепад с вывода 4 элемента DD2. 2, продифференцированный цепью C4R7, устанавливает триггер DD4. 2 в нулевое состояние. Счетчик DD6 начинает считать тактовые импульсы. Положительный импульс с вывода 2 счетчика DD6 через диод VD2 устанавливает счетчики DD1 и DD5 в нулевое состояние, синхронизируя их работу. С приходом еще двух импульсов на счетчик DD6 единичный уровень появляется на выводе 4 счетчика и входе D триггера DD4. 1, при этом на выходе последнего появляется единичный уровень, запрещающий по входу CN счет импульсов со входа СР счетчика DD6. По окончании пачки импульсов положительным перепадом на входе R триггер DD4. 1 устанавливается в нулевое состояние. Счетчик DD6 вновь начинает считать тактовые импульсы. На его выходах появляются положительные импульсы. Первый из них (с вывода 10) производит запись информации в регистр DD7. На выходах последнего появляется код числа, соответствующего количеству импульсов в пачке. Этот код преобразуется дешифраторами DD8, DD9 в единичный уровень на одном из выходов, соединенных с соответствующим входом S триггеров DD10, DD11, DD12 соответственно. Уровень логической единицы фиксируется на соответствующем выходе этих триггеров.

Следующим положительным импульсом с выхода 6 счетчика DD6 (вывод 5) производится запись информации в D-триггеры DD13, DD14, DD15. Положительное напряжение, появляющееся на прямом выходе этих триггеров вызовет включение одного из светодиодов зеленого свечения (например, HL1), входящего в состав двухцветного светодиода типа АЛС331А. При отсутствии сигналов с блоков кодирования, соответствующие светодиоды загораются красным цветом. Для удобства пользования индикацию неиспользуемых каналов можно отключить переключателями SA1—SA12.

Рис. 6. 53. Принципиальная электрическая схема блока звуковой индикации

Рис. 6. 54. Печатная плата блока индикации

Очередным импульсом со счетчика DD6 (вывод 9) счетчики DD1 и DD5 устанавливаются (через диод VD3) в исходное состояние. А сам счетчик DD6 устанавливается в нулевое состояние, т. к. импульс с вывода 11 устанавливает триггер DD4. 2 в единичное состояние, в котором он будет находиться до прихода очередной пачки импульсов.

При отсутствии импульсов на входе блока счетчик DD5 считает тактовые импульсы частотой 512 Гц, поступающие с вывода 5 счетчика DD1 через элементы DD3. 1, DD3. 2. Во время паузы длительностью 16 тактов на выходе 16 (вывод 11) счетчика DD5 появится логическая единица и произойдет обнуление триггеров DD10, DD11, DD12. Устройство готово к приему нового пакета данных.

Рис. 6. 53. Размещение деталей на плате блока индикации

При необходимости блок индикации можно дополнить звуковой индикацией. Принципиальная схема блока звуковой индикации приведена на рис. 6. 53.

Блок состоит из задающего генератора звуковой частоты и схемы управления. Он подключается к инверсным выходам триггеров DD13, DD14, DD15. Когда на этих выходах появляется уровень логической единицы, индицирующий сигнал тревоги, загорается красный светодиод, через один из диодов VD4 —VD 15 быстро заряжается конденсатор С8 и уровень единицы с вывода 4 элемента DD16. 2 разрешает работу звукового генератора. При пропадании сигнала тревоги генератор работает еще некоторое время, до момента разряда конденсатора С8 через резистор R22. Переключатели SA13—SA24 служат для выборочного отключения звуковой индикации некоторых каналов. При желании возможно использовать сдвоенные переключатели (SA1 и SA13, SA2 и SA14 и т. д.) для одновременного отключения световой и звуковой индикации соответствующих каналов.

Блок индикации выполнен на микросхемах серий К176 и К561 и смонтирован на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита размером 115х130 мм (рис. 6. 54).

Размещение деталей, включая светодиоды, показано на рис. 6. 55.

Устройство не вызывает особых трудностей в настройке, и если собрано из заведомо исправных деталей, сразу готово к использованию.

В качестве линии связи можно использовать обычную двухпроводную линию, провода которой желательно свить в жгут для уменьшения наводок и помех, или использовать экранированный провод.

Линия связи может быть и беспроводной. При этом можно воспользоваться ИК или радиоканалом. Рассмотрим подробнее организацию линии связи по радиоканалу, как наиболее предпочтительную. Для этого необходимо дополнить каждый блок кодирования передатчиком и радиоприемником, а блок индикации — только радиоприемником. Все передатчики могут работать на одной частоте. Питание блоков в этом случае должно осуществляться от автономного источника питания.

Принципиальная схема простейшего передатчика для блоков кодирования приведена на рис. 6. 56.

Передатчик работает на частоте 85 МГц. Модуляция осуществляется путем срыва ВЧ колебаний генератора, выполненного на транзисторе VT2 типа КТ606. Модулирующий сигнал снимается с коллектора транзистора VT3 блока кодирования (рис. 6. 49) и периодически закрывает транзистор VT1. При этом диод VD1 закрывается положительным напряжением, генератор возбуждается, излучая сигнал данного блока. При открывании транзистора VT1 база транзистора VT2 через диод VD1 замыкается на общий провод, генерация срывается. Таким образом осуществляется смешанная амплитудно-частотная модуляция. В данном случае прием сигнала возможен как на ЧМ, так и на AM приемник.

Транзистор VT2 можно заменить на КТ904 или КТ907. Дроссель Др1 намотан на корпусе резистора МЛТ-0, 5 сопротивлением более 100 кОм проводом

Рис. 6. 56. Схема передатчика блока кодирования

Рис. 6. 57. Приемное устройство блока кодирования

ПЭВ-1 0, 16 мм и имеет 60 витков. Катушки L1 и L2 бескаркасные диаметром 3 мм. Катушка L1 имеет 5 витков, катушка L2 — 1 виток, намотанный поверх катушки L1 проводом ПЭВ-1 0, 35 мм.

Настройка передатчика особенностей не имеет.

Приемник можно выполнить, например, по схеме, приведенной на рис. 6. 57.

Приемное устройство выполнено на двух специализированных микросхемах К174ХА34 и К174ХА10. Радиотракт выполнен на микросхеме DA1. Она содержит полный супергетеродинный тракт ЧМ приемника, и на ее выходе (вывод 14) формируется низкочастотный сигнал. Кроме того, микросхема содержит встроенную схему бесшумной настройки, что в данном случае очень важно, т. к. необходимо, чтобы в режиме ожидания приемник не воспринимал помехи. Частота настройки определяется контуром L1C6 гетеродина.

Усилитель 34 собран на микросхеме DA2, с выхода которой (вывод 12) сигнал поступает на резисторы R3 или R1 блоков кодирования или блока индикации соответственно. При этом номиналы резисторов уменьшают и подбирают при настройке по наиболее надежному срабатыванию устройства.

Катушка L1 диаметром 3 мм намотана проводом ПЭВ-1 0, 35 мм и содержит 5 витков.

В устройстве можно использовать приемники и передатчики с кварцевой стабилизацией частоты, что позволит повысить надежность системы в целом.

6. 2. 3. Сторожевое устройство с телефонным вызовом

Сторожевое устройство может быть использовано для охраны любого объекта, на территории которого имеется доступ к телефонной линии. Оно позволяет фиксировать факт несанкционированного доступа на охраняемый объект и сообщать об этом путем дозвона по городской или местной телефонной линии до заранее выбранного абонента.

Устройство, принципиальная схема которого представлена на рис. 6. 58, позволяет осуществлять пять попыток дозвона. В течение каждой из этих попыток, на которые разбит полный цикл работы устройства, происходит сброс линии с последующим набором номера, заранее выбранного пользователем, и паузой ожидания. Время выполнения каждой попытки цикла составляет около 40 с.

Устройство может работать как самостоятельно, так и в составе другой системы сигнализации. Логика работы устройства такова. При включении питания оно формирует цикл задержки (около 40 с), необходимый для выхода из помещения и закрывания дверей. В это время устройство не реагирует на состояние охранных датчиков. По окончании заданного времени система переходит в режим охраны. При срабатывании одного из датчиков сторожевое устройство переходит в режим тревоги и автоматически вызывает абонента по заданному пользователем телефонному номеру.

Устройство выполнено на семи цифровых микросхемах и четырех транзисторах. Питание устройства осуществляется от любого источника стабилизированного напряжения 9—12 В, подключенного к сети переменного тока. В случае пропадания сетевого напряжения питание устройства осуществляется от резервного источника постоянного тока GB1, подзарядка которого происходит через резистор R22. Питание микросхемы DD7 осуществляется постоянно через резистор R21. Это необходимо для того, чтобы сохранить в памяти микросхемы DD7 информацию о последнем набранном номере.

Пользователь набирает необходимый номер перед выходом из помещения или делает это заранее. Происходит это следующим образом. Нажимается и удерживается в нажатом состоянии кнопка SB4. При этом на выводе 15 микросхемы DD7 уровень логической единицы, определяющий команду «Отбой», сменяется на уровень логического нуля. Транзистор VT3 закрывается, т. к. на аноды диодов VD5, VD6 поступают уровни логического нуля.

Током, протекающим через сопротивление резистора R19 и светодиод HL2, открывается транзистор VT4, что эквивалентно поднятию трубки телефонного аппарата — линия занята. Кнопками SB5—SB16 клавиатуры набирается телефонный номер абонента. При этом на базу транзистора VT3, через токоограничивающий резистор R 18, поступают импульсы набора номера. Это приводит к периодическому открыванию и закрыванию транзисторов VT3, VT4 и, как следствие, к коммутации телефонной линии. Контроль набора номера осуществляется с помощью светодиода HL2. После окончания набора кнопку SB4 необходимо отпустить. Положительное напряжение, поступающее на вывод 15 микросхемы DD7, приводит к формированию сигнала «Отбой», транзистор VT4 закрывается и освобождает линию. Набранный номер остается в памяти электронного номеронабирателя.

Для перевода устройства в режим охраны необходимо нажать кнопку SB1. При этом положительное напряжение источника питания подается на элементы схемы. Триггер, выполненный на элементах DD1. 1, DD1. 2, устанавливается (положительным импульсом на выводе 1) в состояние, при котором на выводе 4 элемента DD1. 2 появляется положительное напряжение, что приводит к открыванию транзистора VT1. Открытый транзистор VT1 шунтирует кнопку SB1, при отпускании которой питание с устройства не снимается. Одновременно положительным импульсом, сформированным цепью R3C3, счетчики микросхемы DD2

Рис. 6. 58. Принципиальная схема сторожевого устройства с телефонным вызовом

устанавливаются в нулевое состояние. Таким же образом импульсы, сформированные цепью R10C7, устанавливают триггеры DD5. 2, DD6. 1, DD6. 2 в нулевое состояние, а триггер DD5. 1 — в единичное. При этом уровень логической единицы с вывода 13 триггера DD5. 1 закрывает элемент DD4. 2, а уровень логического нуля с вывода 12 триггера DD5. 1 блокирует элемент DD4. 3. Включается светодиод HL1, индицируя включение режима охраны и начало отсчета времени задержки. Уровень логической единицы с выхода Т4 (вывод 2) микросхемы DD2 открывает ключ на элементе DD3. 2, подключая конденсатор С5 параллельно конденсатору С4, уменьшая тем самым частоту импульсов тактового генератора G микросхемы DD2. Длительность единичного состояния на выходе Т4 DD2, определяется постоянной времени цепи R4R5C4C5 и счетчиком-делителем микросхемы DD2. При номиналах резисторов и конденсаторов, указанных на схеме, это время составит около 35 с. Этого вполне достаточно, чтобы выйти из помещения и закрыть за собой дверь. При этом датчики устройства будут заблокированы. По спаду импульса на выходе Т4 дифференцирующей цепью R9C6 сформируется короткий отрицательный импульс, который инвертируется элементом DD4. 1. Этот импульс поступает на вход S триггера DD5. 2 (вывод 6) и устанавливает его в единичное состояние, чем переводит устройство в режим охраны. Триггер DD5. 1 переключается в нулевое состояние: светодиод HL1 выключается, элементы DD4. 2, DD4. 3 разблокируются. Уровень логического нуля с вывода 2 триггера DD5. 2 снимает блокировку с элемента DD1. 3. Уровень логической единицы с вывода 11 элемента DD 1. 4 через диод VD3 поступает на входы R микросхемы DD2, обнуляя и блокируя счетчики.

При срабатывании охранного датчика SB2 уровень логической единицы с вывода 10 элемента DD1. 3 устанавливает триггер DD6. 1 в единичное состояние. Счетчики микросхемы DD2 разблокируются. Устройство отрабатывает время задержки перехода в режим тревоги, необходимое для отключения его пользователем. Для этого необходимо нажать на кнопку SB3. Уровень логической единицы с вывода 13 триггера DD6. 2 переключит триггер на элементах DD1. 1, DD1. 2 и через ключ DD3. 1 блокирует генератор тактовых импульсов. Транзистор VT1 закрывается и устройство отключается от источника питания. Если за время задержки (около 35 с) устройство не будет выключено кнопкой SB3, то оно переходит в режим тревоги. В этом режиме система работает по описанному ниже алгоритму.

Необходимые для коммутации линии и набора номера задержки обеспечиваются фазовым сдвигом между импульсами на выходах Т1 и ТЗ микросхемы DD2 и составляют примерно 1 с. При этом генератора G работает на высокой частоте (конденсатор С5 отключен). Положительный импульс с выхода Т1 инвертируется элементом DD4. 2 и закрывает транзистор VT2, что эквивалентно действию сигнала «Отбой». Импульс с выхода ТЗ через элементы DD4. 3 и DD3. 3 открывает аналоговый ключ DD3. 4, что приводит к замыканию между собой выводов 5 и 19 микросхемы DD7. Это вызывает, как. и. нажатие клавиши с символом «Т», повторный набор последнего набранного номера.

Таким образом получается, что отрицательный импульс с выхода М микросхемы DD2 разрешает подключение устройства к линии, положительный импульс с выхода Т1 длительностью примерно 1 с вызывает сброс линии, а следующий за ним после паузы (выход Т2) положительный импульс с выхода ТЗ вызывает повторный набор последнего запомненного номера. Положительный импульс с выхода Т4 определяет время, необходимое для набора номера и дозвона до абонента.

По окончании полного цикла (5 попыток дозвона) уровень логической единицы на выходе М счетчика микросхемы DD2 открывает ключ DD3. 1 и прекращает работу генератора.

Устройство собрано на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолпта, чертеж которой представлен на рис.6. 59.

В устройстве используются электролитические конденсаторы К50-16, К50-35 или другие, подходящие по размеру. Резисторы — типа МЛТ-0, 125. Диоды можно использовать типа КД521, КД510 и т. п. Источник питания GB — типа 7Д-0. 125 или НИКА. Размещение деталей на плате показано на рис. 6. 60.

Рис. 6. 59. Печатная плата охранного устройства с телефонным вызовом

Рис. 6. 60. Размещение деталей на плате устройства

При безошибочном монтаже налаживание охранного устройства сводится к подбору емкости конденсаторов С4 и С5 до получения желаемой длительности цикла.

Для питания устройства необходим источник питания с напряжением 10— 13 В и током до 100 мА. Плату можно разместить в корпус телефона-трубки, использовав уже имеющуюся клавиатуру.

6. 2. 4. Система охранной сигнализации на ИК лучах

Система предназначена для охраны квартир, офисов, коттеджей, музеев, земельных участков, дач и других объектов. Действие системы основано на использовании ИК датчиков. Режим тревоги включается при пересечении нарушителем инфракрасного луча. К одному блоку системы может быть подключено до 10 охранных датчиков. Все датчики подключены параллельно к одной четырехпроводной линии. Система позволяет не только определить факт незаконного вторжения на охраняемую территорию, но и выдает информацию о местоположении сработавшего датчика включением соответствующего светодиода. Таким образом, установив светодиоды на карте или схеме объекта можно быстро определить место вторжения, а по очередности зажигания светодиодов — направление перемещения нарушителя.

Система состоит из ИК передатчиков и приемников (до 10 блоков), а также блоков индикации и сигнализации.

Принципиальная схема блока ИК передатчика представлена на рис. 6. 61.

Задающий генератор блока выполнен на элементах DD1. 1, DD1. 2, резисторах Rl, R2 и конденсаторе С1. С выхода генератора прямоугольные импульсы частотой 16 кГц поступают на усилитель мощности, выполненный на элементах DD1. 3, DD1. 4, включенных параллельно. С выхода последнего импульсы по-

Рис. 6. 61. Блок ИК передатчика охранной сигнализации

ступают на ключевой каскад, выполненный на транзисторе VT1. Нагрузкой транзистора VT1 служит ИК светодиод VD1. Резистор R4 ограничивает ток, протекающий через диод VD1 и транзистор VT1. Питается блок от источника постоянного тока напряжения 9 В. Блок ИК передатчика собран на отдельной плате и помещен во влагозащитный корпус. Печатная плата и размещение деталей на ней приведены на рис. 6. 62.

Рис. 6. 62. Печатная плата ИК передатчика и размещение деталей на ней

Блок ИК приемника располагается на расстоянии не более 10 м от передатчика. ИК приемник усиливает сигнал до уровня срабатывания КМОП микросхем. Принципиальная схема ИК приемника приведена на рис. 6. 63. Приемник собран на 2 микросхемах и 2 транзисторах.

Рис. 6. 63. Принципиальная схема ИК приемника

Рис. 6. 64. Печатная плата ИК приемника

На операционном усилителе DA1 собран преобразователь тока фотодиода VD1 в напряжение. Подавление синфазной помехи в нем достигает 70 дБ. Цепь R3R4C1 формирует необходимую для подавления паразитной низкочастотной помехи, вызванной излучением ламп накаливания, АЧХ и определяет коэффициент передачи по напряжению усилителя. Каскад на транзисторе VT1 усиливает, а ключ на транзисторе VT2 окончательно формирует полезный сигнал фотоприемника. Диод VD2 включен для ускорения процесса перезарядки конденсатора СЗ.

В то время когда луч не прерывается нарушителем, на коллекторе транзистора VT2 и на выходе 2 блока присутствует последовательность импульсов

Рис. 6. 65. Размещение деталей на плате ИК приемника

Рис. 6. 66. Схема блока индикации системы сигнализации

с частотой 16 кГц. Но это происходит только тогда, когда счетчик DD1 установлен в состояние, соответствующее номеру данного блока. При пересечении нарушителем луча импульсы на выходе 2 блока пропадают. Счетчик DD1 управляется импульсами, поступающими на вывод 4 блока.

Печатная плата ИК приемника выполнена из фольгированного стеклотекстолита, ее чертеж приведен на рис. 6. 64. На рис. 6. 65 показано размещение деталей на плате.

Принципиальная схема основного блока — блока индикации, приведена на рис. 6. 66. Он рассчитан на подключение до 10 блоков ИК приемников (по количеству ИК передатчиков).

На элементах DD10. 2 и DD10. 3 выполнен генератор тактовых импульсов частотой 600 Гц. При включении питания цепь R5C6 формирует отрицательный импульс, блокирующий генератор по выводу 8. После заряда конденсатора Сб до уровня логической единицы генератор начинает работать. Импульсы с его выхода CN (вывод 10 DD10. 3) поступают на вход счетчика DD1 (вывод 14), а также на входы блоков приемников через контакт 4 платы. Таким образом, счетчики датчиков и счетчик DD1 основного блока работают синхронно, и в каждый момент времени на вход 2 блока индикации поступают импульсы частотой 16 кГц только от одного из блоков приемников. Очередность работы приемных блоков определяется подключением катода диода VD3 к выходам счетчика DD1 (рис. 6. 63). При появлении логической единицы на соответствующем выходе счетчика диод VD3 закрывается, разрешая проход импульсов на базу транзистора VT2.

С вывода 2 основного блока (рис. 6. 66) эти импульсы через конденсатор С1 поступают на детектор, выполненный на диодах VD1, VD2. При этом на выводах 5 и 6 элемента DD10. 1 будет уровень логической единицы а при отсутствии импульсов — уровень логического нуля. Таким образом, сигнал, информирующий о состоянии датчика, включенного в данный момент, через инвертор DD10. 1 поступает на вентили DD2. 1, DD2. 3, DD3. 1, DD4. 3, DD5. 1, DD5. 3, DD6. 1 и DD6. 3. Их выходы через соответствующие инверторы подключены ко входам R триггеров DD7, DD8, DD9. По какой из цепей и на вход какого именно триггера поступит сигнал, зависит от состояния счетчика DD1, а следовательно, и от номера подключенного датчика. К выходам триггеров подключены светодиодные индикаторы HL1 —HL10. Диоды VD3—VD12, резистор R17, R18 и микросхема DD11 образуют звуковое сигнальное устройство.

При отсутствии нарушения (пересечения луча) на выходе инвертора DD10. 1 (вывод 4) будет уровень логического нуля, коммутаторы будут закрыты и на входы триггеров сигналы со счетчика не поступят. Устройство находится в дежурном режиме. При пересечении луча одного из датчиков на выходе элемента DD10. 1 (вывод 4) появится положительный импульс длительностью, равной одному такту, разрешающий прохождение сигнала с одного из выходов счетчика на вход соответствующего триггера. Триггер переключается в противоположное состояние, включится светодиод, соответствующий номеру сработавшего датчика, и раздастся звуковой сигнал тревоги. Установка триггеров в исходное состояние осуществляется кнопкой SB1 или, при включении питания, цепью С5, R6.

Рис. 6. 68. Размещение деталей на плате основного блока

Основной блок выполнен на печатной плате размером 85х105 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы представлен на рис. 6. 67, а размещение деталей на ней — на рис. 6. 68.

Настройка устройства заключается в установке частот генераторов тактовых импульсов подбором сопротивления резистора R2 (рис. 6. 61) до получения на выходе элементов DD1. 3, DD1. 4 частоты 16 кГц и подбором сопротивления резистора R4 (рис. 6. 66) до получения на выводе 10 элемента DD10. 3 частоты 600 Гц.

В качестве блоков передатчиков и приемников можно использовать готовые блоки от систем дистанционного управления телевизорами, немного доработав их.

6. 2. 5. Ультразвуковой датчик системы охранной сигнализации

На первоначальном этапе разработки ультразвуковых датчиков системы обнаружения движущегося объекта строили так, как это схематически показано на рис. 6. 69, а. Излучатель BF1 и приемник ВМ1 располагали на противоположных стенах помещения, под потолком (для снижения влияния внутренней обстановки). Излучатель BF1 возбуждал в пространстве помещения стабильные по частоте и амплитуде ультразвуковые колебания. Микрофон (приемник) ВМ1 преобразовывал принятый из пространства ультразвуковой сигнал в электрический. Далее, в электронном устройстве этот сигнал усиливался, детектировался и анализировался по амплитуде. В случае колебания амплитуды ультразвукового сигнала формировался сигнал тревоги.

Рис. 6. 69. Построение ультразвуковых систем обнаружения

Отчего же происходят колебания амплитуды принятого ультразвукового сигнала? Предположим, что помещение идеально, т. е. представляет собой герметически замкнутое пространство, ограниченное жесткими стенами. Поскольку излучение не является остронаправленным, к микрофону ВМ1 вместе с прямой волной приходят волны, отраженные от стен, потолка и пола. Энергия волны в зоне микрофона ВМ1, как, впрочем, и на любой поверхности помещения, есть результат интерференции всех подающих волн. Пока в помещении не происходит какого-либо перемещения отражающих или поглощающих поверхностей или изменения физических свойств среды, интерференционная картина, а значит и уровень энергии волны в каждой точке, будут постоянны.

Любое движение в помещении приведет к изменению пути прохождения ультразвуковых волн, а следовательно, к изменениям интерференционной картины. Это приведет к колебаниям амплитуды выходного сигнала микрофона ВМ1. Регистрируя эти колебания, можно обнаружить перемещение в замкнутом пространстве.

Данный способ обнаружения подвижных объектов обеспечивает очень высокую чувствительность при высокой экономичности, поскольку волна от излучателя BF1 к приемнику ВМ1 проходит через помещение по наиболее короткому пути, а следовательно имеет наименьшее затухание.

Однако в реальных условиях эта система практически неработоспособна из-за чрезвычайно высокой вероятности ложных срабатываний. Система реагирует даже на поток воздуха, т. к. сложение скорости звука со скоростью воздуха изменит характер прохождения волны, что будет воспринято микрофоном ВМ1 как перемещение объекта.

Для повышения устойчивости системы излучатель BF1 и приемник ВМ1 располагают на одной стене (рис. 6. 69, б). Длина пути волны увеличивается в два раза, что потребует значительного увеличения излучаемой мощности. Но при этом из-за того, что волна проходит через поток воздуха дважды — туда и обратно, приращение скорости взаимно компенсируется, что и повышает устойчивость устройства к ложным срабатываниям в условиях относительно равномерных потоков воздуха, движущихся в любых направлениях.

В реальных условиях потоки воздуха могут быть весьма неравномерными. Кроме того, существенный вклад в нестабильность интерференционной картины в реальном помещении вносят деформации стекол и дверей в результате порывов ветра снаружи, разного рода вибрации и другие факторы. Все это привело к тому, что охранная система, построения по описанному выше принципу, оказалась нежизнеспособной.

Существенно повысить помехоустойчивость позволяет применение иного метода детектирования сигнала — не по амплитуде, а по частоте. Если объект перемещается вдоль направления распространения волны (рис. 6. 69, б), отраженная от него волна будет иметь некоторое смещение по частоте относительно излучаемой. Это явление получило название эффекта Доплера. Из-за разно-направленного отражения волн в реальном помещении эффект Доплера проявляется и при строго перпендикулярном указанному перемещению объекта, правда, несколько слабее. Поэтому объект, движущийся в любом направлении, будет обнаружен.

Рис. 6. 70. Структурная схема ультразвукового датчика

Несмотря на достоинства, детектирование с использованием эффекта Доплера не снимает полностью проблему ложных срабатываний. Существует определенный предел интенсивности воздушных потоков и других факторов, выше которого датчик будет регистрировать ложные перемещения.

Структурная схема ультразвукового доплеровского датчика представлена на рис. 6. 70. В качестве излучателя BF1 и приемника ВМ1, как правило, используют высокоэффективные резонаторы из пьезокерамики.

В состав аппаратной части ультразвукового датчика входят следующие блоки:

излучатель BF1; приемник ВМ1; эталонный генератор G1; входной усилитель А1; преобразователь U1; фазовый детектор U2; фильтр нижних частотZ1;

фильтр верхних частот Z2; детектор-формирователь U3; выходной усилитель А2; устройство индикации HI.

Излучатель BF1 ультразвуковой волны служит нагрузкой эталонного генератора G1. Рабочую частоту выбирают как компромисс между помехоустойчивостью и затуханием ультразвуковых колебаний в воздухе. Чем больше частота, тем меньше мешающее влияние естественных и искусственных шумов, воспринимаемых датчиком, однако с увеличением частоты повышается затухание волны, и для нормальной работы датчика необходимо увеличивать мощность излучения (пропорционально квадрату частоты). Наиболее подходящей является частота около 40 кГц. Мощность излучения выбирается из соображений приемлемой экономичности, требуемого уровня принимаемого сигнала и объема контролируемого пространства.

Входной усилитель А1 должен обеспечивать уверенный прием отраженного сигнала в условиях значительного колебания его амплитуды. Для снижения влияния помех необходима высокая избирательность усилителя в интервале fg ± fd- где fg — рабочая частота генератора, fd — доплеровский сдвиг, реально не превышающий 1 кГц.

Для исключения зависимости входного сигнала от амплитудной составляющей в усиленном принятом сигнале выделяют точки перехода через «нуль» и формируют сигнал прямоугольной формы. Эту функцию выполняет преобразователь U1.

Заметим здесь, что понятие о частотном доплеровском сдвиге не вполне корректно, поскольку реальный входной сигнал будет представлять собой частотный спектр. Если, например, движущийся объект представляет собой цельную отражающую поверхность, вместе с сигналом основной частоты будет присутствовать сигнал доплеровского сдвига, амплитуда которого будет пропорциональна отношению энергии волны, приходящей от объекта, к энергии всех приходящих волн. Иначе говоря, амплитуда сигнала доплеровского сдвига будет зависеть от площади объекта.

Если волна, отраженная от движущегося объекта, по амплитуде не превышает сумму волн, отраженных от стен помещения, то сигнал после преобразователя будет иметь фазовую, а не частотную модуляцию. В противном случае, к фазовой добавится частотная модуляция.

Вместе с отраженными от стен, приемник зафиксирует и волны, отраженные от всех поверхностей объекта, причем амплитуда и частота этих волн будет зависеть соответственно от площади отражающих поверхностей и от скорости перемещения их в пространстве. Фазовая модуляция будет отражать все движения, производимые объектом.

Фазовый детектор U2 преобразует фазовую модуляцию сигнала в широтно-импульсную. Фильтр нижних частот Z1 сглаживает импульсы с выхода фазового детектора U2 и преобразует их в амплитудно-модулированный сигнал. Частота среза фильтра Z 1 равна реальной верхней частоте доплеровского сдвига, в нашем случае 1 кГц.

Фильтр верхних частот Z2 ограничивает снизу частотную полосу, воспринимаемую устройством. Он играет особую роль в устойчивости всей системы к ложным срабатываниям.

Как было отмечено выше, основной причиной возникновения амплитудной модуляции на входе датчика является изменение интерференционной картины в охраняемом пространстве, из-за чего происходит сложение множества волн с произвольной фазой и амплитудой. Изменение амплитуды какой-либо из них, например в результате изменения угла отражения от колеблющегося оконного стекла, вызывает изменение фазы результирующего сигнала. Сложение амплитудно-модулированного сигнала и немодулированного колебания одной и той же частоты уже приводит к фазовому сдвигу, пропорциональному производной от модулирующей функции. Из этого следует, что вибрацию стекла датчик воспримет как доплеровский сдвиг. Спектр этих колебаний, в основном, сосредоточен в частотной области ниже 1—3 Гц. Теперь становится понятна и та особая роль, которая отведена фильтру Z2, особенно исходя из требований по регистрации минимальной скорости передвижения.

Детектор-формирователь U3 преобразует огибающую принимаемого сигнала в пропорциональное ей постоянное напряжение. Усилитель А2 усиливает его до уровня, необходимого для работы устройства индикации HI, обеспечивая при этом определенную задержку, дополнительно снижающую вероятность ложных срабатываний.

Принципиальная схема ультразвукового датчика изображена на рис. 6. 71. Излучателем BF1 и приемником ВМ1 ультразвуковых колебаний служат пьезоэлектрические микрофоны типа УМ-1 с частотой резонанса в интервале 36—46 кГц.

Генератор G1 собран на микросхемах DD1 и DA4 по мостовой схеме. Это сделано для того, чтобы обеспечить оптимальный уровень мощности излучения

Рис. 6. 71. Ультразвуковой датчик охранной сигнализации

при низком напряжении питания. Кроме того, мостовое включение позволяет возбудить пьезорезонатор BF1 на его собственной резонансной частоте.

Ультразвуковой излучатель BF1 включен между выходами попарно параллельно включенных инверторов DD1. 1, DD1. 2 и DD1. 3, DD1. 4, образующих мостовой выходной усилитель. Сигналы на выходах каждой пары инверторов находятся в противофазе, что позволяет обеспечить амплитудное значение напряжения на излучателе BF1 практически вдвое больше, чем напряжение питания. Параллельное включение инверторов повышает нагрузочную способность усилителя. При необходимости их число в каждом плече может быть увеличено.

Поскольку рабочую частоту генератора определяет собственная частота резонанса тока излучателя BF1, в его цепь включены датчики тока — резисторы R17 и R18. Для выделения сигнала с датчиков тока на фоне высокого амплитудного выходного напряжения мостового усилителя служат прецизионные резисторные делители R19, R20 и R21, R22. Сопротивления резисторов определяются из выражений: R20=R19+ R17 и R21=R22+ R18. Если исключить нагрузку, то и постоянное напряжение, и переменное между точками А и Б будут пропорциональны току через нагрузку.

Напряжение UAБ подано на вход дифференциального усилителя переменного напряжения, собранного на микросхеме DA4. Уровень выходного напряжения усилителя соответствует уровню срабатывания инверторов КМОП микросхемы DD1. Одновременно дифференциальный усилитель подавляет незначительную синфазную составляющую напряжения UAБ. появляющуюся из-за неизбежных отклонений сопротивлений резисторов прецизионного делителя от расчетного и возможной неидентичности значений выходных напряжений инверторов моста. Резистор R25 определяет ток, потребляемый операционным усилителем DA4, и, как следствие, скорость нарастания выходного напряжения. Емкость конденсаторов С10 и С11 имеет оптимум для каждой конкретной частоты.

Буферный инвертор DD1. 5 формирует импульсы с крутыми фронтами, что позволяет повысить КПД генератора на 20%.

Первая ступень усиления сигнала с микрофона ВМ1 выполнена на операционном усилителе DA1. Микрофон включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя так, чтобы обеспечить максимальное усиление лишь на его резонансной частоте. Вторая ступень усиления выполнена на операционном усилителе DA2, в цепь отрицательной обратной связи которого включен двойной Т-мост, настроенный на ту же резонансную частоту. Диоды VD1 и VD2 служат для ограничения выходного сигнала и предотвращения перегрузки операционного усилителя в случае, если энергия волны на входе приемника будет слишком велика.

Компаратор DA3 преобразует усиленный сигнал в импульсы прямоугольной формы, перепады которых соответствуют моментам перехода сигнала через нулевой уровень. При этом обеспечивается скважность импульсов, практически равная 2. Эти импульсы поступают на фазовый детектор, выполненный на элементе DD2. 1 (вывод 1). На второй вход фазового детектора (вывод 2 элемента DD2. 1) поступают импульсы с образцового генератора (вывод 6 элемента DD1. 5),

Рис. 6. 72. Цифровой фильтр ультразвукового датчика

имеющие скважность 2. В противном случае, не исключены случайные «провалы» в характеристике чувствительности датчика в моменты, когда образцовый и принятый сигналы окажутся в фазе или противофазе.

Сигнал с выхода фазового детектора (вывод 3 элемента DD2. 1), равный разности фаз принятого и образцового сигналов, представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с широтно-импульсной модуляцией и поступает на вход цифрового полосового фильтра.

Цифровой полосовой фильтр (рис. 6. 72) выполнен на микросхемах DD1 — DD11. По сравнению с фильтрами, выполненными на дискретных и аналоговых элементах, цифровые фильтры более просты, надежны и не нуждаются в настройке. К тому же они имеют практически прямоугольную амплитудно-частотную характеристику, что приближает их к идеальному фильтру.

Цифровой фильтр, приведенный на рис. 6. 72, состоит из фильтра нижних и верхних частот, схем формирования коротких импульсов, решающего устройства, устройства индикации движения и образцового генератора.

Образцовый генератор выполнен на специализированной часовой микросхеме К176ИЕ12. Частота задающего генератора стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. С выхода генератора импульсы с частотой следования 32768 Гц поступают на встроенный делитель, с выхода S которого (вывод 6) снимается сигнал с частотой 2 Гц, а с выхода F — сигнал частотой 1024 Гц (вывод 11).

Сигнал с выхода фазового детектора (элемент DD2. 1 на рис. 6. 71) поступает на входы двух формирователей коротких импульсов на микросхемах DD1, DD3. На входы двух других формирователей (DD2 и DD4) с генератора на микросхеме DD11 поступают прямоугольные импульсы частотой 2 Гц и 1024 Гц соответственно. С выходов формирователей (выводы 11 микросхем DD1, DD2 и DD3, DD4) короткие отрицательные импульсы поступают на входы триггеров на элементах DD7. 1, DD7. 2 и DD7. 3, DD7. 4 соответственно.

Рассмотрим случай, когда частота входного сигнала равна, например, 200 Гц. В этом случае на выводе 3 элемента DD8. 1 будут присутствовать короткие отрицательные импульсы, а на выводе 4 элемента DD8. 2 — уровень логической единицы (при частоте менее 2 Гц сигналы поменяются местами). При этом триггер на элементах DD8. 3, DD8. 4 переключится в состояние, когда на его выходе (вывод 11 элемента DD8. 3) будет уровень логической единицы.

Одновременно сигнал частотой 200 Гц поступает на второй канал фильтра, где он сравнивается с сигналом генератора частотой 1024 Гц. При этом на выводе 4 элемента DD9. 2 будут присутствовать короткие отрицательные импульсы. В то же время на выводе 3 элемента DD9. 1 будет уровень логической единицы (при входной частоте более 1024 Гц сигналы на выходах этих элементов поменяются местами). Эти отрицательные импульсы переключат триггер на элементах DD9. 3, DD9. 4 в состояние, когда на его выходе (выход 10 элемента DD9. 4) будет уровень логической единицы. С триггеров сигналы высокого логического уровня поступают на устройство принятия решения на элементе DD10. 1, при этом на выходе последнего (вывод 3) появится уровень логического нуля. Конденсатор СЗ начнет разряжаться через сопротивление резистора R4 до уровня

Рис. 6. 73. Печатная плата датчика

переключения инвертора DD10. 2. В момент переключения последнего и включится индикатор HL1. Элементы VD1, R4, СЗ осуществляют задержку сигнала, что способствует повышению помехоустойчивости датчика.

Индикатор HL1 включается только в те моменты, когда частота входного сигнала более 2 Гц, но менее 1024 Гц. В иных случаях индикатор выключен и датчик не дает сигнала о наличии движущегося объекта.

Рис. 6. 74. Размещение деталей на плате датчика

Узел на операционном усилителе DA5 (рис. 6. 71) выполняет функцию формирователя «мнимого нуля» напряжения питания, необходимого для нормальной работы операционных усилителей датчика. Он обеспечивает выходное напряжение, равное половине напряжения источника питания при низком выходном сопротивлении.

Налаживание датчика обычно не вызывает трудностей. Сначала настраивают двойной Т-мост в цепи обратной связи операционного усилителя DA2 на частоту образцового генератора путем одновременного подбора сопротивлений резисторов R4, R5, R6 (или емкости конденсаторов СЗ—С5), соотношение номиналов их при этом не должно измениться.

Резисторы R19—R22 (рис. 6. 71) можно подобрать из обычных МЛТ-0, 125 номиналом 20 кОм с помощью цифрового тестера. Их сопротивление от указанного на схеме может отличаться на 20%, однако соотношение значений сопротивления, указанное выше, должно быть выдержано с точностью не хуже 0, 25%. При большой разнице не исключены фазовые сбои и даже срыв генерации.

Рис. 6. 75. Печатная плата цифрового фильтра

Цифровой полосовой фильтр (рис. 6. 72) в настройке не нуждается. Нижнюю границу фильтра можно увеличить до 17 Гц. Для этого на вход формирователя на микросхеме DD4 необходимо подать импульсы с выхода М (вывод 10) микросхемы DD11, а не с выхода F, как показано на схеме.

Устройство выполнено на двух печатных платах размером 301 60х108 мм каждая. Платы изготовлены из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Печатная плата ультразвукового датчика приведена на рис. 6.73, а размещение элементов на ней — на рис. 6.74. Печатная плата цифрового фильтра представлена на рис. 6.75, размещение элементов на ней — на рис. 6.76. Платы монтируются одна над другой на металлических стойках высотой не менее 20 мм. Ультразвуковые приемник и излучатель могут быть расположены под некоторым углом друг к другу.

Ультразвуковой датчик устанавливается в таком месте, чтобы можно было контролировать все входы и выходы и в помещение нельзя было попасть, миновав поле зрения ультразвукового «глаза» (рис. 6. 77).

Для предотвращения ложного срабатывания излучатель нельзя располагать под прямым углом к вибрирующим поверхностям, типа дверей и окон или направлять на место с наибольшей циркуляцией воздуха, например на лестницы и батареи отопления.