САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В БЫТУ

         

Взаимное положение ключа и замка при открывании двери


Если к замку не предъявлять высоких требований в отноше­нии его надежности, можно предусмотреть только один резонанс­ный фильтр (а в ключе, соответственно, один генератор). Такой случай соответствует, например, замкам, описанным в разделах 6.3.1 и 6.3.2. Оценка сигналов производится пороговыми переключателями. Для этой цели к выходу усилителя подключен вы­прямитель с RС-цепочкой, номиналы которой выбраны с учетом требуемого времени задержки. Чтобы параметры конденсаторов выдержать в разумных пределах, ко входам пороговых переклю­чателей — учитывая их малое сопротивление — необходимо под­ключить по транзистору. Если теперь принять следующую после­довательность: подача частоты f1 в течение 1 с, затем подача частоты f-2 и параллельно с этим нажатие кнопки, установленной на двери, а также, примерно через 2 с, генерирование сигнала тревоги при замедлении открывания двери, то все может быть реализовано в устройстве, схема которого показана на рис. 6.30. Верхний пороговый переключатель с помощью реле времени в те­чение по меньшей мере 2 с после переключения на частоту f2 еще хранит частоту f1 в виде потенциала Н на выходе А'1. При переклю­чении на f2 (здесь пороговый переключатель работает без вы­держки времени) на выходе А'2 сразу же появляется потенциал H. И наконец, дополнительно подключенный к выходу А ч третий пороговый переключатель определяет, больше ли продолжитель­ность подачи частоты f2, чем это допустимо с учетом постоянной времени зарядки этого переключателя. В таком случае на выход А'''2 через инвертор, следующий за третьим пороговым переклю­чателем, подается потенциал L, что предотвращает изменение потенциала L, которым обладает выход Е с момента подачи час­тоты f2, на потенциал H. Только в этот промежуток времени (в течение относительно быстрого времени зарядки порогового переключателя SW1 начиная с момента подачи правильных частот) до момента срабатывания инвертора SW3 (в течение примерно 2 с) возможно прохождение сигнала на кнопку открывания двери.
Если она была уже нажата, то будет подан сигнал тревоги (в ре­зультате самоудержания и запирания канала запорного устройства в течение времени, определяемого схемой управления сиреной), так же как при слишком позднем, слишком длительном или повторяющемся нажатии.

Надежность этого замка обеспечена, во-первых, использова­нием двух частот в относительно узком диапазоне и, во-вторых, ограничением отрезков времени, в течение которых должна быть подана частота f2 и нажата кнопка открывания двери. С помощью увеличения числа низкочастотных каналов и усложнения цифровой части схемы надежность замка можно еще повысить. Для питания блока ET1 необходимо напряжение +6...9 В, блока ЕТ2 - 6...9 В; напряжение питания остальной части устройства +5В.

В устройстве по схеме на рис. 6.30 интегральные схемы БТ1 и БТ2 являются аналогами К553УД2А. Три элемента ЗИ-НЕ входят в состав интегральной микро­схемы К155ЛА4, четыре элемента 2И-НЕ составляют интегральную микросхему К155ЛАЗ. Кремниевые диоды КД105Б. Транзисторы КТ326 могут быть с буквами А и Б. Возможно также применение КТ104В, КТ361Б, КТ361 В, КТ209Д. Транзистор KF517 можно заменить на КТ501Б или одним из названных выше.



Рис. 6.30. Функ­циональная схема электронного замка, срабатывающего при декодировании после­довательности подачи входных сигналов

Для большей наглядности принципиальная схема порогового переключателя показана отдельно на рис. 6.31. По приведенной здесь же таблице можно выбрать различные постоянные времени такого переключателя. Конденсаторы емкостью от 150 до 470 пФ установлены для подавления низкочастотных помех, которые могут появиться при переходе от потенциала одного уровня к другому. Все три переключателя можно собрать на одной микросхеме D204 или МН7404. Из схемы замка, показанной на рис. 6.30, видно, что потенциал L появля­ется на выходе первой логической ячейки микросхемы D110, если в короткий отрезок времени вы­ходы всех трех пороговых пере­ключателей получают потенци­алы уровня Я.


После инвертиро­вания (первая микросхема D100) в этот же отрезок времени на выходе Е' появляется потен­циал Н. Этот потенциал инвер­тируется второй логической ячей­кой микросхемы D100, т. е. ее выход получает потенциал Н, ко­торый подается на усилитель, если на эту ячейку поступает также инвертированный сигнал уровня от кнопки открывания двери (L — при нажатии на кноп­ку). Так как выход Е' как в со­стоянии ожидания, так и при всех «неправильных» действиях при открывании (не те частоты, неправильная последовательность подачи частоты, неверная про­должительность подачи сигналов, нажатие кнопки не вовремя) име­ет потенциал L, канал запорного устройства постоянно заперт. Каждое нажатие на кнопку при этом приводит только к запуску сирены. Связь положительного напряжения питания сирены (или схемы управления ею) со входом усилителя напряжения для за­порного устройства запирает этот канал, как только включается сирена. Во время работы сирены запорное устройство нельзя от­крыть даже в том случае, если замок открыт верно.

Некоторую информацию о процессах, протекающих при ра­боте устройства, можно получить из рис. 6.32. Для выходных каска­дов открывания запорного устройства и включения сирены были выбраны каскады Дарлинг­тона, учитывая простоту изменения их постоянной времени. Вы­бор последовательности зон про­водимости р-n-р позволяет силь­нее нагружать выходы ТТЛ-микро­схем, так как в этом случае управ­ление ими производится при по­тенциале уровня L. Учитывая ма­лый продолжительный ток на входе каскада Дарлингтона [Составной эмиттерный повторитель. — Прим. ред.], в данном случае это не имеет боль­шого значения (кроме, возможно, момента зарядки конденсатора С, который должен производить­ся быстро), но для других вари­антов применения может пред­ставить интерес. Однако боль­шие постоянные времени требу­ются не всегда, и тогда доста­точен один транзистор.

    





Рис. 6.31.


Принципиальная схема порогового переключателя ( в таблице указаны номиналы схемных элементов для переключателей, использованных в схеме замка по рис. 6.30)

Рис. 6.32. Диаграммы напряжений при правильной последовательности сиг­налов для открывания замка


В остальном схемное реше­ние замка зависит от типа запор­ного устройства, требуемой мощ­ности сирены и генератора для нее. Эта часть устройства в дан­ном разделе не рассмотрена. Единственно, здесь следует от­метить: если использовать си­рену для подачи сигнала тре­воги, цепь удержания цепи управ­ления ею рекомендуется отклю­чить, чтобы сирена подавала сигнал только при нажатиях кнопки.

В устройстве по схеме на рис. 6.31 интегральная микросхема может быть К155ЛН1, транзистор — КТ358В или КТ312Б.

Примечание. Цифровые и аналоговые микросхемы (в об­разце замка и ключа были использованы микросхемы любитель­ских серий Р и R) позволяют собирать сложные устройства без слишком больших технических и финансовых затрат. Описанный вариант замка состоит из функциональных групп, которые можно использовать как отдельно, так и в комбинации с другими функцио­нальными группами. Поэтому материал этого раздела можно рас­сматривать и как своеобразный «трамплин» к разработке собст­венных решений. Специфические требования к замку каждый раз по-своему определяют его общее решение: начиная с простого замка для выдвижного ящика стола с одной резонансной частотой и втяжным магнитом в качестве выходного звена и без специаль­ного кодирования и кончая замком с несколькими резонансными частотами и разделением их во времени, с автоматически сраба­тывающим передатчиком и цифровой схемой любой сложности. Кроме того, уже достаточно надежное клавишное кодированное отпирание на работающем замке, код которого, однако, может быть подсмотрен, может быть заменено электронным ключом, подобным описанному выше.

6.5.4. Преобразователь напряжения для ключа

Схему преобразователя напряжения (трансвертора), отличаю­щегося малым потреблением энергии, разработал К. X.


Блёзинг (рис. 6.33). Для питания этого ключа достаточно одного из двух элементов типа R6, R10, R14, R20, а также одного свинцового аккумулятора 2В/0.5А- ч или 2В/0,25А- ч. Трансвертор сохраня­ет работоспособность при падении напряжения питания до 1 В. Для работы ключа достаточно мощности источника питания 50 мВт при напряжении 1 В, так как его выходное напряжение должно быть около ±7 В при токе менее ±4 мА.

В устройстве по схеме на рис. 6.33 транзистор КТ326Б можно заменить на КТ501В, КТ501Е, КТ203В. Транзистор УЗ — КР602Б. Выпрямительные диоды VI и V4 — Д226Г. Стабилитрон V5 — КС168А.



Рис. 6.33. Трансвертор в качестве источника питания для операционных усилителей (питание самого трансвер­тора может производиться от любого источника напряжения от 1 до 6 В)

В журнале «Radio-Fernsehen-Elektronik», 1979, № 11 Блёзинг следующим образом описывает работу своего устройства. В основу положен принцип регулируемого преобразования постоянного напряжения с использованием запирающего диода. В фазе про­пускания тока транзистором УЗ трансформатор накапливает энер­гию. В течение фазы запирания этого транзистора магнитная энер­гия выпрямителем (V1C2 и V4C3) преобразуется в электрическую. При этом проводимость транзистора V2 определяет ток базы транзистора V3 и, следовательно, количество энергии, накаплива­емой в период пропускания первого из них. В момент включения начальный ток течет через резис­тор R2 и открывает оба транзи­стора. Резистор R1 ограничивает ток базы транзистора V3, в то время как конденсатор С1 шун­тирует последовательно вклю­ченные транзистор V3 и резистор R1, демпфируя фронты импуль­сов переключений. Как только напряжение на конденсаторе СЗ достигнет значения напряжения на стабилитроне V5, ток стабили­трона снизит ток базы транзистора V2 так, что напряжение на СЗ больше возрастать не сможет. При этом на конденсаторе СЗ устанавливается напряжение U1 = Uz — UБЭ, которое сохраняется постоянным даже при больших изменениях напряжения питания.


При изменении температуры оно изменяется на ТКU=ТКU. — ТКUБЭ т. е. примерно на 5,5 мВ/К при указанных на рис. 6.33 номиналах элементов. Это значение можно снизить, включив последовательно со стабилитроном V5 диод в прямом направлении (тогда V5 должен быть SXZ21 /6,8). Если вместо диода на участке база-эмиттер исполь­зовать еще один р-n-р транзистор с параллельным резистором, то на выводе коллектора можно реализовать схему индикации па­дения напряжения ниже допустимого уровня. При этом произво­дится оценка тока, текущего через стабилитрон. Если он слишком мал (предельное значение определяется сопротивлением парал­лельно включенного резистора), то транзистор запирается. Свето-диод, который стоит на выходе усилителя, подключенного к этому транзистору, может сигнализировать о том, что напряжение пита­ния недостаточно для обеспечения стабильного выходного на­пряжения.

На конденсаторе С2 появляется отрицательное напряжение такого же значения, как и на конденсаторе СЗ (если числа витков W7f и W2 равны), при условии, что оба выходных плеча нагружены одинаково. Если же, например, нагрузить только плечо (71, то благодаря регулировочным свойствам устройства напряжение на этом плече почти не изменится, в то время как напряжение на обмотке W1 возрастает вследствие повышенного теперь напря­жения на диоде V4. В результате сразу же повышается напря­жение на плече U2. Однако для питания операционных усилителей это не имеет значения, для устройств с переменной нагрузкой использование отрицательного напряжения в качестве опорного непригодно.

Кроме питания описанного выше электронного ключа, трансвер-тор может найти широкое применение в тех случаях, где мало места для установки батарей. При изменении номиналов схемных элементов (прежде всего при переходе на транзисторы, подобные KU611, вместо SF126) можно получить выходные мощности, доста­точные для аварийного питания замка, включая и часть устройства декодирования (как в представленном примере).


При этом необ­ ходимо домотать катушку для питания ТТЛ-микросхемы.

С принципами бесперебойного аварийного электропитания можно познакомиться в разделе 8 (рис. 8.16).

6.6. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК, ОТКРЫВАЕМЫЙ ПОДАЧЕЙ ИМПУЛЬСОВ В ОПРЕДЕЛЕННОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Речь идет о простом схемном решении, при котором открыва­ние происходит только в результате определенной последователь­ности действий. Усложнением кодовой пластинки можно повысить надежность подобного замка.



Рис. 6.34. Простой электри­ческий ключ, кодирование ко­торого производится выбором геометрии медной фольги на пластинке слоистого пластика толщиной 1,5 мм; а, в, с — кон­тактные пружины



Рис. 6.35. Электронный замок, открываемый последовательностью импульсов, задаваемой, например, ключом по рис. 6.34

На рис. 6.34 показан ключ, открывающий электронный замок, представленный на рис. 6.35. Ключ представляет собой пластинку слоистого пластика, покрытого медной фольгой. Сняв часть фольги и установив дополнительный контакт в замке, ключ можно за­программировать так, что введение в щель замка отмычки в виде полоски из какого-либо материала не только не откроет замок, но и вызовет включение звонка (возможно, с помощью самоудер­живающегося реле). Замок же открывается только при много­кратном (здесь 4...6 раз) введении ключа в замок; при этом конденсатор С2 через конденсатор Ct постепенно заряжается до такой степени, что его напряжение становится достаточным для открывания транзистора и, следовательно, — при замыкании кон­такта 52 — срабатывания реле в его коллекторной цепи. Рабочий контакт этого реле замыкает цепь дверного запорного устройства. Непосвященные вряд ли сразу же смогут освоить нужный поря­док действий: сначала несколько раз ввести в щель и вывести ключ, а затем быстро нажать кнопку S2 в течение 2...3 с. Если же после минимально необходимого числа введений и выведений (в результате которых при вытягивании ключа конденсатор С1, разряжаясь, подготавливается к следующей зарядке) эта кнопка будет нажата не сразу, то напряжение на С2 успеет упасть ниже напряжения срабатывания схемы.


Слишком раннее включение кон­ такта S2 также не откроет транзистор. Пружина облегчает процесс открывания.

Контакт S2 можно скомбинировать с St (сначала нажать, затем повернуть) или выполнить раздельно, предусмотрев второй вдвиж­ной ключ или вторую кнопку.

Питать устройство целесообразнее всего от звонкового транс­форматора на 6 В через однополупериодный выпрямитель. При этом стабилитрон и резистор Rv на рис. 6.35 не нужны.

7. ПЕРЕГОВОРНЫЕ И ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТРОЙСТВА

Если до сих пор в устройствах, уже описанных в этой книге, звуковые сигналы использовались только для оповещения, то те­перь речь пойдет о гораздо более сложном воспроизведении звука с помощью электроакустических преобразователей (громкогово­рителей) для передачи информации.

Сейчас в быту применяется большое число таких приборов — от телефона до стереофонических звуковоспроизводящих уст­ройств. Эти приборы можно использовать более полно и разно­образно, усовершенствовав их небольшими вспомогательными устройствами, комбинируемыми с другими самодельными или вы­пускаемыми промышленностью приборами, возможно, уже уста­ревшими, но благодаря такой комбинации способными решать новые задачи. Можно сказать иначе: погоня за новинками не всегда себя оправдывает, и сейчас перед любителями встает при­мерно такой же вопрос, как и 20 лет назад. Тогда они решали проблему «Лампы или транзисторы?», сейчас — «Транзисторы или микросхемы?». И снова решение ее зависит от уровня подготовки любителя, доступности материалов и поставленных задач.

7.1. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЗА ДЕТСКОЙ КОМНАТОЙ

Длинные коридоры и толстые стены не всегда позволяют сразу услышать плач или какие-либо другие шумы, раздающиеся из детской комнаты. В таких случаях может помочь описанное ниже устройство. Это, прежде всего, достаточно большой пере­носный радиоприемник с батарейным или сетевым (с надежной защитой) питанием, в котором предусмотрено гнездо на выходе детектора для подключения проигрывателя и магнитофона.


По­ скольку этот вход рассчитан на относительно высокий входной сигнал, необходим усилитель напряжения, генерируемого установ­ленным в детской комнате микрофоном. Но если этот усилитель расположен в другой комнате около громкоговорителя, провода между ним и микрофоном сыграют роль антенны, в результате в громкоговорителе будет слышна акустическая помеха (рычание). Поэтому целесообразным является расположение элементов, по­казанное на схеме рис. 7.1.



Рис. 7.1. Устройство контроля за дет­ской комнатой, собранное на базе пере­носного радиоприемника (в качестве мик­рофона может быть использован гром­коговоритель)

В качестве микрофона может быть использован малогабарит­ный громкоговоритель диаметром 45...65 мм от карманного ра­диоприемника. Усилитель (рис. 7.2) собирается на кремниевых n-р-n транзисторах, при этом желательны миниатюрные транзисто­ры SC216 в пластмассовых корпусах или подобные им. Питание можно обеспечить с помощью малогабаритного аккумулятора RZP2. При токе, потребляемом усилителем, равном 1,5 мА, одного такого аккумулятора дфстаточно для работы в течение максимум 330 ч, т. е. не следует забывать о выключении устройства. Но даже при ежедневной 12-часовой работе свежего аккумулятора хватит на четыре недели.

В устройстве по схеме на рис. 7.2 транзисторы должны быть кремниевыми n-р-n со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, например КТ312Б, КТ315Г, КТ358Б и др.



Рис. 7.2. Усилитель для устройства по рис. 7.1 (сопротивления резисторов R1, R3 180...200 кОм, R2, R4 1,8... 2,2 кОм)

Связь между каскадами усилителя осуществляется с помощью керамических дисковых конденсаторов емкостью 0,1 мкФ, что обес­печивает эффективную отсечку низких частот и приводит к подав­лению резонансов, вызванных отражениями от стен. Отсюда улуч­шается различимость и четкость звуков.

Кроме того, несмотря на близкое расположение микрофона (громкоговорителя) и усилителя, могут возникнуть помехи, прежде всего от близко расположенной радиовещательной станции.Для их подавления предусмотрены два (также керамических) конденса­тора емкостью 0,022 мкФ.

7.2. ПЕРЕГОВОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХ АБОНЕНТОВ

Это устройство поочередной двухсторонней связи было раз­работано специально для использования в детском лагере, но, разу­меется, ему можно найти применение и в быту. Оно просто в обслуживании и требует только одного двухжильного провода; пи­тание обеспечивается двумя аккумуляторами или одной плоской батареей для карманного фонаря на каждом пульте. Ток покоя (когда устройство включено, но переговоры не ведутся) состав­ляет около 1 мА. Дополнительно необходимо еще около 5 мА, если предусмотреть светодиоды индикации направления передачи.




Содержание раздела