Микропроцессорное устройство охраны дома
Введение
Современный этап развития научно-технического
прогресса характеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во
всех сферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло
появление и быстрое совершенствование интегральных микросхем - основной
элементной базы современной электроники.
Цифровые интегральные микросхемы применяются в
вычислительных машинах и комплексах, в электронных устройствах автоматики,
цифровых измерительных приборах, аппаратуре связи и передачи данных, медицинской
и бытовой аппаратуре, в приборах и оборудовании для научных исследований и т.
д.
В настоящее время сведения о цифровых
интегральных схемах необходимы не только специалистам по радиоэлектронике, но и
радиолюбителям.
Промышленность выпускает почти все
функциональные электронные узлы, необходимые для создания устройств
измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные
электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы;
перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры;
сумматоры и т. д.
На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС)
интегральных схем созданы и выпускают микропроцессоры и микропроцессорные
комплексы, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы,
изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах.
Функции, выполняемые интегральными схемами
микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических
сигналов, осуществляемой по определенной программе. Тем самым данные микросхемы
позволяют реализовать большое количество разнообразных операций по обработке
цифровых сигналов без каких-либо изменений в технологии их изготовления.
В развитии электроники на протяжении многих лет
остается стабильным только одно - это непрерывное изменение элементной и
схемотехнической баз.
В связи с широким выбором интегральных схем,
параметры которых известны из технических условий, изменились задачи, стоящие
перед разработчиками электронной аппаратуры. Если раньше значительная часть
времени уходила на расчеты режимов отдельных каскадов, определение их
параметров, решение вопросов термостабилизации и т. п., то в настоящее время
главное внимание уделяется вопросам выбора схем соединений и взаимного
согласования микросхем.
Типовые микроузлы позволяют собрать нужный
электронный блок без детального расчета отдельных каскадов. Разработчик
электронной аппаратуры, определив, какие преобразования должен претерпеть
электрический сигнал, подбирает необходимые интегральные микросхемы,
разрабатывает схему их соединений и вводит обратные связи требуемого вида. И
только в том случае, когда выпускаемые интегральные микросхемы не позволяют
решить какой-то конкретный вопрос, к ним добавляют отдельные узлы на дискретных
компонентах, требующие проведения соответствующих расчетов, или разрабатывают
микросхемы частного применения.
ГОСТ 17021-75 определяет степень интеграции ИМС,
как показатель степени сложности микросхемы, и характеризуется числом
содержащихся в ней элементов и компонентов. Степень интеграции определяется
формулой:
Кис=[lg
N]+1;
Где lg
N - целая часть;
N - число
элементарных схем в ИС.
В соответствии с этой формулой, ИС первой
степени - это ИС содержащие до 10 элементов и компонентов.
Для создания средств вычислительной техники определяющим
фактором является развитие её схемотехники и технологии.
Достижения микроэлектроники оказывают постоянное
влияние на развитие архитектуры и совершенствование логической структуры
средств вычислительной техники, а так же на способы аппаратурной реализации ПО.
Новейшие разработки и интересные идеи коснулись
охранных систем. Число криминальных случаев выросло и продолжает расти
пропорционально росту самой криминогенной обстановки в целом.
Охотников за чужими ценностями было всегда
достаточно. Поэтому системы охраны и сигнализации будут необходимы для многих.
Не следует забывать, что профессиональные воры обычно знают, как нейтрализовать
системы охраны промышленного производства и только неизвестные им устройства
могут стать препятствием на их пути. При этом специалисты считают, что лучше,
если у вас будут одновременно установлены две разные системы охраны, что
значительно затруднит работу вора. Осознав серьёзность препятствий преступник,
скорее всего, пойдёт искать более лёгкой добычи.
При изготовлении приводимых схем следует
помнить, что надёжность работы системы охраны во многом зависит от типа
используемых охранных датчиков и места их установки.
Если в системе охраны используется несколько
разных видов датчиков, то обезвредить их все одновременно практически
невозможно. Однако лучше, если соединительные провода от датчиков и сами
датчики будут скрыты от быстрого обнаружения, а чтобы отвлечь внимание вора,
можно установить декоративные «охранные» узлы - например коробочку с моргающим
светодиодом или светящейся неоновой лампочкой.
Если соединительные провода от датчиков имеют
большую длину и их невозможно провести скрытно, то схема охраны должна
срабатывать при любом нарушении цепи (разрыв или замыкание) охранного шлейфа,
что сделает невозможным незаметное отключение удалённого датчика.
Многим обычным гражданам хочется защитить как-то
свою собственность. Никто не хочет, вернувшись к себе в квартиру, обнаружить,
что она - пуста или то, что в ней не хватает каких-либо ценных вещей.
Промышленность и просто радиолюбители применяют
много различных способов защиты. Но ведь известно, что чем хитрее система, тем
больше желание ее взломать, разгадать секрет и все равно добиться своей цели.
Конечно же, идеальной системы не существует,
поэтому, как ни была бы хороша охранная система, найдется человек, который
сможет её раскрыть.
1. Обзор литературы
В книге достаточно подробно изложены сведения о
функциональных узлах и компонентах, применяемых в приборостроении, автоматике,
вычислительной технике. Приведённый материал знакомит с наиболее
распространенными типами элементов и компонентов, также приведены формулы
расчёта параметров основных узлов используемых в электронике. Рассмотрены
принципы построения генераторов электрических импульсов. В данном курсовом
проекте использовался материал, изложенный в книге о генераторах напряжения
прямоугольной формы (мультивибраторах) на основе логических элементов.
Справочник представляет собой пятый том
многотомного издания, посвященного интегральным схемам. В первом разделе приведены
общие сведения об интегральных схемах: классификация и система условных
обозначений, принципы построения условных графических обозначений в схемах,
наименование и буквенные обозначения параметров, используемые внутри страны и
за рубежом, габаритные размеры стандартизованных корпусов, виды корпусов для
автоматизированной сборки и поверхностного монтажа и особенности применения. Во
втором разделе даются (в цифровой последовательности, начиная с серии К544)
состав серии, функциональное назначение, степень интеграции (количество
интегральных элементов), тип корпуса и его масса, назначение выводов,
электрические (в том числе справочные, классификационные) параметры и предельно
допустимые режимы эксплуатации, условные графические обозначения, структурные или
типовые схемы включения, таблицы истинности, рекомендации по применению в
соответствии с частными техническими условиями (ТУ) аналоговых и цифровых
интегральных микросхем, изготовленных по различным схемно-технологическим
решениям (транзисторно-транзисторная логика-ТТЛ; транзисторно-транзисторная
логика с диодами Шоттки-ТТЛШ; эмиттерно-связанная транзисторная логика-ЭСЛ, по
биполярной и МОП технологиям).
В литературе приведены общие сведения о цифровых
интегральных микросхемах и конструктивных особенностях. Описаны интегральные
схемы транзисторно-транзисторной логики, наиболее распространенные цифровые
интегральные схемы на основе КМДП-транзисторов, самые быстродействующие
микросхемы на основе эмитарно-связанной логики. Одна из глав книги посвящена
интегральной инжекционной логике. Приведены основные параметры рассматриваемых
интегральных схем, которые сведены в таблицы по разделам. Для полного понимания
работы микросхем среднего уровня интеграции во многих случаях приводятся их
структурные схемы, а также принципиальные схемы основных элементов. В
частности, в курсовом проекте использовались такие микросхемы, как: К561ТМ2,
К561КТ3, К561ЛЕ5, информация о которых приведена во второй главе книги.
В литературе производится систематизация и
обобщение информации по схемотехнике узлов на МОП и КМОП микросхемах, в том
числе и на основании собственного опыта автора. Рассмотрены наиболее часто
применяемые в радиоаппаратуре узлы. К схемам приведены диаграммы напряжений в
контрольных точках, которые позволяют легче понять происходящие процессы. Во
втором разделе описана универсальная многофункциональная система охраны,
состоящая из модулей. В зависимости от её назначения модули могут подключаться
разные, что позволяет удовлетворять самые взыскательные требования. В разделе
приведён также ряд других полезных устройств, помогающих обеспечить личную
безопасность и охрану имущества. В данной литературе также приведена справочная
информация по использованию микросхем, приведённых в схемах данного источника.
В источнике описывается 101 устройство,
выполняющее функции измерения, управления и сигнализации в бытовой и
любительской аппаратуре. Изложена методика и макетного конструирования схем и
способы изготовления печатных плат. Приведены конкретные схемы звуковой и
световой сигнализации, оптических и сенсорных переключателей, тестеров и других
устройств. Также даны рекомендации по источникам питания для приведённых в
книге схем.
В книге систематизированы в табличной форме в
алфавитно-цифровой последовательности данные по основным электрическим
параметрам и конструктивному исполнению на абсолютное большинство (более 3,5
тысяч) отечественных биполярных и полевых транзисторов, выпрямительных диодов,
столбов и блоков, варикапов, стабилитронов и стабисторов, тиристоров,
светоизлучающих и инфракрасных диодов, линейных шкал и цифро-буквенных
индикаторов, диодных и транзисторных оптопар.
Книга представляет собой компактно
сформированные таблицы, содержащие справочную информацию по каждому
типономиналу полупроводникового прибора, от условного обозначения с
электрическими параметрами, до иллюстраций конструкции корпуса с габаритными
размерами и цоколёвкой выводов.
По приведённым в книге приборам даны
соответствующие импортные аналоги, и наоборот. Перед основным содержанием
приведён алфавитно-цифровой указатель приборов, приведённых в книге. Удобная
форма поиска и восприятия информации об интересующих приборах.
Изложение основных положений единой системы
конструкторской документации (ЕСКД) приведено в литературе [7]. В данной книге
также описаны общие правила выполнения схем, чертежей изделий, изготовляемых с
применением электрического монтажа. Приведены условные графические обозначения
электрических схем, что в значительной мере упрощает поиск нужной информации, а
также черчение схем.
Справочник написан с использованием материалов
стандартов. В одних случаях - это таблицы значений, в других - сведения
реферативного характера, дающие представления о содержании стандарта и порядке
установленных величин. Он содержит все изменения и дополнения, обусловленные
развитием стандартов.
В книгу включены сведения об отечественных
технических и программных средствах автоматизации разработки и выполнения
конструкторских документов, о подходе к организации работ по автоматизации.
Приведены примеры чертежей, выполненных автоматизировано, на основе которых
сделаны обобщения и даны рекомендации для разработки систем автоматизации
конструкторской документации. Справочник иллюстрирован конструкторскими
документами на изделия радиопромышленности с методическими пояснениями к ним.
2. Обоснование выбора структурной
схемы
Выбор структурной схемы для любого устройства
производится исходя из назначения проектируемого устройства. На этапе
конструирования структурной схемы разработчик намечает только самые крупные
блоки устройства и устанавливает связи между ними.
Структурная схема разработанного устройства (см.
приложение №1) состоит из следующих частей:
·
Блок
датчиков
·
Автогенератор
·
Приёмное
устройство
·
Блок
сигнализации нарушения
·
Блок
сигнализации
Проектируемое в курсовом проекте устройство
предназначено для охраны 100-квартирного дома. В каждую квартиру прокладывается
двухпроводная линия (шлейф) и устанавливаются датчики.
Датчики могут устанавливаются в неограниченном
количестве в пределах одной квартиры. Например, можно установить датчики на:
входную дверь, оконную раму, дверцу шкафа или на сейф, если последний находится
в квартире.
Датчики работают на размыкание цепи и поэтому
они легки в установке. Не требуется каких-либо специальных приспособлений. В
качестве датчиков могут применяться любые охранные устройства, имеющие релейных
выход.
Блок датчиков напрямую связан с автогенератором,
который в нормальном режиме работы (если все датчики замкнуты) шлёт импульсы на
приёмное устройство.
Приёмное устройство расположено вне охраняемого
помещения. Это может быть специально отведённая комната, где за всей охранной
системой наблюдает специально назначенный человек, который и контролирует её
работоспособность.
При малейшей неисправности в системе охраны,
будет тотчас же информирован. И если вдруг, пусть даже на короткое время, один
из датчиков разомкнул цепь блока датчиков, срабатывает блок сигнализации
нарушения и система переходит в режим «Тревога». О чём свидетельствует свечение
лампочки и прерывистое звучание сирены.
При этом, по состоянию блока сигнализации можно
судить о причине и характере нарушения цепи охраны, что очень удобно. Это может
быть также разрыв шлейфа или короткое замыкание цепи.
Если же в квартиру приходит хозяин, то он по
телефону связывается с человеком на центральном пульте управления и тот снимает
его квартиру с охраны.
В данной системе, несмотря на её простоту,
предусмотрено одновременное срабатывание нескольких датчиков из разных квартир,
что не даст ворам воспользоваться недостатками некоторых других охранных
систем.
Недостаток данной системы охраны состоит в том,
что в каждую квартиру придётся вести пару проводов от центрального пульта
управления.
3. Обоснование выбора функциональной
схемы
На данном этапе раскрывается функционирование
основных структурных блоков. Выбираются подходящие функциональные узлы, серии
микросхем. Выбирается оптимальная, наиболее подходящая серия. Для данного
задания оптимальным будет использование микросхем, использующих структуры
металл-окисел-полупроводник (МОП и КМОП).
На их основе выполнены такие распространённые
серии, как К176, К561, КР1561, 564 и 1564.
Отличительными особенностями данных микросхем
являются:
· Малое потребление тока в статическом
режиме - 0,1…100 мкА
· Высокая надёжность и
помехоустойчивость
· Питание микросхем от +3…15 В
· Большинство МОП микросхем
применяются на частотах до 1МГц, а некоторые серии могут работать и до 4 МГц
· Благодаря высокому входному
сопротивлению (Rвх > 100
Мом) микросхемы имеют высокую нагрузочную способность Краз > 10…30 (количество
входов, которые можно подключить к выходу логического элемента, ограничивается
только ёмкостью монтажа; при Краз = 10 паразитная ёмкость нагрузки составляет
Сн=20 пФ)
· Выходное сопротивление большинства
микросхем при лог. «1» и лог. «0» составляет 100…1000 Ом (зависит от напряжения
питания)
· Диапазон допустимой окружающей
температуры для микросхем от -45 до +85 0С
Микросхемы серии К561 являются более
современными по сравнению с серией 176 и превосходят их по всем параметрам.
Таблица
|
Параметр
микросхемы
|
К176
|
|
P, (мкВт/вент)
|
10
|
0,4
|
|
Тзад,
(нс)
|
200
|
50
|
|
Uпит, (В)
|
5…12
|
3…15
|
Исключительно малая потребляемая мощность
открывает для МОП ИС широкую перспективу применения, в первую очередь в
устройствах с автономным питанием: различных бортовых устройствах, автономных
устройствах сбора и обработки данных, запоминающих устройствах без разрушения
информации.
Поэтому в своём курсовом проекте я решил
воспользоваться микросхемами серии К561. Эта серия ИМС позволяет построить
устройство, работающее с минимальным потреблением, с большим входным и малым
выходным сопротивлением. Это условие должно выполняться для уменьшения
паразитных емкостей и индуктивностей.
4. Обоснование выбора принципиальной
схемы
.1 Принцип работы
На этапе построения принципиальной схемы
необходимо определить критерий выбора элементов схемы.
Комплекты 561-й серии это комплекты цифровых ИС
II и III степени интеграции для применения в аппаратуре автоматики и
вычислительной техники с жесткими требованиями по :
· Быстродействию
· Потребляемой мощности
· Габаритам
· Помехоустойчивости.
Используются в широком диапазоне напряжения
питания.
Для каждой серии ИС оговариваются также диапазон
допустимых температур и номиналы напряжений электропитания с допустимыми
колебаниями, учитывают надёжностные характеристики, стоимость, конструктивное
исполнение и т.д.
Разрабатываемое устройство предусматривает
смешанное питание от сети 220 В и аккумулятора - при пропадании сетевого
напряжения питание переходит на аккумулятор.
Принцип действия устройства основан на
обнаружении изменения тока в цепи охранного шлейфа. В отличие от наиболее
распространённых мостовых схем, данная работает в импульсном режиме, что более
экономично. На каждом охраняемом объекте устанавливается активное устройство с
датчиками, которые срабатывают на разрыв.
Электрическая схема состоит из автогенератора на
элементах микросхемы (К561КТ3) D1.2
и D1.3.
Принцип работы автогенератора: после включения
напряжения питания - оба ключа D1.2
и D1.3 разомкнуты.
Конденсатор С2 разряжен, поэтому напряжение на нём нет. Зарядный ток от
источника питания протекает через резистор R2
на конденсатор. По мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на выводе D1.2/12
экспоненциально возрастает. Когда оно достигнет порога срабатывания ключа D1.2,
соединится цепь между выводами 11 и 10, что приведёт к срабатыванию ключа D1.3.
Сразу после замыкания обоих ключей нижняя обкладка конденсатора C2
подключается к шине «+» питания. Заряд, накопленный ранее на конденсаторе, не
может измениться мгновенно, поэтому напряжение на D1.2/12
скачком возрастает до уровня, превышающего Uпит
на величину, равную порогу срабатывания ключа D1.2.
После этого напряжение на C2
начинает уменьшаться с постоянной времени, равной C2*R2*R3
/ (R2+R3),
и стремится достичь уровня, задаваемого делителем напряжения на резисторах R2,
R3. В процессе
перезаряда конденсатора напряжение на С2 уменьшится до порога размыкания ключа D1.2.
В результате развивается лавинообразный процесс размыкания обоих ключей. Для
защиты ключа D1.3 от
отрицательного выброса напряжения в схему вводится диод. После размыкания
ключей конденсатор опять начинает заряжаться через резистор R2
- описанные выше процессы повторяются.
Автогенератор работает с частотой примерно 2 Гц.
С этой же частотой мигает и светодиод HL1.
В случае, если сработает один из последовательно включённых датчиков, на входе
элемента D1.1/6 появится лог.
«1» - ключ замкнётся, и перестанет работать автогенератор.
В охраняемом помещении индикатором нормального
состояния шлейфа сигнализации является мигание светодиода HL1
(при включённом шлейфе данного канала на центральном пульте). Диод VD2
предотвращает повреждение схемы от ошибочного подключения полярности охранного
шлейфа при первоначальном подключении системы.
Применение на каждом охраняемом объекте схемы с
автогенератором позволяет выполнить центральный пульт довольно простым, при
более широких возможностях системы. В приложении(3) приведена система для 2-х
каналов охраны. Все узлы дополнительных каналов идентичны, поэтому рассмотрим
работу всей системы на примере первого канала.
Включение режима охраны нужного объекта (канала)
производится соответствующим тумблером 1SA1…nSA1.
При этом, если все датчики на охраняемом объекте замкнуты, будут моргать
светодиоды HL2…nHL2.
Эти импульсы через конденсатор C4
поступают на базу транзистора VT2.
Он периодически открывается и разряжает конденсатор C5
(точнее можно сказать, что не даёт ему зарядиться). Наличие конденсатора
исключает случайное срабатывание системы охраны от помех в цепи шлейфа. В
случае исчезновения импульсов C5
постепенно заряжается до напряжения питания и срабатывает триггер D3.1,
что позволяет зафиксировать факт нарушения, даже если оно было кратковременным.
Индикатором нарушения охранного шлейфа является
непрерывное свечение светодиода HL3
и работа звукового сигнализатора. При этом по состоянию светодиода HL2
можно судить о характере нарушения цепи охраны, что очень удобно. Так, при
разрыве шлейфа свечения не будет, а в случае непрерывного свечения светодиода -
короткое замыкание линии.
Сброс режима «оповещения» производится тумблером
SA1 - при выключении
своей группой контактов он обнуляет триггер, подавая высокий уровень на вход R.
Источник питания для системы охраны собран по
классической схеме. Для его изготовления подойдёт любой трансформатор мощностью
20…30 Вт, обеспечивающий во вторичной обмотке напряжение 10…12 В и ток до 1 А
(в дежурном режиме система потребляет ток не более 6 мА на каждый включённый
канал). Максимальный ток трансформатора должен соответствовать потребляемому
звуковым сигнализатором. Транзистор VT4
должен устанавливаться на радиатор.
Настройка схемы пульта заключается в регулировке
чувствительности срабатывания транзистора VT1
(резистором R7) к импульсам от
удалённого генератора под реальную линию шлейфа. В каждом канале настраивать
резистор R7 следует в
индивидуальном порядке.
В схеме применены:
· постоянные резисторы МЛТ,
подстроечные (1R7…nR7,
R18) многооборотные C5-2.
· Неполярные конденсаторы типа K10-17,
электролитические 1C5…nC5
типа K53-1 на 20В, а в
источнике питания K50-35 на
25В.
· В качестве звукового сигнализатора HA1
может использоваться любой из предназначенных для автомобильной сигнализации.
Для звукового оповещения в схеме воспользовались обычным динамиком, включённым
по схеме с генератором. В этом случае звук получается прерывистый и появляется
возможность регулировать громкость работы динамика подстроечным резистором R18.
При желании данная схема кроме охранных функций
может использоваться и в качестве пожарной сигнализации. Для этого в цепь
задающего частоту резистора R2
последовательно добавляется терморезистор из серии CT2-19
(15 кОм), а номинал элементов (R2,
C2,R3
и R5) изменяется так,
чтобы получить частоту 2Гц при номинале R2=10…15
кОм. При этом частота работы автогенератора будет зависеть от температуры в
помещении.
4.2 Описание интегральных микросхем
Так как проектируемое мной устройство должно
обладать рядом свойств, а именно:
· Быстродействием (выше среднего);
· Относительной дешевизной;
· Малой потребляемой мощностью;
· Малым напряжением питания;
· Возможностью работы при пониженном
напряжении питания и при его скачках;
· Ударопрочность и стойкость к
неблагоприятным внешним воздействиям.
-серия представлена различными микросхемами:
начиная с простейших логических элементов, элементов исключающее «ИЛИ», и
заканчивая триггерами, счетчиками, регистрами и другими комбинационными
устройствами ЭВМ.
Принципиальная схема проектируемого устройства
представлена на рисунке 3 приложения. В ее состав входят различные микросхемы
561-серии. А именно:
• D1 и D2
микросхемы К561КТ3,
• D3 микросхема К561ТМ2,
• D4 микросхема К561ЛЕ5.
Микросхема К561КТ3
Микросхема К561КТ3 содержит четыре
двунаправленных ключа с раздельным управлением. В целом микросхемы такого типа
применяются для коммутации цифровых и аналоговых сигналов построения
мультиплексоров. Особенностью этой микросхемы является то, что для их питания
могут применяться два разнополярных источника питания (второй источник
включается на вывод 7 вместо общей шины). В этом случае ключи могут
коммутировать аналоговые сигналы переменного тока (двухполярные). Амплитуда
коммутируемого переменного сигнала не должна превышать напряжений питания Uип1
и Uип2.
При однополярном питании ИС можно коммутировать
однополярные сигналы (импульсы). Условное графическое обозначение К561КТ3
приведено на рисунке 1.
Рисунок 1.Условное графическое
обозначение ИС К561КТ3
Схема одного ключа ИС К561КТ3
приведена на рисунке 2. Такой ключ обеспечивает высокое затухание
коммутируемого сигнала при закрытом ключе. Это достигается за счёт шунтирования
закрытого входа с помощью дополнительных транзисторов VT3…VT5. Такой
«двойной» ключ называют оппозитным.
Входы ключей обозначены буквой X, выходы - Y,
управляющие входы - V. При высоком уровне на входе V «проходной»
ключ на транзисторах VT1…VT2 замкнут, а
«шунтирующий» ключ на транзисторах VT3…VT5 разомкнут.
Рисунок 2. Принципиальная схема
ключа в ИС К561КТ3
Коммутаторы типа КТ3 имеют
существенно меньшее сопротивление открытого канала, примерно 80 Ом, при
согласовании между ключами одной ИС ± 5 Ом. Сопротивление изоляции ключа от
схемы управления такого же порядка - 1012 Ом.
Наличие «шунтирующего» ключа
увеличивает затухание закрытого ключа, однако в ряде случаев требует установки
ограничивающего резистора на входе ключа, чтобы исключить его пробой.
Ключи КТ3 нельзя применять в
аналоговых запоминающих устройствах с запоминающим конденсатором в качестве
схемы выборки-хранения, потому что в процессе переключения возможен «сквозной»
ток через «проходной» и «шунтирующий» ключи.
Основные параметры ИМС К561КТ3
приведены в таблице 1.
Таблица 1.
|
Uип, В
|
Uвых min,В
|
Iвх, мкА
|
Iут, мкА
|
Iпот, мкА
|
tз.р.1,0,нс
|
Cвх,пФ
|
|
+5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
10
|
|
+10
|
9,57
|
0,05
|
-10
|
5,0
|
25
|
25
|
-
|
Микросхема К561ТМ2
Микросхема К561ТМ2 содержит два двухтактных
D-триггера. Отличие этой микросхемы от однотипных микросхем других серий
состоит в том что каждый из двухтактных D-триггеров имеет кроме входа R ещё и
вход S.
Условное графическое обозначение микросхемы
К651ТМ2 представлено на рисунке 3.
Рисунок 3. Условное графическое
обозначение ИС К561ТМ2.
Двухтактный D-триггер
работает следующим образом. По фронту первого импульса синхронизации на входе C логический
уровень, присутствующий на входе D, записывается в первый однотактный D-триггер. По
фронту второго импульса синхронизации, на выходе Q
устанавливается уровень, присутствовавший на входе D перед
первым синхроимпульсом. Таким образом, на выходе двухтактного D-триггера
сигнал задерживается на один такт (период следования синхроимпульсов).
Входы R и S не зависят
от импульсов синхронизации (т.е. являются асинхронными) и имеют активные
высокие уровни. Поступление высокого уровня на входы R или S
устанавливают оба однотактных D-триггера соответственно в «0» или
«1» независимо от входов D и C.
Эквивалентная схема двухтактного D-триггера на
двух однотактных D-триггерах приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Принципиальная схема
двухтактного D-триггера на
двух однотактных D-триггерах
Основные параметры ИМС приведены в
таблице 2.
Таблица 2.
|
Uип, В
|
U0вых,В
|
U1вых,В
|
Iвх, мкА
|
I0вых, мА
|
I1вых, мА
|
Iпот,мкА
|
tз.р.0,1,нс
|
tз.р.1,0,нс
|
Cвх,пФ
|
|
5
|
0,8
|
4,2
|
-
|
0,5
|
0,25
|
-
|
420
|
420
|
-
|
|
10
|
1,0
|
9,0
|
-
|
0,9
|
0,6
|
-
|
150
|
150
|
-
|
|
15
|
-
|
-
|
0,1
|
-
|
-
|
20
|
-
|
-
|
10
Микросхема К561ЛЕ5 выполняет логическую функцию
8ИЛИ-НЕ, где 8 - количество входов. Реализация её обеспечивается
последовательным соединением 8 МДП - транзисторов с каналом p-типа
и параллельным соединением 8 МДП - транзисторов с каналом n-типа.
На рисунке 6 приведена принципиальная электрическая схема логического элемента
2ИЛИ-НЕ, являющегося одним из элементов ИС ЛЕ5. Этот тип элементов также имеет
более высокий уровень U0вых
и более низкий уровень U1вых,
по сравнению с простейшим КМДП - инвертором. Чтобы величина U1вых,
не была ниже предельно допустимого уровня, ширина каналов МДП - транзисторов с
каналом p-типа (VT1
и VT2) больше в 5 раз,
чем у МДП - транзисторов с каналом n-типа.
Условное графическое обозначение микросхемы К651ЛЕ5 представлено на рисунке 5.
Рисунок 5. Условное графическое
обозначение ИС К561ЛЕ5.
Рисунок 6. Принципиальная
электрическая схема логического элемента 2ИЛИ-НЕ
Основные параметры ИМС приведены в
таблице 3.
Таблица 3.
|
Uип, В
|
U0вых,В
|
U1вых,В
|
Iвх, мкА
|
I0вых, мА
|
I1вых, мА
|
Iпот,мкА
|
tз.р.0,1,нс
|
tз.р.1,0,нс
|
Cвх,пФ
|
|
5
|
0,95
|
3,6
|
-
|
0,3
|
0,3
|
0,5
|
260
|
180
|
-
|
|
10
|
2,9
|
7,2
|
0,2
|
0,6
|
0,25
|
5,0
|
130
|
115
|
-
|
Датчики для охранной сигнализации
Существует много различных видов датчиков для
охранной сигнализации. Большинство из них имеет достаточно сложную конструкцию,
но я остановлюсь на наиболее простых.
В качестве датчиков можно применять герметичные
герконовые контакты (геркон КЭМ1), замыкающиеся при воздействии магнита. Они
обладают высокой надёжностью и малыми габаритами, что делает возможным потайное
размещение в углублении на каркасе дверей и оконных рам. При этом небольшой
магнит крепится на подвижной части, например клеем.
В зависимости от расположения магнита
относительно геркона, датчик может работать на замыкание и размыкание цепи при
срабатывании (в нашем случаем нужно использовать на размыкание).
Чувствительность контактов геркона достаточно,
чтобы он срабатывал на расстоянии 5…15 мм от магнита.
Использованием только герконовых датчиков и
кнопок не везде удастся обеспечить надёжную охрану (могут разбить окно).
Простейшим способом сигнализации при разбивании
окна является наклеенная по периметру стекла тонкая и узкая полоска из
металлической фольги, включенная последовательно в цепь охранного шлейфа. Она
порвётся при разбивании стекла, но, если вор будет использовать стеклорез,
может не сработать.
Для охраны на стёклах широко используют
выпускаемые промышленностью датчики ДИМК. Такой датчик клеится к стеклу и
срабатывает на удары или разбивание за счёт того, что пластина с закреплённым
на ней магнитом не имеет жёсткого крепления и при ударах отходит от геркона,
что разрывает цепь охранного шлейфа.
Аналогичную конструкцию несложно изготовить и
самостоятельно или приобрести.
Для сигнализации об ударах и вибрациях может
использоваться также пьезосигнализатор типа В-2 (BQ1)
совместно со схемой усилителя.
Этот датчик рассчитан на работу в диапазоне
температур ±60 0С и приклеивается к стеклу клеем или прижимается металлической
пластиной.
Также существует электромагнитный и ёмкостной
датчики.
Электромагнитный датчик реагирует на
колебательные движения. То есть его также удобно применять, когда необходимо
защитить какой-либо предмет от перемещения.
Ёмкостной датчик реагирует на приближение руки к
металлическому предмету, например замку, сейфу, или же на касание охраняемого
предмета. Способы применения для такого датчика существуют различные.
Датчиком может служить любая электропроводная
пластина с размерами примерно 200х200 мм. Чувствительность датчика зависит от
настройки и может составлять до 20 см.
Существует и множество других,
специализированных датчиков, для различных областей в системе охраны. Например:
датчик движения, изменения температуры комнаты, изменения и контроля влажности
воздуха, задымленности помещения и так далее.
4.3 Расчёт параметров устройства
микропроцессорный охрана
дом двухтактный
Рассчитаем сопротивление, необходимое для
резистора R8, исходя из
данного нам светодиода HL2.
Падение напряжение на резисторе, исходя из схемы
равно
 ,
где  = 12 В -
напряжение питания,
 = 0,2 В - открытый переход Э-К на
транзисторе.
 В
Для диода серии КИПД32 прямой ток
равен  мА.
Исходя из этого мы можем рассчитать
необходимое сопротивление резистора R8 по
формуле:
 кОм.
Берём ближайший подходящий резистор
с таким номиналом и получаем, что  кОм.
Рассмотрим автогенератор, построенный на
элементах микросхемы (К561КТ3) D1.2
и D1.3.
Согласно схеме, можно нарисовать временную
диаграмму его работы (Рисунок 7).
Первая (верхняя) диаграмма показывает изменение
напряжения в точке соединения резистора R2
и конденсатора С2.
Вторая (нижняя) диаграмма показывает изменение
напряжения на выходе генератора.
Время импульса tи - это
время разрядки конденсатора C2. Напряжение на C2
уменьшается с постоянной времени, равной  , и стремится достичь уровня,
задаваемого делителем напряжения на резисторах R2, R3.
При заданной ёмкости конденсатора
длительность паузы tп межуд импульсами регулируется
резистором R1, однако
изменение длительности паузы подбором резистора R1 приводит и
к изменению длительности импульса tи. Поэтому,
чтобы установить нужную длительность импульса, не меняя паузу, необходимо
воспользоваться резистором R3. Регулирование параметров
импульсов осуществляется в широких пределах, при этом отношение  может быть
как меньше, так и больше 1.
Рассчитаем потребляемую мощность
схемы:
Для нашего случая, схема в дежурном
режиме потребляет ток не более 6 мА на каждый включённый канал. Следовательно
рассчитываем:
 Вт
Заключение
Разработанное в курсовом проекте устройство
является полностью функциональным устройством охранной сигнализации
100-квартирного дома.
Схема без сомнений может применяться на
практике. Исходя из принципиальной схемы, можно сделать выводы, что заменить
или усовершенствовать некоторые её узлы, расширить её - не составляет труда.
Из внимательного рассмотрения вышеизложенного
материала можно видеть, что схема наша не лишена недостатков. Вот лишь
некоторые из них:
1. Необходимость проведения дополнительной
пары проводов на каждый охраняемый объект. Бережная их укладка.
2. Отсутствие связи клиента с человеком,
сидящим на посту за пультом управления. Поэтому при использовании данной схемы,
необходимо наличие связи между охраной и охраняемым человеком.
. Наличие на центральном блоке управления
большого количества светодиодов, за которыми необходимо наблюдать.
. В схеме не учитывается срабатывание
сигнала на несколько каналов одновременно. При любом срабатывании одного канала
сирена уже будет сигналить.
В то же время схема обладает и некоторыми
(скромными) достоинствами:
1. Доступность элементной базы - схема
составлена в основном из широко распространенных отечественных микросхем и
радиодеталей.
2. Простота конструкции датчиков,
передатчиков и дешевизна.
. Малое энергопотребление значительно
расширяет сферу применения данного устройства.
. Возможность питания охранного
устройства от аккумулятора, в случае пропадания электричества в сети.
. Простота настройки и калибровки
приёмного устройства.
Несмотря на все её недостатки, схема несомненно
может найти применение в реальной жизни, при охране 100-квартирного жилищного
дома.
Список литературы
. Гусев
В.Г., Гусев В.М «Электроника.» - М. : Радио и связь, 1991.
. Нефедов
А.В., «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги Серии К544 - К564»
Справочник. - М: «КубК-а», 1997.
. Богданович
М. И., Грель И. Н., Дубина С. А., Прохоренко В. А., Шалимо В. В. «Цифровые
интегральные микросхемы» Справочник/ 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь,
Полымя, 1996.
. Шелестов
И.П. «Радиолюбителям: полезные схемы» №1,2,3. - М.: «СОЛОН-Р», 2000.
. Шумейкер
Ч. «Любительские схемы контроля и сигнализации на ИС» - М.: Издательство «Мир»,
1990.
. Аксенов
А.И., Нефедов А.В. «Отечественные полупроводниковые приборы» Справочное
пособие/ №25. - М.: «СОЛОН-Р», 2000.
. Усатенко
С. Т., Качеток Т.К., Терехова Н. В. «Выполнение электрических схем по ЕСКД»
Справочник. - М.: Издательство стандартов, 1989.
. Романычева
Э.Т. «Разработка и оформление технической документации РЭА» - М.: «Радио и
Связь»,1982.
Похожие работы на - Микропроцессорное устройство охраны дома
|