Охранное устройство на базе сотового телефона и беспроводных датчиков

Рейтинг: 0 / 5

Подробности: Категория: охрана пром; Опубликовано: 25.03.2017 07:32; Просмотров: 3068

Понравилась статья - поделись с друзьями

А. ВОВК, г. Ангарск Иркутской обл.
Предлагаемое охранное устройство передает тревожный сигнал по сетям сотовой связи на заранее установленный номер. В нем применены беспроводные датчики, что позволяет, во-первых, при необходимости легко изменить их число и расположение, а во-вторых, оперативно установить это охранное устройство практически на любом объекте, а затем также легко его демонтировать.

Охранное устройство состоит из базового блока-приемника, который управляет сотовым телефоном, и нескольких датчиков, передающих сигнал тревоги на этот блок по радиоканалу. Управляют базовым блоком всего двумя кнопками, при этом питание — автономное, поэтому отсутствуют длинные провода и соединительные кабели — все компактно и удобно. Всего автором было собрано около десяти комплектов таких устройств, которые показали высокую надежность в работе. Почему-то предпочтение отдается установке в гараж, хотя его можно использовать и для охраны квартиры, дачного домика, автомобиля, офиса — везде, где есть уверенное покрытие сетью сотовой связи.
В устройстве применен сотовый телефон модели MOTOROLA C115, но вполне подойдут и другие аппараты. Для передачи сигнала тревоги по
радиоканалу использованы микромощные передатчики RT4 (в датчиках) и приемник RR8 (в базовом блоке), работающие на частоте 433,92 МГц. Они обладают хорошими техническими характеристиками, имеют небольшие габариты, экономичны, не требуют дополнительных внешних элементов, к тому же их нетрудно приобрести в интернет-магазинах. Применение в датчике кодера MC145026D, а в базовом блоке — декодера МС145028Р позволяет получить 19683 варианта "секретного" кода, что повышает помехоустойчивость устройства.
Основные технические характеристики
Напряжение питания, В   ......3,3...4,0
Потребляемый ток, мА...........0,5
Частота передачи сигнала тревоги, МГц ............   .433,92
Скорость передачи данных, кбит/с......... .2,13
Удаление датчика от базового блока, м, не более...........50
Число датчиков........не ограничено
Продолжительность непрерывной работы:
в режиме "обычный", сутки   ......................5
в режиме "экономичный", сутки   .....................45
Источник питания   .......аккумулятор
сотового телефона Габаритные размеры мм   ...45х30х15
Принципиальная    схема    базового блока показана на рис. 1.

Кодированные посылки от датчика принимает сверхрегенеративный AM приемник U1. Импульсный сигнал с его выхода поступает на декодер DD1. При совпадении принятого и заранее установленного кодов на выходе VT декодера (вывод 11) формируется напряжение высокого уровня, равное напряжению питания этой микросхемы. На логических элементах DD2.2, DD2.4 и счетчике DD4 собран узел задержки. Он блокирует прохождение сигнала с датчика при включении базового блока и при осуществлении звонка сотовым телефоном (телефон звонит столько времени, сколько для этого отводится в сети и выдает соответствующее сообщение — абонент занят или недоступен). На элементах DD2 1, DD2.3 и счетчике DD3 собран узел управления транзисторами VT1, VT2, которые и производят "нажатия" на соответствующие кнопки телефона
Рассмотрим работу базового блока подробнее. В режиме "обычный" контакты переключателя SA1.1 и SA1.2 разомкнуты — такой режим рекомендуется использовать при установке охранного устройства в автомобиле.
После нажатия на кнопку SB1 напряжение с аккумулятора сотового телефона поступает в цепь питания базового блока — на приемник U1, декодер DD1. логические элементы DD2.1—DD2.4 и счетчик DD4, при этом счетчик DD3 пока остается обесточенным. Чтобы базы транзисторов VT1 и VT2 при этом не оказались в "подвешенном" состоянии, они через резисторы R13, R14 соединены с общим проводом. Приемник U1 и декодер DD1 питаются напряжением 3 В. поскольку часть напряжения падает на диоде VD2. Этим обеспечено требуемое напряжение питания приемника. Номиналы элементов подобраны таким образом, чтобы потребляемый ток в дежурном режиме не превышал 0,5 мА.
Цепь C8R10 в момент подачи питания формирует импульс напряжения, который через диод VD5 поступает на вход R счетчика DD4, и устанавливает его в нулевое состояние. При этом на его выходе 0 появляется высокий уровень и начинается зарядка конденсатора С5 через резистор R7. Пока он заряжается, элемент DD2.2 не реагирует на появление высокого уровня на выходе VT декодера DD1
После того, как напряжение на конденсаторе С5 достигнет порога переключения элемента DD2.2, базовый блок готов к работе. Прием первой "своей" кодовой посылки приведет к появлению на выходе VT декодера DD1 напряжения высокого уровня. Через диод VD3 конденсатор С4 быстро зарядится и останется заряженным до тех пор, пока с выхода OUT приемника U1 на вход декодера IN будут идти "свои" кодовые посылки.
Появление на обоих входах логического элемента DD2.2 высокого уровня изменит уровень на его выходе с высокого на низкий и, соответственно, на выходе элемента DD2.4 — с низкого на высокий, что приведет к переключению счетчика DD4 На выходе 0 этого счетчика появится низкий уровень, конденсатор С5 быстро разрядится через диод VD4, и базовый блок прекратит реагировать на сигналы датчиков, так как на одном из входов элемента DD2.2 (вывод 2 DD2) установится низкий уровень, а на выходе 1 счетчика DD4 — высокий.
При смене высокого уровня на выходе VT декодера DD1 на низкий конденсатор С4 медленно разрядится через резистор R5. Это необходимо для устранения случайных переключений счетчика DD4 (высокий уровень на выводе 1 логического элемента DD2.2 должен исчезнуть несколько позже, чем на выводе 2).
После переключения счетчика DD4 высокий уровень с его выхода 1 поступит на линию питания счетчика DD3, а через RC-цепь C7R9 — на вход R, устанавливая его в нулевое состояние. Одновременно высокий уровень (через резистор R6) даст разрешение на работу генератора импульсов, собранного на элементе DD2.1. Цепь C6R8 — частотозадающая, а элемент DD2.3 инвертирует импульсы генератора. Транзистор VT2 откроется во время действия второго и четвертого импульсов генератора и дважды "нажмет" на кнопку "Пит/Заверш." сотового телефона. Двойное нажатие необходимо, чтобы попасть в главное меню, поскольку при пропущенном входящем звонке или поступившем SMS-сообщении (случайный звонок, напоминания сотового оператора, рекламные акции и т. д.) невозможно войти в список последних звонков, нажимая на кнопку "Вызов/Ответ".
Транзистор VT1 "нажимает" на кнопку телефона "Вызов/Ответ" при поступлении шестого импульса генератора (вход в список последних звонков) и еще раз — при поступлении восьмого импульса (активируется последний записанный номер и производится звонок).
Поскольку генератор продолжает работать, при поступлении девятого импульса напряжение высокого уровня через диод VD5 будет подано на вход R счетчика DD4, что установит его в нулевое состояние. Низкий уровень на выходе 1 этого счетчика запретит работу генератора, а питающее напряжение счетчика DD3 будет отключено. Одновременно через резистор R7 начинаются зарядка конденсатора С5 и подготовка базового блока к приему сигнала датчика. Во время зарядки этого конденсатора телефон продолжает дозваниваться до абонента. И как уже отмечалось, сеть должна дать отбой сама и выдать сообщение (абонент занят или недоступен). Поэтому продолжительность зарядки конденсатора С5 примерно на 30 % больше временного интервала, который конкретный оператор сотовой связи отводит на дозвон.
В режиме "экономичный" контакты переключателя SA1 1 и SA1.2 замкнуты, что рекомендуется в случае установки охранного устройства в квартиру дачный дом, гараж. Этот режим отличается от "обычного" тем. что сотовый телефон выключен, а от его аккумулятора питается только базовый блок. Если в обычном режиме управляемый генератор начинает работать практически сразу, го в экономичном происходит задержка его включения. Причем высокий уровень на выходе 0 счетчика DD3 присутствует в течение именно этой задержки. Транзистор VT2 осуществляет длительное "нажатие" на кнопку сотового телефона "Пит./Заверш.", которое необходимо как для включения телефона, так и для регистрации в сети. Продолжительность зарядки конденсатора СЗ через резистор R6 должна быть больше временного интервала, необходимого для включения плюс продолжительность поиска сети, примерно на 30 %. Диод VD1 обеспечивает быструю разрядку конденсатора СЗ при установке счетчика DD3 в нулевое состояние.
Если базовый блок был в экономичном режиме и сработал датчик (дана команда на звонок), то после этого он перейдет в обычный режим работы (сотовый телефон включен). При последующем приеме сигнала датчика базовый блок снова длительно "нажимает" на кнопку "Пит./Заверш.". Поэтому сотовый телефон за это время успевает выключиться, включиться, найти сеть и послать вызов. Начало вызова по сравнению с обычным режимом задерживается на время выключения, включения, поиска сети, а в остальном никаких различий нет.
Датчик, схема которого показана на рис. 2, предназначен для установки на входную дверь квартиры, дачного домика или гаражные ворота.

Он имеет автономное питание, функции задержки при включении и энергосбережения при срабатывании. После подачи питающего напряжения нажатием на кнопку SB1 цепь C3R4 сформирует импульс напряжения, который через диод VD2 поступит на вход R счетчика DD2 и установит его в нулевое состояние. Одновременно через резистор R3 начнется зарядка конденсатора С2 Когда напряжение на нем достигнет порога переключения элемента DD1.1 (примерно через 25 с), первое же замыкание контактов геркона SF1 приведет к появлению на выходе элемента DD1. 1 низкого уровня, а на выходе элемента DD1. 2 — высокого и далее к переключению счетчика DD2
На этом счетчике собран одновибратор. Через резистор R5, подключенный к выходу 1 счетчика DD2, заряжается конденсатор С4 Его напряжение через диод VD3 поступает на вход R счетчика DD2, и когда оно достигнет порогового. DD2 будет установлен в нулевое состояние Длительность импульса на выходе 1 счетчика DD2 зависит от продолжительности зарядки конденсатора С4 (примерно 1...2 с) Только на это время и включатся светодиод HL1, кодер DD3 и AM передатчик U1 Такой режим работы значительно увеличивает ресурс автономного источника питания.
Элемент DD1 4 использован как буферный и обеспечивает больший выходной ток, чем выход счетчика DD2, уменьшая влияние остальных элементов на работу одновибратора. Резистор R1 ограничивает ток через контакты геркона SF1 а элементы VD1 R2, С1 выполняют функцию подавления их дребезга (быстрая зарядка конденсатора С1 через резистор R1 и медленная разрядка через R2). Большой номинал резистора R2 выбран для того, чтобы уменьшить ток, потребляемый датчиком, если контакты геркона SF1 длительное время находятся в замкнутом состоянии Если планируется применить несколько датчиков, у всех код должен быть одинаковым (в данном случае +А1. +А2. -D9)
Большинство деталей базового блока (кроме декодера, приемника и кнопки) предназначены для поверхностного монтажа. Они установлены на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм, их чертежи показаны на рис. 3 и рис. 4

Декодер и приемник установлены со стороны, свободной от печатных проводников причем приемник расположен параллельно плате Выводы кнопки загнуты под углом 90 град, и припаяны к обеим платам Установку кода проводят, соединяя проволочными перемычками соответствующие входы декодера DD1 с плюсовой или с минусовой линией питания.
Антенна выполнена в виде зигзагообразного печатного проводника Проволочные перемычки или перемычки в виде резисторов с "нулевым" сопротивлением обозначены на плате буквой П. Платы соединяют между собой с помощью штырей от вилки PLS, которые впаивают в отверстия, обозначенные на рис 3 и рис. 4 как А. В. С D и Е. что обеспечивает дополнительную жесткость конструкции
Угловая вилка ХР1 (PLL-6R) соединена с платой плоским шлейфом из шести проводников и шагом между ними
1,27 мм. Провод, припаянный к контакту 1 вилки, является продолжением антенны и в сотовом телефоне никуда не подключен Шлейф уложен между платами
и выходит через паз в корпусе базового блока. Сотовый телефон и базовый блок помещены в кожаную сумку (рис. 5).

Кнопка включения, переключатель работы и гнездо для подключения зарядного устройства легко доступны, поэтому нет необходимости вынимать сотовый телефон при совершении с ними каких-либо действий. Убирая перемычку на второй плате, соединяющую печатную антенну с передатчиком, к его выходу можно подключить более эффективную антенну Все детали датчика смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 6

Кнопка SB1 припаяна "лежа". Передатчик размещен над кодером, поэтому монтируют его после того, как установлен код Для светодиода в корпусе сделано отверстие, и он установлен излучающей поверхностью к плате Но можно установить и простой светодиод с выводами и разместить, как будет удобно. Три литиевых элемента CR1220, образующие батарею питания, устанавливают между двумя латунными пластинами 1 и 2, которые припаяны к печатным проводникам на плате. Элементы фиксируют с помощью пружины 3, а сбоку — кусочком поролона. В качестве антенны применен отрезок обмоточного медного провода диаметром 0,5 мм и длиной 17.3 см, уложенный по периметру внутри корпуса датчика.
В базовом блоке и датчиках применены резисторы Р1-12, РН1-12 и неполярные конденсаторы К10-17 для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206. Оксидные конденсаторы — танталовые для поверхностного монтажа типоразмеров А или В на номинальное напряжение 6 В в базовом блоке, 9В — в автономном датчике или 16В — в автомобильном датчике с питанием от бортсети Геркон — КЭМ-2 или КЭМ-3 (используют контакты на замыкание). Кнопки включения питания — с фиксацией, в базовом блоке PSW-3 или PS700L, в датчике — PSW-2. Переключатель — движковый для поверхностного монтажа с двумя группами контактов на переключение, например MS-22C01. Декодер МС145028Р можно заменить на SC41344R МС145027Р или SC41343DW (два последних с уменьшенным до 243 числом кодовых комбинаций). Цифровые микросхемы HEF4093BT и HEF4017ВТ (в корпусах SO-14,SO-16) на аналогичные любого производителя. Взамен составного транзистора BCV47 можно применить BCV27. Диоды BAS16. BAV70, LL4148 заменимы на любые кремниевые импульсные с подходящей цоколевкой, светодиод — любой, желательно с повышенной яркостью свечения.
Приемник RR8 заменим на RR18, причем доработка платы не потребуется При этом выводы 1, 12 и 13 остаются свободными, а питание подают на вывод 10. Платы базового блока и датчика помещены в пластмассовые корпуса G453015В (по каталогу фирмы "ПЛАТАН") В датчике элементы С6, R7, R8, а в базовом блоке — С1, С2 и R1 —R4 при работе устройства в нормальных условиях следует подобрать с погрешностью не более 5 % При работе в более широком интервале температур она не должна превышать 1 %. Конденсаторы следует применить с малым ТКЕ> например, МПО, М47, NPO, X5R или X7R.
Если в случае тревожного события контакты геркона окажутся замкнуты продолжительное время, например, при установке датчика на окне, его схему можно существенно упростить. Останутся только кодер, передатчик, конденсаторы С5, С6. резисторы R7, R8, геркон SF1 и батарея питания GB1. На место кнопки устанавливают проволочную перемычку, а геркон включают между плюсовой линией питания и верхним по схеме выводом конденсатора С5.
Доработку сотового телефона проводят в следующей последовательности. Аккуратно открывают корпус и извлекают из фиксаторов плату телефона. Маникюрными ножницами по кругу аккуратно вырезают металлические пятачки (они приклеены на гибкую несущую основу) кнопок "Пит./Заверш." и
"Вызов/Ответ."
На их место припаивают миниатюрные кнопки высотой 0, 8 мм (подойдут STJN-508N или аналогичные), предварительно убрав с них защитный экран. Если телефон не будет использоваться по прямому назначению, эти кнопки не устанавливают и провода припаивают непосредственно к центральным площадкам под кнопками на печатной плате (лучше использовать провод МГТФ 0,03...0,05 мм2). Их замыкание на минусовую линию питания можно проводить в процессе налаживания на выходном разъеме или на печатной плате.
Резиновую накладку с пьезоизлучателя, который находится рядом с микрофоном, удаляют. В корпусе телефона напротив пьезоизлучателя размещают гнездо PBS-6-1 ,27 мм (для него как будто специально имеется место), немного увеличив выходное отверстие надфилем (рис. 7).

Контакты этого гнезда соединяют с сотовым телефоном в соответствии со схемой. Для фиксации гнезда четыре вывода, к которым припаивают провода, загиба-ют, а остальные два — вплавляют паяльником в перегородку корпуса телефона При отсутствии такого гнезда провода можно вывести из сотового телефона и припаять непосредственно к плате базового блока.
Далее собирают телефон, устанавливают SIM-карту выбранного оператора сотовой связи (тариф без абонентской платы). На этапе проверки включают звуковое сопровождение нажатия клавиш Удаляют номера всех телефонов из списка последних звонков и набирают номер, на который будет производиться звонок, он должен быть в списке под № 1. Нажимают на кнопку "Вызов/Ответ" и проверяют, прошел ли вызов. Если да, то все нормально — телефон готов к работе.
В заключение следует отметить, что многие операторы сотовой связи предоставляют услугу по определению места нахождения запрашиваемого вами сотового телефона. Точность, конечно невелика, но район, где находится угнанный автомобиль (с установленным базовым блоком), можно определить Искать машину (в некоторых случаях даже в закрытом гараже) можно с аналогичным датчиком, который посылает в эфир "свой" код. Когда базовый блок окажется в радиусе его действия, телефон пошлет вызов. Увеличивая или уменьшая мощность передатчика в датчике, можно расширять или сужать район обнаружения автомобиля.
Радио №5, 2010
Редактор — И Нечаев, графика — И Нечаев.
фото — автора