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.
