Компактное сигнализирующее устройство
Компактное сигнализирующее устройство (далее просто КСУ) является устройством слежения за состоянием (открыта — закрыта) входной двери с таймером задержки включения и ограничением длительности звучания тревожного сигнала.
КСУ от функционально подобных, ранее опубликованных, схем охранных устройств отличается: 1) повышенной степенью унификации (в КСУ применены два идентичных одновибратора на одной ИМС; 2) повышенной экономичностью (потребляемый ток в дежурном режиме менее 0,5 мкА); 3) многовариантностью применения; 4) возможной вариативностью включения нагрузок.
Основной недостаток КСУ – необходимость 3-х проводной линии для подключения датчика-геркона – легко устраняется, если элементы GB1, SA1, SF1, RДОП. (см. рисунок 1) устанавливаются непосредственно над входной дверью (можно под замок) и уже по 2-х проводной линии питание подаётся на остальную часть схемы, удалённую от входной двери. В некоторых случаях всю схему КСУ целесообразно установить над входной дверью. Тогда тональный призыв нормально закрыть дверь: «Помещение выхолаживается!» будет раздаваться через 6 секунд с момента открывания двери. Закрытие двери приводит к немедленному выключению КСУ.
КСУ состоит из датчика — геркона SF1 «Дверь», двух ждущих ОВ (одновибраторов), ключей на элементах R2, VT1 и VT2. Нагрузка первого ключа – синий мигающий светодиод А1; нагрузка второго ключа комбинированная – генератор прерывистых световых импульсов (красные мигающие светодиоды) – блоки А3, А4 и «манипулируемый» ими блок А2 (зуммер).
Первый ОВ, собранный на элементах DD1.1, С2, R3, VD2, отрабатывает импульс задержки включения тревожного сигнала. В течение всего импульса задержки работает только синий мигающий светодиод A1 – световой сигнализатор срабатывания датчика «Дверь». Длительность импульса задержки выбрана равной 6 секундам, зависит от времязадающей цепи C2, R3 и приближённо рассчитывается по формуле:
τ ≈ 0,7RC,
где С – ёмкость конденсатора С2 в микрофарадах, а R – сопротивление резистора R3 в мегомах. 6-секундный импульс задержки введён для затруднения разгадывания и принципа работы КСУ (определения местоположения датчика — геркона SF1) и, как следствие, уменьшения вероятности выведения его из строя. Светодиод A1 позволяет находящимся в помещении заранее, до включения тревожного тонального сигнала, узнать о событии – открывании входной двери. Дополнительные устройства (например, монитор видеокамеры наблюдения), на которые тут же следует переключить внимание, помогут узнать о характере перемещения по коридору посетителя, идентифицировать посетителя, при необходимости сфотографировать его или принять другие адекватные меры до включения тревожного тонального сигнала.
Второй ОВ, собранный на элементах DD1.2, С3, R5, VD4, работает аналогично первому и отрабатывает 45 секундный импульс работы блоков А2 … А4, издающих вспышки красного цвета, продублированные пульсирующим тональным сигналом.
При включении питания тумблером SA1 и срабатывании датчика SF1, одновибратор DD1.1 «запускается», а одновибратор DD1.2 (через диод VD1) сбрасывается в ноль: на их неинвертирующих выходах (выводы 1 и 13 DD1) появляются логические 1 и 0 (соответственно). Это обеспечивается установочной цепью С1, R1. На обкладке «–» заряжающегося конденсатора С1 формируется неинвертированный импульс положительной полярности, который поступает на входы «Set» (Установка) и «Reset» (Сброс) — выводы 6 и 10 DD1 — обоих одновибраторов. Открывание входной двери сопровождается переключением датчика – геркона SF1. Конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R3. Через 6 секунд (выдержка определяется цепью С2, R3) конденсатор C2 зарядится до половины напряжения источника питания, что эквивалентно появлению логической 1 на входе R (вывод 4) DD1.1. Триггер обнуляется, то есть на выводе 1 DD1.1 снова установится уровень логического нуля, а конденсатор С2 разряжается через диод VD2. Другими словами, на неинвертирующем выходе Q (выводе 1) D-триггера DD1.1 формируется 6 — секундный не инвертированный импульс положительной полярности, который через резистор R2 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Сопротивление перехода коллектор – эмиттер VT1 резко уменьшается и через него протекает ток, вызывающий свечение синего мигающего светодиода A1. Аналогичный, но инвертированный импульс присутствует и на выходе (выводе 2) DD1.1. По его окончании на входе С (выводе 11) DD1.2 появляется положительный перепад, который запускает второй ОВ, работающий аналогично первому. Второй одновибратор вырабатывает 45 — секундный импульс. В течении этого времени на выходе Q (выводе 13) DD1.2 присутствует логическая 1. Напряжение логической 1 поступает на затвор транзистора VT2 и удерживает его открытым. Это вызывает работу блоков А2 … А4. При отсутствии желания услышать работу блоков А2 — А4, КСУ можно отключить тумблером SA1 до истечения первого (6-секундного) импульса задержки включения тревожного сигнала. Диод VD3 необходим для исключения заряда конденсатора С3 при прохождении установочного импульса положительной полярности на вход «Reset» (10 вывод) DD1.2. Для правильной работы КСУ постоянная времени τ C1R1 должна быть как минимум на 10% меньше, чем τ C2R3. Это необходимо учитывать при изменении времени работы таймера – одновибратора на триггере DD1.1.
Конденсатор С5 влияет на характер, громкость и «пронзительность» звучания зуммера. A1 — синий мигающий светодиод – в некоторых случаях может быть вынесен из корпуса КСУ и установлен в таком месте, где он (в отличие от корпуса) будет хорошо заметен. Датчик «Дверь» – геркон SF1 располагается в косяке над дверью.
Настройка КСУ.
Собранное без ошибок и из исправных деталей КСУ работоспособно при первом включении. При необходимости длительность работы светозвукового сигнала можно изменить в широких пределах резистором R5*. Его сопротивление может быть от 10 кОм до 2 МОм. Изменить выдержку можно также, уменьшив ёмкость конденсатора С3 (бóльшая ёмкость просто не уместится на плате).
Детали КСУ.
В КСУ применены резисторы типа ОМЛТ, конденсаторы С1, С2, C3, С5 – малогабаритные оксидные зарубежного производства. С4 – керамический, типа КМ4. Диоды VD1 … VD4 – любые кремниевые, например, КД503, КД521, КД522 с любым буквенным индексом. В качестве блока A1 рекомендуется применить мигающий светодиод с повышенной световой отдачей FYL — 5013 UBC – B синего цвета (при этом резистор R4 можно закоротить) или сине-красный мигающий (d=3мм.) ARL-3014URBC-B (при этом резистор R4 следует оставить). Блок А2 – звуковой повторитель поворотов — зуммер TR1203-y с номинальным рабочим напряжением +3 Вольта (или TR1205-y с рабочим напряжением +5 Вольт). Блоки А3 … А4 — мигающие светодиоды красного цвета свечения, например, ARL – 5013 URC – B. Транзистор VT1 должен иметь коэффициент усиления по току не менее 200 (КТ3102Б – Е, КТ315Б, Г). Тумблер SA1 – типа МТS-202, SМТS-202 (вторая пара контактов – для крепления RДОП.) или подобный с одной парой контактов МТS-102; геркон SF1 можно использовать любой типа «тройник». В КСУ применена микросхема DD1 К61ТМ2, которая может быть заменена зарубежным аналогом CD4013A. В качестве GB1 используется батарея типа 6F22 напряжением 9 Вольт. Три проводника к геркону выводятся из корпуса КСУ через гнездо СНЦ–3,5 (на схеме не показано из-за возможных разных вариантов исполнения КСУ), дополнив его шнуром со штекером от пришедших в негодность головных телефонов типа «ракушки» или металлическим штекером, изображённым на рисунке 10 (справа внизу).
Увеличить рабочий ток зуммера А2 (до 20 мА) можно применением светодиодов (блоки А3 … А4) с бóльшим рабочим током. Можно также использовать суперяркие не мигающие, однако при этом звучание зуммера не будет манипулированным. Любителям поэкспериментировать с новейшими, но неизвестными светодиодами рекомендуется вывести из печатной платы проводники с двухконтактными (укороченными) «сокетами» и испытать их применение (вместо блоков А1, А3, А4) при питании КСУ от батареи. Сетевой лабораторный блок питания — с его низким выходным сопротивлением — может привести к порче низковольтных светодиодов (с которыми следует последовательно включать токоограничительные резисторы).
Большинство деталей КСУ размещаются на ПП (печатной плате) из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5 … 2 мм. Размер ПП = 31 х 19 мм. ПП КСУ разрабатывалась максимально компактной, поэтому в ней отсутствуют крепёжные отверстия. Крепится плата на трении, вложенной в пенопластовый вкладыш, который приклеивается изнутри к передней крышке корпуса – мыльницы. Диаметр отверстий на ПП под детали – 0,7 мм.; под соединительные проводники – 0,9 … 1,1 мм. Все резисторы, диоды КСУ располагаются на плате вертикально. Микросхема DD1 и полевой транзистор VT2 для защиты от статического электричества устанавливаются на сокетах («панельках»). Блок А4 можно припаять к плате, а блоки А1, А2 и А3 выносятся на многожильных изолированных проводниках и располагаются в нужном месте корпуса (в соответствии с рисунком фальшпанели). Резистор R ДОП. предназначен для уменьшения броска тока через контакты миниатюрного геркона SF1 при разряде конденсаторов. R ДОП. крепится на второй паре крайних контактов сдвоенного тумблера SA1 или может быть исключён (закорочен) при использовании «сильноточных» герконов.
Внимание! Тумблеры типа МТS-202, SМТS-202, МТS-102, SМТS-102 очень боятся перегрева. Поэтому лужение и пайка их контактов рекомендуется выполнять с теплоотводом (пинцетом с утончёнными губками). Схема расположения деталей на плате КСУ приведена на рисунке 2.
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Рисунок ПП (см. рисунок 3) переносится на фольгированную сторону платы методом термопереноса. Для этого на ПК в любом графическом редакторе (например, Paint), рисунок 3 отражается слева направо. (Путь: Рисунок – Отразить повернуть, — Отразить слева направо — ОК). Далее рисунок распечатывается на лазерном принтере в масштабе 1:1 желательно на мелованной бумаге. Затем размоченный в течение 1-3 минут рисунок прикладывается тонером к медной фольге ПП и утюгом в режиме «Лён» (на «2») в течение минуты приглаживается к плате. При правильно подобранной температуре утюга тонер с листа бумаги переплавляется на медную фольгу ПП к моменту полного высыхания бумаги и повторных размачиваний и проглаживаний не требуется. Монтаж ведётся согласно схеме расположения (см. рисунок 2). Предварительно в ПП впаиваются 3 перемычки из одножильного монтажного провода с термостойкой изоляцией.
Рисунки 4 А, Б – пример фальшпанелей, прикрепляемых скотчем к крышке корпуса КСУ – мыльницы размером 100 х 60 х 30 мм. Мигающие светодиоды обозначены блок – схемами (А1, А3, А4, а не «HL1, … »), так как они имеют встроенные генераторы.
Приложение:
Уважаемые друзья, предлагаю вашему вниманию ребус (рисунок 5), ответ на который многократно упоминается в статье КСУ.
Рисунок 5.
Для большей убеждённости в правильности разгадки ребуса, Вы можете разгадать дублирующие ребус загадки. Все три загадки (№№1, 2, 3) имеют одинаковые ответы.
Загадка №1:
Красный мóлодец — керамическое тело. Может нагреться, взявшись за дело.
Загадка №2:
Не проводник, но и не изолятор, бывает мощным, но не транзистор;
имеет сопротивление, но не дроссель.
Загадка №3:
Есть две лужёные штанги, но не ворота; на корпусе цветные кольца, но не олимпийские.
Сам весь окрашенный и обычно прохладный, но если станет жарко, то может и обуглиться.
Если Вы разгадаете ребус (или загадки №№1, 2 и 3), Вам представится возможность скачать и распечатать бонус: готовые отраженные рисунки ПП (в масштабе М= 1:1) и цветной рисунок ФП (Фальшпанели).
Разгадав ребус, запишите с заглавной буквы ответ в строку «пароль» файла «КСУ_для_работы». Тогда вы сможете получить обещанное. Rar-архив файла «КСУ_для_работы» (92 кБ) можно скачать здесь:
ksu_dlja_raboty.rar [91,9 Kb] (скачиваний: 4)
Рисунок 6. Этикетка КСУ.
Некоторые подробности изготовления КСУ
Рисунок 7.
Для изготовления корпуса КСУ запасаемся стандартной мыльницей 100 х 60 х 30 мм, вырезаем распечатанную ФП, покупаем ПВА клей (см. рисунок 7). Если нет дорогостоящей кисточки для равномерного размазывания клея по крышке мыльницы, заготавливаем вчетверо свёрнутую бумажку «Для клея». Намазывать клеем нужно именно крышку мыльницы (а не распечатанную бумажную ФП), а накладывать ФП нужно, когда тонкий слой клея на крышке слегка подсохнет.
Центры отверстий на крышке мыльницы можно размечать традиционно – штангенциркулем, но проще воспользоваться методом наложения трафарета. Трафаретом послужит рисунок ФП. Последовательно работают (см. рисунок 8) шилом, «маленьким» и «нормальными» свёрлами, а при необходимости доводят «уехавшие» от центра отверстия круглым надфилем или бархатным напильником. Для того, чтобы при работе дрелью свёрла не проваливались в отверстия до сухариков патрона, свёрла обматывают несколькими витками изоленты. Эти витки образуют простой, но эффективный ограничитель глубины сверления. Так Вы сохраните поверхность ФП неповреждённой, да и не просверлите насквозь стол, на котором работаете.
Рисунок 8.
Для того, чтобы просверленные отверстия имели «ровный выход», под сверлимую заготовку необходимо помещать прокладку из дерева, ДВП или фанеры с ровной и гладкой поверхностью. «Ушки» (см. рисунок 8) для крепления корпуса поделки на вертикальной поверхности сначала просверливают сверлом меньшего диаметра, чтобы была возможность исправить «уход от центра» в просверленном отверстии. До необходимой формы ушки доводятся круглым надфилем.
После приклеивания ФП к крышке мыльницы, фальшпанель необходимо защитить полоской широкого скотча от повреждения влагой. Выбирают скотч шириной 50 мм. Если приклеивание ФП к крышке мыльницы требует сушки под прессом в течение 24 часов, то после покрытия скотчем можно продолжать обработку ФП немедленно. Отверстия в скотче аккуратно прокалывают тонким шилом, а затем остатки скотча удаляют однонаправленными движениями надфиля (внутрь, от себя). Тогда отверстия получаются ровными. Светодиоды и зуммер крепятся в крышке корпуса на трении (см. рисунок 9). Для этого под светодиоды и зуммер сверлятся отверстия диаметром на 0,5 … 1 мм меньшим, чем диаметр вставляемых деталей. Далее отверстия растачиваются круговыми движениями надфиля, сохраняя округлость отверстий. При этом несколько раз проверяют плотность вхождения детали в отверстие. Работа тонкая и требует усидчивости, а в случае «перерасточки» отверстия, детали придётся приклеивать.
Рисунок 9.
Печатную плату КСУ можно разметить штангенциркулем и вырезать ножовкой по металлу. Но если есть возможность, не толстая (до 1,5 … 2 мм) ПП легко вырезается ножницами по металлу. Со стороны медной фольги ПП тщательно промывается от грязи и зачищается мелкой шкуркой. Далее отражённый рисунок ПП переносится на фольгу. Подробно прочитать об этом можно, скачав файл MTR_TO (3444 кБ) с Яндекс-диска.
Файл MTR_TO (Метод термопереноса рисунка) легко находится, если на Яндекс-диске пройти путь: RTO_RTO/ MTR_TO.
О методе ускоренного травления ПП можно узнать из файла «ПП_водная баня» (ПП_водная баня ).
Рисунок 10.
Если корпус КСУ не планируется вешать на вертикальные поверхности, то отверстия – «ушки» в задней стенке корпуса-мыльницы можно не просверливать. В этом случае на внутреннюю сторону задней стенки корпуса-мыльницы клеем ПВА можно приклеить предварительно заламинированную этикетку (см. на рисунке 10 в центре).
Рисунок 11.
Собранный и настроенный КСУ подвешивается (см. рисунок 11) к верхнему косяку дверного проёма на двух шурупах М3 х 20 с полукруглой или потайной головкой. Для того, чтобы шурупы легко вкручивались в дерево, под них предварительно сверлятся «посадочные» отверстия диаметром 1,8 … 2,2 мм.
Рисунок 12.
Датчик «Дверь» – геркон SF1 располагается в косяке над дверью в петле из листовой резины (см. рисунок 12). Петля прикручивается к верхнему косяку дверного проёма двумя шурупами М3 х 20 в заранее размеченные и просверленные отверстия. Расстояние от геркона SF1 до постоянного магнита, закреплённого на верхней стороне двери, должно составлять 10-20 мм. При закрытой двери SF1 должен находиться в уверенно сработанном состоянии.
В авторском варианте КСУ на магнит цилиндрической формы плотно одевается ПХВ трубка, в которой скальпелем прорезан паз. В паз вставляется металлический держатель, имеющий форму крючка. Крючок держателя (через прорезанный в ПХВ трубке паз) вставляется между магнитом и трубкой и довольно уверенно удерживает магнит в нужном положении.
Металлический держатель – крючок прикручивается к двери как показано на нижней части рисунка 12.
Понаблюдать за работой КСУ в течение 29 секунд можно на видео. Открывание и закрывание двери имитируется соответственным удалением и приближением постоянного магнита к датчику – геркону SF1.
Если что-то не понятно из видео, то рекомендуется прослушать дополнительные пояснения нашего постоянного технического консультанта – бота Алисы.
В заключение хочется сказать, что истинное удовольствие от работы человек получает лишь тогда, когда работа ему нравится; качество выполнения работы оценивается на отлично, а сама работа выполняется до победного конца.
Примечание: В статье КСУ использованы ЗРТ (Загадки радиотехнической тематики) №15, 193, 214 и РТТ (Ребусы технической тематики) №20.
Источник: