2.4. Электронное комбинированное устройство сигнализации

2. 4. ЭЛЕКТРОННОЕ КОМБИНИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ

Для изготовления в домашней мастерской и для практического использования предлагается к рассмотрению достаточно простое УС, содержащее всего одну ИМС и три транзистора. Монтаж, регулировка и настройка этого устройства доступны подготовленному радиолюбителю.

Электронное комбинированное сторожевое устройство со световой и звуковой сигнализацией предназначено для охраны жилых, производственных и хозяйственных помещений, а также транспортных средств от несанкционированного вторжения. Оно может быть установлено на дверях, окнах, форточках, люках, крышках, капотах и т. п. Простота конструктивного и схемно-технического решений электронного комбинированного УС делает его общедоступным для тиражирования в радиолюбительских лабораториях, цехах малых предприятий и мастерских юных техников. УС может быть применено для охраны объектов на садово-огородных участках. В данном устройстве применяются комплектующие изделия и элементы общего назначения, которые имеются в торговой сети, что значительно снижает стоимость его изготовления при серийном производстве. В целом охранное устройство имеет высокие технико-экономические показатели: например, в режиме холостого хода максимальный ток, который потребляет УС, не превышает 5 мА. УС работает от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, а также и от аккумуляторной батареи напряжением 12 В.

Принципиальная электрическая схема устройства со световой и звуковой сигнализацией приведена на рис. 2. 3. Как следует из данной электрической схемы, УС включает в свой состав входное устройство, сетевой понижающий трансформатор питания Т1, выпрямительное устройство с емкостным фильтром, СИП, устройство электронной сигнализации комбинированного тока и выходные сторожевые цепи.

Входное устройство обеспечивает подключение к сети переменного тока напряжением 127 или 220 В, а также к аккумуляторной батарее GB1; предохраняет УС от коротких замыканий в первичных цепях, которые часто возникают при неправильной сборке или монтаже и из-за

некачественных комплектующих ЭРЭ; сигнализирует о готовности УС к эксплуатации. На входе установлен плавкий предохранитель F1,сигнальная лампа Н1 и однополюсные переключатели В1 и В4. Подключение к сети переменного тока осуществляется с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка», смонтированного с электрическим кабелем, имеющим повышенное сопротивление изоляции. Длина кабеля колеблется в пределах от 1, 5 до 2, 3 м. Для переключения напряжения с 220 В на напряжение 127 В на входе устройства установлены два держателя предохранителя F1 (на схеме не указано), один из которых подключен к обмоткам выводов трансформатора 1 и 3, а второй — к выводам обмоток 2 и 3.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 изготавливается на магнитопроводе броневой конструкции типа ШЛ, Ш или УШ, имеет одну катушку с тремя обмотками, изолированными друг от друга лакотканью с повышенной электропрочностью. Катушка трансформатора устанавливается на центральном стержне магнитопровода, активная площадь поперечного сечения которого должна быть не менее 4, 5... 5 см2. Сетевой трансформатор питания обеспечивает расчетный уровень выпрямленного напряжения постоянного тока, полную гальваническую развязку вторичных цепей устройства от высокого напряжения переменного тока питающей сети, а также дополнительную электробезопасность при эксплуатации устройства, так как на вторичной обмотке трансформатора Т1 и элементах электронной схемы действует пониженное безопасное напряжение. Моточные данные самодельного сетевого понижающего трансформатора Т1 приведены в табл. 2. 6.

На выходных обмотках сетевого трансформатора Т1 в режиме холостого хода действуют переменные напряжения 6, 3 В (выводы 6 и 7) и 13, 5 В (выводы 4 и 5). Вместо самодельного трансформатора в данном УС можно применить готовый унифицированный трансформатор типов ТА, ТН, ТАН, ТПП, ТС, ТТ, например можно использовать трансформатор типа ТПП277-127/220-50.

К выводам вторичной обмотки б и 7 подключена сигнальная лампа H1 с напряжением питания 5... 6 В. К выводам 4 и 5 трансформатора подключено выпрямительное устройство, собранное по однофазной двухполупериодной мостовой схеме на четырех выпрямительных

Таблица 2. 6. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в комбинированном электронном сторожевом устройстве

диодах VD1 — VD4 и относящееся к выпрямителям нерегулируемого типа. Рассматриваемый выпрямитель, выполненный по схеме Греца, характеризуется рядом положительных и отрицательных параметров. К положительным параметрам выпрямительного устройства можно отнести повышенную частоту пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока, более полное использование габаритной мощности трансформатора, сравнительно низкий уровень обратного напряжения на комплекте выпрямительных диодов, повышенную мощность, которую можно получить с этого выпрямителя. К недостаткам мостовой схемы относятся: значительное количество используемых выпрямительных диодов, сравнительно большая (по сравнению с другими схемами) стоимость изготовления выпрямителя, невозможность установки однотипных выпрямительных диодов на металлические радиаторы охлаждения без изоляционных прокладок, пониженное значение кпд и повышенные потери. Выпрямительные диоды в такой схеме имеют легкие условия эксплуатации, высокую надежность работы и повышенный срок службы. Работает выпрямитель Греца на емкостный фильтр, собранный на оксидных конденсаторах. Пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока сглаживаются сначала фильтром на конденсаторах С1 и С2, а затем П-образпым фильтром, включающим в свои состав оксидные конденсаторы СЗ, С4 и резистор R2.

В схеме электронного комбинированного УС на выходе выпрямителя собран ПСН, составленный из стабилитрона VD5. балластного резистора R1 и усилителя тока, выполненного на транзисторе VT1. Стабилизатор напряжения обеспечивает на выходе постоянное стабилизированное напряжение 12В при токе нагрузки до 100 мЛ. Для увеличения мощности стабилизатора и тока нагрузки транзистор VT1 может быть заменен более мощным, например из серии К. Т608, П216.

В состав УС входят ИМС DA1, два маломощных транзистора VT3, VT2 и тиристор VD 10 (VS1). Включается устройство двумя электрическими переключателями B1 и В2. Первый выключатель подготавливает устройство к работе, о чем свидетельствует загорание сигнальной лампы H1. Выключатель В2, расположенный скрытно, включает собственно сигнальное устройство. При включении питания начинает заряжаться электролитический конденсатор С6 через резистор R4. Транзисторы в это время закрыты. ИМС, состоящая по существу из четырех полевых транзисторов с изолированным затвором, работает в ключевом режиме. При напряжении питания до 6 В эти ключи закрыты. Как только конденсатор С6 зарядится до напряжения 8 В и напряжение на затворах транзисторов микросхемы достигнет 4 В, на выводе 3 появится напряжение высокого уровня — напряжение питания. Следует заметить, что выводы 2 и 6 ИМС являются затворами полевых транзисторов, вывод 3 — истоком, 10 и 12 — стоками, 9 и 13 — затворами, 11 — изолированным затвором на общей подложке. ИМС DAI представляет собой четырехтранзисторный переключатель.

Конденсатор С6 заряжается до порогового напряжения примерно за 1, 5 мин, и за это время необходимо отключить замкнутый контакт, например дверь охраняемого объекта. Если на объекте установлено несколько скрытых выключателей, то указанное время отсчитывается от момента включения последнего переключателя. Регулировка времени срабатывания УС обеспечивается изменением номиналов электрической цепочки R4, С6.

На транзисторах VT2, VT3 собран мультивибратор, предназначенный для управления тиристором VD10 (VS1), в анодную цепь которого включают звуковой сигнализатор или несколько звуковых сигнализаторов. При включении электропитания переключателем В2 питание подается на мультивибратор. С этого момента вся система сигнализации находится в дежурном режиме работы, потребляя минимальный ток. Конденсаторы С7 и С8 пока не заряжены, а транзисторы VT2 и VT3 и тиристор VD10 (VS1) закрыты.

Переключатели S1 и S2 установлены так, что при открывании дверей или окон, где они установлены, их контакты замыкаются, и в это время вывод 9 микросхемы через электрическую цепочку R5, VD7 подключается к отрицательному полюсу источника питания. Если после открывания двери ее опять закрыть и тем самым снова замкнуть контакты кнопочного переключателя S1 или S2, конденсатор будет медленно разряжаться через резистор R4. Конденсатор С6 заряжается примерно за 2 мин, а разряжается за 1, 5 мин. После зарядки конденсатора С6 на выводе 8 ИМС DAI появляется полное напряжение питания, которое сохраняется до тех пор, пока напряжение на выводе 9 не станет меньше порогового значения. В течение 1, 5 мин тревожный сигнал будет продолжаться, хотя дверь уже закрыта.

В момент, когда на выводе 8 ИМС появляется полное напряжение, начинает заряжаться конденсатор С8 через резистор R12 и открывается транзистор VT2. Мультивибратор переходит в рабочий режим. В это же время на управляющий электрод тиристора VD10 (VSI) поступают через резистор R17 открывающие его импульсы с частотой примерно 0, 5 Гц и подаются прерывистые звуковые сигналы. Задержка времени от момента открывания двери до появления звукового сигнала равна 15... 18 с. За это время переключатель В2 переводится в положение «включено». Процесс восстановления режима сигнального устройства к повторному включению длится ориентировочно 1 мин.

При замыкании контактов S4, S5 световой и звуковой сигналы включаются практически мгновенно. При их замыкании через цепь R7, VD9 вывод 13 ИМС DAI подключается к отрицательному полюсу источника питания, появляется напряжение питания на выводе 14 ИМС и через резистор R13 заряжается конденсатор С8. В данном случае почти без задержки срабатывает мультивибратор. В это же время напряжение на конденсаторе С8 продолжает повышаться, что приводит к увеличению частоты Жуковых сигналов, которые затем сливаются в епрерывное гудение.

В УС применяются следующие комплектующие изделия и элементы: сетевой понижающий трансформатор питания Т1 броневой конструкции типа ШЛ; ИМС DA1 типа K1KТ682B; транзисторы VT1 тина КТ603Б, VT2 КТ315А, VT3 — KT361A; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КД105Б, VD6- VD9 — Д220;

стабилитрон VD5 тина Д814Д; тиристор VD10 (VS1) типа КУ202Н; конденсаторы С1 типа К50-3-50В-200 мкФ, С2 — К50-3-16В-100 мкФ, СЗ— К50-3-16В-200 мкФ, С4 — К50-3-16В-200мкФ, С5— К50-3-16В-10мкФ,С6— К50-3-16В-50 мкФ, С7 — К50-3-16В-20 мкФ, С8— К50-3-16В-10 мкФ, С9 — К50-3-16В-200 мкФ, С10— К10-7В-50В-Н30-3300 пФ, СИ— К50-3-25В-50 мкФ; резисторы R1 типа ВСа-0.5-470 Ом, R2 — ВСа-0,125-150 Ом, R3 — ВСа-0,125-30 кОм, R4 - ВСа-0,125-2,0 МОм, R5 — ВСа-0,125-30 кОм, R6 — ВСа-0,125-1,3 кОм, R7 — ВСа-0,125-1,3 кОм, R8— ВСа-0,125-2,0 МОм, R9 — ВСа-0,125-30 кОм, R10 — ВСа-0,125-1,3 кОм, R11 — ВСа-0,125-30 кОм, R12 — ВСа-0,125-150 кОм, R13— ВСа-0,125-100 кОм, R14 — ВСа-0,125-240 кОм, R15 — ВСа-0,125-30 кОм, R16— ВСА-0,125-50 кОм, R17— ВСа-0,125-100 Ом, R18— ВСа-0,125-100 Ом, R19 — ВСа-2-240 кОм; электрический соединитель X1 типа «вилка» с электрическим кабелем длиной 1,5 м; плавкий предохранитель F1 типа ПМ-1-0,25 А; индикаторные лампы H1 типа МН-6,3-0,3 А, Н2—Н4— А-12; аккумуляторная батарея средней емкости GBI с номинальным напряжением постоянного тока 12 В; переключатели В1, ВЗ, В4 типа П2Т-1-1, 52, SI—S5 типа П2К; громкоговоритель ВА1 с сопротивлением обмотки около 4 Ом или телефонный капсюль динамического типа.

При монтаже, регулировке и -ремонте УС могут быть применены другие комплектующие изделия и ЭРЭ, не ухудшающие основные электрические параметры устройства и его эксплуатационные характеристики. Например, сетевой понижающий трансформатор питания T1 типа ТС-5-4 можно заменить самодельным трансформатором с характеристиками, указанными в табл. 2.6. Диоды типа КД105Б можно заменить на КД102, КД103, КД105, Д226; стабилитрон типа Д814Д — на Д813; транзистор типа КТ603Б — на КТ608, КТ815, ГТ404; тиристор типа КУ202Н — на КУ202А, КУ202Б; электролитические конденсаторы типа К50-3 — на К50-6, К50-12, К50-16, К50-20; резисторы типа ВСа — на МЛТ, МТ, ОМЛТ, ВС, УЛИ, Cl-4, C2-8.

При изготовлении устройства рекомендуется объединить БП и БЭ в единую конструкцию, выполненную в пластмассовом корпусе, на лицевой панели которого необходимо предусмотреть выводы для подключения шлейфа, внешнего автономного источника электропитания, блока громкоговорителей и датчиков, устанавливаемых на¦ входных дверях, окнах и т. д.

Монтаж всех элементов сторожевого устройства необходимо выполнять только при отключенном напряжении питания. Блоки, узлы и датчики устройства должны быть размещены в местах, защищенных от влаги, масла, ныли, высокой температуры, агрессивных паров различных жидкостей и обязательно в труднодоступных для посторонних лиц местах так, чтобы их нельзя было сразу обнаружить и вывести из строя.

Основные электрические параметры и технические характеристики электронного комбинированного сторожевого устройства

Номинальное напряжение питающей сети неременного тока, В ....................... .220 или 127

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

Номинальное напряжение автономного источника питания постоянного тока, В .............. .12

Пределы изменения напряжения питающей сети

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

Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, Гц ..................... .49,5...50,5

Пределы изменения напряжения автономного источника питания, при которых обеспечивается устойчивая работа устройства, В .... .10...14

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

Выходное стабилизированное напряжение для электропитания блоков устройства и подзарядки аккумуляторной батареи, В .......... .12±0,05

Коэффициент стабилизации, не менее .......... .100

Амплитуда пульсаций стабилизированного напряжения постоянного тока, мВ, не более ........ .15

Ток, потребляемый устройством от сети переменного напряжения в режиме холостого хода, мА, не более .......................... 10

Ток, потребляемый от автономного источника питания, в режиме холостого хода, мА, не более . . .5

Максимальная мощность сторожевого устройства

при включенной сигнализации, Вт .......... .35...40

Сопротивление изоляции токоведущих частей устройства относительно друг друга и металлического корпуса, МОм, не менее .......... .5

Напряжение на выводах вторичных обмоток трансформатора 77, В:

5 и б ............................ .6

7 и 8............................. 13, 5

Помехозащищенность устройства при напряженности внешнего электромагнитного ноля, дБ, не менее............................. 80

Вероятность безотказной работы устройства при Р =0, 92, не менее............... 0,97

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

кпд, %, не менее ........................85

Рис. 2.3. Принципиальная схема комбинированного электронного устройства сигнализации.