1.2.3. СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

 

Охрану запертых помещений можно осуществлять несгшлькими способами. При длительном отсутствии це­лесообразно использовать простейшие схемы со свето­чувствительными датчиками (фотоприемниками). Прин­цип их действия очень прост. Охраняемое помещение (или помещения) затемняют шторами. В соответствую­щем месте размещают светочувствительную сигнальную установку. Когда постороннее лицо входит в помеще­ние, то на фотодатчик обязательно падает свет: днем — из двери, ночью — при включении освещения или от кар­манного фонаря; в результате сигнализация срабатыва­ет. Схема должна и при коротком световом импульсе давать надежный сигнал.

Рис. 28. Схемы противовзломной сигнализации на фоторезисторах, срабатывающей под воздействием света:

а — без вибродатчика; б — с вибродатчиком

 

Простая схема (рис. 28, а) позволяет осуществлять сигнализацию, срабатывающую под воздействием света  (например, карманного фонаря). При этом зажигается фототиристор и включается звонок.

Схема на рис. 28,6 содержит также и вибродатчик К2. Генератор пилообразного напряжения, построенный на однопереходном транзисторе Т1, может запускаться не только при освещении фототиристора, но и от сигна­ла вибродатчика K2, размыкающегося при механических колебаниях или тряске.

Отключение сигнала тревоги осуществляется клю­чом К1.

На рис. 29, а изображена схема фотореле сетевого питания. Переменное напряжение, появляющееся на резисторе R2 делителя напряжения, состоящего из элемен­тов С, Rl, R2, выпрямляется диодом D. Когда на фото-резистор Fпопадает свет, его сопротивление уменьша­ется, реле J срабатывает и своим контактом j1 удержи­вается в этом состоянии, а контактом j2 замыкает цепь звонка. Прерывание сигнала тревоги возможно только тогда, когда на фоторезистор не падает свет или прек­ращается на короткое время подача питающего напря­жения. В схеме использован кадмиево-сульфидный фоторезистор типа RPY20 фирмы PHILIPS (U_max — = 400 В, Р = 1 Вт, сопротивление при освещенности 50 л к равно 1500 Ом).

Рис. 29. Схемы противовзломной и противопожарной сигнализации, срабатывающей при изменении освещенности

 

Ток срабатывания реле составляет 2 мА, сопротив­ление обмотки 20 Ом. В качестве резистора R2 приме­нен варистор VDR (для большей стабильности питающе­го напряжения) типа E299DG/P248. При напряжении 180 В через него течет ток 10 мА. Максимальное обрат­ное напряжение выпрямительного диода Dдолжно быть больше 500 В. Схема выдает сигнал тревоги уже при ос­вещенности 10 — 30 л к.

Преимуществом схемы, показанной на рис. 29,6, яв­ляется то, что она работает от одного аккумулятора напряжением 12 В. Светочувствительным элементом явля­ется кадмиево-сульфидный резистор типа LDR03. Реле сопротивлением 300 Ом в коллекторной цепи транзисто­ра Т2 срабатывает при токе 20 — 30 мА. Когда свет по­падает на фоторезистор, его сопротивление уменьшается и транзисторы Т1, а затем и Т2 открываются. Посред­ством своего контакта j реле замыкает цепь звонка.

Рис. 30. Противовзломная сигнализация с цепью самоблокировки, срабатывающая под воздействием света

 

На рис. 30 приведена другая схема, работающая по такому же принципу. Когда свет попадает на светочувствительный резистор, устройство выдает сигналы трево­ги до тех пор, пока его не отключат. В данном случае звонит звонок, но при помощи контактов реле можно уп­равлять и другими сигнально-предупредительньши уст­ройствами. Здесь необходимо учитывать следующее. Во-первых, цепь сигнализации должна быть независимой от сетевого напряжения, т. е. иметь автономное питание. Во-вторых, и это очень важно, ток, потребляемый обору­дованием, должен быть минимальным, иначе применяе­мые батареи или аккумуляторы разряжались бы очень быстро.

В качестве фотодатчика используется кадмиево-суль­фидный фоторезистор. Несмотря на то что в темноте его сопротивление велико, уже при слабом освещении оно резко уменьшается. Фоторезистор типа LDR03 в темно­те имеет сопротивление более 10 МОм, а при освещен­ности 100 лк только 1 кОм. Максимальная мощность рас­сеяния 200 мВт (при температуре до 40 °С) и 100 мВт (при температуре до 50 °С).

Кроме фоторезистора типа LDR03 могут быть исполь­зованы приборы типов ORP12, LDR05 или другие, ана­логичные по параметрам.

Если схему предполагается использовать в устройст­ве противопожарной сигнализации, в качестве датчика кадмиево-сульфидный фоторезистор не подходит из-за слабой чувствительности к инфракрасному спектру излу­чений. Если он все же используется, то необходимо обе­спечить соответствующую чувствительность в требуемом диапазоне. Фоторезистор на основе сульфида свинца об­ладает более подходящими характеристиками. Он «ох­ватывает» весь видимый спектр и частично инфракрас­ный диапазон.

В схеме фоторезистор Fи потенциометр Р1 образу­ют делитель напряжения. Постоянный уровень напряже­ния потенциометра через токоограничительный резистор R1 подается на базу транзистора Т2. Через транзистор Т2 до тех пор не будет протекать коллекторный ток, пока напряжение базы не превысит напряжения открывания транзисторов Т2 и ТЗ (2X0,6=1,2 В). В случае, когда транзистор Т2 закрыт, все же ничтожно малый ток те­чет через резисторы R4 и R3 и переходы коллектор — эмиттер и база — эмиттер транзисторов Т2 или ТЗ. Если транзисторы Т1 и Т2 закрыты, а в темноте сопротивле­ния фотодатчика 1 МОм, то вместе с током утечки тран­зисторов потребляемый ток не превышает 5 мкА.

При освещении кадмиево-сульфидного фоторезистора его сопротивление уменьшается и поступающее на базу транзистора Т2 напряжение увеличивается. Когда оно превысит 1,2 В, транзистор Т2 открывается и через ре­зистор R4 открывается транзистор 77. Через резистор R2 коллекторный ток транзистора Т1 поступает на базу транзистора Т2. По существу получается петля (цепь) с регенеративной обратной связью, которая при исполь­зовании транзисторов TJи Т2 позволяет увеличить ско­рость переключения схемы. Вследствие относительно ма­лого значения сопротивления резистора R2 цепь остает­ся в указанном состоянии и тогда, когда свет, падающий на фотодатчик, прекращается. Следовательно, чтобы транзисторы Т1 и Т2 открылись и цепь перешла в состоя­ние самоблокировки, достаточно только на мгновение осветить фотодатчик. Тогда через резистор R2 и пере­ходы эмиттер — база транзисторов Т2 и ТЗ будет проте­кать ток, не превышающий 2 мА. В результате транзистор ТЗ тоже откроется, а находящееся в его коллектор­ной цепи реле сработает и своим рабочим контактом j1 включит звонок.

Желательно звонок и питающую его батарею поме­щать отдельно от собранной схемы, так как переходные токи и напряжения могут создать сильные помехи.

Конденсатор С1 с относительно малой емкостью слу­жит для защиты от ложного срабатывания из-за воздей­ствия напряжения помех, вызванных наводками в прово­дах фотодатчика и другими причинами. Диод D1 защи­щает транзистор ТЗ от индуктивных всплесков напряжения, возникающих при выключении реле,

 

1.2.4. СИГНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ,

СРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРИ ПЕРЕКРЫТИИ ЛУЧА

 

Рис. 31. Противовзломная охрана окон и дверей при создании свето­вого барьера

 

Расположив перед охраняемым входом в дом, окном или другим объектом источник инфракрасного излуче­ния (рис. 31), можно создать невидимый барьер, кото­рый в совокупности с электронным блоком послужит источником сигналов тревоги. Такое устройство выдает устойчивый сигнал тревоги при пересечении невидимого светового луча посторонним лицом.

 

Сдетодиод            Линза              Путь луча                  Линза

Рис. 32. Участок оптической связи

 

Участок оптической связи показан на рис. 32. Поток инфракрасного излучения от источника попадает на рас­положенный напротив светочувствительный элемент. Пе­рекрытие луча, даже незначительное, или прекращение подачи света немедленно вызывает сигнал тревоги. Не­достатком этой конструкции является то, что светопередатчик (излучатель) и фотоприемник должны быть рас­положены точно на одной линии. Другой недостаток за­ключается в том, что пересечь узкий пучок света могут, например, и птицы, что приведет к ложной тревоге. Для устранения этого недостатка созданы усовершенствован­ные конструкции (рис. 31), когда для срабатывания сиг­нализации требуется перекрыть (пересечь) около 50 % площади светового пучка диаметром около 30 см.

При применении источников инфракрасного излуче­ния между передатчиком и приемником должна быть обеспечена зона свобод­ной (прямой) видимости. При передаче потока на большие расстояния рас­полагаются последова­тельно несколько таких систем, причем так, что­бы в непосредственной близости от передатчиков и приемников не возника­ли зоны перекрытия диа­граммы направленности (рис. 33).

Рис. 33. Перекрытие диаграммы направленности

 

Если применяются простые устройства, осо­бенно на большом рас­стоянии между излучателем и приемником, то могут возникать различные помехи, например фоновый свет, изменение дневной освещенности, искусственные источ­ники света и т.д. Для устранения влияния этих мешаю­щих факторов применяют модулированные источники света и резонансные усилители. Такие устройства с модулированным источником света по сравнению с други­ми не обладают большой чувствительностью, но их не­возможно вывести из строя побочными инфракрасными сигналами.

Излучатели с немодулированным источником света. Речь здесь будет идти о простых устройствах, применяе­мых для перекрытия светом расстояния 2,5 — 5 м.

В таких конструкциях для концентрации светового потока на фотоприемнике имеет смысл использовать со­бирательную линзу (двояковыпуклую или плосковогну­тую). Обычно применяют линзы с фокусным расстояни­ем 50 и диаметром 30 мм. Их встраивают в металличес­кую или пластмассовую трубу длиной 40 и внутренним диаметром 32 — 33 мм.

Приемник надо расположить таким образом, чтобы лучи источника света попадали на светочувствительную поверхность точно в фокусе. Оптика используется та же самая, что и в светоприемнике. Лампу располагают так, чтобы пить накаливания находилась в фокусе линзы. Ес­ли лампа имеет характеристики 6 В/3 Вт, то без инфра­красного фильтра можно перекрыть расстояние 2,5 м. Применение фильтра, который может стоять до и после линзы, уменьшает это расстояние до 1,3 м. При необхо­димости световые лучи можно направить под углом (рис. 34).

 

Рис. 34. Устройство про­стого светодатчика:

1 — лампа; 2 — провод; 3 — веркало; 4 — двояковыпук­лая линза; 5 — лучи света; 6 — фильтр

 

Рис. 35. Светодатчик:

а — в собранном виде; б — схема сборки на крепежной пластине: 1 — гайка; 2 —  винт М4Х15; 3 — хомут; 4 — проекционная труба; 5 — кронштейн; б — винт; 7 — Крепежная пластина; 8 — рычаг крепления

 

Захватываемое светом расстояние в значительной степени может быть увеличено при использовании источ­ников света большей мощности. Такие лампы имеют толстую спираль накаливания, вследствие чего на свето­чувствительной поверхности приемника можно создать большую освещенность. Наилучших результатов можно достичь, применяя автомобильные лампы. В этом случае, конечно, корпус должен быть больших размеров и иметь соответствующую вентиляцию (вентиляционные отвер­стия).

Для перекрытия больших расстояний (5 — 6 м) служит источник света, конструкция которого изображена на рис. 35 и 36. Здесь источником инфракрасных лучей яв-ется низковольтная (12 В/1,3 А) лампа накаливания, расположенная в фокусе плосковогнутой линзы, перед которой помещен инфракрасный фильтр.

На рис. 37 показана схема сигнализации с фотодиод­ным датчиком. Реле срабатывает в том случае, когда пе­ресекается луч света, направленный на фотодиод. Последний образует с резистором 91 кОм делитель напря­жения, который обеспечивает базовое напряжение тран­зистора 77. Когда фотодиод освещен, его сопротивление минимально, следовательно, потенциал базы транзисто­ра Т1 низкий. Если световой луч перекрывается, значе­ние сопротивления увеличивается, в результате чего возрастает и напряжение на базе транзистора. Транзистор T1 управляет триггером Шмитта, состоящим из транзис­торов Т2 и ТЗ. На его выходе напряжение резко (скач­ком) возрастает от минимального до максимального зна­чения даже в том случае, когда изменение светового потока, падающего на фотодиод, незначительно. Транзис­тор ТЗ управляет мощным каскадом, состоящим из тран­зистора Т4, в коллекторной цепи которого находится ре­ле. Диод Dслужит для ограничения индуктивных всплесков напряжения, возникающих в обмотке реле при-закрытии транзистора Т4, и для его защиты.

Рис. 36. Схема сборки проекционной трубы светодатчика:

1 — лампа; 2 — винты для листового металла 2,9X6,5; 3 — выпуклая сторона; 4 — инфракрасный фильтр; 5 — резиновые кольца; 6 — полу­выпуклая линза; 7 — запорное кольцо; 8 — резьбовая труба; 9 — патрон; 10 — лампа

Рис. 37. Схема сигнализации с фотодиодным датчиком

 

Другой пример схемы сигнализации, в которой ис­пользуется кадмиево-сульфидный фотодатчик, приведен на рис. 38: При освещении фоторезистора его сопротив­ление уменьшается и транзистор Т1 закрывается. Тран­зистор Т2 в это время тоже закрыт, так как на его базу через резистор R2 подается отрицательное напряжение. Когда поток световых лучей, направленных на фоторе­зистор, уменьшается, транзистор 77, а вместе с ним и Т2 открываются, а так как напряжение на транзисторе Т2 уменьшается, то оно падает и на делителе напряжения (R4, R3), соединенном параллельно с ним. Поэтому уменьшается эмиттерное напряжение транзистора Т1, а в результате этого происходит увеличение его кол­лекторного тока, что опять приводит к его возрастанию в транзисторе Т2, и реле срабатывает. При срабатыва­нии реле образует цепь самоблокировки — контакт j1 и кнопка G. Цепь звонка и лампы накаливания Л1 за­мыкается контактом реле j2. Схема может работать от аккумулятора напряжением 9 В (при отсутствии сетево­го питания).

На рис. 39 изображена схема сигнализации с приме­нением кадмиево-сульфидного фоторезистор-а для рабо­ты на расстоянии примерно 5 м. Напряжение эмиттер — база транзистора Т1 определяется потенциометром Р1 и кадмиево-сульфидным фоторезистором LD:R03.

Если свет от лампы накаливания, пройдя через ин­фракрасный фильтр, не попадает на светочувствитель­ный резистор (при перекрытии светового луча), то тран­зистор Т1 закрыт, транзисторы Т2 и Т4 открыты. Находящееся в коллекторной цепи транзистора Т5 -реле срабатывает и своим контактом j2 делает короткое замы­кание на входе сигнально-предупредительного блока. Ког­да поток света становится стабильным и инфракрасные лучи попадают на фоторезистор, его сопротивление уменьшается. В результате напряжение эмиттер — база транзистора Т1 увеличивается и он открывается. Затем уменьшается базовое напряжение транзистора Т2 и он начинает закрываться. Аналогичным образом ведут се­бя и транзисторы Т4 и Т5, поскольку базовый ток ТЗ определяется резисторами R6 и R7. Когда возрастает напряжение на базе транзистора ТЗ, транзистор Т2 пол­ностью закрывается, то же происходит и с транзисторами Т4 и Т5. Реле в этом случае будет находиться в нера­бочем состоянии (отпускает), а следовательно, сигнал прекращается.

Рис. 38. Схема сигнализации с кадмиево-сульфидным фотодатчиком

Рис. 39. Схема сигнализации с кадмиево-сульфидным фоторезисто­ром:

а — блок светоприемки; 2 — фоторезистор; 3 — инфракрасный фильтр; 4 — плосковогнутая линза

 

Выключатель К2 позволяет подавать два вида сиг­налов тревоги: кратковременный и длительный.

При включении К.2 работающее реле своим контак­том j1 самоблокируется. Если К2 выключен (временный режим), система сигнализации работает только при пе­рекрытии инфракрасных лучей, достигающих светочувст­вительного резистора. Когда К2 включен, сигнализация функционирует все время, пока ее не отключат.

Если использовать лампу накаливания на 12В/1.2А, то можно контролировать расстояние до 5 м. Питающее напряжение схемы 12 В, а общая мощность рассеяния приблизительно равна 15 Вт. Схема монтажа (сборки) светоприемного устройства приведена на рис. 40.

Рис. 40. Схема сборки светоприемного устройства:

1 — металлический корпус; 2 — винты для листового металла 0 2,9X6,5; 3 — плосковогнутая линза; 4 — распорное кольцо 0 26X9; 5 — инфракрасный фильтр; 6 — фотодатчик; 7 — распорное кольцо 0 26X15; S — резиновая трубка; 9 — запорное кольцо; 10 — вилка

 

Излучатели с модулированным источником света.

Работе устройств с немодулированными источниками света может помешать окружающее освещение. Кроме того, они легко могут быть выведены из строя посторон­ними сигналами. Следует отметить, что в качестве источ­ника света не должны применяться лампы с большой тепловой инерцией нити накаливания. Для этой цели го­дятся, например, лампы тлеющего разряда, импульсные газоразрядные трубки и светодиоды.

По сравнению с устройствами, работающими на обыч­ных лампах накаливания, блоки оптического приема со светодиодами, работающие в режиме модуляции часто­ты или в импульсном режиме, обладают определенными преимуществами.

Во-первых, лампы накаливания имеют КПД менее 0,1 %. При токе в несколько сот микроампер требуется .напряжение минимум в несколько вольт; кроме того, они недолговечны. Коэффициент полезного действия светодиодов больше, при токе свыше 10 мА, постоянном прямом напряжении 1,5 В срок службы практически не ограни­чен.

Во-вторых, светодиоды могут работать в импульсном режиме. Схема подключения фотоприемника выполнена таким образом, что он может быть настроен на частоту модуляции в узком спектре частот. Таким образом, си­стема достаточно независима от воздействия рассеянно­го света.

В-третьих, при помощи пары светодиод — фототран­зистор, работающей в импульсном режиме, можно кон­тролировать расстояние и в несколько сотен метров (да­же не применяя при этом лазерные диоды). Фотоусили­тель в этом случае работает как селективный усилитель.

Рис. 41. Электрическая схема участка оптической связи с модуляци­ей света в передатчике и с селективным приемником

 

На рис. 41 представлена электрическая схема участ­ка оптической связи с модуляцией света в передающем и селективном приемном узлах. Устройство использует­ся, например, в качестве сигнального в противовзлом-ных системах. Модуляция светового сигнала осуществ­ляется при помощи самовозбуждающегося мультивибра­тора.

Инфракрасные импульсные излучатели являются но­вейшим вариантом противовзломных сигнальных уст­ройств, работающих при перекрытии луча. Они с успехом действуют на больших расстояниях (10 м) и имеют автономное питание.

Принцип их действия основан прежде всего на боль­шой мощности диодов инфракрасного излучения на ар-сениде галлия (GaAs), возникающей при очень кратко­временном и большом импульсном токе. Возникают очень короткие световые импульсы с соответственно продолжи­тельными перерывами (паузами). Если, например, вре­мя периодической подачи напряжения на излучающий диод CQY99, т. е. время включения (или длительность импульса), 20 мкс, период 50 мс (20 Гц), то при импуль­сном токе диода 2 А среднее его значение будет лишь 0,8 мА. С учетом же тока потребления генератора об­щий ток не составит и 1 мА. Такой светоимпульсный передатчик можно непрерывно эксплуатировать в тече­ние года от аккумулятора 4,5 В/10 А-ч.

Рис. 42. Электрическая схема (а) и формы сигналов (б) светодатчика системы сигнализации с использованием инфракрасных импульсов

 

Электрическая схема и формы сигналов светопередат-ч-ика и светоприемника системы сигнализации приведе­ны на рис. 42 и 43. Коэффициент заполнения световых импульсов от светопередатчика (см. сигналы формы А) t_ВХ/T=20 мкс/50 мс.

Если бы в качестве импульсного генератора исполь­зовали обыкновенный самовозбуждающийся мультивибратор, то и при больших импульсных промежутках по­требление тока было бы относительно высоким, так как один транзистор из двух всегда открыт. Небольшой ко­эффициент заполнения только тогда приводит к мини­мальному среднему расходу тока, когда импульсный ге­нератор при длительной паузе потребляет малый ток. Этим требованиям удовлетворяет самовозбуждающийся мультивибратор (рис. 42), поскольку во время паузы закрыты оба транзистора.

Рассмотрим теперь, каким образом приемная часть обрабатывает световые импульсы (рис. 43). Фотодиод BPW34, находящийся на пути следования лучей, воспри­нимает периодически (через каждые 50 мс) поступаю­щие на него импульсы длительностью 20 мкс, которые после усиления появляются на выходе интегральной мик­росхемы TDA4180P (сигналы формы «С»). Выходной сигнал усилителя в каскаде, состоящем из транзистора ТЗ, преобразуется в положительные импульсы («D»), которые, попадая на вход интегрального ключа типа U113В фирмы AEG-Telefunken, приводят к запуску гене­ратора и образованию пилообразного напряжения («E»).

Скорость его нарастания определяется емкостью кон­денсатора С, которую нужно выбрать таким образом, чтобы пилообразный сигнал не достиг значения U_ПИТ, Принцип работы схемы построен на реакции на отсутст­вие импульсов. Если хотя бы на мгновение перекрыва­ется световой поток, по крайней мере исчезает один из них и пилообразный сигнал почти достигает Uпит. В ре­зультате транзистор Т4 закрывается, а реле, вызываю­щее возникновение сигнала тревоги, возвращается в не­рабочее состояние.

Приемная часть представляет собой схему, срабаты­вающую при отсутствии сигналов. С увеличением емко­сти конденсатора С нарастание пилообразного сигнала замедляется. Следовательно, при отсутствии нескольких запускающих импульсов возникает большая пауза и сиг­нал достигает значения питающего напряжения. Таким способом можно добиться соответствующей регулиров­ки времени подачи сигнала.

Если схема работает от аккумулятора или сухого эле­мента, необходимо добиться большего срока их службы, однако нельзя не учитывать, что при незначительном уменьшении U_Ш1Т реле начнет «стучать» (дребезжать). При сетевом питании возможна стабилизация напряже­ния, но тогда надо иметь в виду определенный разброс параметров интегральной микросхемы U113B. К досто­инствам схемы следует отнести то, что в случае питания от сети во время отключения тока реле срабатывает и са­мостоятельно вызывает сигнал тревоги, т. е. сигнализи­рует о прекращении питания. Блок сигнализации, конеч­но, должен иметь питание от отдельного источника, не­зависимого от сети.

Защитить фотодиод от падающего сбоку света мож­но при помощи черной пластмассовой трубки. Поставив пластмассовую линзу с пленкой-фильтром дневного све­та, можно увеличить область действия системы и умень­шить чувствительность к постороннему свету. Если, не­смотря на принятые меры, чувствительность к посторон­нему свету будет еще высока, можно уменьшить сопротивление резистора, стоящего на входе, что, однако приведет к уменьшению рабочего расстояния.

Рис. 43. Электрическая схема соединений (а) и формы сигналов (б) приемкой цепи системы сигнализации с использованием инфракрас­ных импульсов

 

Малое потребление светопередатчика достигается за счет применения дополнительного самовозбуждающегося мультивибратора. Как это видно на рис. 42, во время паузы конденсатор С1 заряжен (это происходит за вре­мя действия предыдущего импульса) и имеет полярность, показанную на этом рисунке. На базу транзистора 77, следовательно, подается отрицательное напряжение в не­сколько вольт и он закрыт. Конденсатор С1 теперь мед­ленно перезаряжается через резисторы Rl, R2, диод и R4. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на­пряжение базы транзистора Т1 не достигнет такого по­ложительного значения, при котором возникает коллек­торный ток. В результате транзистор Т2 тоже открыва­ется, что влечет за собой еще более быстрое открытие транзистора Т1.

Обратная связь ведет к быстрому переключению транзисторов Т1 и Т2. Конденсатор С1 снова перезаря­жается на первоначальную полярность через проводящий транзистор Т2, резистор R2 и переход эмиттер — база транзистора TJ. Как только уменьшится ток пере­зарядки, поступающий на базу транзистора TJ, увели­чивается коллекторное напряжение Т2. Вследствие это­го базовое напряжение транзистора Т1 продолжает уменьшаться при протекании тока по цепи R2 и CLТа­ким образом, транзисторы теперь опять закрываются, т. е. происходит обратное переключение.

Таким образом, период 50 мс, т. е., по сути, пауза, определяется элементами R1 и С1, а длительность им­пульса 20 мкс — элементами R2 и С1. Она также зави­сит от коэффициента усиления по току транзисторов, пи­тающего напряжения и параметров инфракрасного излу­чающего диода (табл. 2).

 

Таблица 2. Влияние изменения параметров схемы, изображенной на рис. 42, на амплитуду, период и длительность импульса

Параметр	Амплитуда	Период	Длительность импульса
Напряжение питания	+	0	—
Прямое напряжение инфра-	—	+	+
красного диода
R1	0	+	0
R2	0	0	+
С1	0	+	+
Усиление по току Т1	0	0	+
Усиление по току Т2	0	0	+
Температура	+	0

Примечание. « + » — увеличение; 0 — без изменения; « — » — умень­шение.

Рис. 44. Схема сигнализации с использованием инфракрасных им­пульсов:

а — передатчик; б — приемник; в — цепь задержки сигнала тревоги

 

На рис. 44 приведена схема сигнализации с инфра­красным излучающим диодом. Ее передающая часть (рис. 44, а) представляет собой самовозбуждающийся мультивибратор, от которого диод LED1 начинает пе­риодически излучать световые импульсы.

Приемная часть схемы выполнена на базе ИМС-тай-мера типа 555, фиксирующего моменты отсутствия им­пульсов, которые с диода LED1 воспринимаются фото­транзистором ТЗ и используются для обратного пере­ключения и запуска моностабильного мультивибратора. Когда световой путь перекрывается, зажигается свето-диод LED2, подключенный к ИМС. Продолжительного сигнала можно добиться и при помощи тиристорной схе­мы, приведенной на рис. 44, б. Под воздействием импуль­са тиристор отпирается и заставляет срабатывать реле. Прекращение сигнала тревоги достигается нажатием кнопки G.

Чувствительность схемы на рис. 44, б определяется резистором R2 и фототранзистором ТЗ. Значение сопро­тивления резистора R2 может быть и меньше 33 кОм, но в этом случае уменьшается чувствительность приемни­ка. Фотоприемником ТЗ может быть обычный кремние­вый фототранзистор, однако применение составного фо­тотранзистора (по схеме Дарлингтона) обеспечивает луч­шую чувствительность.

Рис. 45. Сигнализация, срабатывающая при емкостном воздействии или прикосновении:

а — электронная схема; б — монтажная схема; в — печатная плата; г — соеди нение с внешними элементами

 

Постоянная времени моностабильного мультивибра­тора определяется Р и С2. Время, необходимое для сра­батывания звуковой сигнализации при исчезновении све­тового импульса, равно разности между временем паузы передатчика и постоянной времени приемника. Поэтому кажется, что схема срабатывает почти мгновенно при перекрытии каким-либо образом светового луча, если постоянная времени немного больше паузы. Однако, ес­ли она намного больше времени паузы, для срабатывания схемы потребуется несколько секунд. Большая по­стоянная времени обеспечивает также в защиту от лож­ных срабатываний.

Контролируемое расстояние определяется чувстви­тельностью приемника, мощностью импульса, излучаемо­го диодом LED1.

Применение соответствующей линзы и защита диода в приемнике от падающего сбоку света (при помощи черной пластмассовой трубки) позволяют контролиро­вать расстояние в 3 — 4 м. Наилучшие результаты дает применение в передатчике и приемнике таких линз, фо­кусное расстояние которых приблизительно равно их диаметру.

 

1.2.5. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ, СРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРИ ПРИБЛИЖЕНИИ ИЛИ ПРИКОСНОВЕНИИ К НИМ

 

Одним из способов защиты квартир от взлома может быть установка сигнальных систем, срабатывающих при приближении (емкостном воздействии) или прикоснове­нии к ним человека (рис. 45).

Датчиком сигнального устройства может быть лю­бой изолированный от земли металлический предмет. Можно использовать, например, проволоку, пластины, сетку и т.д. Они соединяются с задвижками или замка­ми дверей тех помещений, попытки проникновения в ко­торые должны сопровождаться сигналами тревоги, а так-же и с ценными металлическими предметами, подлежа­щими охране.

Если устройство должно срабатывать при емкостном воздействии, то экранированный кабель всегда соединя­ют с тем предметом, емкость которого по отношению к земле меньше 10 пФ. Такая сигнализация применяется и для охраны ценных картин. Датчик помещают за кар­тину или же, как проволоку, натягивают на задней сто­роне рамы. Когда кто-то слишком близко к ней подхо­дит, немедленно раздается сигнал тревоги.

При прикосновении или приближении к датчику сиг­нальной системы образующийся сигнал, усиленный тран­зисторами 77 и Т2, попадает на тиристор и открывает его. Реле срабатывает и своим контактом включает звонок или сирену.

В схеме использовано обычное реле, работающее при 6 — 7 В, потребляемый ток которого находится в преде­лах рабочего тока тиристора. Прекращение сигналов тревоги и приведение схемы в состояние готовности к по­вторному срабатыванию происходит путем выключения выключателя К и затем его повторного включения.

Если устройство настроено на сраба!ывание от при­косновения, вывод 5 конденсатора С2 остается свободным, т. е. ни к чему не подключается. Положительный же по­люс источника питания (клемма 4} должен быть зазем­лен. В качестве заземления служит водопроводная сеть или система центрального отопления, но надо остерегать­ся подключения к газопроводу. Датчик в этом случае при помощи одножильного провода следует подключать к клемме 8.

Если схема будет настроена на емкостное воздейст­вие, клемму 4 надо оставить свободной (заземлять ее не надо), а вывод 5, ведущий к конденсатору С2, соединить с фазным проводом сети. Клеммы 7 и 8 при помощи ко­аксиального кабеля соединить с одной стороны с вхо­дом, с другой — с датчиком. Максимальная длина кабе­ля 15 м.

При использовании кабеля максимальной длины кон­денсатор С1 из цепи надо исключить. Если кабель, как это обычно бывает, короче, следует принимать в расчет практическую емкость одного метра, равную 80 пФ, важ­но, чтобы она не превышала 1 нФ. Отметим еще, что конденсатор С1 можно вводить в схему только в этом конкретном случае.

Рис. 46. Схема сигнальной системы, чувствительной к изменению ем­кости

 

На рис. 46 дана схема сигнальной системы, чувстви­тельной к изменению емкости. Транзисторы 77 и Т2 об­разуют одинаковые каскады гетеродинных генераторов. Индуктивность обмоток колебательного контура тран­зисторов 77 и Т2 25 мГн (L1 и L3). Частота генераторов будет 95 кГц. Настроечная емкость колебательных кон­туров относительно невелика потому, что небольшое па­раллельное изменение емкости датчика вызывает уже достаточно большое изменение частоты. Если С_р равна 10 пФ, частота гетеродинного каскада транзистора 77 изменится на 4,2 кГц.

В качестве обмоток колебательного контура можно использовать, например, обмотки строчного генератора телевизионных приемников. Они имеют индуктивность 30 мГи, число витков 2000. Соединительные обмотки L2 и L4 имеют по 100 витков. Датчик присоединяют к ин­дуктивности L1. Вызываемое им нарушение настройки вы­равнивается регулировкой сердечника обмотки L1. При приближении к датчику в результате нарушения на­стройки генератора 77 изменяется возникающее на дио­де D1 разностное напряжение звуковой частоты. Вслед­ствие малого количества витков в обмотках L2 и L4 девиации частоты между двумя генераторами не возника­ет. Элементы R7, С8 образуют фильтр верхних частот.

В обычном состоянии, т. е. когда около датчика нико­го нет, разность частот двух генераторов составляет бо­лее 1 кГц. Эту относительно большую разностную часто­ту фильтр верхних частот не пропускает, так что выход­ное напряжение очень невелико. Если же емкостный датчик нарушает настройку генератора Т1, разница час­тот уменьшается, а выходной сигнал возрастает.

Работа устройства может быть построена и на дру­гом (противоположном) принципе. В обычном состоянии тогда настройка частот дает, например, разницу в 100 — 200 Гц; получаем большой выходной сигнал. При работе емкостного датчика частотная разность увеличивается и выходной сигнал уменьшается, а U_ВЫх управляет ре­лейным пусковым каскадом.

Стабилитрон Z стабилизирует питающее напряжение генераторов, построенных на транзисторах 77 и Т2.

На рис. 47 приведена схема переносной сигнальной системы, применяемой для охраны входной двери. Устройство работает от двух малогабаритных аккумулято­ров, заряда которых хватает на 10 дней работы (без под­зарядки), и приводится в действие в момент, когда кто-то касается дверной защелки или же пытается открыть дверь ключом. Сигнализация срабатывает, даже если взломщик в кожаных или резиновых перчатках, и звучит до тех пор, пока не отключат переключатель К1.

Вмонтированное в пластмассовую мыльницу сигналь­ное устройство надо подвесить с внутренней стороны две­ри к основанию защелки.

Достоинствами прибора являются: портативность; транспортабельность; независимость питания от сети пе­ременного тока; малые размеры; простота устройства; относительно небольшие затраты на установку.

Сигнальная цепь состоит из генератора, который включает в себя элементы: Т1, LI, R1 и С2. Выходной сигнал его вторичной обмотки детектируется диодом D1. Положительный сигнал, попадающий на базу транзис­тора Т2 с диода D1, удерживает транзистор в откры­том состоянии, так что его коллекторно-эмиттерное напряжение почти равно нулю. Тиристор при этом за­крыт.

Рис. 47. Схема переносной сигнальной системы, применяемой для ох­раны входной двери

 

Чувствительная точка А генератора имеет высокочас­тотный импеданс, который может легко изменяться, если вблизи подвесного крюка окажется любой крупный пред­мет, поглощающий высокие частоты. Сигналы тревоги, таким образом, вызываются приближением или касани­ем человеческой руки. Чувствительность прибора уста­навливается на нужный уровень при помощи потенцио­метра Р, параллельно соединенного с обмоткой обратной связи. Подвесной крюк — короткая металлическая пет­ля, имеющая большой импеданс. Если через нее нагру­жать высокочастотный генератор, то генерация срыва­ется, а в результате прекращается подача положитель­ного открывающего напряжения на базу транзистора Т2. Он закрывается, а тиристор открывается. На сигналь­ный зуммер в это время подается питающее напряжение через тиристор и кнопку K1. Поскольку тиристор под­ключен к источнику постоянного тока, он до тех пор ос­тается в открытом состоянии, пока не нажмут кнопку K1, чтобы на мгновенье прервать цепь и таким образом закрыть тиристор.

Схема собирается на небольшой пластине с отвер­стиями или печаткой плате. При монтаже надо следить за тем, чтобы длина проводов была минимальной. В ка­честве L1 можно использовать обмотку транзисторного радиоприемника.

В маленький пластмассовый корпус должны быть встроены печатная плата, зуммер, кнопка К1, выключа­тель К и два аккумуляторных элемента по 1,5 В каж­дый. Крючок изготавливают из крепкой медной прово-

локи, которую, просунув в отверстие на боковой поверх­ности корпуса, припаивают к точке «Л».

Следует заметить, что устройство надежно работает только при металлических дверных защелках, уста­навливаемых на деревянных дверях. Металлические две­ри слишком «перегружают» генератор, поэтому приме­няться не могут. В качестве транзистора Т2 может быть использован любой маломощный германиевый тран­зистор n-р-n-типа.

 

1.2.6. СИГНАЛЬНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Самыми распространенными из них являются: аку­стические (звонки со световой сигнализацией, электро­механические и электронные сирены, трещотки, много­тональные рожки и трубы, сигнальные выстрелы, взры­вы петард); оптические (лампы, мигалки, вращаю­щиеся световые сигнализа­торы, прожекторы, лампы-вспышки, световые надписи, взывающие о помощи или же означающие тревогу, ды­мовые устройства и др.); беззвучные (системы, вмон­тированные в телефонную или радиосеть), представляющие собой комбинацию оптических и акустических сигнально - предупредитель­ных систем.

При выборе и проектировании сигнально-предупреди-тельных устройств нужно учитывать следующие акусти­ческие характеристики: самый эффективный частотный диапазон звуковых сигналов от 2 до 4 кГц; поскольку на частоте 4 кГц распространены слышимые помехи, целе­сообразнее использовать диапазон от 2 до 3 кГц; изме­няющийся звук обнаруживается легче, чем равномер­ный, непрерывный.

Акустические сагнально-предупредительные устрой­ства. На рис. 48 приведена схема прерывисто звучащего электронного сигнала. Прямоугольные сигналы самовоз­буждающегося мультивибратора (транзисторы Т1 и Т2) поступают на транзисторы ТЗ и Т4. Потребляемая мощ­ность составляет 40 Вт при напряжении питания 6 В. В схеме диод Dзащищает транзистор Т4 от индукцион­ных всплесков напряжения.

Рис. 48. Схема прерывисто зву­чащего электронного сигнала с самовозбуждающимся мульти­вибратором

Рис. 49. Схема сигналъно-предупреднтелъного устройства с характер­ным звучанием сирены

 

На рис. 49 показано сигнально-предупредительное устройство с характерным звучанием сирены. Схема построена на двух интегральных схемах таймеров типа 555, которые работают как самовозбуждающиеся муль­тивибраторы. Один из них вырабатывает сигналы часто­той 1, другой — 270 Гц. Первый питается напряжением от транзистора Т1, который открывается сигналом уп­равляющего транзистора Т2. Второй в это время начи­нает работать, и прямоугольные импульсы на его выходе через оконечный каскад включают источник звуковых аварийных сигналов.

Постоянно действующий самовозбуждающийся муль­тивибратор частотой 1 Гц посредством оптопары на 0,5с накоротко замыкает часть резистора обратной связи другого мультивибратора с частотой 270 Гц, в результа­те чего звуковая частота увеличивается до 480 Гц. Так формируется характерный звук сирены.

На рис. 50 представлена схема программируемой электронной сирены. Сила звука регулируется при по­мощи потенциометра РЗ. Интегральная микросхема IC2 работает в качестве самовозбуждающегося мультивиб­ратора. Его частоту определяют элементы (P2-{-R5)C3. Частота настройки находится в диапазоне от 250 до  1500 Гц и регулируется потенциометром Р2. Формула f = 1/[0,36(P2+R5)C3] позволяет установить пределы настраиваемой частоты. Время периода устанавливается потенциометром PLПечатная плата и монтажная схема даны на рис. 51.

На рис. 52 изображена электронная сирена с выход­ной мощностью около 1,5 кВт, построенная на одной ин­тегральной микросхеме КМОП-типа (CD4011) и трех транзисторах. Устройство состоит из низкочастотного мо­дулирующего генератора и генератора с частотой колеба­ний 800 — 1000 Гц. Каждый из них имеет по два входа, а также элементы R5, С2 и R2, С4, СЗ, определяющие частоту колебаний. Глубина модуляции устанавливает­ся потенциометром Р. Выходной сигнал появляется на выводе 4. Для подачи питающего напряжения служат выводы 7 и 14. Звукоизлучатель приводится в действие усилителем звуковой частоты, состоящим из транзисторов Т1, Т2, ТЗ.

Рис. 50. Схема программируемой электронной сирены

 

Устройства со световой сигнализацией. В таких уст­ройствах чаще всего применяются лампы накаливания, которые должны сигнализировать о состоянии опасности с безусловной надежностью. Причин выхода из строя ламп может быть несколько: повреждение при включении или в результате механического сотрясения нити накаливания, выход из строя из-за окисления лампового патрона при низком напряжении и др. Для предохране­ния от подобных повреждений служит вариант схемы, предлагаемый фирмой Intermetall (рис. 53). Для увеличения надежности ставят две лампы. Когда нарушается работа лампы Л2, автоматически загорается запасная Л1. Схема работает на двух транзисторах BSY51. Если при подаче питания загорается лампа Л2, то напряже­ние, падающее на соединенный последовательно с ней резистор 47 Ом, открывает транзистор Т2. Таким об­разом, на базе транзистора Т1 получается напряжение, близкое к нулю. Он продолжает оставаться в закрытом состоянии, и, следовательно, лампа Л1 не горит.

Если перегорает нить накаливания лампы Л2 или же нарушен контакт по каким-либо причинам, в транзистор Т2 базовый ток не поступает, он закрыт. Тогда транзис­тор Т1 открывается и загорается лампа Л1, одновре­менно это свидетельствует о каких-либо неполадках в лампе Л2.

Больший эффект достигается при использовании в ка­честве сигнализации мигающего света. На рис. 54 пред­ставлена схема такого устройства на светодиоде с триг­гером Шмитта. Резистор R3 обеспечивает необходимый режим работы транзистора 77, R1 и R2 определяют вре­мя включения и выключения схемы. Самое эффективное пропорциональное соотношение включений-выключений составляет 2:1. Указанные на рисунке значения сопро­тивлений реализуют эти требования при частоте 1,5 Гц. Сила света светодиода регулируется подбором сопротив­лений резисторов R3 и R4.

Рис. 51. Программируемая электронная сирена: а — схема печатной платы; б — монтажная схема

Рис. 52. Электронная сирена:

а - электрическая схема соединений; б - печатная плата; в - монтажная схема

 

 

Рис. 53. Повышение надежно­сти устройства путем примене­ния двух ламп накаливания

Рис. 54. Сигнализатор с мигаю­щим светом на светодиоде

Рис. 55. Схема генератора с однопереходньш транзистором

 

Рис. 56. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) генератора, изо­браженного на рис. 55

 

На рис. 55 показан тактовый генератор, содержащий однопереходный транзистор. При помощи контактов реле можно периодически на короткое время включать и выключать различные еигнально-предупредительные устройства. При указанных на схеме значениях элемен­тов генератор импульсов может быть настроен потенцио­метром Р1 на период от 1 до 25 с.

Рис. 57. Сигнализатор с импульсными разрядными трубками. Тири­стор Т1 выполнен на алюминиевой охлаждающей панели размером 60X60X2 мм

 

Печатная плата и монтажная схема генератора при­ведены на рис. 56.

Разительный эффект дает применение сигнализатора с импульсными разрядными трубками (рис. 57). В мо­мент включения транзистора напряжение, возникающее в обмотке пЗ, через диоды D1 и D2 заряжает конденса­тор С1. Когда по прошествии определенного времени конденсатор заряжается до 220 — 250 В, происходит за­жигание импульсной разрядной трубки. В конце цикла ее работы напряжение конденсатора С1 уменьшается до 30 — 40 В, и весь процесс повторяется. Емкость С2 опре­деляет гарантированное самовозбуждение генератора. Если значение сопротивления резистора R2 будет ле­жать в интервале 200 — 10 Ом, то частота мигания соста­вит 1 — 2 Гц. Трансформатор обладает следующими ха­рактеристиками: сердечник кольцевого типа 26X14; n=20 витков; di = 0,6 мм (материал CuZ); п₂ = 6 витков; d₂=0,35 mm (CuZ); Пз — 510 витков; d₃ — Q,l(провод с изоляцией из эмали и хлопка).

 

 

 

<-- Назад

Далее -->