Кодовая охранная сигнализация

А это устройство, разработанное Ю. В. Шаповаловым из Москвы (третья премия), предназначено для охраны различных помещений и сигнализации при вторжении в них злоумышленников. Оно отличается простотой конструкции, почти не требует наладки, удобно в пользовании, защищено от попыток отключения и вывода из строя. Питается от сети переменного тока напряжением 220 В.

При пропадании в сети напряжения устройство автоматически переключается на источник резервного питания напряжением 9 В. Благодаря использованию цифровых КМОП-микросхем оно потребляет в режиме охраны по цепи 9 В достаточно малый ток, порядка 1 0 мА, да и то за счет светодиода, индуцирующего включение устройства. С работающей сиреной ток потребления не превышает 500 мА.

Устройство состоит из блоков блокировки и охраны, соединенных между собой трехжильным гибким кабелем (общий провод, питание +9 В, блокировка). Схема блока блокировки приведена на рис. 3. При включении питания тумблером SA1 (см. рис. 5) контакты дверного геркона S1 должны быть замкнуты, т. е. входная дверь (или двери)закрыта. Перед выходом из помещения нажатием на кнопку SB1 включают блокировку сигнала тревоги. Об установке такого режима сигнализируют светодиоды HL1 и HL2, один из которых просматривается с наружной стороны двери помещения. Выходят из охраняемого помещения и закрывают дверь. Примерно через 45 с блокировка выключится автоматически и светодиоды погаснут — теперь устройство работает в режиме охраны.

Перед открытием дверей, чтобы войти в помещение, необходимо предотвратить включение сирены. Для этого на плате сенсорных контактов Е1—Е10, находящейся на наружной стороне двери, набирают условный четырехзначный код. При правильном наборе кодовой комбинации вновь загораются светодиоды HL1, HL2. В течение примерно 45 с блокировка будет включена — можно входить в помещение, держа дверь открытой: тревожная сигнализация не сработает. Продлить время включения блокировки можно нажатием на кнопку SB1, но до истечения 45 с В том же случае, если кодовая комбинация набрана неверно или вообще на набиралась, о чем свидетельствуют выключенные светодиоды, то сразу же после открывания двери и, следовательно, размыкания контактов геркона S1 раздастся тревожный сигнал сирены. Выключить сирену можно только тумблером включения питания на блоке охраны (находится в скрытом месте помещения). Состояние контактов геркона и кнопки блокировки SB1 при включенной сирене уже не окажут никакого влияния. Но если теперь дверь помещения закрыть, чтобы замкнуть контакты геркона, через пару минут сирена выключится и устройство перейдет в охранный режим.

Сенсорными контактами Е1 — Е10 блокировку включают снаружи, а кнопкой SB1 — изнутри помещения. Узел набора кода, образованный D-триггерами микросхем DD1, DD2 и элементами DD3.1 — DD3.4, DD4.2, имеет 10 сенсорных контактов, 4 из которых — кодовые. Условный код меняют перестановкой штырей в гнездах Х1—Х10. Код соответствует числу, составленному из номеров сенсорных контактов, провода от которых подключены к гнездам Х7—X10. Любое нарушение порядка набора кода ведет к переключению триггеров в нулевое состояние и блокировке кодового узла на несколько секунд. После включения питания конденсатор С2 разряжен и напряжение высокого уровня на выходе 4 элемента DD4.2 устанавливает все триггеры в нулевое состояние. При этом на прямых выходах триггеров появляется напряжение низкого уровня, на выходе элементов совпадения DD3.1 — DD3.4 — высокого уровня, на выходе элемента сброса DD4.2 — низкого уровня. Код набирают поочередным прикосновением пальца к сенсорным контактам Е7—Е10. В результате прикосновения к первому кодовому контакту (Е7 по рис. 3) триггер DD1.1 переключается в единичное состояние и сигналом высокого уровня разрешает триггеру DD1.2 переключение в единичное состояние от прикосновения ко второму кодовому контакту (Е8). Сигнал же низкого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера DD1.1 на вход 6 элемента DD3.2, блокирует включение этого элемента при наборе второй цифры четырехзначного кода. Переключение остальных триггеров при последовательном прикосновении к сенсорным контактам кода происходит аналогичным образом.

С момента переключения триггера DD2.2 в единичное состояние через его инверсный выход и резистор R8 разряжается конденсатор С2. После этого на выходе элемента DD4.2 устанавливается напряжение высокого уровня, триггеры переключаются в исходное нулевое состояние и конденсатор С2 снова заряжается до напряжения высокого уровня. Но если прикоснуться к одному из незакодированных сенсорных контактов (Е1—Е6), нарушить последовательность кодовой комбинации или коснуться всех сенсоров одновременно, элемент DD4.2 сам переключится в единичное состояние и переключит триггеры в нулевое состояние. Одновременно через резистор R1 зарядится конденсатор С1 и на некоторое время задержит триггеры в исходном состоянии. Теперь даже правильный набор кодовой комбинации не изменит логического состояния триггеров. Придется подождать некоторое время (зависящее от параметров С1, R2), необходимое для разрядки конденсатора С1, и набрать правильный код.

Если код набран правильно, то с прямого выхода триггера DD2.3 через диод VD23 и резистор R10 на вход элемента DD4.1 поступает сигнал высокого уровня, который заряжает конденсатор СЗ. Такой же сигнал появляется и на выходах элементов DD4.3, DD4.4, поэтому транзистор VT1 открывается — зажигающиеся свето-диоды HL1 и HL2 сигнализируют о включении блокировки. Одновременно сигнал высокого уровня с выхода элемента DD4.4 через диод VD24 блокирует дверной контакт S1. Как только на прямом выходе триггеров устанавливается напряжение низкого уровня, конденсатор СЗ начинает разряжаться через резистор R9 и удерживать на определенное время весь узел блокировки во включенном состоянии. При указанных на схеме номиналах этих элементов выдержка составляет примерно 45 с.

Светодиод HL3 — индикатор включения питания устройства. Дополнительный сенсорный контакт Е11, который находится на сенсорной плате кода, служит для контроля включения питания устройства снаружи — от прикосновения к нему транзистор VT1 открывается и включаются свето-диоды HL1 и HL2 (блокировка, конечно, не включается).

Для защиты микросхем от пробоя статическим электричеством, которое может поступить на входы элементов во время касания к сенсорным контактам, а также попыток вывода устройства из строя, служат стабилитроны VD14.—VD18 и узел VD11— VD13. Диоды VD1—VD10 исключают возможность определения с помощью омметра кодовых сенсорных контактов и тем самым увеличивают секретность устройства.

Схема блока охраны показана на рис. 4. При подаче питания RS-триггер DD5.1, DD5.2 устанавливается в нулевое состояние, на входе 12 элемента DD5.4 появляется напряжение высокого уровня, из блока блокировки с замкнутых контактов геркона на вход 13 поступает сигнал такого же уровня. В результате этот элемент устанавливается в нулевое состояние, транзисторы VT2, VT3 закрыты и, следовательно, двутональная сирена, которую образуют элементы микросхемы DD6 и транзисторы VT4—VT11, обесточена. Как только цепь блокировки разомкнётся и на входной вывод 1 элемента DD5.1 через резистор R16 поступит сигнал низкого уровня, RS-триггер переключится в нулевое состояние, на выходах элементов DD5.1 и DD5.4 появится напряжение высокого уровня, транзисторы VT2 и VT3 откроются и подадут питание на сирену — из динамической головки ВА1 раздастся громкий завывающий звук.

Тут же через резистор R18 начинает разряжаться конденсатор С6. В это время RS-триггер не реагирует на изменение сигнала блокировки на входе 1 элемента DD5.1. При номиналах С6 и R18, указанных на схеме, пройдет примерно 2 мин, пока конденсатор С6 разрядится до порога переключения триггера. Если на том же входе элемента DD5.1 напряжение низкого уровня, то состояние триггера не изменится и сирена будет звучать непрерывно. Но если после зарядки конденсатора С6 на этом входе появится сигнал высокого уровня, то сирена выключится и RS-триггер переключится в исходное состояние — охраны.

Узел формирования двутонального звука сирены образуют два взаимосвязанных генератора электрических импульсов. Один из них, собранный на элементах DD6.1 и DD6.2, управляет работой генераторов на элементах DD6.3, DD6.4. Цепочка VD26R21C8R22 придает сигналу сирены характерное ей завывание.

Блок питания устройства собран по схеме, изображенной на рис. 5. В нем батарея GB1 — резервный источник питания. При включении питания тумблером SA1 Диод VD32 закрывается и энергия батареи не расходуется. При пропадании сетевого напряжения этот диод открывается, батарея начинает питать устройство, а диод VD31 закрывается и препятствует дополнительной разрядке батареи через цепи выпрямителя.

Устройство не критично к выбору деталей. Резисторы могут быть типов МЛТ, ВС, конденсаторы постоянной емкости — КЛС, КМ, оксидные — К50-6, К50-35 или другие. Диоды Д9Б заменимы любыми германиевыми маломощными, например, Д2Ж, Д10Б, желательно с меньшим прямым максимальным током, так как используются в качестве предохранителей. Вместо Д220 подойдут любые маломощные кремниевые, например, КД521, Д219. В блоке питания диодный мост КЦ402А можно заменить четырьмя диодами серий Д226, Д7 или КД105, включив их по схеме моста. Светодиоды HL1—HL3 — любые из серий АЛ307, АЛ310.

Коэффициент h21Э транзистора VT1 должен быть не менее 100, других транзисторов — не менее 40. Транзисторы КТ315Г заменимы маломощными кремниевыми n-p-n транзисторами серий КТ312, КТ203 с любым буквенным индексом. Транзисторы КТ361 можно заменить на П416Б, МП40Б и другими структуры p-n-р. В усилителе мощности вместо КТ81 7Б можно использовать транзисторы серии КТ815, а вместо КТ816Б — серии КТ814 с любым буквенным индексом. Микросхемы К176ЛА7 заменимы на К561ЛА7 (DD6 может быть также К176ЛЕ5, К561ЛЕ5), а К176ТМ2 — на К176ТМ1, К561ТМ2.

Мощность динамической головки ВА1 — не менее 2 Вт, сопротивление звуковой катушки — 4... 8 Ом. К транзистору VT3 желательно прикрепить небольшую теплоотводящую пластину.

Плату сенсорных контактов (рис. 6) служит светлый двусторонний фольтированный стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм. На лицевой стороне платы резцом толщиной 1...1,6 мм прорезают фольгу для получения изолированных друг от друга сенсорных контактов — десяти кодовых (1), одного общего (2) и двух дополнительных (3), выполняющих роль нижнего (по схеме) контакта Е11. В каждом сенсоре просверливают два сквозных отверстия диаметром 0,8...1 мм. Затем кислостой краской или лаком закрашивают образовавшиеся сенсоры, возле них пишут цифры от 0 до 9, а на фольге с обратной стороны платы вокруг каждой пары отверстий рисуют контактные площадки (6). После травления платы все оставшиеся площадки фольги облуживают. Со стороны сенсоров в каждую пару отверстий вставляют проволочные перемычки (4), хорошо обжимают ими плату и припаивают к сенсорам и контактным площадкам. Позже, при монтаже устройства, к контактным площадкам припаивают соответствующие проводники блока блокировки.

Плату сенсорных контактов крепят на наружной стороне входной двери против блока блокировки, устанавливаемого на внутренней стороне двери, Предварительно в двери просверливают два отверстия — для светодиода HL1 (или HL2), который должен просматриваться снаружи сквозь плату сенсорных контактов (5 на рис. 6), и соединительных проводников. В качестве гнезд XI — Х10 хорошо использовать гнездную часть подходящего разъема, например, типа РП-12-30. Переставляя в них штыри, соединенные с сенсорными контактами, можно быстро менять код устройства.

Монтаж деталей и конструкции корпусов блоков устройства произвольные — это определяется наличием деталей и конкретными условиями, в которых оно будет эксплуатироваться. В любом случае регулирующий транзистор VT12 стабилизатора напряжения блока питания необходимо установить на теплоотвод с эффективной площадью рассеяния 50... 100 см2.

Светодиоды HL2 (или HL1) и HL3 с их токоограничительными резисторами и кнопочный выключатель SB1 монтируют на отдельной плате.

Приступая к настройке блока охраны, постоянный резистор R20 временно заменяют подстроенным сопротивлением 1 МОм, а последовательно со звуковой катушкой головки ВА1 включают резистор сопротивлением 1...2 кОм на мощность рассеяния 0,5 Вт. Проводник входа блокировки соединяют проволочной перемычкой непосредственно с плюсовым проводником и включают устройство в сеть. При этом на выходе блока питания должно быть напряжение, близкое к 9 В. Если затем проволочную перемычку удалить, то должна включиться и звучать с небольшой громкостью сирена. Характерного для нее завывания добиваются (на свой вкус) подбором резисторов R20 и R22.

Затем, удалив резистор, восстанавливают соединение динамической головки с выходом усилителя мощности. Если теперь заметна на слух перегрузка головки или срабатывает защита блока питания, из-за чего сирена выключается, то последовательно с головкой включают проволочный резистор сопротивлением от одного ома и более — до исчезновения перегрузки. Если сопротивление этого резистора 4 Ом и более, вместо него можно включить вторую такую же динамическую головку.

Блок блокировки, собранный из заведомо исправных деталей, в налаживании не нуждается. Длительность же сигнала блокировки при необходимости изменяют подбором конденсатора С3 и резистора R9. С увеличением их номиналов это время увеличивается, и наоборот. Желаемое время включения сирены блока охраны можно устанавливать подбором конденсатора С6 и резистора R18.

В качестве резервного источника питания используется батарея, составленная из элементов 373; их заменяют раз в год, но до истечения срока хранения, обозначенного заводом-изготовителем. Раз в месяц плату сенсорных контактов протирают с небольшим усилием сухой хлопчатобумажной ветошью, чтобы удалить пленку окислов, нарушающую четкое срабатывание устройства при наборе кода.