Охранная сигнализация с помощью трансивера и датчика детонации

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: охрана пром

Опубликовано: 24.03.2017 23:37

Просмотров: 3495

А.П. Кашкаров, г. Санкт-Петербург РА02'2008
Для создания новых электронных устройств нередко применяют промышленные датчики, предназначенные для бытовой и автомобильной техники. При разработке датчиков учитываются такие параметры, как компактность, чувствительность, надежность (высокий коэффициент наработки на отказ), минимальное наличие механических частей, работа в широкой области температур и напряжения питания, отсутствие помех другим узлам устройства, минимальное потребление тока. Одним из популярных датчиков является датчик детонации (или вибродатчик) для автомобиля. Он применяется в автомобилях ГАЗ и устанавливается непосредственно на двигателе
Датчик детонации имеет пьезоэлемент с усилителем, помещенный в корпус (наподобие таблетки) с двухвыводной колодкой. Датчик детонации показан на рис.1 и рис.2.

Технические характеристики вибродатчика
Зависимость напряжения от амплитуды вибрации   -пропорциональная.
Коэффициент преобразования - 26 мВ/г.
Проверяют датчик на специальном вибростенде. О его работоспособности также указывает импульсное напряжение амплитудой 0,01...0,05 В, фиксируемое осциллографом на выводах колодки после легких ударов по корпусу датчика. Датчик залит компаундом и ремонту не подлежит.
Внимание! При монтаже вибродатчика нельзя перегревать его выводы (в выводной колодке) жалом разогретого паяльника. Время пайки при температуре 250°С не более / с.
В связи с высокой чувствительностью вибрационного датчика необходимо жестко крепить его к корпусу устройства.
Пользоваться датчиком просто: достаточно установить его на контролируемой поверхности или поместить в другую (не жидкую) среду для контроля вибрации.
 
На рис.3 показана схема включения вибродатчика. На кремниевых диодах собран преобразователь напряжения переменный/постоянный ток, выход которого можно подключить к управляющему электронному узлу.
Применение вибродатчика
Применение вибродатчика в практике радиолюбителя разнообразно: автоматические включатели света, охранные устройства, индикаторы работы, стиральной машины, различных электродвигателей и многое другое. Для создания полноценного устройства достаточно добавить к вибродатчику электронный усилитель тока с транзисторным ключом, нагруженным на реле, оптрон, звуковой или световой индикатор.
Схема электронного усилителя вибродатчика показана на рис.4.
 
Необычное включение микросхемыкомпаратора DA1 во взаимодействии с вибродатчиком (L1) делают устройство оригинальным. Переменный резистор R1 позволяет регулировать чувствительность датчика. Для придания узлу максимальной чувствительности R1 из схемы исключают, а средний вывод, показанный на схеме, соединяют с верхним (по схеме) выводом вибродатчика L1.
При отсутствии механических воздействий, протекающий через вибродатчик ток, составляет доли микроампер. Оксидный конденсатор С1 не пропускает постоянную составляющую напряжения на вход компаратора (вывод 2 DA1). Баланс напряжений между инвертированным и неинвертированным входами компаратора (выводы 1 и 2 DA1) не нарушается, поэтому на выходе компаратора (вывод 7 DA1) присутствует низкий уровень напряжения. Индикатор состояния узла - светодиод HL1 - не светится, и напряжение в базе транзистора VT1 недостаточно для его открывания. Между общим проводом и выходом (1)вых) присутствует напряжение, близкое к напряжению источника питания.
В спокойном состоянии датчика напряжение на выходе устройства стремится к нулю, а при механическом воздействии принимает значение, близкое к напряжению источника питания (12 В). Если в дополнительных исполнительных узлах необходимости нет, резистор R10 в цепи коллектора транзистора VT1 заменяют электромагнитным реле на напряжение 8... 12 В с током срабатывания не более 80 мА. При незначительном сотрясении вибродатчика кратковременно создается ЭДС электромагнитной индукции, возникает ток инапряжение в несколько десятков микровольт. Импульс напряжения беспрепятственно проходит через оксидный конденсатор С1 и попадает через ограничительный резистор R2 на компаратор DA1.
Компенсационные цепочки в разных плечах компаратора (состоящие из элементов VD1,R5,R6 и VD4, R12) настроены таким образом, что даже минимального сигнала, вносящего дисбаланс напряжения на входах микросхемы, достаточно для срабатывания внутренней схемы сравнения напряжений и появления на выходе компаратора высокого логического уровня. Напряжение высокого логического уровня на выводе 7 DA1 включает светодиод HL1,сигнализирующий о воздействии на вибродатчик.
Далее импульсы от вибродатчика проходят через ограничительный резистор R8, детектируются диодом VD3 и через ограничительный резистор R9 поступают в базу транзистора VT1. В момент появления напряжения на выводе 7 микросхемы DA1 заряжается оксидный конденсатор С4. Он включен в схему для того, чтобы обеспечить плавную задержку выключения узла (на 2...3 с), иначе включение нагрузки будет напоминать дребезг контактов и носить хаотичный характер. Благодаря оксидному конденсатору C4 транзистор VT1, открывшись от импульса напряжения, закроется только через 2...3 с после окончания управляющего импульса. Если емкость С4 увеличить до 50 мкФ, задержка выключения узла может составить единицы минут, что может оказаться полезным при определенных задачах. Например, длительная задержка будет уместна, если реле, включенное вместо резистора R10, в свою очередь, будет включать охранную сирену.
Поступившее в базу транзистора VT1 напряжение высокого логического уровня открывает его и изменяет состояние выхода узла: между положительным выводом источника питания и контактом Uвых теперь присутствует напряжение источника питания, а между общим проводом и точкой Uвых, соответственно, напряжение, равно нулю.
Налаживание
В налаживании устройство не нуждается. Выпрямительный диод VD2 и ограничительный резистор R7 защищают микросхему от перенапряжения источника питания. Оксидный конденсатор СЗ сглаживает пульсации напряжения. При заведомо исправном и стабилизированном источнике питания, а также при питании данного электронного узла от батарей (аккумуляторов) элементы СЗ,Р7,VD2 можно из схемы исключить, так как устройство работоспособно в диапазоне напряжения питания 8... 15 В. Ток потребления в режиме покоя не превышает 10 мА.
Элементы устройства компактно монтируются в пластмассовом корпусе и жестко прикрепляются к контролируемой поверхности. В этом может способствовать моментальный клей или липучка.
Детали
Кроме указанной на схеме, можно применить полные аналоги микросхемы LM358, С358С, НА17358. Отечественные микросхемы аналоги компаратора К1401УД5А-К1401УД5Б, К544УД8А-К544УД8Б, КР1040УД1А,КФ1053УД2(А). При применении микросхемы К544УД8А-К544УД8Б чувствительность узла несколько снизится - придется изменить подключении выводов микросхемы.
Транзистор VT1 - любой из серии КТ503 или аналогичный. Выпрямительный диод VD2 заменяют КД213, КД105,Д202 с любым буквенным индексом. Остальные диоды типов КД521,КД522,Д311,Д220 с любым буквенным индексом. Переменный резистор R1 типа
СПО-1, СПЗ-ЗОВ, СПЗ-12В, СП5-28В, СПЗ-1ВБ. При выборе этих резисторов важно, чтобы они имели линейную характеристику изменения сопротивления.
Ограничительный резистор R7 типа МЛТ-0,5. Все остальные постоянные резисторы типа МЛТ-0,25.
Оксидные конденсаторы фирмы  Hitano, ESP или отечественные типов  К50-29, К50-35.  Индикаторный светодиод типа L63SRС,КИПД 14А,КИПД-36,L1503SRC-C, КИПД41Б1-М с током до 10 мА.
В случае замены резистора R10 слаботочным электромагнитным реле, рекомендации к выбору последнего такие: FRS10C-03, TRU-12VDC-SB-SL, TTI TRD-9VDC-FB-CL, Relpol RM85-2011-35-1012, РЭС-22 (исполнение РФ.4.523.023-01) или аналогичное. При выборе реле следует учитывать ток и напряжение коммутации. Все указанные здесь типы реле коммутируют ток до 3 А при напряжении до 250 В.
Есть и другие возможности применения вибродатчика в практической электронике. Одно из них -устройство звуковой сигнализации с передачей сигнала «Тревога» по радиочастоте.
Устройство звуковой сигнализации с передачей сигнала «Тревога» в эфир на гражданском диапазоне радиоволн
Сигнализация активизируется при несанкционированном проникновении в автомашину. Вместо автомобиля можно использовать любой удаленный на расстояние не более 1 км объект. Ограничение по расстоянию связано с малой мощностью передатчика -0,1...0,15 Вт. Устройство состоит из 2-х частей: радиопередатчика на частоту 27,14 МГц, совмещенного со звуковым генератором (монтируется в автомобиле) и любого портативного трансивера (в качестве приемника),например Kenwood ТН-Р7,Гродно-Р,Пилот,Веда-ЧМ или аналогичная. Точная стыковка частоты приемно-передающего тракта обеспечивается настройкой частоты передатчика.
 
На рис.5 показана схема передатчика и узла звукового генератора. Для данной схемы возможно подключить сразу 2 вибродатчика (В1 и В2) между соответствующими точками и общим проводом. Это особенно удобно, если необходимо контролировать два шлейфа охраны. Вибродатчики В1 и В2 включают параллельно штатным концевым включателям, расположенным в торцевых частях дверей и капоте автомобиля (рис.6).
 
На рис.6 показана цоколевка транзистора VT2 и схема подключения узла сопряжения (рис.5) к точкам В1 и В2. Первая часть схемы состоит из двух генераторов прямоугольных импульсов. Они построены на основе логических элементов КМОП.
Когда на обоих входах (точки В1 и В2) высокий логический уровень (шлейф сигнализации в нормально разомкнутом состоянии),сигнал на выходе элемента D1.4 имеет низкий логический уровень. Если на вход логики В1 поступает лог. «0» (при срабатывании вибродатчика), то включается генератор высокого тона. В этом случае частота колебаний генераторапримерно 2000 Гц, она обусловлена значением элементов R1.C1.
Если сигнал низкого уровня поступает на вход В2, то включается генератор низкого тона (частота прямоугольных импульсов в пределах 500...600 Гц обусловлена значениями элементов C2.R2). При поступлении сигнала низкого уровня одновременно на оба входа устройства В1 и В2, включаются оба генератора, и на выходе генерируемый тон сигнала будет занимать примерно среднее положение между высоким и низким. Фильтр нижних частот R5R6C4, включенный на выходе, предназначен для компенсации гармоник и смягчения звука. Высокочастотный тракт передатчика подключен к питающему напряжению постоянно. Пока нет импульсов звуковой частоты на входе передатчика (резистор R7 регулирует чувствительность усилителя на транзисторе VT1) на принимающей станции слышен «фон». Передатчик на транзисторе VT2 в режиме генерации работает стабильно и не выходит из строя даже при длительном (экспериментировали несколько суток подряд) постоянном подключении. Ограничивающий резистор R12 в цепи эмиттера транзистора VT2 ограничивает ток передатчика и его мощность.

Описание работы устройства
Установив автомобиль на парковку в пределах видимости от своих окон, владелец включает в кабине питание передающего узла включателем SA1. Датчики на замыкание (выключатели 81,82и установленные параллельно им вибродатчики) действуют следующим образом: когда двери и капот закрыты, контакта между общим проводом («массой») автомобиля и электронной схемой (входами логических элементов D2.1,D2.2) нет. На входах этих элементов присутствует высокий логический уровень,проникающий через ограничительные резисторы R3, R4. Как только произошло открывание дверей или капота (или вибрация по кузову),соответствующий вход логического элемента окажется зашунтирован на общий провод. На выходе элемента-инвертора (вывод 3 DD2.1 или вывод 6 DD2.2) окажется высокий уровень, он разрешит работу соответствующего генератора.
Прямоугольные импульсы от генераторов поступят на вход передатчика (делитель напряжения на резисторах R5, R6), и этот сигнал будет передан в эфир.
На использование системы не требуется официального разрешения, так как мощность передатчика ничтожно мала и не может вносить помехи действующим радиостанциям.
Налаживание и монтаж
При правильном монтаже и исправных деталях устройство начинает работать сразу. Настройка схемы несложная и позволяет обойтись без осциллографа. Она заключается в установке радиосвязи между передатчиком и приемником радиосигналов. Для оптимальной стыковки приемно-передающего узла потребуется неквалифицированный помощник. Для этого на рабочем столе устанавливают рядом
приемник и собранный передатчик,соединяют контакт В1 с общим проводом и проверяют генерацию импульсов на выводе 11 микросхемы DD1. Движок переменного резистора R7 перед этим устанавливают в среднее положение. Амплитуда импульсов на выходе генератора 6 В. В динамике приемного трансивера должен быть слышен звуковой сигнал с частотой 2 кГц. Вращением регулировочного винта подстроечного конденсатора С10 с помощью отвертки с изолированной ручкой добиваются максимальной громкости звукового сигнала в динамике трансивера. Если частота передатчика не совпадает с частотой приемника, растягивают или сжимают витки катушки L1 до появления сигнала в трансивере. Постепенно удаляя трансивер от передатчика (в пределах видимости), устанавливают предел расстояния, которое стабильно покрывает устройство. В некоторых случаях для увеличения мощности передатчика необходимо уменьшить сопротивление резистора R12 до 10...15 кОм.
В качестве антенны А1 передатчика используется промышленная автомобильная антенна с длиной штыря 110 см. Соединительный кабель к А1 экранирован и имеет волновое сопротивление 50 Ом. Если сигнал в динамике трансивера искажается, передвигают движок переменного резистора R7 ближе к нижнему (по схеме) положению.
Потребляемая мощность передающего узла от автомобильного аккумулятора составляет 0,18 А в режиме отсутствия импульсного сигнала на входе передатчика и 0,28...0,3 А при активизации устройства.
Детали
Катушка индуктивности L1 бескаркасная, содержит 9 витков медного провода ПЭЛ-1 диаметром 0,6 мм. Намотка с шагом 1 мм. Транзистор VT1 можно заменить КТ361 с индексами А, Г.
Конденсаторы С1,С2,С4,С7,С8 керамические типа Н70,С9 типа М750.
Оксидные конденсаторы типов К50-6, К50-20. Подстроечный конденсатор С10 5...50 пФ.
Все постоянные резисторы, кроме Р12,типа МЛТ-0,25,R12 - МЛТ-2. Переменный резистор R7 - любой с линейной характеристикой (индекс В), после регулировки схемы его можно заменить постоянным.
Все свободные входы микросхемы КМОП DD2 соединяют с «минусом» питания (общим проводом).
Диоды VD1,VD2 заменяют Д220 с индексами А, Б; КД503Б.КД522 с индексами А, Б.
Отечественной замены для транзистора VT2 нет. Зарубежный аналог - ВС161.
Плюсы и минусы
Положительные свойства устройства: безотказность работы в круглосуточном режиме, простота в повторении, надежность, эффективность и низкая себестоимость устройства относительно промышленных образцов радиопейджеров.
Отрицательные свойства: необходимость подключения к автомобильной антенне: если обрезать антенну, то эффективность передатчика снижается. Стены домов также отрицательно влияют на распространение сигнала передатчика с амплитудной модуляцией, поэтому автомобиль (объект охраны) желательно устанавливать в прямой видимости от приемника радиосигнала.
В качестве приемного узла применяют любой портативный трансивер (радиостанцию), настроенный на частоту 27,14 МГц (в соответствии с частотой передающего устройства - рис.5). Таким трансивером может быть Kenwood TH-F7 или аналогичный.