Сторожевое устройство с телефонным вызовом

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Задача курсового проекта - освоение принципов работы с технической документацией, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭРА, получение необходимого минимума знаний при проектировании теле- и радиоэлектронных устройств. А также при разработке темы, закрепить на практике знания, полученные из курса «Конструктивно-технологические особенности проектирования».

Основные области применения устройство охраны сигнализацией по телефонной линии - это дома, квартиры, офисы в общем, где присутствует телефон.

Низкая себестоимость и низкое энергопотребление выделяют данное устройство из ряда аналогов. По сравнению с подобными устройствами данная конструкция имеет ряд преимуществ: устройство не содержит дорогостоящих деталей и радиоэлементов, имеет сравнительно невысокую стоимость при массовом производстве. Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии удобно в обращении, имеет небольшие габаритные размеры, отвечает требованиям техники, прост в применении. Существенный недостаток такого устройства состоит в необходимости принятия специальных мер по защите телефонной линии, так как если злоумышленник обрежет линию, оно будет нейтрализовано.

Назначение

Устройство охраны сигнализацией по телефонной линии применяется для защиты охраняемых объектов от злоумышленников.

Описанные в радиолюбительской литературе сторожевые устройства, как правило, пригодны для охраны автомобилей, квартир, гаражей и других объектов. Предлагаемое здесь устройство универсально, а функция автоматического вызова абонента не связана с существенной схемотехнической доработкой.

Логика действия сторожевого устройства такова. При включении питания оно формирует цикл задержки, в течение которого не реагирует на состояние охранных датчиков. Если контакты датчиков замкнуты, то по истечении сформированного цикла задержки устройство устанавливается в сторожевой режим работы.

Если при сторожевом режиме размыкаются контакты датчика с задержкой, устройство формирует паузу перед включением исполнительного механизма подачи сигнала тревоги; в это время устройство можно отключить. Но если размыкаются контакты датчика без задержки, исполнительный механизм немедленно подает звуковой сигнал тревоги.

При размыкании контактов любого из охранных датчиков устройство, работающее в сторожевом режиме, автоматически вызывает абонента по заданному пользователем телефонному номеру.

В течение каждой из пяти попыток вызова, на которые разбит полный цикл работы автомата, происходит сброс линии с последующим набором номера и паузой ожидания. Излучаемый исполнительным устройством акустический сигнал тревоги легко идентифицируется абонентом при снятии трубки.

Время исполнения одной попытки цикла - около 40 с. Автомат может работать как самостоятельно, так и в составе другой системы сигнализации.

Данное устройство должно удовлетворять следующим требованиям эксплуатации (табл. 2.1) и иметь такие технические характеристики (табл.2.2):

Табл. 2.1

Табл. 2.2

На рис. 2.1 изображен один из вариантов проектируемого сторожевого устройства, выполненного на цифровых микросхемах

Рис. 2.1 -Сторожевое устройство на микросхемах

Сигнал с датчика, проходя через ключ, поступает на генератор, который генерирует сигнал и подает его на ключ1. С ключа1, в свою очередь, идет сигнал на оптронную развязку, которая через ключ2 поступает на блок набора номера, управляющего микросхемой К1008ВЖ1 (набирает номер). Также с ключа1 сигнал подается на систему управления, построенную на триггерах, которая через ключ3 подключается к телефонной линии.

Также в структурной схеме имеется блок, преобразовующий переменный ток 220В в постоянный +9В, который является источником питания для нашей схемы

Рис. 3.1 - Структурная схема

При срабатывании датчика сигнал высокого уровня поступает на R-входы счетчиков микросхемы; в результате на выходе F устанавливается напряжение низкого уровня, блокирующее прохождение импульсов на R-входы. Сигнал с датчика формирует импульс, который идет на ключ, управляющий светодиодными парами. Ключ 2 управляет системой управления, собранной на 2-х RS-триггерах, которые в свою очередь управляет реле, замыкающим телефонную линию. Оптронная развязка коммутируется через электронный ключ с микросхемой, регулирующей набор верного телефонного номера.

Генератор собран на основе генератора «G» с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц и два делителя частоты: «СТ2» на 32768 и «СТ60» на 60.

Рис. 4.1 - Функциональная схема

Система сохраняет работоспособность при изменении напряжения питания +9В10%. Достоинством данного устройства является повышенная точность передачи сигналов и быстродействие.

Применяемая элементная база широко распространена в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями.

Микросхемы

Микросхема К176ИЕ12 - полупроводниковые интегральные микросхемы К176ИЕ12 предназначены для использования в качестве двоичного счетчика на 60 и 15-ти разрядного делителя частоты, может служить основой электронных часов, таймеров, реле времени, а также работать в составе бытовой или иной аппаратуры в качестве генератора импульсов.

Микросхема К561КТ3 -- это четырехканальный коммутатор цифровых и аналоговых сигналов. Каждый ключ имеет вход и выход сигнала, а также вход разрешения прохождення сигнала EI. В К561КТ3 ключ двойной, оппозитный: когда проходной канал разомкнут, вход заземляется, если канал замкнут, то вход его отмыкается от нуля напряжения. Управляются оба «контакта» также от одного входа EI. Активный уровень на входе EI, замыкающий канал,для К561КТ3 ( CD4066A ) -- высокий.

Микросхема К561ТМ2 - цифровая микросхема КМОП, которая производилась еще в советские времена в корпусе DIP-14. Часто использовалась в бытовой аппаратуре в автоматике включения-выключения различных устройств. Состоит из двух D-триггеров. Его работа от обычного RS-триггера отличается тем, что имеется еще 2 дополнительных входа D и С. Вход С является тактовым (синхронизирующим), а вход D информационным.

При этом входа S и R имеют приоритет. При принудительной установке триггера по входам SR, сигналы, присутствующие на D и C не влияют на его состояние.

Резисторы

В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы устройства охраны с сигнализацией по телефонной линии применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа МЛТ-0,125 и МЛТ-0,5, в зависимости от рассеиваемой мощности, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью.

Конденсаторы

К50-35 - алюминиево-оксидно-электролитический конденсатор общего назначения. Характеризуется очень большой удельной емкостью, большими потерями, значительными токами утечки. Применяются в шунтирующих и фильтровых цепях, для накопления энергии в импульсных устройствах. Эти конденсаторы работают в диапазоне температур от -60 до +125 0 С.

К10-62 - керамический, устанавливается в цепях постоянного и переменного тока, с напряжением 15В.

Органы индикации

Применение в качестве элемента световой сигнализации светодиодов серии АЛ307Б, АЛ107Б обусловлено малым потреблением энергии в отличие от ламп накаливания. Светодиод с индексом «Б» имеет красный цвет свечения. Красный цвет свечения более заметен.

Диапазон рабочих температур светодиода минус 30...+70 С.

Полупроводниковые элементы

КТ3102 Транзистор n-p-n кремниевый эпитаксиально-планарный в пластмассовом корпусе предназначен для использования в низкочастотных устройствах аппаратуры широкого применения с малым уровнем шумов и другой радиоэлектронной аппаратуре, изготавливаемой для народного хозяйства

Транзисторы КТ630 - кремниевые, средней мощности, высокочастотные, структуры - p-n-p.

Корпус металлостеклянный с гибкими выводами. Предназначены для работы в усилительных и импульсных схемах. 

Маркировка буквенно - цифровая на боковой поверхности, иногда - сверху.

В качестве выпрямителей направления сигналов используются диоды малой мощности КД522Б с прямым током до 1 А. Их применение обусловлено необходимыми параметрами и малыми габаритами. Диапазон рабочих температур диода минус 30...+90 С и диоды КД102Б:

Реле

РЭС-10 негерметичное, двухпозиционное, одностабильное реле постоянного тока с переключающим и замыкающим контактами, предназначено для коммутации цепей постоянного и переменного тока частотой 50 …1100 Гц.

Полный цикл работы задает счетчик-делитель на 60 (выход М микросхемы DD1), на синхронный вход которого подаются импульсы с выхода F(fг/2e6). А так как импульсы для коммутации телефон-трубки снимаются с выходов Т1 и ТЗ (дающих сдвиг по фазе на половину периода и частоту fг/2e6), то при прохождении шестидесяти импульсов с выхода F успевают пройти шесть импульсов с любого из выходов Т1-Т4.

Первый импульс с выхода Т4 используется для формирования задержки срабатывания сигнализации, реализуемой каскадом на триггере DD3.2. Элементы С6, R10, R15, VD4, входящие в этот каскад, необязательны - они нужны лишь для отсекания первого ("плавного") фронта импульса при подаче питания на микросхему DD1 от кодового устройства. Если, однако, кодовое устройство использоваться не будет, то вывод 2 выхода Т4 микросхемы DD1 можно будет соединить непосредственно с выводом 11 С-входа триггера D03.2. Триггер при этом устанавливается в нулевое состояние по положительному перепаду на выходе Т4 после того, как был установлен в единичное состояние по входу S датчикам S 1, т. е. после прохождения первой из пяти попыток вызова. Напряжение низкого уровня на выходе триггера DD3.2 не препятствует открыванию транзистора VT3 томом, текущим через резистор R16. Таким образом, после задержки происходят пять попыток вызова абонента. Тот же импульс высокогоуровня с выхода Т4 открывает ключ DD2.2 и тем самым параллельно конденсатору С5 генератора подключает дополнительный конденсатор С7; тактовая частота генератора при этом уменьшается и остается неизменной до момента прохождения спаде импульса с выхода Т4.

Времязадающая цепь R4R5 и параллельно соединенные С7 и С5 определяет длительность одного цикла, а цепь R4R5C5 - длительность импульсов коммутации, поступающих с выходов Т1 и ТЗ, а также паузы между этими импульсами. Необходимые для коммутации линии и набора номера задержки обеспечиваются фазовым сдвигом между импульсами на выходахТ1 и ТЗ при работе генератора на высокой частоте и составляют примерно 1с. При срабатывании датчика S1 сигнал высокого уровня поступает на R-входы счетчиков микросхемы DD1; в результате на выходе F устанавливается напряжение низкого уровня, блокирующее прохождение импульсов на R-входы через цепочку R6VD2. Сигнал низкого уровня удерживается на выходе F в течение полного цикла, и он же открывает транзистор VT1 ключом D2.3. Инфракрасный светодиод VD11 оказывается включенным этим сигналом, а падение напряжения на фотодиоде VD13, освещаемом светодиодом VD11, уменьшается, что и приводит к открыванию ключа DD4.1. Ключ же, срабатывая, соединяет выводы 21 и 5 микросхемы К1008ВЖ1 ,т.е как и соответ-ствующая параллельная клавиша клавиатуры телефон-трубки с символом " " " отключает линию.

Аналогично работает и канал, связанный с выходом ТЗ микросхемы DD 1, с той лишь разницей, что здесь сигнал высокого уровня открывает транзистор VT2, а ключ DD4.2 соединяет выводы 19 и 5 микросхемы К1008ВЖ1, вызывая, как и клавиша с символом "*", исполнение повторного набора номера. Таким образом получается, что импульс низкого уровня с выхода F подключает трубку к линии, импульс высокого уровня длительностью примерно 1 с вызывает сброс линии, а следующий за ним после паузы импульс высокого уровня с выхода ТЗ вызывает повторный набор последнего запомненного номера.

По окончании полного цикла напряжение высокого уровня на выходе F счетчика микросхемы DD1 открывает ключ DD2.1 и прекращает работу генератора.

На триггере DD3.1 реализована задержка установки устройства в режим охраны. При включении питания этот триггер по асинхронному входу S устанавливается в исходное состояние и происходит обнуление микросхемы DD1. Транзистор VT3 оказывается закрытым сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера DD3.1 и остается закрытым до поступления положительного перепада напряжения с выхода F счетчика микросхемы DD1 на его вход С, т.е до окончания полного цикла. Через диоды VD5 и VD6 сигналы с выходов триггеров микросхемы DD3 поступают на логические входы ключей DD2.3 и DD2.4, запрещая коммутацию линии и набор номера при текущем пустом такте цикла (попытке вызова), определяющем время задержки установки устройства на охрану.

Составной транзистор VT4VT5, работающий в режиме ключа, коммутирует его коллекторную нагрузку (выход 9), а реле К1, срабатывая, контактами К1.1 отключает параллельные телефонные аппараты. Нагрузкой составного транзистора может быть сирена, или другое сигнальное устройство.

При выключенном питании устройство не оказывает влияния на работу телефона-трубки, так как ключ DD4.1 в это время открыт и состояние трубки определяется ее механическим выключателем SA3, доработанным с целью коммутации выводов кнопки "Сброс" клавишной клавиатуры, а ключ DD4.2 закрыт и не влияет на работу клавиатуры.

Рис 6.1 - Принципиальная схема устройства

Рассчитаем простой транзисторный ключ для реле РЭС-10.

Данный ключ имеет вид:

Рис Транзисторный ключ 1

Реле имеет такие параметры:

;

;

;

Подберем транзистор, который удовлетворяет заданным параметрам.

Характеристики транзистора КТ630А:

По техническим характеристикам этот транзистор подходит

Ток коллектора транзистора :

;

Ток коллектора есть. Ток базы равен:

Коэффициент возьмем минимальный. Следовательно, ток базы будет равен:

Для схемы ток базы возьмем с запасом и примем

Для микросхемы DD3 . Следовательно

Найдем резистор

;

Примем

Теперь рассчитаем транзисторный ключ для светодиода АЛ107Б

Данный ключ имеет вид

Рис 7.2 -Транзисторный ключ 2

Параметры светодиода АЛ107Б:

- прямой ток;

- падение напряжения;

Подберем транзистор по техническим характеристикам

Возьмем транзистор КТ3102Е

Его параметры таковы:

;

;

;

;

;

По тех. Характеристикам транзистор подходит Ток коллектора транзистора :

;

Ток коллектора есть. Ток базы равен:

Коэффициент возьмем минимальный. Следовательно, ток базы будет равен:

Для схемы ток базы возьмем с запасом и примем

Найдем резистор

;

Ближайший номинал резистора

Найдем резистор

;

Для стабильной работы примем ток коллектора

Отсюда вытекает, что

Примем ,

Охранное устройство пригодно и для совместной работы с обычным кнопочным телефонным аппаратом. В этом случае надо лишь заменить в транзисторных ключах ИК-светодиоды на электромагнитное реле с соответствующими параметрами и использовать его контакты для коммутации электронных ключей. При этом, естественно, к телефонному аппарату будет подключен дополнительно трехпроводный гибкий кабель.

Источник питания при токе не менее 100 мА должен обеспечивать напряжение 12...13 В-это, конечно, без учета значения тока, потребляемого нагрузкой составного транзистора VT4 VT5.

Смонтированные в подставке светодиоды соединяют с платой трехпроводным гибким кабелем (прокладывают не на хорошо просматриваемых местах), а саму плату размещают в металлическом или пластмассовом корпусе подходящих размеров. Светодиод VD9 можно вывести на переднюю панель корпуса.

При безошибочном монтаже налаживание охранного устройства сводится к подбору конденсатора С5 до получения желаемой длительности задержки срабатывания. Необходимость в этом объясняется тем, что состояние выходов Т1-Т4 у разных экземпляров микросхем К176ИЕ12 после обнуления неоднозначно, но после каждого сброса это состояние восстанавливается.

Для повышения надежности работы ключей блока номеронабирателя стабилитрон КС133А, работающий в телефонной трубке, желательно заменить на КС147А, а между выводом 2 элемента DD4.1 и проводником, идущим к выводам 3,6 и 14 микросхемы К1008ВЖ1 номеронабирателя,желательно включить резистор R25 сопротивлением 240..330 кОм.

Заключение

 Предлагаемое здесь устройство универсально, а функция автоматического вызова абонента не связана с существенной схемотехнической доработкой.

.

Список использованных источников

сторожевой устройство коммутация телефонный

1. Пухальский Г. И., Новосельцев Т. Я. Проектирование дискретных устройств на цифровых микросхемач. - М.: Радио и связь, 1990. 

2. Корецкий В. Электронная сирена. - Радио, 1987, 10, с. 51, 52. 

3. Гаврилин Ю., Горбунов Б. Сенсорный электронный замок. - Радио, 1982, № 4, с. 23.

Размещено на Allbest.ru