-- Электроника - Акустика - Микроконтроллеры --

 Содержание Сайта
 o Главная страница
 o Книги
 o Программы
 o Проекты
 o Гостевая
 o Почта

 Ссылки
 o OperaFan.net
 o Torrents.ru
 o Mediaplayer Aimp
 o Google


Новости сайта :

03-Июл-2008 - Добавлена книга "Домашний Электрик"

30-Июн-2008 - Обновление в разделе Книги !

01-Июл-2008 - Обновление в разделе Программы !


ФЕРЕНЦИ ОДОН

 

Электроника в нашем доме

 

 

© Перевод на русский язык, Энергоатомиздат, 1987

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

 

В предлагаемой книге приведены подробные описания электротехнических, электромеханических, оптико-элек­тронных, фоточувствительных и электронных устройств, узлов, а также их схем, которые могут быть полезны в домашнем хозяйстве.

Читатель найдет в ней схемы электронных звонков, воспроизводящих запрограммированные фрагменты му­зыкальных произведений, охранных устройств на основе различных датчиков (механических, световых, фотопри­емных), схемы сигнализации и контроля. Могут заинте­ресовать читателя и устройства включения и отключения бытовых энергопотребителей, схемы управления электро­двигателями, автоматического полива комнатных расте­ний, контроля режима работы бытовых электроприборов (стиральных машин, сушилок для белья, «электронного душа»).

Наряду с принципиальными электрическими и мон­тажными схемами устройств даны упрощенные описания принципов их работы, а также некоторые рекомендации по наладке и настройке. При монтаже описанных уст­ройств используются как стандартные элементы (рези­сторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, тиристоры, оптоэлектронные приборы, интегральные микросхемы), так и нестандартные конструкции, которые изготав­ливаются по приведенным в книге чертежам и эски­зам.

В приложении, помещенном в конце книги, дана таб­лица зарубежных изделий электронной техники и их оте­чественных аналогов (как приближенных, так и функ­циональных). Обращаем внимание читателя на возмож­ность различия по некоторым параметрам зарубежных и отечественных элементов; в этом случае потребуются корректировка номинальных значений пассивных элементов схем или навесной монтаж дополнительных элемен­тов при самостоятельной сборке устройств.

Необходимые для работы сведения об основных пара­метрах отечественных и зарубежных полупроводниковых приборов можно найти в справочнике А. В. Нефедова и В. И. Гордеевой «Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги» (М.: Радио и связь, 1985), а описание и параметры интегральных микро­схем — в книге «Зарубежные интегральные микросхемы широкого применения» под редакцией А. А. Чернышева (М.: Энергоатомиздат, 1984).

Надеемся, что предлагаемая книга позволит расши­рить круг интересов читателей и послужит им основой для развития самостоятельных конструкторских и схемо­технических навыков.

 

А. В. Нефедов

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Настоящее издание предназначено для читателей, ин­тересующихся вопросами применения электроники в бы­ту. Область использования электронных приборов в до­машних условиях весьма обширна.

Книга содержит три главы. В первых двух рассмот­рены электрические схемы различных сигнальных уст­ройств, применяемых в быту. Описание этих схем помо­жет читателю выбрать то из предлагаемых технических решений, которое наиболее целесообразно использовать в его доме или квартире. Главное преимущество боль­шинства предлагаемых схем — их простота. Схемы не только не ограничивают, но и поощряют у желающих поиск путей их совершенствования. Устройства, собран­ные в соответствии с содержащимися в книге схемами, полностью работоспособны. Автор не ставил целью под­робное описание принципов их действия. Если монтаж произведен правильно, то устройство будет работать и без полного понимания схемы.

Третья глава посвящена применению электроники в современном домашнем хозяйстве. В ней рассмотрены главным образом электрические схемы управления и ре­гулирования бытовой техники, а также направления в их развитии.

Книга рассчитана на широкий круг читателей — от начинающих любителей до специалистов, работающих в области электротехники и электроники.

Автор надеется, что книга заинтересует увлекающих­ся бытовой электроникой читателей и, возможно, будет для них небесполезной.

 

Одон Ферещи

 

Глава 1

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ДОМАШНИХ СИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

 

    1. ЗВУКОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

И ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

 

Для привлечения внимания или вызова обычно ис­пользуют световые или звуковые сигнальные устройства: электрические звонки, зуммеры и другие источники сиг­налов. Следующей ступенью развития стали звонки типа «бим-бом». Преимущество большинства из них состоит в том, что звуковой сигнал возникает лишь в момент на­жатия кнопки звонка, а для каждого следующего сигнала необходимо повторное нажатие.

Однако сигнал у большинства таких устройств явля­ется непродолжительным, поэтому часто не привлекает достаточно внимания, а иногда остается и вовсе не услы­шанным. У новых образцов сигнальных устройств с ртут­ными контактами за нажатием кнопки следует двойное звучание. Отдельные типы звонков снабжены электро­лампами, подающими одновременно со звуковым и све­товой сигнал, что особенно удобно для шумных помеще­ний.

Электроника позволяет заменить традиционные элек­трические звонки устройствами, выполненными на тран­зисторах и интегральных микросхемах, и получить в ре­зультате приятные и мелодичные сигналы, например в виде фрагментов музыкальных мелодий.

 

1.1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ДВЕРНЫЕ ЗВОНКИ

 

Простейшие транзисторные зуммеры. На рис. 1,а приведена схема транзисторного генератора, применяе­мого вместо электрического дверного звонка. Сечение сердечника автотрансформатора 14X14 мм; количество витков в обмотках: п1 = 35; n2 = 60; n3 = 20; диаметр про­волоки 0,42 мм. Требуемое значение частоты звука мо­жет быть установлено изменением емкости конденсато­ра С. Потребляемый генератором ток при напряжении 4,5 В составляет 160 — 200 мА.

Рис. 1. Схемы дверного звонка с транзисторным генератором (а) и генератором на однопереходном транзисторе (б)

 

Отрегулированные на различную частоту транзистор­ные зуммеры подают существенно отличающиеся по звучанию сигналы, что особенно удобно при установке таких устройств в помещениях с общим входом,

На рис. 1, б изображена схема электронного дверного звонка с однопереходным транзистором, которая обеспе­чивает подачу сигналов различного звучания при нажа­тии кнопки на передней G1 и задней G2 дверях (напри­мер, в кухне и прихожей). Силу звука можно повысить, изменив номиналы резисторов или увеличив напряжение питания (до 24 В).

Электронные звонки с использованием мультивибра­тора. На рис. 2, а представлена схема электронного звон­ка с самовозбуждающимся мультивибратором. Транзи­сторы Т1 и Т2 входят в схему мультивибратора. При нажатии на кнопку Gмультивибратор начинает генери­ровать колебания, а акустический индикатор (динамик), находящийся в коллекторной цепи ТЗ, воспроизводит звук, высота которого соответствует частоте этих коле­баний.

На схеме, изображенной на рис. 2, б, при нажатии на кнопку Gна мультивибратор, состоящий из транзисторов 77 и Т2, подается напряжение питания 9 В. Динамик, подключенный к коллектору транзистора ТЗ, воспроизводит звук соответствующей частоты. Частота звука мо­жет быть изменена соответствующей регулировкой по­тенциометра Р.

На рис. 2, в показан электронный дверной звонок, действующий при различных значениях напряжения.

Рис. 2. Электронные дверные звонки с самовозбуждающимся мульти­вибратором:

а — схема передачи прямоугольных сигналов из коллектора транзистора Т2; б — схема передачи прямоугольных сигналов из эмиттера транзистора Т2; в — электронный дверной звонок, действующий при различных значениях напря­жения

 

Мультивибратор, как и в предыдущих случаях, образуют транзисторы Т1 и Т2. До тех пор, пока напряжение на входных клеммах 1 и 2 не достигнет достаточного для срабатывания транзистора Т1 значения, динамик не включается.

Звонок двойного звучания типа «бим-бом» может быть собран по схеме, приведенной на рис. 3, с использованием мультивибратора. К ее преимуществам можно отнести изменяемость ритма, периода колебаний, а также про­должительности паузы между двумя звуковыми сигна­лами.

На схеме мультивибратор образован транзисторами 77, Т2. Период возникновения прямоугольных импульсов можно регулировать потенциометрами Р1 и Р2. Коэффи­циент их заполнения, а также длительность устанавлива­ют, изменением сопротивления резистора в базовой цепи. С помощью подстроечных потенциометров Р1 и Р2 про­должительность звучания звонка регулируется в диапа­зоне от 3 с до непрерывного сигнала.

Рис. 3. Схема, использующая мультивибратор для получения разного звукового эффекта звонков типа «бим-бом»

 

Колебания через эмиттерный повторитель, построенный на транзисторе ТЗ, поступают на каскад на транзи­сторе Т4, в результате чего звонок типа «бим-бом» сра­батывает. При нажатии на кнопку транзистор ТЗ откры­вается и открывает транзистор Т4, что приводит к возникновению первого звукового сигнала. Если открывается транзистор Т2, то транзисторы ТЗ и Т4 запира­ются, соответственно разрывается цепь звонка и следует звуковой сигнал другой тональности. В соответствии с ча­стотой колебаний мультивибратора время звучания сиг­нала зависит от продолжительности нажатия на кнопку звонка. Диод D5 защищает транзистор Т4 от индуктив­ных всплесков напряжения.

На рис. 4 показана схема электронного звонка трой­ного звучания с использованием мультивибратора. При нажатии на кнопки G1, G2 и G3 в динамике слышны зву­ки частотой 2, 1 и 0,3 кГц соответственно. Преимущество ее в том, что при соединении кнопок и сигнального уст­ройства требуется всего одна пара проводов.

Рис. 4. Электронный звонок тройного звучания

Рис. 5. Электронные звонки на интегральных микросхемах:

а — с использованием двойного таймера типа 556; б — назначение выводов интегральной микросхемы: 1 — разрядное; 2 — порог; 3 — управляющее напря­жение; 4 — сброс; 5 — выход; 6 — триггер; 7 — земля; 8 — триггер; 9 — выход; 10 — сброс; И — управляющее напряжение; 12 — порог; 13 — разрядка; 14 — + Unит; в — с двумя таймерами типа 555: 1 — самовозбуждающийся мульти­вибратор; 2 — моностабильный мультивибратор

 

Мультивибратор приводит в действие динамик через составные транзисторы ТЗ и Т4, образующие усилитель по схеме Дарлингтона. При отсутствии напряжения на входе (Uвх = 0) транзисторы Т1 и Т2 закрыты. Если же имеется положительное напряжение, то мультивибратор вступает в работу и генерирует колебания, частота кото­рых зависит от значения приложенного напряжения. При повышении входного напряжения она возрастает, так как возрастает ток, проходящий через резисторы R1 и R2,и поэтому быстрее заряжаются конденсаторы С1 и С2. При нажатии на кнопку G1 напряжение на входе муль­тивибратора составляет +24 В, а при нажатии на кнопки 02 и СЗ — соответственно UTUZ1 = 24 — 10=14 В и UTUZ2 = 24 — 18 = 6 В.

На рис. 5 показаны схемы электронных звонков со специальными звуковыми эффектами.

Один из таймеров интегральной микросхемы типа 556 (рис. 5, б) работает в качестве самовозбуждающегося мультивибратора. Вывод 5 соединяется с вводом 8 дру­гого таймера (рис. 5, а), работающего по схеме моноста­бильного мультивибратора. Частота импульсов, образо­ванных самовозбуждающимся мультивибратором, опре­деляется параметрами элементов схемы R1 и С1. На выводной клемме 9 образуются соответствующие выход­ные импульсы. Их продолжительность регулируется эле­ментами R3 и СЗ.

Рис. 6. Электронный звонок, имитирующий звук гонга:

а — схема соединений; б — структурная схема

 

Здесь моностабильный мультивибратор работает в ка­честве делителя частоты, что сопровождается проявле­нием специальных звуковых эффектов. Сила звука в ма­лой степени может быть изменена с помощью потенцио­метра R4. Для достижения поставленной цели должны быть изменены параметры элементов схемы R1 и СЗ.

Очень интересный звуковой эффект может быть полу­чен при нажатии кнопки Gи установке вместо резисто­ров R1 и R3 фоторезистора (например, типа LDR03). Звуковой сигнал в этом случае может изменяться в зависимости от степени освещенности фоторезистора кар­манным фонарем. Варьированием характеристики R1 модулируется частота самовозбуждающегося мультивиб­ратора, а изменением характеристики резистора R3 до­стигается звучание в виде тремоло.

Электронные звонки, имитирующие звук гонга. Вместо традиционного электрического звонка в качестве источ­ника звука прекрасный эффект дает применение элек­тронного гонга с его характерным гармоничным звуча­нием. Схема, приведенная на рис. 6, функционирует сле­дующим образом. На вход каскада усиления, именуемого модулярным усилителем (транзистор ТЗ), поступают прямоугольные импульсы от самовозбуждающегося муль­тивибратора (Т1 и Т2} с частотой 1 кГц.

Рис. 7. Схема, позволяющая имитировать звук гонга: а — схема соединений; б — формы выходных сигналов при различных значе­ниях емкостей

 

В этом случае на выходе модуляторного усилителя (при условии неизменности его питающего напряжения) получаем монотонный сигнал частотой 1 кГц, который из динамика слышен как звук неизменной интенсивности. Прямоугольный сигнал нужной частоты интегрирует­ся, и таким образом получается напряжение треугольной формы (т. е. сначала нарастает, а затем экспоненциально спадает). Дальше оно поступает на модулятор, что и поз­воляет добиться характерного звучания.

Когда транзистор Т2 закрыт, конденсатор СЗ заряжа­ется через коллекторное сопротивление резистора R4 и диод D. Постоянная времени зарядки является функ­цией произведения R4-C3. При переходе мультивибрато­ра в новое состояние транзистор Т2 открывается и его коллекторное напряжение уменьшается. Одновременно конденсатор СЗ начинает разряжаться через коллектор­ную цепь транзистора ТЗ. Диод Dпрепятствует разрядке конденсатора СЗ через транзистор Т2. Таким путем мо­жет быть увеличено значение постоянной времени раз­рядки конденсатора.

Экспоненциально нарастающее, а затем спадающее напряжение модулирует по амплитуде сигнал в каскаде усиления. Изменением емкости конденсатора С1 мультивибра­тора можно регулировать время нарастания, а конденса­тора С2 — время спада сигналов. Тем самым обеспечива­ется получение сигнала гонга требуемого звучания. Изменением частоты мультивибратора достигается раз­личная высота звука. Например, более низкий и продол­жительный он получается при 300 — 400 Гц. В случае же использования больших (1000 — 2000Гц) частот звучание более резкое и менее продолжительное.

На рис. 7 показана еще одна схема, позволяющая по­лучить звук, подражающий гонгу. Ее построение сходно с изображенным на предыдущем рисунке. На вход моду­ляторного каскада на транзисторе ТЗ подается прямо­угольный сигнал мультивибратора, а к его выходу подсое­диняется соответствующий усилитель. Состоящий из тран­зисторов Т1 и Т2 задающий мультивибратор в данном случае работает на частоте 1 Гц. Изменяя емкости С1 и C2tполучаем возможность регулировать в широких пре­делах частоту и коэффициент заполнения прямоугольного сигнала. Звучание гонга в каждом новом случае может быть различным. Меняя номинал конденсатора С1, регу­лируют время спада, а конденсатора С2 — время нара­стания сигнала. Высота же звука зависит от частоты мультивибратора. Формы выходных сигналов при раз­личных значениях емкостей приведены на рис. 7, б.

Рис. 8. Электронный 1музьгкальный звонок: а — схема соединений; б — структурная схема

 

Электронные музыкальные звонки. На рис. 8 приве­дены схема соединений и структурная схема электронно­го звонка с приятным музыкальным звучанием. Здесь задающий самовозбуждающийся мультивибратор, со­стоящий из транзисторов Т1 и Т2, выдает импульсы через 2,5 — 3 с. С коллектора транзистора Т2 сигнал поступает на схему интегрирования, состоящую из элементов R6, СЗ. При заряде конденсатора СЗ и его разряде во время работы задающего мультивибратора сигнал на базе тран­зистора ТЗ экспоненциально возрастает или соответствен­но уменьшается. Таким образом, осуществляется управле­ние мультивибратором звуковой частоты, состоящим из транзисторов Т4 и Т5.

Рис. 9. Музыкальный звонок, имитирующий голоса птиц

 

Если на резистор R8 подать отрицательное напряже­ние, то частота колебаний мультивибратора составит при­мерно 1000 Гц. В случае, когда прибор состоит только из мультивибратора звуковой частоты и усилителя Дарлинг­тона, выдается однообразный (однотонный) сигнал. Если же схема собрана полностью, из динамика слышен мяг­кий, похожий на сирену звук. Таким образом, может быть получено двойное звучание и без использования интегра­тора. При нажатии кнопки звонка достигается постепен­ное нарастание силы звука, обеспечиваемое введением в схему RС-цепочки (R11С6) с параметрами 820 Ом и 200 мкФ.

На рис. 9 приведена схема музыкального звонка, под­ражающего пению птиц. Она питается выпрямленным напряжением 8В или постоянным 12 В. Динамик выдает звуковой сигнал продолжительностью от 2 до 14 с в зави­симости от емкости конденсатора С.

Основу схемы составляет генератор с индуктивной связью. Исходная частота определяется элементами СЗ, R4, R5. Она уменьшается с увеличением емкости конден­сатора СЗ. Если соединить вторичную обмотку трансфор­матора Тр2 с выключателем K, то можно изменять тембр звука. Потребление тока с вторичной обмотки звонково­го трансформатора происходит только в течение его работы и составляет 8 — 15 мА. Трансформатор Тр2 имеет следующие характеристики: количество витков в обмот­ках 1400 и 2X400 соответственно; диаметр провода первичной обмотки 0,05, вторичной 0,08 мм; толщина сер­дечника 7 мм. Предельная мощность используемых рези­сторов 1/10 Вт.

Вместо p-n-p-транзистора (как показано на рис. 9) может быть использован и другой тип (n-р-n), однако тогда необходимо переменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диода D1.

Первое место среди многоголосных формирователей сигналов принадлежит «музыкальным» генераторам. Ра­ботают они следующим образом. При нажатии кнопки и определенных условиях запуска включается электрон­ный счетчик. Во время процесса подсчета импульсов вы­ходные сигналы с дешифратора подключают переменные резисторы генератора, задающие определенную частоту. При этом возникают мелодии, составленные из первых звуков различных песен.

Рис. 10. Музыкальный звонок на интегральных микросхемах КМОП-типа

 

Для построения аналогичных схем используют раз­личные интегральные микросхемы, например четырех­разрядный регистр сдвига SN 74195N (каждый из реги­стров имеет четыре звуковых сигнала, один из которых необходим для установки куля), двоично-десятичный счетчик SN 7490N с дешифратором SN 7442 («1 из 10»), четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик SN 74193 N с дешифратором-демультиплексором SN 74154 N (15 звуковых сигналов, 1 — обратного дейст­вия) и др.

Рис. 11. Музыкальный звонок, воспроизводящий десять последова­тельных звуков:

a — «музыкальный» генератор: 1 — генератор, задающий такт; 2 — счетчик; 3 — - сигнал-генератор; 4 — схема программирования; 5 — устройство декодиро­вяния; б — схема программирования мелодий, приведенных в нотной записи

 

На рис. 10 показан музыкальный звонок, построенный на интегральных микросхемах КМОП-типа, который при нажатии на кнопку проигрывает первые восемь звуков темы оды «К радости» Бетховена. Тактовые сигналы из интегральной микросхемы IC5 поступают в десятичный счетчик с дешифратором типа CD 4017 (IC1), который в основное состояние приводится при включении схемы посредством элементов C1, R1. Выход 0 не используется, поскольку первый тактовый импульс продолжительнее остальных. Выход 9 (11-и вывод) служит для выключе­ния схемы после окончания мелодии (посредством IC4, a, b и транзистора Т1).

Оставшиеся восемь импульсов одинаковой продолжи­тельности используются для стробирования самовозбуж­дающихся мультивибраторов, образованных из интегральных микросхем IC2, IC3 (тип 4011) и соединитель­ных элементов. Таким образом, звуки раздаются в опре­деленной последовательности. Потенциометры Р1Р4 настроены так, чтобы можно было получить четыре зву­ковых сигнала нужной высоты. Для разделения звуков выход звукового генератора коммутируется тактовым сигналом. После этого сигнал через потенциометр регу­лировки звука Р5 подается на усилитель звуковой часто­ты, состоящий из транзисторов Т2 и ТЗ.

«Музыкальный» генератор, изображенный на рис. 11, образует десять последовательно звучащих сигналов, что может быть лейтмотивом музыкального фрагмента.

Схема состоит из сдвоенного таймера типа 556 (или из двух таймеров типа 555), двух декодирующих уст­ройств типа SN7441 и одного двоично-десятичного счетчика типа SN 7490. Питающее напряжение таймера типа 556 может быть выбрано произвольно в пределах от 5 до 15В. Все интегральные микросхемы в данном случае питаются напряжением 5 В.

Микросхема IC1A работает в качестве генератора тактовых сигналов. Этот самовозбуждающийся мульти­вибратор производит сигналы очень низкой частоты, оп­ределяемой номиналами элементов R2 и СА (T=0,25с).

Выходной сигнал задающего генератора (вывод 5) поступает на вывод 14 счетчика. Кроме того, в положении bвыключателя K этот сигнал поступает и на вывод 10 сигнал-генератора. В этом случае десять звуков мы слы­шим одновременно, что воспринимается как один гармо­ничный аккорд. Когда же выключатель K находится в по­ложении а, звуки следуют один за другим, как это бы­вает при исполнении мелодии.

Рис. 12. Частота выходного сигнала в зависимости от значения емкости програм­мирующего конденсатора

 

Генератор тактовых импульсов может работать в двух режимах. Если вывод ЕС (или 4} подключить к питаю­щему напряжению 5 В, схема будет работать непрерывно. Если же контакт ЕС оставить свободным (не подключать никуда), то после одноразового проигрывания мотива, т. е. по прошествии 10-0,25 = 2,5 с, работа генератора прекращается.

Счетчик IC2 (тип SN 7490) управляется таким обра­зом, что на его выводах 12, 1, 9, 8 и 11 возникает пять сигналов, управляющих десятичными декодирующими устройствами IC3 и IC4 (тип SN7441). На десяти выхо­дах декодирующего устройства возникают сменяющие друг друга импульсы продолжительностью 0,25 с. Эти выходы подключены к входу конденсаторной схемы про­граммирования. Когда какой-либо из выходов IC4 стано­вится активным, в цепь сигнал-генератора включается соответствующий ему конденсатор. Сигнал-генератор представляет собой самовозбуждающийся мультивибра­тор, который построен на второй половине интегральной микросхемы таймера типа 556. Его частота определяется номиналом резистора R4 (42 Ом) и емкостью конденса­тора в цепи программирования.

На рис. 12 приведена зависимость выходной частоты сигнал-генератора от емкости программирующего кон­денсатора. По кривой можно определить значения емко­стей для разных звуков и мелодий, нотная запись кото­рых приведена на рис. 11,6. Десять конденсаторов не нужны, если звуковой сигнал одной частоты повторяется неоднократно. В схеме программирования PR1, напри­мер, один и тот же конденсатор (38 нФ) используется для третьего и пятого звуковых сигналов.

Для звуков, которые на октаву выше, частоту надо умножить, а значение сопротивления резистора R4 разде­лить на 2. Для звуков, которые на октаву ниже, — наобо­рот. Продолжительность отдельных сигналов определя­ется декодирующим устройством IC3.

Длительность семи первых звуковых сигналов от трех по­следних в 2 раза больше, так как емкость конденсатора Св отличается от емкости СА. Ча­стота тактозадающего мульти­вибратора IC1A зависит от значений произведения R2-CB или R2-CA- Обычно конденса­тор бывает соединен с землей. В нашем случае декодирую­щее устройство соединяет его с землей в нескольких точках. По схеме, например, видно, что выводы 10, 1 и 2 заземляют конденсатор СА (10 мкФ). Выход сигнал-генератора надо соединить со входом уси­лителя звуковой частоты. Кон­денсатор СО вместе с рези­стором R5 образуют интег­рирующую цепочку. Изме­няя значение СО, можно регулировать тональность сиг­нала.

 

1.1.2. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДВЕРНЫХ ЗВОНКОВ

 

Подключение обычных электрических звонкое. Мы расскажем о двух способах подключения обычных элек­трических звонков. В связи с тем что обычно звонки ра­ботают от 8 В, в сеть их надо включать через раздели­тельный трансформатор. На рис. 13, а представлена схе­ма подключения двух звонков. Каждый из них срабатывает при нажатии соответствующей кнопки. Для соединения звонков и кнопок нужны три провода.

Рис. 13. Подключение звонков:

а — схема соединений при подключении двух звонков; б — подключение двух кнопок к одному звонку

 

На рис. 13,6 изображена схема, позволяющая при помощи одного звонка получать два различных сигнала. Подсоединение звонка выполнено таким образом, что лри нажатой кнопке G2 вторичное напряжение трансфор­матора поступает на клеммы 1 и 2, а при замкнутой кнопке G1, минуя якорь прерывателя, подается непосред­ственно на электромагнит. Однако в этом случае молото­чек ударяет по чашке звонка только один раз и повтор­ный сигнал возможен лишь при вторичном нажатии на кнопку G1. Если же замкнута цепь G2, звонок звонит до тех пор, пока кнопка нажата.

Рис. 14. Независимая работа двух звонков с двухпроводным подсо­единением

 

Независимая работа двух звонков с двухпроводным подсоединением. При уже установленном и работающем звонке иногда возникает необходимость дополни­тельно подключить к той же самой паре проводов еще один звонок, работа­ющий независимо от пер­вого (рис. 14). Для этого надо только провести от первого звонка еще два провода до места уста­новки нового звонка.

Как видно из рисунка, при нажатии кнопки G1 звонит звонок Csl, а при нажатии кнопки G2 — — Cs2. Можно и од­новременно звонить в два звонка. Ясно, что дополни­тельное применение диодов позволяет использовать один звонок за счет одного полупериода переменного тока, а другой — за счет второго.

Схема работает следующим образом. Когда нажима­ют, например, кнопку G1, цепь вторичной обмотки транс­форматора Тр через диоды D1 и D2, звонок Cslи рези­стор R замыкается. Диоды соединены последовательно, и при соответствующем полупериоде напряжения через Cslтечет ток. Через Cs2 ток не течет, так как к диоду D4 приложено запирающее (обратное) напряжение. На­жатие кнопки G2 приводит к срабатыванию Cs2 (принцип работы аналогичен работе Csl). Учитывая, что при под­ключении напряжения конденсаторы представляют собой короткозамкнутую цепь, в схему включают последова­тельный токоограничительный резистор R.

Рис. 15. Работа трех звонков с двухпроводным подсоединением и ре­ле со стабилитронами, работающими при разных уровнях напряже­ния стабилизации

 

Рис. 16. Работа нескольких звонков с двухпроводным подсоединени­ем при использовании селективных реле напряжения

 

Работа нескольких звонков с двухпроводным подсое­динением. В многоквартирных домах в каждой квартире обычно бывает установлен один звонок, который звонит при нажатии кнопки как у двери квартиры, так и у входа в дом. В этом случае может пригодиться схема с двухпро­водной разводкой, при помощи которой можно эксплуа­тировать несколько звонков. Двухпроводное подсоедине­ние трех звонков показано на рис. 15. Действие схемы основано на использовании реле вместе со стабилитрона­ми, работающими при разных значениях напряжения стабилизации.

Если имеющиеся реле J1, J2 и J3 включить последо­вательно со стабилитронами, например, на 3,9; 11; 18В, можно добиться срабатывания реле при разных уровнях напряжения. При нажатии кнопок G1, G2 или G3 на двухпроводную цепь можно подать соответственно 8, 16 или 22 В. При нажатии кнопки G1 срабатывает только реле J1, так как напряжение в цепи меньше, чем на стабили­тронах Z2 и Z3. Если напряжение в цепи превысит напря­жение стабилизации стабилитрона Z2, сработает реле J2. Процесс можно изменить, нажав кнопку G2, тогда в цепь поступят 16В. В результате срабатывают реле J1 и J2. Звонки, работающие от 6 В, подключаются контактами реле, изображенными на рис. 15.

Работа нескольких звонков может осуществляться и выборочно с использованием селективных реле напря­жения (см. рис. 16). Путем нажатия соответствующей кнопки в двухпроводную линию подаются различные уровни напряжения. Например, нажав кнопку G1, пода­ют 8 В, G2 — 13 В, G3 или G4 — 18 и 24 В соответствен­но. Предположим, что мы нажали кнопку G2. Тогда под действием поступившего напряжения 13 В сработает реле звонка Cs2. Этот процесс осуществляется следующим об­разом.

Допустим, исключим из цепи потенциометр Р2. На­пряжение срабатывания используемого per. j составляет 3 В. Напряжение стабилизации стабилитрона Z3 (9,1 В) меньше, чем у Z4 (15В). Как только поступающее на двухпроводную линию постоянное напряжение составит сумму напряжений стабилитрона Z3 (9,1 В) и срабаты­вания реле (3В), реле J2 срабатывает и контактом ]21 замыкает цепь звонка Cs2. Если нажать кнопку G3, под действием 18В стабилитрон Z4 (более 15В) предвари­тельно открывает транзистор Т2, который шунтирует ре­ле J2, и поэтому оно сработать не может. Реле J3 сраба­тывает при наличии в цепи 18 В и стабилитрона Z5 с на­пряжением 14 В.

  

1.2. ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

 

1.2.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

 

Для защиты квартир, индивидуальных домов и дач разработаны различные электрические и электронные сигнально-предупредительные устройства, которые долж­ны срабатывать при проникновении постороннего лица (или животного) на охраняемую территорию или в по­мещение.

Системы сигнализации состоят из различного рода датчиков, центрального, сигнально-предупредительных и прочих дополнительных блоков. Их задачей является преобразование полученной соответствующей информа­ции в электрические сигналы.

 

Таблица 1. Способы определения тождественности основных источников помех

Вид помехи

Параметры тождественности сигналов и функции сигнальных систем

Минимальная частота, Гц

Минимальная амплитуда, дБ

Резание или горение

550

10

Вползание

350

35

Подкоп

600

25

Дождь, гром, шум от самолета, передвижение земляных масс и т. д.

Сравнение сигналов нескольких соседних защитных блоков и по­давление одинаковых сигналов

Магнитные силовые поля

Сравнение частот сигналов и от-фильтровывание

Бросание камня, удар молнии или воздействие животных (на­пример, птиц)

Принимаются только сигналы с частотой больше 500 Гц, и при по­мощи соответствующих схем устанавливают, об однократном ли вмешательстве идет речь

Ветер

1

Принимаются только сигналы с частотой более 500 Гц и сравни­ваются с сигналами нескольких со­седних защитных блоков

 

В центральный блок поступает информация из разных мест и затем преобразуется в сигналы тревоги. Блок ре­гулирует их продолжительность и приводит в действие сигнально-предупредительный механизм. В качестве последнего могут использоваться акусти­ческие, оптические и «замаскированные» (например, под телефон) блоки.

Сигнальные системы служат для отпугивания (преду­предительная защита) или же незаметной передачи сиг­нала тревоги на центральную станцию.

Обязательными требованиями к сигнальному обору­дованию являются его надежность и возможно меньшая вероятность ошибочного срабатывания. Очень важно и то, чтобы оно работало и при отключении от электросе­ти и его было бы трудно вывести из строя. Сигнал не должен длиться больше определенного времени (обычно это несколько минут), чтобы при возможной новой попытке проникновения система срабатывала повторно. Рас­сматриваемое оборудование снабжено автономным источ­ником питания, который позволяет продолжать работу при отключении сетевого напряжения или его преднаме­ренном прерывании. Поэтому существует возможность различать такие неисправности, как обрыв проводов, пре­кращение подачи тока, вскрытие крышек отдельных бло­ков, или же подавать сигналы опасности при срабатыва­нии датчиков.

Имеются и такие новейшие системы, при которых не нужна электропроводка, так как задача передачи инфор­мации выполняется системой освещения или же иногда радиосетью.

Простые сигнально-предупредительные устройства обыкновенно имеют цепи задержки включения для того, чтобы дать возможность неизвестному лицу покинуть сигнальную зону. По истечении определенного времени цепь задержки «разрешает» подачу сигнала тревоги.

В сигнальном оборудовании высокой степени надеж­ности необходима установка таких систем, которые мог­ли бы отличать ложные сигналы тревоги, будь они есте­ственного происхождения (дождь, молния, гром и т. д.) или же нет (например, предметы, оказавшиеся в охра­няемой зоне, шум самолета и т. д.).

Существуют различия между частотным спектром ме­ханических ударных волн, вызванных преднамеренным проникновением, и спектрами прочих помех. В каждом случае имитации нападений отмечается значительная энергия на частотах, больших 1 кГц, случайные же поме­хи обнаруживаются в диапазонах меньших частот, по­этому, применяя настроенные фильтры, можно отсеять ложные сигналы тревоги.

В табл. 1 приведены способы определения тождест­венности некоторых видов сигналов и помех.

Блоками сигнализации могут быть звонки, сирены, осветительные лампы, мощные прожекторы и другие уст­ройства.

 

1.2.2. ОСНОВНЫЕ СИГНАЛЬНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

 

Электрические схемы обычно используются совмест­но с электромеханическими датчиками, к которым отно­сятся датчики, связанные с открыванием двери и окна, устанавливаемые в узких проходах, сигнализационные «ковры», являющиеся датчиками давления, контактные сигнализаторы и др.

На рис. 17 изображены микропереключатели, приме­няемые для контроля за открыванием двери или окна.

На рис. 18 представлены разные варианты магнитных датчиков, применяемых для сигнализации об открыва­нии двери или окна. Магнитные датчики положения со­стоят из двух частей. Неподвижная часть представляет собой обмотку реле (дроссель), подвижная — содержит постоянный магнит. Когда подвижная часть удаляется от неподвижной, изменяется индуктивность обмотки и по­дается сигнал тревоги. Магнитные датчики положения применяются и для сигнализации о перемещении пред­метов. Различные варианты установки магнитных датчи­ков, используемых в системе защиты от проникновения в помещение через двери и окна, изображены на рис. 19. Существуют также и вибрационные датчики, действие которых основано на смещении простой пружины под действием нагрузки. Такой датчик регистрирует и мгно­венное смещение. Они в первую очередь применяются для сигнализации о нанесении ударов (взломе, разбивании, вскрытии) по дверям, окнам, витринам, шкафам.

Основные варианты схем с малым потреблением тока, Представленная на рис. 20 схема срабатывает (осуще­ствляет звуковую или световую сигнализацию) при открывании окна или двери (контакты EJ, E2 и ЕЗ). В кон­тролирующем состоянии цепь потребляет ничтожно ма­лый ток, так что для ее работы достаточно двух плоских батареек.

Контакты El, E2 и ЕЗ могут быть микропереключа­телями, магнитными датчиками положения или же, на­пример, тонкой проволокой. Контакт (цепь) прерывает­ся, когда дверь или окно открывается. При этом тирис­тор открывается, заставляет срабатывать релей приводит в действие блок сигнализации, который работает до того момента, пока не отключат питающее напряжение.

На рис. 21 дана схема сигнальной цепи повышенной надежности с работой на замыкание. В нормальном (контролирующем) состоянии через реле J2 течет посто­янный ток, благодаря чему сигнальное устройство сраба­тывает и при разъединении двухпроводной линии. Пред­положим, что какой-либо дверной контакт замкнулся. В результате сработает реле Л и своим контактом jllпрервет цепь реле J2. Последнее отключается и своим контактом 121 замыкает цепь сигнального звонка.

 

Рис. 17. Микропереключатели, применяемые для контроля за откры­ванием двери или окна

 

Рис. 18. Магнитные датчики, применяемые для сигнализации об от­крывании двери или окна: а, б — наружная установка; в, г — скрытая установка

 

Охраняемое помещение

Рис. 19. Различные варианты монтажа и установки датчиков системы защиты от проникновения в помещение через двери и окна

Рис. 20. Схема противовзломной сигнализации

 

Рис. 21. Схема сигнальной цепи, сигнализирующая об открывании двери (с применением контактов рабочего тока)

Рис. 22. Схема сигнальной цепи с большой продолжительностью работы

 

Отключить сигнализа­цию можно выключив рас­положенный вне квартиры скрытый выключатель К и одновременно включив тай­мер в другом помещении. Реле J1 и J2 работают от напряжения 6 или 12 В соответственна, поэтому и при отключении напряжения се­ти сигнализация действует. Реле J3 работает от отдель­ного источника питания выпрямленного напряжения 8 В. При отключении таймера реле J3 отключается и при помощи своего контакта J31 подает положительное питающее напряжение на одну из клемм дверных контак­тов. Тем самым цепь сигнализации приводится в рабочее состояние. Выключатель К, параллельно соединенный с контактом j31, повышает надежность системы.

На рис. 22 приведена электрическая схема системы сигнализации, построенной на интегральных микросхе­мах КМОП-типа, обеспечивающих большую длитель­ность работы. По сравнению со схемами ТТЛ эти микро­схемы потребляют малый ток. Датчиками Elи Е2 могут быть дверные или оконные контакты, вырабатываю­щие сигналы при разрыве контролируемой цепи. Кнопка G1 их запрещает.

Интегральная микросхема IC1, а также элементы R4 и С2 образуют моностабильную цепь, которая сраба­тывает при нарушении какого-либо контакта. Время за­держки составляет 7 с. Одновременно импульс попадает на один из входов DIC2. Самовозбуждающийся мульти­вибратор звуковых частот состоит из двух элементов НЕ-И и Rl, R2 и С1. Звуковой сигнал тревоги попадает на базу транзистора Т1 через резистор R3.

Рис. 23. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) системы сигна­лизации на рис. 22

 

Предотвратить подачу этого сигнала можно, нажав (кратковременно) кнопку G1. Потребляемый в нерабо­чем, т. е. готовом к срабатыванию, состоянии ток состав­ляет 15 мкА, что позволяет осуществлять питание систе­мы от двух последовательно соединенных батареек на 4,5 В каждая примерно в течение года. На рис. 23 при­ведены печатная плата и монтажная схема системы сиг­нализации.

В домах с приусадебными участками бывает нужно установить сигнализацию о проходе кого-либо из пригла­шенных через садовую калитку или проникновении постороннего лица через забор. В таком случае вдоль за­бора или над ним протягивают провод из тонкой прово­локи (рис. 24). Если провод обрывается или микропереключатель R, смонтированный на воротах, размыкается, реле J срабатывает и цепь звонка через контакт j1 за­мыкается, вызывая звуковой сигнал.

Рассматриваемая система требует постоянного восста­новления проводки. Целесообразнее поэтому использовать провод (трос) соответствующей толщины, соединяемый с подвижным контактом кнопки (рис. 25). При натяже­нии этого провода цепь будет разрываться.

Если перерезать звонковый провод системы (рис. 24, а), то ее можно вывести из строя. В схеме, изображен­ной на рис. 24,6, используется еще одно реле J2, кото­рое делает возможным срабатывание сигнализации и при разрыве провода сигнального звонка. Реле J1 посредст­вом контакта j11 преобразовано в подстраховочное. В предыдущем варианте сигнал тревоги прекращал­ся после захлопывания двери. Здесь же при прерывании цепи (даже на мгновение) реле J1 отпускает. Включение реле Л и цепи сигнализации осуществляется кноп­кой K1.

Рис. 24. Схемы сигнальной цепи с применением защитного провода (а) и троса (б)

Рис. 25. Устройство с подвижным двойным контактом кнопки (сигна­лизация срабатывает как при перерезании троса, так и при его силь­ном натяжении)

 

Шунтовой замок K позволяет установить систему на садовой калитке. С его помощью можно отключать все датчики. Существуют разные типы шунтовых замков, на­пример с ключами (см. рис. 26) или кодовыми выключа­телями, а также автомобильные (замки зажигания). Шунтовые замки в различных сигнально-охранных си­стемах применяются для того, чтобы дать возможность посвященному лицу отключать ключом или кодовым вы­ключателем датчик, расположенный на входной двери. Таким образом можно войти или выйти из охраняемого помещения, не вызвав при этом сигнала тревоги. Замок располагается не внутри помещения, а снаружи, и поэто­му является потенциально слабым звеном системы. Име­ет смысл устанавливать его на хорошо освещенной и ви­димой прохожим двери или стене.

Рнс. 26. Ключевой шунтовой замок (тип Siemens V42263-D-XX-XX):

1 — замок; 2 — колпачок; 3 — опорная пластина; 4 — вывод

 

На рис. 27 показана схема центрального блока без­релейной сигнальной системы. Устройство получает пи­тание от встроенного аккумулятора 12 В/4,5 А-ч. К его выходу подключена сирена (12 В, потребляемый ток ЗА). Сигнал микрофона (или микрофонов, соединенных параллельно) по экранированному кабелю подается на вход Bel. Далее через потенциометр Р1 и разделитель­ный конденсатор С1 он поступает на транзистор Т1. Здесь сигнал усиливается до значения, способного от­крыть тиристор Ti. Если тиристор открывается, ток че­рез ограничительный резистор R1 и тиристор поступает на конденсатор С2.

Когда конденсатор С2 полностью зарядится, ток пре­кращается и тиристор закрывается. Напряжение заря­женного конденсатора теперь через резистор R2 попадает на базу транзистора Т2 и открывает его. На эмиттер-ном резисторе транзистора Т2 отрицательное напряже­ние в это время будет настолько большим, что одновременно откроет транзисторы Т4 и Т5. При открытом тран­зисторе Тд сирена подает сигналы. Продолжительность периодического звучания зависит от емкости конденса­тора С2 и значений резисторов R2 и R4.

При открытом транзисторе Т5 его остаточное напря­жение между коллектором и эмиттером в зависимости от тока и нагрузки составляет 0,1 — 0,3 В. В этом состоя­нии на базовом резисторе 56 кОм транзистора ТЗ соз­дается отрицательное напряжение 0,3 В. Теперь транзис­тор ТЗ остается закрытым и не влияет на транзистор Т4. Подключенная к выходу сирена звучит на полную мощ­ность.

Если напряжение на конденсаторе С2 упало настоль­ко, что уже не может открыть транзисторы Т2, Т4 и Т5, то возрастает коллекторное напряжение транзистора Г5, а его коллекторный ток уменьшается. При правильном расчете базового резистора транзистора ТЗ (56 кОм) этот транзистор открывается, когда его коллекторное напряжение увеличивается до 0,5 В, и подает на базу транзистора Т4 положительное напряжение. Транзистор Т4 закрывается, а вместе с ним и мощный транзистор Т5, т. е. отключение защищает последний от возможных коротких замыканий на выходе сирены. При кратковре­менном коротком замыкании коллекторный ток ограни­чивается до 3 А.

Рис. 27. Центральный сигнализационный блох безрелейной противо-взломной схемы

 

Вход Ве2 сделан для вызова сигнала тревоги (рабо­чие контакты) при помощи магнитных датчиков поло­жения с комбинацией элементов R3, R2 и С1 или микро­переключателей. Ведущие к ним провода, точно так же как и провода микрофонов, должны быть экранированы. Микрофоны обладают большим сопротивлением, поэтому входное сопротивление схемы должно быть более 1 МОм. Разделительный конденсатор С1 выбирается таким об­разом, чтобы он надежно «срезал» частоты выше 100 Гц. Особенно важен диапазон от 800 Гц до 7 кГц, так как этот спектр частот соответствует звукам разбиваемого стекла. Если микрофоны используются для регистрации звука шагов, то емкость конденсатора С1 должна быть увеличена до 1 — 1,5 нФ.

Мы уже отмечали, что продолжительность сигнала тревоги зависит главным образом от значения емкости зарядного конденсатора С2; при выходном тохе 2,5 А эта продолжительность составляет 2,5 мин. Конденсато­ры С5, С6 и С7 подавляют пики напряжения. Транзистор Т5 защищен от вызываемых сиреной пиков напряжения диодом D1. Для уменьшения импульсных помех, тоже производимых сиреной, служат тороидальные дроссели L3 и L4 и конденсатор С8.

Лампы Л1 и Л2 контролируют работу оборудования: Л1 показывает готовность к работе центрального блока сигнализации при открытом выходе, Л2 — нерабочее со­стояние устройства. Выключатель K1 служит для про­верки оборудования и при необходимости может отклю­чать сирену. Если отключен выход сирены, контрольная лампа Л1 выполняет роль коллекторного сопротивления транзистора Т5. Конденсатор С2 можно разрядить при помощи кнопки G1, что приведет сигнальное устройство в нерабочее состояние, потребляемый ток при этом со­ставляет около 1,5 мА.

Блок питания служит и для автоматического заряда аккумуляторов, он подзаряжает батареи, а при достиже­нии номинального уровня заряда постоянно подает на аккумулятор буферный ток. Зарядный ток в аккумуля­тор (12 В/4,5 А-ч) течетчерез регулирующий транзистор Т6. При заряженном аккумуляторе напряжение рав­но 13,8 В, зарядный ток 10 мА. Эти значения устанав­ливаются при помощи потенциометра Р2 в цепи стаби­литрона Z1. Когда акумулятор разряжен, зарядный ток равен 120 мА. Трансформатор должен обеспечивать на выходе 12 В/1,2 В-А.

В зависимости от длины провода параллельно могут быть подключены несколько микрофонов. Вместо них для контроля за оконными стеклами с большим или меньшим успехом могут применяться и обыкновенные вибродатчики, хотя при большой чувствительности они часто ложно срабатывают. При грубой же настройке (малой чувствительности) вибродатчики срабатывают при уже разбитом стекле.

Включение и выключение магнитных датчиков может осуществляться, например, выключателем, расположен­ным на той двери, через которую в последнюю очередь выходят из охраняемого помещения.

При установке сигнального оборудования централь­ный блок должен быть недоступен для посторонних лиц. Сирену нужно помещать вне охраняемой зоны с учетом того, что, с одной стороны, она должна быть труднодо­ступной, а с другой — ее должны хорошо слышать со­седи.

 

 

  Далее -->
© Copyleft 2008 - RVV
Сайт создан в системе uCoz