2. 2. Электронное устройство охранной сигнализации

2. 2 ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Рассматриваемое устройство представляет собой ЭСОС, предназначенную для охраны жилых, производственных и хозяйственных помещений, автомобилей, мотоциклов, катеров, сейфов и других ценных объектов и предметов циклического пользования.

Устройство может быть установлено в квартирах жилых домов, производственных зданиях малых предприятий, кооперативах и акционерных обществах, хозяйственных постройках на садово-огородных участках, гаражах и т. д.

ЭСОС создана как комплексное электронно-техническое устройство, обеспечивающее автоматическое срабатывание сигнальных цепей и блоков при несанкционированном вторжении в охраняемый объект и при нарушении звеньев системы охраны. Относительная простота и надежность работы СОС делают ее доступной для повторения в радиолюбительских мастерских и кружках юных техников.

Принципиальная электрическая схема комбинированной ЭСОС приведена на рис. 2. 1. Как следует из принципиальной схемы, ЭУОС состоит из следующих функциональных блоков и узлов: входных цепей, сетевого понижающего трансформатора питания 77, выпрямителя, автономного источника питания GB1, СНПТ, электронного блока управления, выходных цепей, сигнализатора и индикатора. В качестве автономного источника питания может быть использована аккумуляторная батарея GB1 любого типа, обеспечивающая на выходе напряжение 12 В. Входное устройство обеспечивает подключение ЭСОС к сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка» и стандартной штепсельной розетки. Плавкий предохранитель F1, установленный на входе устройства, защищает его от коротких замыканий, которые возможны при неправильном монтаже, ошибках при сборке и из-за неисправных комплектующих ЭРЭ. Включение и выключение питания обеспечивается однополюсным переключателем S1, при замыкании контактов которого переменное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Т1. При включении устройства в сеть загорается индикаторная неоновая лампа H1, которую устанавливают на видном месте охраняемого объекта.

Блок выпрямительного устройства включает в свой состав сетевой понижающий трансформатор питания T1 и собственно выпрямитель, собранный по однофазной двухполупериодной мостовой схеме Греца на четырех выпрямительных диодах VD1 — VD4. Примененное выпрямительное устройство характеризуется достаточно полным использованием габаритной мощности сетевого трансформатора, повышенной частотой пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока, повышенным кпд устройства, низким обратным напряжением на комплекте выпрямительных диодов, повышенным сроком эксплуатации, но несколько большей стоимостью изготовления. Диоды выпрямителя должны быть установлены на гетинаксовой плате с распайкой катодов и анодов по схеме, их нельзя установить на общей металлической пластине вместе с сетевым трансформатором без прокладок. Повышенный расход выпрямительных диодов, по сравнению с другими выпрямительными схемами, компенсируется высокой надежностью и долговечностью работы устройства.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 изготавливается на броневом магнитопроводе типа Ш, имеет одну катушку, которая устанавливается на центральном стержне магнитопровода, имеющем активную площадь поперечного сечения стали не менее 7 см2. Кроме основной функции сетевой трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей устройства от сети переменного тока высокого напряжения и дополнительную электробезопасность при эксплуатации ЭСОС. При изготовлении сетевого трансформатора в домашних условиях необходимо обратить особое внимание на изоляцию обмоточных проводов между слоями и между обмотками, а также обязательную пропитку трансформатора изоляционными лаками. Магнитопровод трансформатора изготавливается методом шихтовки из пластин трансформаторной стали толщиной 0, 25... 0, 5 мм.

Первичная обмотка трансформатора рассчитана на подключение к сети переменного тока напряжением 220 В и выдерживает максимальную токовую нагрузку до 3 А. На вторичной обмотке трансформатора действует напряжение переменного тока равное 32, 5 В в режиме холостого хода.

Напряжение постоянного тока, снимаемое с полупроводникового выпрямителя, подается на источник стабилизированного напряжения, который представляет собой регулируемый компенсационный стабилизатор последовательного действия. Его выходное напряжение можно плавно регулировать в пределах 5... 30 В при токе нагрузки до 1 А. СИП включает в свой состав РЭ, собранный на тиристоре VD6 (VS1), работающем в ключевом режиме, благодаря чему потери мощности в стабилизаторе очень малы и рассеиваемая тепловая энергия незначительна. Тиристор управляется импульсами, вырабатываемыми релаксационным генератором, собранным на аналоге однопереходного составного транзистора VT2, VT3. Напряжение на выходе стабилизатора определяется разностью фаз импульсов управляющего генератора и полуволн выпрямленного напряжения. Эта разность напряжений зависит от зарядного тока конденсатора С3, который включен в коллекторную цепь транзистора VT1, выполняющего функцию регулятора постоянного тока. На базу транзистора с движка подстроечного резистора R3 поступает часть напряжения со стабилитрона VD5, а на эмиттер — часть выходного напряжения, снимаемого с делителя R9, R10. Подстроечным резистором R3 устанавливается требуемое напряжение питания в пределах от 5 до 30 В.

При уменьшении значения выходного напряжения стабилизатора относительно установленного уровня напряжение на резисторе R9 также уменьшается, а на эмиттерном переходе транзистора VT1 увеличивается открывающее напряжение. В результате его коллекторный ток увеличивается, а конденсатор СЗ начинает заряжаться быстрее. Это приводит к более раннему открыванию тринистора VD6 (VSI), поэтому напряжение на выходе стабилизатора возрастает до прежнего значения. Если же выходное напряжение увеличивается, процесс восстановления заданного уровня напряжения протекает в обратном направлении. Напряжение, снимаемое с транс форматора, обеспечивается коэффициентом трансформации и моточными данными, которые приведены и табл. 2. 3.

Электронный управляющий блок ЭСОС является основным устройством, которое представляет собой обычную триггерную схему, собранную на двух ИМС DAI и DA2, пяти транзисторах и шести выпрямительных диодах. В принципиальной схеме управляющего блока ЭСОС собрано устройство против ложных срабатываний. Сигнальная цепь как главная часть электронной системы представляет собой определенный набор микропереключателей и электрических датчиков, которые устанавливаются замаскированно на окнах, дверях, замках, задвижках, переключателях, калитках и т. п.

В составе электронного управляющего блока собрано два таймера, обеспечивающих задержку срабатывания охранной системы после размыкания любого микропереключателя и электрического датчика. Первый таймер обеспечивает короткую временную задержку срабатывания ЭСОС, которая достаточна для установления системы в исходное положение, то есть до того, как она будет приведена в действие, когда владелец войдет в охраняемый объект или помещение, разомкнув один из микропереключателей, например на входной двери. Второй таймер настраивается на определенно заданное время работы звукового или светового сигнализаторов. Принципиальная схема предусматривает возможность устанавливать время работы сигнальной системы от 0 до 5 мин после срабатывания. По истечении заданного времени работы система автоматически отключается и устанавливается в исходное положение независимо от того, замкнута или разомкнута сигнальная цепь устройства. Первый таймер можно настроить на задержку времени срабатывания до 30... 35 с.

Работоспособность сигнальной системы восстанавливается в любой момент рабочего цикла специальной кнопкой переключателя S2 типа П2К. При замкнутой сигнальной цепи во включенном состоянии постоянно течет ток, обеспечивающий запуск управляющего устройства. В это время таймеры отключены и не работают. При размыкании сигнальной цепи открывается транзи-

Т а б л и ц а 2. 3. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в электронном устройстве охранной сигнализации

стор VT10 на время, устанавливаемое зарядкой конденсатора С8 и сопротивлением резистора R27, в результате чего конденсатор С7 разряжается и первый таймер приводится в действие. Резистор R1 и конденсатор С1 предотвращают срабатывание первого таймера от случайных сигналов, возникающих в сигнальной цепи. В случае многократного размыкания и замыкания контактов микропереключателей в сигнальной цепи первый таймер, не завершив свой цикл, не даст команды на включение второго таймера. Для устранения этого недостатка первая ИМС соединена со второй. После того как первый таймер завершит свой цикл, открывается транзистор VT2 и начинает заряжаться конденсатор С10, запускающий второй таймер.

Обе ИМС DA1 и DA2 питаются постоянным стабилизированным напряжением, не превышающим 12... 15 В. Для получения этого напряжения применен биполярный транзистор VT9, который совместно со стабилитроном VD11 и резистором R15 обеспечивает заданное значение напряжения. В схеме использованы транзисторы VT7 и VT8, преобразующие напряжение выходного сигнала второго таймера до значения напряжения на выходе компенсационного стабилизатора. А транзисторы VT4 и VT5 обеспечивают усиление мощности, достаточное для срабатывания электромагнитного реле.

В данной ЭСОС используются широко применяемые комплектующие ЭРИ, которые имеются в продаже. Комплектующие ЭРЭ собираются на печатной плате, изготавливаемой из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной до 2 мм. Печатная плата, сетевой трансформатор питания Т1 и аккумуляторная батарея располагаются на шасси из дюралюминия и закрепляются в пластмассовом или металлическом корпусе, имеющем крышку и лицевую панель.

При создании сторожевого устройства применены следующие комплектующие ЭРЭ и ЭРИ: сетевой понижающий трансформатор питании Т1 типа Ш броневой конструкции; ИМС DA1 типа К561ЛА7, DA2 типа К561ЛА7; транзисторы VTI типа МП 114, VT2 — МП114, VT3 - КТ315Г, VT4 — КТ933Б VT5-КТ3102Д, VT6 — КТ3102Д, VT7 — КТ3107Б, VT8 — КТ3102Д VT9 — КТ3102Д, VT10 — КТ3102Д; выпрямительные диоды VD1 — VD4 типа КД202Б, VD7 — КД521А, VD8 — КД521А VD9 - КД223, VD12 - VD15 типа КД521А; тиристор VD6 (VS1) типа КУ201Г; стабилитроны VD5 типа Д814В, VD11— Д814А; светодиод VD10 (HL1) типа АЛ307Б; конденсаторы С1 типа K50-16-16U-22 мкф, С2 — К50-3-50В-10 мкФ, СЗ — К40У-9-0,33 мкФ, С4 — К50-3-50В-2000 мкФ, С5 — К10-7В-50В-1 мкФ С6 — К10-17-40В-Н90-1 мкФ, С7 — К10-17-40В-Н90-1 мкФ С8 — К10-17-40В-Н90-0.1 мкФ, С9 — КМ-6-25В-НЗО-0 1 мкФ С10 — КМ-6-25В-Н90-1 мкФ, СИ — К50-3-25В-10 мкФ; резисторы R1 типа ВСа-0,5-5,6 кОм, R2 — ВСа-0,5-2 кОм, R3 — переменный типа СП3-1б-0,25Вт-6,8 кОм, R4 — ВСа-2-6,2 кОм R5 — ВСа-0,5-6,2 кОм, R6 — ВСа-0,25-10 кОм, R7 — ВСа-025-10 кОм, R8 - ВСа-0,25-10 кОм, R9 — ВСа-0,25-1,5 кОм R10 — ВСа-0,25-4,7 кОм, R11 — ВСа-0,25-1,8 кОм, R12 — ВСа-025-10 кОм, R13 — ВСа-0,25-22 кОм, R14 — ВСа-1-22 кОм R15 — ВСа-0,25-2,2 кОм, R16 - ВСа-0,25-22 кОм, R17 — ВСа-025 10 МОм, R18 — ВСа-0,25-10 МОм, R19 — ВСа-0,25-330 кОм R20 — ВСа-0,25-330 кОм, R21 — ВСа-0,25-2,2 МОм, R22 — ВСа-0,25-10 кОм, R23 — ВСа-0,25-1 МОм, R24 — ВСа-0,25-10 кОм R25 — ВСа-0,25-10 кОм, R26 — ВСа-1-22 кОм, R27 — ВСа-2-10 кОм, R28 — ВСа-2-280 кОм; реле электромагнитное К1 типа РЭС-10; предохранитель плавкий F1 типа ПМ-1-0,5 А; индикаторная лампа Н1 типа ТН-0,2-1; переключатели S1 типа П1Т-1-1, S2 — KПI-1, S3 — Sn типа МП-7; электрический соединитель X1 типа «вилка» с электрическим кабелем длиной 1,5 м; Х2, ХЗ — КМЗ-1; громкоговоритель(сирена) ВА1 типа 0,5 ГД1.

При монтаже, регулировке, настройке и ремонте сторожевого устройства могут быть применены другие комплектующие ЭРЭ, не ухудшающие основные электрические параметры и эксплуатационные характеристики ЭСОС. Например, сетевой понижающий трансформатор питания Т1 может быть заменен трансформатором унифицированной конструкции типов ТА, ТН, ТАН, ТПП, ТС, ТТ; резисторы типа ВСа могут быть заменены резисторами типов МЛТ, ОМЛТ, C1-4, С2-8, МТ, УЛИ. Замена ППП может быть произведена в соответствии с рекомендациями, изложенными выше. В качестве оксидных или электролитических конденсаторов могут быть применены конденсаторы типов К50-3, К50-12, К50-16, К50-20.

Нормированные значения климатических и механических внешних воздействующих факторов, условия эксплуатации данного электронного устройства и его основные электрические параметры рассмотрены ниже.

Здесь необходимо сказать об установке ИМС на платы, лужение выводов и пайка которых производятся с учетом конструктивных особенностей корпусов ИМС.

При установке примененных в сторожевом устройстве ИМС необходимо принять все меры предосторожности, которые должны сводиться к тому, чтобы защитить корпус ИМС от недопустимых деформаций. Чаще всего это. достигается правильной распайкой выводов на заранее подготовленные контактные площадки. Размещение корпусов на печатной плате должно обеспечивать возможность свободного доступа для ее демонтажа.

Специальные требования предъявляются к правильному выбору режимов пайки выводов, которые изложены в табл. 2. 4. Качество паяных соединений ИМС не зависит от количества припоя и флюса, скорее наоборот: излишки припоя могут скрыть дефекты соединения, а обилие канифоли или флюса приводит к загрязнению места пайки.

Надежное и правильно выполненное паяное соединение характеризуется следующими признаками, которые определяются визуально: паяная поверхность должна быть светлой блестящей или светло-матовой, без темных пятен и посторонних включений, форма паяных соединений должна иметь вогнутые галтели припоя. Через припой должны проявляться контуры входящих в соединение выводов элементов и проводников. Работа с ИМС кроме всего требует специальных мер защиты от повреждений статическим электричеством.

Таблица 2. 4. Режимы пайки выводов микросхем

ЭУОС работает в полуавтоматическом режиме следующим образом. При включенном ЭУОС в сеть переменного тока при наличии автономного источника питания и при замкнутых контактах переключателей S1 и S1.1 оно находится в режиме ожидания. При этом все последовательно соединенные контакты переключателей S3... Sn замкнуты. В это время на выходе ИМС DA2 действует высокий уровень — состояние логической единицы, такой же высокий уровень действует на обоих входах ИМС DA1.

При размыкании одного из контактов переключателей S3... Sn вход ИМС DA 1 (вывод 13) переходит в состояние низкого уровня логического нуля, а выход этой ИМС (вывод 12} — в состояние высокого уровня логической единицы. Включенные в цепь резистор R1 и конденсатор С1 защищают управляющее устройство от электромагнитных наводок, которые могут возникнуть в сигнальных цепях. В то время, когда вход ИМС DA1 (вывод 13) находится в состоянии низкого уровня логического нуля, а выход (вывод 12) — в состоянии высокого уровня логической единицы, открывается транзистор VT10, в результате чего конденсатор С7 разряжается и первый таймер приходит в действие.

Важно заметить, что таймером называется прибор (устройство), который по истечении заданного промежутка времени может автоматически включать (выключать) ИМ. Время открывания транзистора VT10 определяется емкостью конденсатора С8, а также сопротивлением резистора R27. Для запуска второго таймера вход первой ИМС DA I (вывод 14) подключен к выходу второй ИМС DA2 (вывод 12). Этот выход (вывод 12} находится в состоянии низкого уровня логического нуля до тех нор, пока работает первый таймер. После срабатывания первого таймера выход ИМС DA2 (вывод 12) переходит в состояние высокого уровня логической единицы, транзистор VT6 открывается, конденсатор С10 заряжается и запускается второй таймер. Для установления обоих таймеров в исходное состояние в ЭУОС установлен переключатель S2, нажатие на кнопку которого и замыкание контактов 1 и 2 приводят к быстрой разрядке конденсаторов С7 и С10 через диоды VD7 и VD8.

Электронное устройство работает от источника постоянного тока напряжением до 25 В. Однако ИМС могут работать при напряжении не более 15 В, а оптимальным напряжением в данном случае выбрано напряжение 7, 5 В. При выборе исполнительного устройства — сигнальной сирены — необходимо учитывать, что на него подается напряжение постоянного тока также 25 В.

Преобразование повышенного напряжения питания до значения 7, 5 В осуществляется с помощью включенных в схему транзистора VT9, стабилитрона VD11 и резистора R15, а также транзисторов VT7 и VT8. Четыре биполярных транзистора VT4 и VT5, VT7 и VT8 обеспечивают соответственно усиление по мощности, необходимое для срабатывания электромагнитного реле К1 и исполнительных устройств, они обеспечивают преобразование выходного сигнала второго таймера с 7, 5 В до значения напряжения источника питания исполнительных механизмов.

Параллельно сетевому источнику питания, работающему от выпрямителя на диодах VD1 — VD4, в схему включен автономный источник электропитания (ХИТ), напряжение которого находится в пределах 12... 20 В. Действует автономный источник питания при отключении электропитания от сети переменного тока, а также при разомкнутых контактах переключателя S1 так, как показано на схеме. Контакты переключателя S1. 1 при этом должны быть замкнуты. Электропитание ЭУОС от автономного источника питания GB1 осуществляется через выпрямительный диод VD16, который закрыт в одном направлении до тех пор, пока напряжение на выпрямителе выше напряжения батареи аккумуляторов. Поэтому оптимальным напряжением электропитания считается напряжение 15 В.

Регулировку ЭУОС начинают с проверки напряжения на вторичных обмотках сетевого понижающего трансформатора Т1, далее — на выходе выпрямителя Греца и на выходе стабилизатора компенсационного типа. Проверка ЭУОС в целом не представляет особой сложности. Необходимо проверить наличие напряжения на конденсаторе С4. Если напряжение на конденсаторе отсутствует, то надо проверить работоспособность стабилитрона VD11. Электромагнитное реле К1 позволяет запускать электронную схему и подавать напряжение на сирену ВА1 без перенапряжения конденсатора С4, не увеличивая его номинальную емкость. Напряжение на светоизлучающий диод подается через регулирующий переменный резистор R11.

Основные электрические параметры и технические характеристики электронного устройства охранной сигнализации

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В.................... 220

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

Номинальное напряжение питания постоянного

тока от автономного источника, В........... 12... 15

Пределы изменения напряжения питающей сети

переменного тока, В.................... 187... 242

Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, %, не более.............. + _1

Пределы регулирования выходного стабилизированного напряжения, В................. 5... 30

Мощность СИП, Вт, не менее............... 50

Мощность, потребляемая устройством в режиме

холостого хода, Вт, не более............... 5

Коэффициент стабилизации напряжения постоянною тока, не менее..................... 150

Коэффициент нелинейных искажений питающей

сети переменного тока, %, не более......... 10

Количество одновременно охраняемых помещений

и объектов, шт........................ 1... 20

Готовность устройства к эксплуатации после

включения в рабочий режим, с............. 0, 5

Время срабатывания ЭУОС после размыкания контактов одного из переключателей охранной цепи, мс, не более....................3

вероятность безотказной работы устройства при риске заказчика в=0, 93............. 0, 97

Срок службы устройства, ч, не менее...... 5000

Электрическая прочность изоляции токоведущих цепей при нормальных климатических условиях эксплуатации, В, не менее................ 500

Электрическое сопротивление изоляции токоведущих частей между собой и металлическим корпусом, МОм, не менее................ 10

Помехозащищенность устройства при напряженности внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее............................ 80 кпд, %, не менее........................ 70

Рис. 2.1. Принципиальная схема комбинированной электронной системы охранной сигнализации.