|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ИК линия связи в охранной сигнализации. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Охрана и безопасность Когда прокладка проводных линий оказывается невозможной, а использование радио по тем или иным причинам затруднено, при создании охранных систем нередко обращаются к инфракрасной (ИК) технике. В предлагаемой статье описан ИК передатчик, который сможет изготовить радиолюбитель, не имеющий большого опыта в конструировании подобного рода устройств. Большие помехи в радиоканалах, разрешенных в России для охранных систем (26 945 кГц и 26 960 кГц), легкость их блокировки, различные административно-финансовые препятствия, возникающие при использовании радио в устройствах охранной сигнализации, заставляют искать иные средства беспроволочной связи. С появлением полупроводниковых излучателей, способных генерировать мощные ИК вспышки, такая возможность стала реальностью. На рис. 1 показана схема ИК передатчика. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран тактовый генератор, работающий на частоте 32 768 Гц. DD3 - счетчик, на выходе 11 которого присутствуют импульсы с частотой 16 Гц, а на выходе 14 - 2 Гц. Элементы DD2.1-DD2.4 образуют переключатель. На его выходе (DD2.4) появляются импульсы с частотой 2 или 16 Гц в зависимости от уровня напряжения на выводе 5 элемента DD2.1.
В дежурном режиме петля охраны замкнута и на выводе 5 DD2.1 - низкий уровень. Высокий уровень с выхода элемента DD2.2 разрешает прохождение импульсов частотой 2 Гц через элемент DD2.3. На выходе DD2.1 также высокий уровень, поэтому импульсы следуют и через элемент DD2.4. При обрыве петли охраны на выводе 5 DD2.1 возникает высокий уровень и импульсы с частотой 16 Гц проходят через этот элемент. На выходе элемента DD2.2 - низкий уровень, поэтому прохождение импульсов через DD2.3 запрещено. На выходе DD2.3 - высокий уровень, и импульсы частотой 16 Гц проходят через элемент DD2.4. Цепь Р1С1 устраняет влияние наводок на петлю охраны. Дифференцирующая цепь Р5C3 и элементы DD1.4-DD1.6 формируют из поступающего с выхода DD2.4 меандра короткие импульсы длительностью 10 мкс. Возникающий в коллекторной цепи транзистора VT1 ток возбуждает ИК диод ВI1, и в пространство излучаются короткие ИК вспышки. Итак, передатчик всегда что-то излучает: либо редкие импульсы, если оснований для тревоги нет, либо частые в режиме тревоги. Важнейшим параметром ИК передатчика, как и любого элемента охранной техники, является его экономичность в дежурном режиме. В табл. 1 показана зависимость тока, потребляемого передатчиком, Iпотр от напряжения источника питания Uпит. В режиме передачи тревожного сигнала Iпотр возрастает примерно на 10%.
Небольшое энергопотребление позволяет ввести резервный источник питания непосредственно в корпус передатчика без увеличения его габаритов. Это могут быть, например, шестивольтные батареи GР11А, Е11А (диаметром 10,3 и высотой 16 мм) или GР476А, КS28, К28L. (диаметром 13 и высотой 25 мм) и др. Продолжительность непрерывной работы с таким источником составит несколько сотен часов. Показанная в табл. 1 зависимость тока через ИК диод Iимп от напряжения питания позволяет судить о мощности ИК вспышек, излучаемых передатчиком, и соответственно о его "дальнобойности". Печатную плату передатчика изготавливают из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На рис. 2,а показана конфигурация проводников, а на рис. 2,б дано размещение деталей. Фольга со стороны деталей (она показана синим цветом) использована только в качестве общего провода. Места подпайки к ней выводов резисторов, конденсаторов и др. показаны зачерненными квадратами, а соединения "заземляемых" выводов микросхем или позиции проволочных перемычек - квадратами со светлыми точками в центре.
В центре платы сверлят отверстие под ИК диод, его выводы припаивают к соответствующим уширениям на печатных проводниках внакладку. Конденсаторы С1,С2,С5 - типа КМ-6 (выводы в одну сторону), а C3 - КМ-5а (выводы в разные стороны). Электролитические конденсаторы С4 и С6 - любых типов, однако диаметр конденсатора С6 должен быть не более 10 мм. Все резисторы -МЛТ-0,125. Имеющиеся в продаже ИК диоды предназначены для работы в устройствах дистанционного управления бытовыми радиоаппаратами и имеют довольно широкую диаграмму направленности - до 25...300. Для увеличения "дальнобойности" такого излучателя нужно применить линзу-конденсор (рис. 3). Здесь: 1 - печатная плата; 2 - ИК диод; 3 - корпус передатчика (ударопрочный полистирол толщиной 2...2.5 мм); 4 - обойма стандартной пятикратной часовой лупы (на ней должен быть значок "х5"); 5 -линза. Лупу приклеивают к передней стенке корпуса, в которой сделано отверстие диаметром 30...35 мм. Клей - растворенные в растворителе 647 кусочки полистирола. Им же клеют и сам корпус. При указанном на чертеже расстоянии между основанием лупы и печатной платой ИК диод оказывается примерно в фокусе линзы и излучение передатчика сжимается в узкий пучок. Это многократно увеличивает мощность ИК сигнала на другом конце линии связи.
Размещая передатчик, нужно помнить об очень узкой диаграмме направленности его излучения - узел крепления должен позволить точную наводку передатчика и жесткую его фиксацию в лучшем положении. Можно воспользоваться, например, шарнирной головкой от фотоаппарата или кинокамеры, установив ее на стене, раме окна и т.п. А можно выполнить этот узел так, как показано на рис. 4. Узел крепления состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1,5..2,5 мм с припаянными на концах латунными кружками (это могут быть, например, старые пятикопеечные монеты). Один из них крепят винтами к боковой стенке излучателя (резьба - в стенке), другой - к опоре. Проволоку сгибают так, чтобы излучатель занял нужное положение. Во избежание значительных вибраций проволока должна быть более короткой.
Испытания показали, что при напряжении питания 6 В передатчик способен обеспечить связь на расстоянии 70 м. Но это не предел. Зависимость расстояния г от тока Iимп при прочих равных условиях имеет вид: r=KVIимп где К - коэффициент, учитывающий "прочие условия". Таким образом, при Uпит=10 В r=100 м. Ток в ИК диоде может быть увеличен и подбором резистора R7: Iимп=(Uпит-4)/R7. Но делать это нужно с осторожностью: в любом сочетании Uпит и R7 амплитуда тока в ИК диоде не должна превышать 2 А во избежание его повреждения. К сожалению, максимально допустимое значение импульсного тока в ИК диодах приходится устанавливать экспериментально -как правило, в справочной литературе эта информация отсутствует. Значительного увеличения мощности ИК импульсов можно достигнуть, применив ИК диод типа АЛ123А и перестроив "сильноточную" часть усилителя так, как показано на рис. 5.
В этом случае может быть получен ток в импульсе Iимп=10 А - допустимый для ИК диода типа АЛ123А. Резистор R4 - самодельный, намотанный из провода с высоким удельным сопротивлением. Длину провода определяют по цифровому омметру или в соответствии с табл. 2.
Амплитуду и форму тока, возбуждающего ИК диод, контролируют, подключив осциллограф к резистору R4. Излучающую головку можно изготовить в виде отдельного блока. Печатная плата мощного усилителя показана на рис. 6.
Все остальные элементы ИК излучателя могут войти в электронную часть охранной системы в качестве фрагмента, связанного с ИК головкой трехпроводным кабелем. Принципиальная схема ИК приемника показана на рис. 7. Микросхема DА1 преобразует импульсы тока, возникающие в фотодиоде ВL-1 под действием ИК вспышек, в импульсы напряжение. Одновибратор, выполненный на элементах DD1.1 и DD2.1, расширяет этот импульс до tф1 = 5 мс (tф1 - R2С5). Одновибратор DD1.3, DD2.3 формирует импульс длительностью tф2= 1.5 с ( tф2~ R4С6), разрешающий беспрепятственный подсчет импульсов счетчиком DD3 лишь на этом временном интервале. На элементах DD2.5 и DD2.6 собран звуковой генератор.
Приемник активизируется фронтом первой же ИК вспышки. Запускаются одновибратор DD1.1,DD2.1, а также одновибратор DD1.3, DD2.3. Одновременно цепь DD2.2С7R6 формирует на входе R счетчика DD3 импульс (его длительность tR = 7 мкс, tR - R6С7). устанавливающий счетчик в нулевое состояние Как только отработает одновибратор DD1.1, DD2.1, на выходе элемента DD1.1 возникнет низкий уровень и на счетчик DD3 поступит первый счетный импульс. Если на фотоприемник поступают импульсы, следующие с частотой 2 Гц (с такой частотой, напомним, следуют ИК вспышки в дежурном режиме), то на выходе 4 счетчика DD3 сохраняется низкий уровень, так как фронтом четвертого импульса (он появится через 0,5x4 = 2 с - по окончании разрешающего счет интервала tф2= 1.5 с) DD3 будет возвращен в предстартовое состояние (диаграмма 4 на рис. 8). По-иному ведет себя приемник, если на него приходят ИК импульсы, период следования которых равен 62,5 мс, т. е. сигнал тревоги Поскольку четыре периода по 62,5 мс -это 250 мс, что значительно меньше интервала tф2= 1,5 с, то четвертый импульс переведет счетчик DD3 в состояние "4" (высокий уровень на выводе 5). Счетчик в этом состоянии заблокируется (из-за низкого уровня на выходе DD1.2), включится светодиод НL1 и звуковой генератор будет издавать прерывистый сигнал. Это будет продолжаться примерно 1,25 с, после чего возникнет 0,25-секундная пауза и тревожная сигнализация повторится.
При обрыве связи приемник ведет себя иначе. Если в течение примерно 1,5 с приемник не обнаруживает ИК вспышки, конденсатор С8 разряжается по цепи VD6R11DD2.3. Транзистор VТ1 входит в насыщение, напряжение на резисторе R8 возрастает до напряжения питания, на выходе DD1.4 устанавливается низкий уровень, и звуковой генератор излучает тональный сигнал частотой 1 кГц. С появлением первой же ИК вспышки конденсатор С8 быстро зарядится по цепи R10VD5, тональный сигнал прекратится и приемник приступит к анализу поступающих сигналов. Печатную плату приемника (рис. 9) изготавливают из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.
Фотоголовку ИК приемника (фотодиод ВL1, микросхема DА1 и др.), обладающую высокой чувствительностью к электрическим наводкам в широком спектре частот, необходимо экранировать Экран изготавливают из жести, его раскрой показан на рис. 10.
Места сгибов показаны штриховыми линиями. Согнутый экран пропаивают в углах и, установив в нужном положении на плату, припаивают к ней в двух-трех точках. Внешний вид ИК приемника показан на рис. 11.
Конструктивно приемник может быть выполнен так, как показано на рис. 12.
Здесь: 1 - корпус приемника (черный полистирол толщиной 2...215 мм): 2 - обойма семикратной ручной лупы (ручка срезана); 3 - ее линза; 4 - печатная плата; 5 - фотодиод. Обойму лупы приклеивают к передней стенке корпуса, имеющей отверстие диаметром около 35 мм (клейрастворенные в растворителе 647 кусочки полистирола) Расстояние между стоящими соосно фотодиодом и линзой должно быть близко к фокусному расстоянию линзы. Это сконцентрирует поступающий световой поток на фотодиоде и значительно увеличит чувствительность фотоприемника к слабым сигналам. В корпусе нужно предусмотреть место для размещения пьезоизлучателя ВF1 и светодиода НL1. К узлу крепления приемника предъявляются те же требования, что и к креплению передатчика: должна быть обеспечена удобная наводка и надежная фиксация в лучшем положении. Если по условиям связи ИК приемник должен быть вынесен на улицу (для связи, например, с автомобилем, стоящим у торца дома), то во избежание боковых засветок от посторонних источников, способных уменьшить чувствительность, на линзу-объектив нужно надвинуть бленду. Это может быть, например, зачерненный внутри отрезок пластиковой или металлической тубы длиной 100...150 мм, имеющей подходящий внутренний диаметр. Должны быть приняты в таком случае и меры по влагозащите всей конструкции. Устройства оповещения (пьезоизлучатель, светодиод) и источник питания оставляют, конечно, в помещении. Но во "всепогодном" исполнении лучше составить ИК приемник из двух частей: внешней, во влагозащищенный корпус-бленду которой помещают лишь объектив и фотоголовку, и внутренней - со всем остальным. Эти части связывают тонким трехпроводным кабелем. При необходимости приемник может быть дополнен акустическим излучателем большей мощности, например, динамической головкой, включенной так, как показано на рис. 13, или пьезосиреной АСТ-10 (рис. 14). Пьезосирена сохраняет достаточную мощность и при пониженном напряжении питания (для излучения ею номинальных 110 дБ напряжение питания этого узла должно быть повышено до 12 В).
Как показали предварительные испытания, протяженность ИК линии связи с такими приемником и передатчиком достигает 70 м. Существенное ее увеличение может дать переход на настраиваемую оптику - если вместо неподвижных линз с их приблизительной фокусировкой использовать объективы от старых фотоаппаратов с наводкой на резкость. Угол расхождения лучей в объективе ИК передатчика, его так называемая апертура, должен быть не менее 25...300 по лепестку ИК диода, тогда объектив использует его излучение полностью. В приемнике важнее диаметр объектива - с его увеличением возрастает расстояние, с которого можно зафиксировать ИК вспышку излучателя. "Дальнобойность" передатчика может быть увеличена еще в 1,5...2 раза и более за счет увеличения яркости ИК вспышки. С другой стороны, в линиях связи, не превышающих 20...25 м (автомобиль или "ракушка" под окнами трех-четырехэтажного дома, дом на другой стороне улицы и т. п.), оптика может не потребоваться вообще, во всяком случае в ИК приемнике. Автор: Ю.Виноградов, г.Москва
Особенности почек помогают легче переносить высоту
18.01.2025 Производство электричества с помощью термоядерного синтеза
18.01.2025 Экологическая защита для овощей и фруктов
17.01.2025
▪ LG тоже будет торговать музыкой ▪ Настраиваемые динамики JBL Studio 2 и JBL Arena ▪ Танталовые конденсаторы 592D ▪ Текстиль для питания встроенной электроники
▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей ▪ статья Жизни мышья беготня. Крылатое выражение ▪ статья Когда изобретена алюминиевая фольга? Подробный ответ ▪ статья Магония падуболистная. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Дозиметры. Справочник
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: