СИГНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ДВУХ МИКРОСХЕМАХ
7. СИГНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ДВУХ МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К176
Рассматриваемое электронное устройство с охранной сигнализацией, выполненное на оптимальном количестве широко применяемых комплектующих ЭРИ и ЭРЭ, может эксплуатироваться в сложных климатических условиях, при повышенной относительной влажности, пониженном атмосферном давлении воздуха и повышенной температуре окружающей среды. Электронное сигнальное устройство устойчиво работает при температуре от —40 до 50 °С, относительной влажности до 98% при температуре 22 °С. и атмосферном давлении от 200 до 900 мм рт. ст.
Данное устройство предназначено для охраны жилых и производственно-хозяйственных помещений и различных транспортных средств. В последнем случае устройство работает в автономном режиме от аккумуляторной батареи. Область применения сигнального устройства может быть расширена, если вместо конечных переключателей S5—S7 проложить проволочный шлейф по периметру охраняемого объекта. При этом общая длина шлейфа из провода диаметром до 0, 12 мм может быть увеличена до 0, 5 км. В зависимости от конструктивного исполнения охранное устройство позволяет подключать к его входам микроминиатюрные датчики, световые и звуковые сигнализаторы, проволочный шлейф. Достаточная простота схемно-технического решения, минимальное количество комплектующих изделий и ЭРЭ общего назначения, несложное конструктивно-технологическое решение и небольшая стоимость изготовления делают данное устройство доступным для повторения начинающими радиолюбителями, оно может быть рекомендовано к тиражированию в цехах малых предприятий, акционерных обществ и производственных кооперативов.
Принципиальная электрическая схема охранного сигнального устройства бытового назначения, выполненного на двух ИМС серии К176, приведена на рис. 2. 7. Как следует из схемы, сигнальное устройство включает в свой состав входные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания Т1, автономный источник электропитания GB1, выпрямительное устройство нерегулируемого типа, которое работает на емкостный фильтр, ПСН, электронное сигнальное устройство, собранное на двух ИМС, выходные цепи и АС тревожной сигнализации.
Входное устройство содержит электрический соединитель X1 типа «вилка», смонтированный с электрическим кабелем с двойной изоляцией и длиной не менее 1, 5 м.
Вилка обеспечивает подключение к стандартной розетке электрической сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. Плавкий предохранитель F1, установленный на входе, защищает электрические цепи устройства от перегрузок и коротких замыканий. Индикаторная лампа Н2 тлеющего разряда и лампа накаливания H1, установленные параллельно первичной и вторичной обмоткам трансформатора, сигнализируют о готовности охранного устройства к работе. Малогабаритные зажимные клеммы Х2 и ХЗ служат для подключения автономного источника питания постоянного тока напряжением 9 В. Сетевой понижающий трансформатор питания Т1 изготавливается на магнитопроводе типа Ш или ШЛ броневой конструкции с одной катушкой, которая устанавливается на центральном стержне магнитопровода. Активная площадь поперечного сечения стали маг-нитопровода должна быть не менее 3 см2. На катушку с жестким каркасом наматывается провод в эмалированной изоляции повышенной электрической прочности рядовой намоткой с прокладками из кабельной бумаги как между рядами, так и между обмотками. В качестве изоляции можно использовать также лакоткань или конденсаторную бумагу толщиной до 0, 05 мм. Самодельный трансформатор питания должен быть изготовлен в полном соответствии с данными, приведенными в табл. 2. 9. В сигнальном устройстве можно использовать готовый покупной унифицированный трансформатор серии «Габарит» или трансформаторы типов ТА, ТН, ТАН, ТПП, ТС, ТТ с соответствующими выходными параметрами и техническими характеристиками. Сетевой понижающий трансформатор формирует на выходных обмотках напряжение переменного тока низкого напряжения, соответствующее расчетному выходному напряжению выпрямителя. Трансформатор обеспечивает полную гальваническую развязку вторичных цепей электронной схемы от высокого напряжения сети переменного тока. Низкое выходное напряжение питания узлов схемы обеспечивает дополнительную электробезопасность при эксплуатации устройства. Выпрямитель нерегулируемого типа собран по схеме Греца по однофазной двухполупериодной мостовой схеме на четырех выпрямительных диодах VD1—VD4 средней мощности.
Выпрямитель работает на емкостную нагрузку на конденсаторе С1, обеспечивает повышенную частоту пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока, хорошее использование габаритной мощности трансформатора питания, низкое обратное напряжение на комп- Таблица 2. 9. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в сигнальном устройстве на двух микросхемах серии К176
лекте выпрямительных диодов, но имеет повышенное падение напряжения на диодах, снижающее общий кпд устройства. Диоды данного выпрямителя нельзя установить на общий радиатор охлаждения без изоляционных прокладок. Выпрямитель защищен от перегрузок плавким предохранителем F2. Выпрямленное и сглаженное фильтром С1 постоянное напряжение подается на нерегулируемый стабилизатор напряжения параметрического типа, собранный на стабилитроне VD5, мощном низкочастотном транзисторе VT1 и резисторе R1. На выходе параметрического стабилизатора действует напряжение, равное 9 В. Аккумуляторная батарея или внешний источник включается при автономном режиме работы однополюсным переключателем S2. Собственно сигнальное устройство собрано на двух ИМС DA1, DA2, двух биполярных транзисторах VT2, VT3 и выпрямительных диодах VD6—VD11, которые выполняют различные функции в электронной схеме. Звуковой сигнал тревоги подается при замыкании контактов переключателя S4 или при размыкании контактов микропереключателей S5—S7, устанавливаемых скрытно на охраняемых объектах. Включение сигнального устройства в работу осуществляется сначала переключателем S1 и затем переключателем S3 при электропитании от сети переменного тока и переключателями S2 и S3 при питании от автономного источника. После замыкания контактов этих переключателей начинает заряжаться конденсатор С6 через резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на вход ИМС DA1 (вход 2 инвертора) и на R-входы второй ИМС DA2, которые переходят в положение низкого уровня логического нуля. ИМС имеют в своем составе следующие функциональные элементы: ИМС DA1 состоит из четырех логических элементов 2ИЛИ-НЕ, ИМС DA2 — из двух триггеров 0-типа. Конденсаторы СЗ и С4 заряжаются через диоды VD7, VD8 напряжением, поступающим с инверторного выхода ИМС DA2 (вывод 2), уровень на котором устанавливается как логическая единица.
Во время зарядки конденсаторов СЗ и С4 замыкание контактов переключателя S4 не приводит к срабатыванию сигнального устройства. После зарядки конденсаторов СЗ, С4 сигнальное устройство переходит в дежурный режим. В это время на входе ИМС DA1 и R-входах схемы DA2 устанавливается низкий уровень, соответствующий логическому нулю. При замыкании контактов переключателя S4 на выходе ИМС DA1 (вывод 3) появится высокий уровень логической единицы, напряжение с которого переключит первый триггер ИМС DA2, так как на его входе (вывод 1) нет удерживающего напряжения. Конденсаторы СЗ и С4 начинают разряжаться через резисторы R6 и R.7. Напряжение на выводе 8 ИМС DA1 уменьшится до нуля, что приводит к включению мультивибратора, собранного по схеме ИЛИ-НЕ (выводы 8.. .13), в цепь которого включен времязадающий конденсатор С7. С выхода мультивибратора импульсы поступают на счетный вход триггера ИМС DA2 (вывод 11). С выхода второго триггера (вывод 13) ИМС DA2 сигналы подаются на базу транзистора VT3, который включен как эмиттерный повторитель. Далее с нагрузочного резистора R3 импульсное напряжение поступает на транзистор VT2, который работает в выходном каскаде и нагрузкой которого является АС. Конденсатор СЗ разряжается до нуля, что приводит к появлению на выходе инвертора ИМС DAI (вывод 4) высокого уровня логической единицы, напряжение с которою через диод VD11 воздействует на R-входы обоих триггеров ИМС DA2. Триггеры устанавливаются в нулевое положение, и конденсаторы СЗ и С4 вновь заряжаются. На выходе инвертора ИМС DА1 снова появляется низкий уровень логического нуля. Процесс возврата в это состояние происходит автоматически в течение заданного времени (примерно 3...3,5 мин), после чего сигнальное устройство возвращается в дежурный режим работы. Как указывалось ранее, в сигнальном устройстве для скрытного установления датчиков кроме нормально разомкнутых контактов переключателя S4 имеется ряд нормально замкнутых контактов, работающих на обрыв электрической цепи. При изготовлении сигнального устройства рекомендуется применить блочный вариант включения исполнительных устройств.
В первую очередь всю электронную часть устройства необходимо выполнить как БЭ, изготовив его в виде самостоятельной сборочной единицы, и предусмотреть три входа для включения датчиков различного типа и назначения. Первый вход должен быть предназначен для работы с датчиком S4, который устанавливается на входной двери охраняемого объекта и обеспечивает задержку включения сигнала тревоги, что позволяет владельцу отключить сирену при входе в помещение выключателем S3, установленным в скрытом месте, и тем самым избежать ложной тревоги. Второй вход предназначен для работы с датчиками S5—S7, размещенными на окнах, внутренних дверях, сейфах и т. д. Срабатывание устройства от сигналов этих датчиков происходит мгновенно. Третий вход — для подключения шлейфного датчика, который устанавливается в том случае, если не применяются датчики S5—S7. Шлейфный датчик представляет собой тонкий провод (фольгу), натянутый по периметру охраняемого помещения или наклеенный на стекла окон. Обрыв этого провода (фольги) приводит к мгновенному срабатыванию устройства. Второй и третий входы должны быть конструктивно объединены для того, чтобы предотвратить ложные срабатывания. На выходе устройства необходимо предусмотреть возможность подключения блока громкоговорителей. Переключатели (датчики) S5—S7 могут быть установлены в различных местах охраняемых объектов. При размыкании любого контакта одного из этих датчиков на выходе первого триггера ИМС DA2 (вывод 6) появляется высокий уровень логической единицы, а конденсатор СЗ начинает разряжаться до нуля, включая питание мультивибратора. Сигнальное устройство включается на подачу акустических сигналов с промежутками неограниченно долгими. В дежурный режим работы устройство возвращается после замыкания ранее разомкнутой цепи и после полного разряда конденсатора СЗ. В рассматриваемом сигнальном устройстве применяются следующие комплектующие самодельные и покупные ЭРИ и ЭРЭ: сетевой понижающий трансформатор питания T1 типа ШЛ броневой конструкции; ИМС DA1 типа К176ЛЕ5, DA2 — К176ТМ2; транзисторы VT1 типа КТ815А, VT2 — КТ801Б, VT3 — КТ315Б; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д237А, VD6—VD11 типа Д220; стабилитрон VD5 типа Д814Б; конденсаторы С1 типа К50-6-16В-1000 мкФ, С2 — МБМ-11-160В-0.033 мкФ, СЗ — К52-5-16В-47 мкФ, С4 — К52-5-16В-22 мкФ, С5 — К10-7В-0,1 мкФ, С6 — К50-16-16В-100 мкФ, С7 — К10-7В-50В-Н70-0.22 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-0,5-360 Ом, R2 — МЛТ-0,25-390 Ом, R3 — МЛТ-0,25-3 кОм, R4 — МЛТ-0,5-270 кОм, R5 — МЛТ-0,25-20 кОм, R6 — МЛТ-0,25-560 кОм, R7 — МЛТ-0,25-3,3 МОм, R8 — МЛТ-0,25-820 кОм, R9 — МЛТ-0,25-20 кОм, R10 — МЛТ-0,25-10 кОм, R11 — МЛТ-0,25-2 кОм, R12 — МЛТ-0,25-1,5 МОм; переключатели S1 типа П2Т-1-1, S2 — П1T-1-1, S3—S7 типа МПЗ-1; предохранители F1, F2 плавкие типа ВПБ6-1; индикаторные лампы H1 типа МН-6,3-0,22А, Н2 — ТН-2; электрические соединители X1 типа «вилка» с электрическим кабелем, имеющим двойную изоляцию, Х2, ХЗ типа КМЗ-1; излучающие головки громкоговорителей BA1, BA2 типа ЗГД-38Е; аккумуляторная батарея GB1 типа 11ЦНК-0.45. При монтаже, регулировке и ремонте сигнального устройства некоторые типы комплектующих ЭРИ и ЭРЭ могут быть заменены другими аналогичными, не ухудшающими основные электрические параметры устройства и его эксплуатационные характеристики.
Например, резисторы типа МЛТ можно заменить на резисторы типов ВСа, ВС, ОМЛТ, КИМ, С2-6, С1-8; оксидные электролитические конденсаторы типа К50-6 — на К50-3, К50-12, К50-16, К50-20; выпрямительные диоды типа Д237А — на Д226, КД105А, КД205К; диоды типа Д220 — на Д220А, КД510А, КД521Л; стабилитрон типа Д814Б - на Д815Г, Д818А. При сборке и монтаже устройства обеспечивается защита всех элементов схемы изоляционными лаками от воздействия внешних климатических факторов, а также от воздействия статического электричества. Основные электрические параметры и технические характеристики сигнального устройства на двух микросхемах серии К176 Номинальное напряжение питающей сети переменного тока,В ....................... .220 Номинальная частота питающей сети переменного тика, Гц ........................ .50 Номинальное напряжение автономного источника питания постоянного тока, В .............. .9 Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, % ................... .—15...+10 Пределы изменения частоты питающей сети неременного тика, % ..................... .±1 Пределы изменения напряжения автономного источника питания, В ................... .7...12 Выходное напряжение на выводах обмоток сетевого понижающего трансформатора Т1, В: 4 и 5 ............................ .9,1 6 и 7 ............................ .6,2 Выходное стабилизированное напряжение, В ..... .9 Коэффициент стабилизации напряжения постоянного тока на выходе стабилизатора, не менее . . . .100 Амплитуда пульсации выпрямленного напряжения, мВ, не более ......................... .15 Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме работы от сети переменного тока, мА, не более ............................ .10 Выходная мощность звуковою сигнала, Вт ...... .4 Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме работы от автономного источника питания, мкА, не более ........................ .30 Мощность, потребляемая устройством от сети в дежурном режиме работы, Вт ............. .0,1 Время подачи звукового сигнала в рабочем режиме работы, мин, не менее .............. .3,5 Длина периметра установки шлейфа или переключателей S5—S7 при монтаже проводом в эмалированной изоляции диаметром 0,12 мм, м, не менее ............................ .500 Время задержки подачи звукового сигнала после замыкания контактов переключателя S4, с, не менее ............................ .10 Вероятность безотказной работы устройства при риске заказчика в=0,92, не менее .......... .0,98 Срок службы устройства, ч, не менее ......... .10 000 Помехозащищенность устройства при напряженности внешнего электрического поля в полосе частот 0.15...30 МГц, дБ ...................... .120 То же к сетевым помехам, дБ, не менее ........ 80 То же к магнитным помехам, дБ, не менее ...... 100 Сопротивление изоляции токоведущих частей устройства относи тельно металлического корпуса, МОм, не менее ........... 10 кпд, %, не менее ........................ 75
Рис. 2.7. Принципиальная схема сигнального устройства на двух микросхемах серии К 176
