2.10. Быстродействующее охранное устройство

2. 10. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО

Данное устройство со звуковой сигнализацией тревоги разработано для эксплуатации в помещениях и на открытом воздухе в условиях УХЛ и В при воздействии температуры окружающей среды от —30 до 45 °С, относительной влажности воздуха до 92%, при температуре 22 °С и атмосферном давлении воздуха от 200 до 1000 мм рт. ст. Это обеспечивается схемным решением, конструкцией устройства, технологией его изготовления и примененными ЭРИ и ЭРЭ. Рассматриваемое электронное устройство предназначено для охраны жилых и производственных помещений, офисов, складов, гаражей, приусадебных построек и других стационарных объектов, а также может быть приспособлено для охраны автомобилей и другого подвижного транспорта, в том числе и водного.

Электропитание охранного устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В частотой 50 Гц, а также от автономных источников питания, имеющих выходное напряжение 9 В. В качестве встроенного источника питания может быть использован ХИТ или аккумуляторная батарея GB1. Охранное устройство имеет простую электронную схему, собранную из комплектующих ЭРЭ широкого применения, и достаточно простую конструкцию, это позволяет повторять его в производствах малых предприятий и акционерных обществ.

Принципиальная электрическая схема быстродействующего охранного устройства, выполненного на одной ИМС, приведена на рис. 2. 10. При промышленном изготовлении данного устройства в комплект поставки входят датчики, БП, ХИТ, БЭ, блок громкоговорителей и монтажный комплект. При изготовлении охранного устройства в условиях радиолюбительской лаборатории можно рекомендовать для монтажа два блока: БП и БЭ.

Блок питания включает в свой состав входные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания Т1, выпрямитель, работающий на емкостную нагрузку и выполненный на одной диодной сборке, ПСН, выходную цепь для подключения ХИТ.

Входное устройство обеспечивает подключение к сети переменного тока с помощью электрического соединителя XI типа «вилка»; подключение к автономному источнику питания постоянного тока с помощью малогабаритных приборных контактных зажимов Х2, ХЗ; защиту первичных цепей охранного устройства от перегрузок и коротких замыканий и индикацию о готовности устройства к работе с помощью неоновой лампы тлеющего разряда H1.

В этом устройстве применен сетевой понижающий трансформатор питания Т1, который изготавливается на броневом ленточном магнитопроводе типа ШЛМ с уменьшенным расходом меди. Трансформатор выбран из унифицированного ряда «Габарит» и характеризуется высокими электромагнитными параметрами и технико-экономическими характеристиками. Трансформатор имеет одну катушку, установленную на центральном стержне магнитопровода, активная площадь поперечного сечения стали которого равна 6, 25 см2. На каркас катушки намотано пять обмоток: две первичные и три вторичные. Первичные обмотки намотаны на одну технологическую операцию сдвоенным проводом, имеющим повышенную прочность изоляционного покрытия. Между первичными и вторичными обмотками уложен слой медного эмалированного провода, один конец которого заземлен, а второй изолирован. На вторичных обмотках трансформатора действует напряжение переменного тока 6, 3 (выводы 7 и 8); 5, 0 (выводы 9 и 10) ; 6,3 (выводы 9 и 11);

5,0 (выводы 12 и 13); 6,3 В (выводы 12 и 14). Всем этим характеристикам отвечает покупной трансформатор типоразмера ТН24-127/220-50.

Выходной понижающий трансформатор питания Т1 обеспечивает расчетный уровень выходного выпрямленного напряжения, гальваническую развязку вторичных цепей охранного устройства от сети переменного тока высокого напряжения и дополнительную электробезопасность при его эксплуатации, регулировке и ремонте. Габаритная мощность сетевого трансформатора при полной нагрузке составляет 55... 60 Вт. В устройстве может быть применен самодельный сетевой трансформатор питания с параметрами и моточными данными, приведенными в табл. 2. 13.

В качестве выпрямителя в устройстве применена диодная сборка VD1, которая выполнена из четырех выпрямительных диодов по однофазной двухполупериодной схеме. Такой выпрямитель можно устанавливать непосредственно на металлический радиатор без изоляционных прокладок, он характеризуется законченностью конструктивно-технологического оформления, оптимальными малогабаритными свойствами, простотой применения в схеме устройства, улучшенными электрическими параметрами: повышенной частотой пульсации выпрямленного напряжения, достаточно малым значением обратного напряжения на комплекте диодов, хорошим использованием габаритной мощности трансформатора и возможностью работы без трансформатора. Но недостаток этой схемы — повышенное падение напряжения.

Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора (выводы 7 и 11), поступает на диодную сборку, выпрямляется и затем сглаживается емкостным фильтром, собранным на оксидных электролитических конденсаторах С1 и С2. Конденсатор СЗ служит для фильтрации высокочастотных помех.

Таблица 2.13. Моточные данные сетевою понижающею трансформатора питания Т1, примененного в быстродействующем охранном устройстве

Выпрямленное напряжение постоянного тока подается на ПСН, в котором транзистор VT1 усиливает выходную мощность БП. В базу транзистора включен резистор R2, регулирующий выходное стабилизированное напряжение в пределах от 2 до 12 В, которое при регулировке контролируется вольтметром PV1.

В качестве автономного источника питания GB1 может быть применена батарея из сухих элементов МЦ-системы, аккумуляторная батарея любой системы или аккумулятор, используемый для питания бортовой сети подвижного транспорта с выходным номинальным напряжением 12 В. При работе охранного устройства от сети переменного тока автономный источник питания отключается. Максимальная нагрузка на выходе БП не должна превышать 1А.

Конструктивно БП рекомендуется выполнить в виде самостоятельной сборочной единицы, в отдельном корпусе с соответствующими переходными электрическими кабелями, необходимыми для подключения к сети переменного тока, электронному блоку и звуковому сигна-

лизатору. Правильно собранный БП не требует дополнительной регулировки и налаживания. Перечень применяемых в устройстве покупных комплектующих ЭРИ и ЭРЭ и рекомендации по их возможной замене приведены в табл.2.14. Защита БП от перегрузок и коротких замыкании, возникающих при неправильном монтаже выходных цепей, обеспечивается двумя плавкими предохранителями F1 и F2.

Электронный блок сигнализации охранного устройства собран на одной ИМС и двух транзисторах, имеющих соответствующие цени управления. ИМС DA1 включает в себя четыре логических элемента 2И-НЕ и образует генератор прямоугольных импульсон (выводы 4...10); реле времени (выводы 1...3); устройство согласования входного сопротивления усилителя звуковой частоты и генератора.

Таблица 2.14. Перечень основных комплектующих ЭРИ и ЭРЭ, примененных в быстродействующем охранном устройстве

Окончание табл. 2.14

В охранном устройстве контакты переключателей S4 и S5 замкнуты, а контакты переключателей S1—S3, устанавливаемые на дверях, окнах, форточках, капотах и т. д.,— разомкнуты. Схема находится в обесточенном состоянии и в ждущем режиме работы. Вместо переключателей S4 и S6 могут быть применены магнитоуправляемые контакты — герконы. При открывании дверей контакты переключателей S1—S3 замыкаются и напряжение питания от стабилизатора или от автономного источника питания подается через диод VD3 на транзистор VT3, включенный в цепь усилителя звуковой частоты. Это же напряжение поступает на второй ПСН, собранный на стабилитроне VD8 и резисторе R5 и питающий микросхему. Конденсатор С5 начинает заряжаться с момента открывания дверей и замыкания контактов переключателей S1—S3 или одного из них. Время зарядки конденсатора С5 определяется величиной сопротивления резистора R13. После зарядки конденсатора С5 напряжение на входе первого элемента ИМС (выводы 1 и 2) достигнет низкого уровня логического нуля, a на его выходе (вывод 3) появится высокий уровень логической единицы, соответствующий напряжению 9 В. Часть этого напряжения, равного 5...7 В, через выпрямительный диод VD9 и ДН, собранный на резисторах R6 и R7, подводится к входу второго элемента ИМС (вывод 5). Все это приводит к самовозбуждению генератора прямоугольных импульсов. Цепь задающей частоты образована конденсатором С6, резистором R9 и транзистором VT2.

Электронная схема устройства работает, когда включены контакты переключателей S4, S6. Это происходит одновременно с замыканием контактов переключателей S1—S3. В этом случае контакты переключателя S5 разомкнуты. Напряжение питания через замкнутые контакты и выпрямительный диод VD4 поступает в цепь сигнализации, а через диод VD5 и резистор R3 — на конденсатор С4. Как только напряжение на этом конденсаторе достигнет определенного заданного значения, срабатывает второй элемент ИМС DA1, генератор начинает вырабатывать импульсы — сигналы тревоги. Частота следования сигналов постепенно нарастает по мере зарядки конденсатора С4 до максимального значения и в результате плавного уменьшения сопротивления транзистора VT2. Громкость подаваемого сигнала тревоги регулируется резистором R11.

Изготавливается быстродействующее охранное устройство в виде двух блоков в корпусах прямоугольной конструкции, имеющих лицевые панели и крышки, в которых предусматриваются вентиляционные отверстия. Монтаж ЭРИ и ЭРЭ производится печатным способом на плате из фольгированного одностороннего гетинакса или стеклотекстолита толщиной до 2 мм.

Сетевой трансформатор Т1, диодная сборка VD1 и мощные транзисторы VT1 и VT3 устанавливаются отдельно на металлическом шасси и радиаторе охлаждения. На лицевых панелях БП и БЭ размещают органы управления, ИП PV1, разъемы электрических соединителей, приборные контактные зажимы и держатели предохранителей F1 и F2. Все электрические соединители выполняются или способом печатного монтажа, или отрезками тонкого монтажного провода, имеющего надежную изоляцию. Достаточная простота схемно-технического решения позволяет монтировать охранное устройство в условиях радиолюбительской лаборатории и не требует сложной настройки и регулировки.

В данном электронном охранном устройстве применены покупные комплектующие ЭРЭ широкого назначения, большинство из которых имеет соответствующие зарубежные аналоги. В качестве измерительного вольтметра может быть использован покупной прибор типа М4231-40 или любой другой вольтметр постоянного тока, рассчитанный на измерение напряжения до 20 В. Можно применить электрические соединители типа ОНЦ-ВГ, СЩ-5, СГ-5, СНО, СНЦ, РПМ.

При монтаже и эксплуатации этого охранного устройства необходимо соблюдать правила электробезопасности. Надо помнить, что источник переменного напряжения имеет высокое опасное для жизни напряжение — 220 В.

Основные электрические параметры и технические характеристики быстродействующего охранного устройства

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

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

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

Пределы изменения напряжения питающей сети неременного тока, В .................... .180...240 или 110...140

Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, % ................... .±1

Пределы изменения напряжения автономного источника питания, при которых сохраняется устойчивая работа устройства, В ........... .8,5...14

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

Регулируемое выходное стабилизированное напряжение БП, В ......................... .2...12

Нестабильность выходного напряжения постоянного тока, %, не более ..................... . 0, 1

Амплитуда пульсации выходного напряжения

постоянного тока,мВ, не более ............. 5

Напряжение вторичной стабилизации, В ........ 5

Коэффициент стабилизации напряжения постоянного тока

, не менее .................... 100

Время срабатывания устройства при размыкании контактов, с, не более:

S1- S3 .......................... 50

S4. S6 .......................... 1

Генерируемая частота звукового сигнала при

работе устройств, Гц ................... 1100

Количество одновременно охраняемых объектов, шт . 2...10 Уровень давления звукового сигнала при полной мощноти и на расстоянии 1 м от источникя звука, дБ, не более ......................... 110

Mощность, потребляемая устройством в дежурном

режиме работы, мВт, не более ............. 20

Мощность, потребляемая устройством при срабатывании звукового сигнала, Вт ............. 20

Помехозащищенность устройства при воздействии

внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . 100 Сопротивление изоляции токоведущих частей устройства относительно металлического корпуса, МОм, не менее .................... 15

Масса устройства в комплекте, кг ............ 1,6

кпд, %, не менее ........................ 80

Срок службы устройства, ч ................. 5000

Вероятность безотказной работы устройства при

риске заказчика в =0,9, не менее .......... 0,98

Рис. 2.10. Принципиальная схема быстродействующего охранного устройства.