Устройство охраны подвижного объекта с дистанционным управлением

21

Устройство охраны подвижного объекта с дистанционным управлением

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 комплекты, 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 ее 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 и автомобильной отрасли. Число криминальных случаев угона машин выросло и продолжает расти пропорционально росту самой криминагенной обстановки в целом. Сейчас материальный достаток некоторой части населения позволяет приобретать им красивые и дорогие игрушки - шикарные автомобили. Это естественно, что владельцам очень хочется как-то защитить свою собственность. Тем более что людям, профессионально занимающимся угоном автомобилей, не составляет большого труда увести машину с солидной охраняемой стоянки. Что же говорить про автомобили, стоящие под окнами домов, у подъездов, в гаражах.

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.

Вообще нужно отметить, что современные противоугонные системы делятся на два обширных класса:

· Механические

· Электронные

Бытует мнение, что механические охранные устройства не составляют альтернативы электронным.

Современные электронные системы охраны автомобиля имеют до 20 степеней защиты, но многие из них чересчур дорогостоящи, что не всегда выгодно потребителю. Кроме того, многие угонщики очень хорошо экипированы различными устройствами, которые позволяют перехватывать (сканировать) закодированные посылки посланные с пульта дистанционного управления, такие устройства называются код-грабберами.

Конечно же, идеальной системы не существует, поэтому, как ни была бы хороша противоугонная система, найдется человек, который сможет её раскрыть.

1. Обзор литературы

Задачей данного курсового проекта является разработка устройства охраны подвижного объекта, которая управляется с помощью пульта ДУ и имеет независимую систему питания.

По данной теме существует целый ряд книг и периодических изданий, в которых описывается основы построения приемных и предающих блоков на инфракрасном излучении.

Некоторые из этих источников были использованы в разработке данного проекта. Они указаны в списке литературы. Приведем их краткое описание по порядку.

В источнике №1 систематизированы сведения по применению в микропроцессорной технике и микроЭВМ различного рода цифровых интегральных микросхем. Описаны схемотехника цифровых микроэлектронных устройств.

В источнике №2 изложены физические основы инфракрасной техники. Описано устройство и даны принципы действия различных приборов ИК-техники, приведены сведения по их испытанию и настройке.

В источнике №3 излагаются физические основы, характеристики и теория фотоприемных устройств инфракрасных систем. Уделяется внимание преобразованию и съему фотосигналов с приемников с помощью микропорцессорной техники и интегральных микросхем.

В источнике №4 рассмотрены основы теории приема сигналов в системе первичной обработки информации. Описаны методы энергетических и точностных расчетов оптико-электронных приборов.

В источнике №5 рассмотрены принципы действия и приведены характеристики и основные параметры полупроводниковых оптоэлектронных приборов.

В источнике №6 приведена принципиальная схема охранной сигнализации подвижного объекта, которая принята мной за основу. В статье кроме непосредственных рабочих параметров так же приведён перечень элементной базы и принцип работы устройства.

В источнике №7 описаны требования по разработке и оформлении технической документации радиоэлектронного оборудования, а так же ГОСТ-ы применяемые при оформлении чертежей, схем.

В источнике №8 является справочником, в котором собраны микросхемы различных серий.

2. Обоснование выбора структурной схемы

Выбор структурной схемы обосновывается прежде всего ее простотой. Такая схема проста не только в отношении принципа функционирования, но и с точки зрения схемотехнического решения.

Структурная схема устройства представлена на рисунке №1 приложения. Она состоит из следующих частей:

· Пульт управления

· Блок приема сигнала

· Блок обработки информации

· Блок датчиков

· Блок блокирования зажигания и запуска двигателя

· Генератор

· Индикация

Пульт управления (ПУ) предназначен для дистанционного включения / выключения охранной системы в режимы: «Охрана», «Выключено», и разблокировки системы зажигания.

Блок приема сигнала (БПС) предназначен для приема ИК сигнала, поданного с ПУ, с последующим её декодированием для управления режимами устройства.

Блок обработки информации, поступающей с датчиков и приемного устройства, преобразует сигналы в управляющие команды для генератора. Это происходит в случае, когда система находится в режиме «Охрана» с мгновенным переходом в режим «Тревога». А так же для блокирования системы зажигания, если угонщик все-таки попал в салон машины и пытается завести двигатель. Кроме того система обрабатывает и анализирует сигналы, поступающие с БПС, и в соответствии с ними включает и выключает систему в режимы «Охрана» и «Тревога».

Блок датчиков предназначен для передачи сигналов в блок обработки информации. Датчики установлены на дверях, багажнике и капоте автомобиля. Они срабатывают при попытке открытия, а так же при попытке раскачать транспортное средство.

Блок блокирования зажигания и запуска двигателя приходит в действие при поступлении запрещающего сигнала.

Генератор предназначен для выдачи сигнала с определённой частотой на индикатор (сирену) и на габаритные огни автомобиля.

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 наиболее подходят микросхемы на КМДП структуре. Их достоинством являются следующие параметры:

· имеет три номинала напряжения питания;

· относительно малый потребляемый ток;

· среднее время задержки распространения;

· малые входные и выходные токи.

Исключительно малая потребляемая мощность открывает для КМДП 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.

В качестве других эксплуатационных характеристик КМДП ИС, свойственных только им, следует назвать: работоспособность в широком диапазоне питающих напряжений (3…15В), высокую помехозащищенность, достигающую 30…45% от значения питающего напряжения, высокую нагрузочную способность, составляющую до 1000 входов таких же ИС на частотах до нескольких кГц, высокое входное сопротивление.

Поэтому была выбрана микросхема 561-й серии. 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

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 надежностные характеристики, стоимость, конструктивное исполнение и т.д.

Разрабатываемое устройство автомобильной сигнализации (УАС) питается от бортсети автомобиля (+12 В), а при ее отключении продолжает нормально функционировать, так как имеется внутренний источник. Схема УАС приведена на рисунке 3 (приложения).

Каждое нажатие на кнопку ПУ «выключить» приводит к короткому запуску сирены и вспыхиванию габаритных огней автомобиля, а так же переходу УАС из режима «Охрана» в режим «Выключено».

Рассмотрим по подробнее эти режимы.

Режим «Выключено». В этом режиме устройство потребляет совершенно ничтожный ток, а все электрооборудование автомобиля работает в обычном режиме. Датчики УАС заблокированы, а светодиод состояния системы погашен.

Режим «Охрана». Потребляемый ток не превышает 5 мА. Все датчики задействованы, светодиод состояния системы мигает с частотой 1.4 Гц, система зажигания и пуска двигателя автомобиля заблокирована.

Если срабатывает хотя бы один из датчиков, то УАС переходит в режим «Тревога». В этом случае мгновенно включается сирена, начинают мигать габаритные огни (f=1.4 Гц), а попытка завести двигатель ни к чему не приводит. Потребляемый ток не превышает в этом режиме 2 А. В режиме «Тревога» УАС будет находиться еще 20 с. при условии, что все датчики вернулись в исходное положение. Если нет, то двадцатисекундный цикл будет повторяться до возврата датчиков в исходное положение.

Перевести УАС в режим «Выключено» из любого состояния можно только с помощью пульта дистанционного управления.

Схема устройства соднржит следующие условные блоки:

SB - контактные замыкатели. Их устанавливают на дверях, капоте, багажнике. Датчик замыкается при попытке взлома;

DA1, R1…R4, C1, PA1 - датчик положения, выполненный на основе микроамперметра. Он обеспечивает постановку на охрану при любом первоначальном положении кузова;

DD2.3, R16, R19, R20, C6, VT1, VD8 - элементы выдержки времени (20 с) в режиме «Тревога»;

DD2.4, R17, C4, VD10 - элементы одновибратора - формирователя импульса запуска сирены при каждом переходе УАС в новый режим работы;

DD4.4, R18, R21, C5 - генератор импульсов (f=1.6 Гц), управляющий светодиодом VD11;

DD4.1…DD4.3, C7…C10, R22…R28, VT3…VT6 - электронная сирена;

DD4.1, VT2, K1, K1.1 - элементы управления ;

K2, K2.1, VT7, VD14, R29 - элементы блокировки системы зажигания и пуска двигателя;

GB1, VD15, VD16, R30 - элементы бесперебойного питания и зарядки. От величины сопротивления резистора R30 зависит ток заряда GB1;

VD13, C11…C13, DA2 - фильтр питания и стабилизатор +9В.

Первоначальный сброс схемы происходит благодаря быстрому заряду конденсатора C2 через резистор R14. При этом микросхема DD3.1 по выводу 4 и микросхема DD3.2 по выводу 10 через микросхему DD2.3 сбрасываются в нулевые состояния. УАС устанавливается в режим «Охрана», и все датчики активированы.

Логический «нуль» с вывода 13 микросхемы DD3.2 запрещает работу сирены и мигание «габаритных» огней автомобиля.

Логическая «единица» на выводе 2 микросхемы DD3.1 разрешает работу генератора собранного на микросхеме DD4.4 (f=1.4 Гц), который периодически включает VD11, а так же обеспечивает на базе VT7 открывающее напряжение.

Для обеспечения экономичности схемы в целом, реле K2 срабатывает только при попытке запуска двигателя.

Как только срабатывает один из датчиков SB, УАС мгновенно переходит в режим «Тревога». Это происходит благодаря появлению логической «единицы» на выводе 8 микросхемы DD3.2 через микросхему DD2.2.Триггер собранный на микросхеме DD3.2 переключается в единичное состояние и запускает сирену собранную на микросхемах DD4.1…DD4.3. Контакты реле K1.1 начинают замыкаться с частотой 1.6 Гц, обеспечивая вспыхивание габаритных огней. Светодиод продолжает мигать, а двигатель остается заблокированным.

Одновременно с этим начинает заряжаться конденсатор C6 через резистор R20. Как только он зарядится (20с.), логическая «единица» через диод VD8, микросхему DD2.3 попадает на базу транзистора VT1 и на вывод 10 микросхемы DD3.2. Если датчики не вернулись в исходное состояние, то транзистор VT1 разряжает конденсатор C6, и двадцатисекундный цикл вновь повторяется. Если же датчики все же вернулись в исходное состояние, то вместе с разрядом конденсатора C6 сбрасывается и триггер DD3.2. УАС вновь переходит в режим «Охрана».

Необходимо заметить, что интересное техническое решение было применено при выборе датчика, реагирующего на колебания кузова. Как известно, такие датчики (серийно выпускаемые промышленностью), дороги и не всегда имеют требуемые выходные параметры. При разработке схемы УАС в качестве датчика, преобразующего механические колебания кузова в электрические сигналы, был использован микроамперметр доработанный М476 или аналогичный.

Доработка микроамперметра заключается в следующем. Корпус микроамперметра аккуратно вскрывают. На изогнутый конец стрелки надевается и обжимается плоскогубцами не большой груз. Но так что бы между грузом и шкалой был зазор не менее 1мм. По краям шкалы необходимо наклеить демпферы-ограничители из мягкого поролона.

Затем корпус уже готового датчика склеивают. Крепление к плате так же через тонкий поролон.

5. Описание элементов схемы

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.

561-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:

DD2 микросхема К561ЛП2,

DD3 микросхема К561ТМ2,

DD4 микросхема К561ЛА7.

Микросхема К561ЛП2.

Содержит четыре элемента исключающее «ИЛИ». Основные параметры микросхемы приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры ИМС К561ЛП2.

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	-	2,6	1,25	-	120	110	-
10	2,9	7,2	-	8,0	1,25	-	90	90	20
15	-	-	0,3	-	-	2,0	-	-	-

Принципиальная схема одного канала ИС представлена на рисунке. Здесь кроме трёх КМДП инверторов применён ключ коммутации КК.

рис.1 Принципиальная схема одного канала ИМС К651ЛП2

Высокий уровень на выходе Q появляется только в том случае, если один из входных уровней А или В высокий. Если оба А и В низкие или высокие, то на выходе Q будет низкий уровень.

Условное графическое изображение микросхемы К561ЛП2 представлено на рисунке 2.

рис.2 Условное графическое изображение и цоколёвка ИМС К561ЛП2.

Микросхема К561ЛА7.

Выполняемая логическая функция - m «И-НЕ», где m- количество входов. Реализация этой логической функции обеспечивает последовательное соединение m МДП транзисторов с каналом n- типа и параллельным соединением m МДП транзисторов с каналов p-типа.

Если хотя бы на одном из входов имеется напряжение высокого уровня, то открыт один из транзисторов VT3, VT4, и обязательно закрыт один из транзисторов VT1, VT2, на выходе напряжение высокого уровня.

Основные параметры К561ЛА7 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	0,95	3,6	-	0,25	0,25	-	160	160	-
10	2,9	7,2	-	0,45	0,55	-	80	80	11
15	-	-	0,3	-	-	2,0	-	-	-

На рисунке 3 приведена принципиальная схема одного из 4-х логических элементов входящих в состав ИМС К561ЛА7.

рисунок 3. принципиальная схема ЛЭ «И-НЕ»

Условное графическое изображение микросхемы К561ЛА7 приведено на рисунке 4



рисунок 4. УГО ИМС К561ЛА7.

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 еще и вход S.

Условное графическое обозначение микросхемы К651ТМ2 представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Условное графическое обозначение и цоколевка ИС К561ТМ2

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	0,8	4,2	-	0,5	0,25	-	420	420	-
10	1,0	9,0	-	0,9	0,6	-	150	150	10
15	-	-	0,3	-	-	2,0	-	-	-

Микросхема К140УД6А.

Является операционным усилителем (ОУ). ОУ - специфический класс усилителей напряжения постоянного тока с большим коэффициентом усиления, работающих в режиме параллельной отрицательной обратной связи по напряжению.

На рисунке 6 представлена функциональная схема ИС К140УД6А.

Рисунок 6. Функциональная схема ИС К140УД6А.

Основные параметры ИМС:

Коэффициент усиления Ku* 10 50

Коэффициент ослабления синфазного сигнала K o.o.c. 70

Напряжение смещения нуля Uсм, мВ 6

Входной ток Iвх нА 50

Разность входных токов Iр, нА 10

Коэффициент подавиления нестабильности питания Kп.п, Дб 80

Частота единичного усиления fт, МГц 1

Мощностная полоса пропускания fp, кГц 20

Скорость нарастания выходного напряжения v, В/мкс 2,5

Потребляемый ток Iп, мА 4

Диапазон напряжения питания 5…20

Схема данного ОУ построена на биполярных транзисторах. На рисунке 7 приведено условное графическое обозначение ИС.



Рисунок 7. Условное графическое обозначение ИС К140УД6А

Детали и конструкция.

Излучатель BA1 - любая динамическая головка на 10 Вт (8 Ом) или 20 Вт (4 Ом).

VT2 - VT7 - любые транзисторы из серий КТ972, КТ973, КТ853, КТ829. Транзисторы VT3 - VT6 устанавливают на один общий радиатор через слюдяные прокладки. Сюда крепят и диод VD6.

VT1 - любой транзистор из серий КТ315, КТ3102, КТ503.

VD1 - VD4 - любые низковольтные диоды о Uобр =10…20 В.

VD5 - VD10 - любые диода из серий КД521, КД522, КД505, КД510.

VD12 - VD14 - диоды серий КД226 или Д7 на ток 0,1 А.

VD15 - VD16 - диоды серий КД2997 или КД2999 на ток менее 10 А.

Светодиод VD11 - АЛ307.

Резисторы 0,125 или МЛТ - 0.25, R30 - МЛТ- 1.

Аккумуляторная батарея любая.

Реле К1, К2 можно применить любые с током срабатывания до I=5А.

Приведем некоторые расчеты:

Расчитаем интегрирующую цепочку, состоящую из R20 и C6. Она входит в состав элемента задержки времени (20 с) в режиме «Тревога».

Постоянная времени для этой интегрирующей RC-цепи (T) будет равна 20 сек. Емкость конденсатора С6 примем равной 10 мкФ, тогда номинальное сопротивление резисттора R20 получаем из соотношения:

T=R*C 20=R*10*10

Получили R равное 2МОм.

Расчитаем интегрирующую цепочку, состоящую из R18 и C5. Она входит в состав генератора импульсов (f=1.6Гц), управляющего светодиодом VT11.

Постоянная времени для этой интегрирующей RC-цепи (T) будет равна:

T=1/f=1/1.6=0.625 сек.

Емкость конденсатора С5 примем равной 4.7 мФ, тогда номинальное сопротивление резисттора R18 получаем из соотношения:

T=R*C 0.625=R*0.0047

Получили R равное 132.9кОм.

Заключение

Разработанное в курсовом проекте устройство охранной сигнализации является простейшим примером и на этой стадии не может применяться к выпуску в серийном производстве, но идея положенная в её основу может послужить для проектировщиков и которые в свою очередь, на базе этой схемы смогут спроектировать устройство, которое сможет конкурировать с зарубежными аналогами.

Литература

1. Тули М. «Справочное пособие по цифровой электронике»: перевод с английского - Москва: Энергокомиздат,1990г.

2. Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. «Основы инфракрасной техники» «Машиностроение» - Москва 1967г.

3. Богомолов П.Д., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. «Приемные устройства ИК систем» - Москва: «Радио и связь», 1987г.

4. Якушенков Ю.Г. «Теория и расчет оптико-электронных приборов» - Москва: «Машиностроение» 1989г.

5. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. «Полупроводниковые оптоэлектронные приборы» - Москва: «Энергокомиздат»,1989г.

6. Журнал «Радиолюбитель» 3/99-2000.

7. Романычева Э.Т. «Разработка и оформление технической документации РЭА» - Москва: «Радио и Связь»,1982г.

8. Богданович М.И., Грель И.Н. и д.р. «Цифровые интегральные схемы» - справочник.