В таких условиях понятно стремление каждого из нас обезопасить свое жилище, родных и близких от вторжения грабителей. Один из способов такой защиты — установка охранной сигнализации, которую можно изготовить самому. Для этого мы приводим схему одной из лучших любительских конструкций кодовой охранной сигнализации, разработанной москвичом Ю. Шаповаловым. Устройство получило одобрение специалистов, а его автор стал призером конкурса, проведенного журналом «Радио».
Устройство отличается простотой конструкции, почти не требует наладки, удобно в пользовании, защищено от попыток отключения и вывода из строя. Питается от сети переменного тока напряжением 220 В. При пропадании в сети напряжения устройство автоматически переключается на источник резервного питания напряжением 9 В. Благодаря использованию цифровых КМОП-микросхем оно потребляет в режиме охраны по цепи 9 В достаточно малый ток, порядка 10 мА, да и то за счет светодиода, индицирующего включение устройства. С работающей сиреной ток потребления не превышает 700 мА.
Устройство состоит из блоков блокировки и охраны, соединенных между собой трехжильным гибким кабелем (общий провод, питание +9 В, «блокировка») (смотрите функциональную схему на рис. 1). Схема блока блокировки приведена на рис. 2. При включении питания тумблером SA1 (см. рис. 4) контакты дверного геркона S1 должны быть замкнуты, т. е. входная дверь (или двери) закрыта. Перед выходом из помещения, чтобы предотвратить включение сирены, нажатием на кнопку SB1 включают блокировку сигнала тревоги. Об установке такого режима сигнализируют светодиоды HL1 и HL2, один из которых вместе с кнопкой SB1 установлен на корпусе блока блокировки на внутренней стороне двери, другой просматривается с наружной стороны двери. Выходят из охраняемого помещения и закрывают дверь. Примерно через 45 сек. блокировка выключится автоматически и светодиоды погаснут — теперь устройство работает в режиме охраны.
Перед открытием дверей, чтобы войти в помещение, необходимо предотвратить включение сирены. Для этого на плате сенсорных контактов Е1—Е10, находящейся на наружной стороне двери, набирают условный четырехзначный код. При правильном наборе кодовой комбинации вновь загораются светодиоды HL1, HL2. В течение примерно 45 сек. блокировка будет включена — можно входить в помещение, держа дверь открытой: тревожная сигнализация не сработает.
При необходимости можно продлить время включения блокировки. Для чего повторно нажимают на кнопку SB1, но до истечения 45 сек, иначе включится сирена.
В том случае, если кодовая комбинация набрана неверно или вообще не набиралась, о чем свидетельствуют выключенные светодиоды, то сразу же после открывания двери и, следовательно, размыкания контактов геркона S1 раздастся тревожный сигнал сирены. Теперь выключить сирену можно только тумблером включения питания на блоке охраны (блок находится в скрытом месте помещения). Состояние контактов геркона и кнопки блокировки SB1 при включенной сирене уже не окажет никакого влияния. Если дверь остается открытой, сирена будет включена непрерывно. Но, если дверь помещения теперь закрыть, чтобы замкнуть контакты геркона, через пару минут сирена выключится и устройство перейдет в охранный режим.
Сенсорными контактами Е1 — Е10 блокировку включают снаружи, а кнопкой SB1 — изнутри помещения. Узел набора кода, образованный D-триггерами микросхем DD1, DD2 и элементами DD3.1 — DD3.4, DD4.2 имеет 10 сенсорных контактов, 4 из которых — кодовые. Условный код меняют перестановкой штырей в гнездах X1 — Х10. Код соответствует числу, составленному из номеров сенсорных контактов, провода от которых подключены к гнездам Х7—X10. Любое нарушение порядка набора кода ведет к переключению триггеров в нулевое состояние и блокировке кодового узла на несколько секунд.
После включения питания конденсатор С2 разряжен и напряжение высокого уровня на выходе 4 элемента DD4.2 устанавливает все триггеры в нулевое состояние. При этом на прямых выходах триггеров появляется напряжение низкого уровня, на выходе элементов совпадения DD3.1—DD3.4 — высокого уровня, на выходе элементов сброса DD4.2 после зарядки С2 — низкого уровня. Код набирают поочередным прикосновением пальца к сенсорным контактам Е7—Е10. В результате прикосновения к первому кодовому контакту (Е7 по рис. 2) триггер DD11 переключается в единичное состояние и сигналом высокого уровня разрешает триггеру DD1.2 переключение в единичное состояние от прикосновения ко второму кодовому контакту (Е8). Сигнал же низкого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера DD1.1 на вход 6 элемента DD3.2, блокирует включение этого элемента при наборе второй цифры четырехзначного кода. Переключение остальных триггеров при последовательном прикосновении к сенсорным контактам кода происходит аналогичным образом.
С момента переключения триггера DD2.2 в единичное состояние через его инверсный выход и резистор R8 разряжается конденсатор С2. После этого на выходе элемента DD4.2 устанавливается напряжение высокого уровня, триггеры переключаются в исходное нулевое состояние и конденсатор С2 снова заряжается до напряжения высокого уровня. Но если прикоснуться к одному из незакодированных сенсорных контактов (Е1—Е6), нарушить последовательность кодовой комбинации или коснуться всех сенсоров одновременно, элемент DD4.2 переключится в единичное состояние и переключит триггеры в нулевое состояние. Одновременно через резистор R1 зарядится конденсатор С1 и на некоторое время задержит триггеры в исходном состоянии сброса. Теперь даже правильный набор кодовой комбинации не изменит логического состояния триггеров и продлит время установки сброса. Придется подождать некоторое время (зависящее от параметров С1, R2), необходимое для разрядки конденсатора С1, и набрать правильный код.
Если код набран правильно, то с прямого выхода триггера DD2.2 через диод VD23 и резистор R10 на вход элемента DD4.1 поступает сигнал высокого уровня, который заряжает конденсатор С3. Такой же сигнал появляется и на выходах элементов DD4.3, DD4.4, поэтому транзистор VT1 открывается — зажигающиеся светодиоды HL1 и HL2 сигнализируют о включении блокировки. Одновременно сигнал высокого уровня с выхода элемента DD4.4 через диод VD24 блокирует дверной контакт S1. Как только на прямом выходе триггеров устанавливается напряжение низкого уровня, и при этом кнопка SB1 не нажата, конденсатор С3 начинает разряжаться через резистор R9 и удерживать на определенное время весь узел блокировки во включенном состоянии. При указанных на схеме номиналах этих элементов выдержка составляет примерно 45 сек.
Светодиод HL3 — индикатор включения питания устройства. Дополнительный сенсорный контакт Е11, которой находится на сенсорной плате кода, служит для контроля включения питания устройства снаружи — от прикосновения к нему транзистор VT1 открывается и включаются светодиоды HL1 и HL2 (блокировка, конечно, не включается).
Для защиты микросхем от пробоя статическим электричеством, которое может поступать на входы элементов во время касания к сенсорным контактам, а также попыток вывода устройства из строя, служат стабилитроны VD14—VD18 и узел VD11—VD13. Диоды VD1—VD10 исключают возможность определения с помощью омметра кодовых сенсорных контактов и тем самым увеличивают секретность устройства.
Схема блока охраны показала на рис. 3. При подаче питания RS триггер DD5.1, DD5.2 устанавливается в нулевое состояние, на входе 12 элемента DD5.4 появляется напряжение высокого уровня, из блока блокировки с замкнутых контактов геркона на вход 13 поступает сигнал такого же уровня. В результате этот элемент устанавливается в нулевое состояние, транзисторы VT2, VT3 закрыты и, следовательно, двутональная сирена, которую образуют элементы микросхемы DD6 и транзисторы VT4—VT11, обесточена. Как только цепь блокировки разомкнется и на входной вывод 1 элемента DD5.1 через резистор R16 поступит сигнал низкого уровня, RS-триггер переключится в нулевое состояние, на выходах элементов DD5.1 и DD5.4 появится напряжение высокого уровня, транзисторы VT2 и VT3 откроются и подадут питание на сирену — из динамической головки ВА1 раздастся громкий завывающий звук.
Тут же через резистор R18 начинает разряжаться конденсатор С6. В это время RS-триггер не реагирует на изменение сигнала блокировки на входе 1 элемента DD5.1 При номиналах С6 и R18, указанных на схеме, пройдет примерно 2 мин, пока конденсатор С6 разрядится до порога переключения триггера. Если на том же входе элемента DD5.1 напряжение низкого уровня, то состояние триггера не изменится и сирена будет звучать непрерывно. Но если после разрядки конденсатора С6 на этом входе появится сигнал высокого уровня, то сирена выключится и RS-триггер переключится в исходное состояние — охраны.
Узел формирования двутонального звука сирены образуют два взаимосвязанных генератора электрических импульсов. Один из них, собранный на элементах DD6.1 и DD6.2, управляет работой генераторов на элементах DD6.3, DD6.4. Цепочка R21C8R22 придает сигналу сирены характерное ей завывание.
Блок питания устройства собран по схеме, изображенной на рис. 4. К нему подключается резервный источник питания (рис. 5). При включении питания тумблером SA1 диод VD32 закрывается и энергия батареи не расходуется. При пропадании сетевого напряжения этот диод открывается, батарея начинает питать устройство, а диод VD31 закрывается и препятствует дополнительной разрядке батареи через цепи выпрямителя.
Батарея резервного питания состоит из 18 химических элементов «373», например, «Орион М». Элементы включены последовательно — параллельно, то есть три отдельных плеча батареи по 9В включены через дополнительные диоды VD1—VD3 параллельно друг другу. Такое включение позволяет выдавать в нагрузку большую мощность при работающей сирене. Разделительные диоды выполняют аналогичную диодам VD31, VD32 функцию, а именно, выключают из цепи то плечо батареи, в котором хотя бы один элемент вышел из строя и тем самым препятствуют саморазрядке элементов других плеч. VD1—VD3 — марки КД105.
Устройство не критично к выбору деталей. Резисторы могут быть типов МЛТ, ВС, конденсаторы постоянной емкости — КЛС, КМ, оксидные — К50-6, КБО-35 или другие. Диоды Д9Б заменимы любыми германиевыми маломощными, например, Д2Ж, Д10Б, желательно с меньшим прямым максимальным током, так как используются еще и в качестве предохранителей. Вместо Д220 подойдут любые маломощные кремниевые, например, КД521, Д219. В блоке питания диодный мост КЦ402А можно заменить четырьмя диодами с прямым максимальным током не менее 500 мА, включив их по схеме моста. Светодиоды HL1—HL3— любые из серий АЛ307, АЛ310.
Коэффициент h21Э транзистора VT1 должен быть не менее 100, других транзисторов — не менее 40. Транзисторы КТ315Г заменимы маломощными кремниевыми n-p-n транзисторами серий КТ312, КТ203 с любым буквенным индексом. Транзисторы КТ361 можно заменить на П416Б, МП40Б и другими структуры p-n-p. В усилителе мощности вместо КТ817Б можно использовать транзисторы серии КТ815, а вместо КТ816Б — серии КТ814 с любым буквенным индексом. Микросхемы К176ЛА7 заменимы на К561ЛА7 (DD6 может быть также К176ЛЕ5, К561ЛЕ5), а К176ТМ2 — на К176ТМ1, К561ТМ2.
Мощность динамической головки ВА1 — не менее 3 Вт, сопротивление звуковой катушки — 4...8 Ом. Трансформатор должен обеспечивать выходное напряжение на вторичной обмотке 12—15 В при токе не менее 1А.
Изготовление и наладка
Платой сенсорных контактов (рис. 6) служит светлый двусторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм размером 70x110 мм. На лицевой стороне платы резцом толщиной 1...1.6 мм прорезают фольгу для получения изолированных друг от друга сенсорных контактов — десяти кодовых (1), одного общего (2) и двух дополнительных (3), выполняющих роль нижнего (по схеме) контакта Е11. В каждом сенсоре просверливают два сквозных отверстия диаметром 0,8...1 мм. Затем кислотостойкой краской или лаком закрашивают образовавшиеся сенсоры, возле них пишут цифры от 0 до 9, а на фольге с обратной стороны платы вокруг каждой пары отверстий рисуют контактные площадки 6. После травления платы все оставшиеся площадки фольги облуживают. Со стороны сенсоров в каждую пару отверстий вставляют проволочные перемычки 4, хорошо обжимают ими плату и припаивают к сенсорам и контактным площадкам. Позже, к контактным площадкам припаивают соответствующие проводники блоков блокировки. (При желании вместо платы сенсорных контактов можно установить блок кнопок.)
Плату сенсорных контактов крепят на наружной стороне входной двери против блока блокировки, устанавливаемого на внутренней стороне двери. Предварительно в двери просверливают два отверстия: первое — для светодиода HL1, который должен просматриваться снаружи сквозь плату сенсорных контактов (см. поз. 5 на рис. 6), второе — для соединительных проводников, идущих от сенсорной платы. К проводникам припаивают штыри от разобранной штыревой части разъема, например РП-12-30. В качестве гнезд Х1—Х10 используется гнездная часть этого разъема. Она монтируется на плате блока блокировки (рис. 7). Соединения с платой произведены одножильным монтажным проводом. Переставляя в гнездах разъема штыри, соединенные с сенсорными контактами, можно быстро менять код устройства. Внешние соединения блока блокировки также выведены через этот разъем (питание +9В, общий провод, блокировка, герконовые контакты S1). Это позволяет производить монтаж устройства на месте без паек. Светодиоды HL2 и HL3, кнопку SB1 типа МПК1-4В, токоограничивающие резисторы R13 —R15 монтируют на дополнительной плате блока блокировки (рис. 8). Ее соединяют с основной платой гибким монтажным проводом. Светодиод HL1 припаян к дополнительной плате таким же проводом необходимой длины. Чтобы при ошибочном подключении полярности питания не вывести микросхемы блока блокировки из строя, его плюсовую шину питания лучше подключить через защитный диод VD (рис. 7 на с. 32), например марки Д220. На плате блока блокировки (рис. 7) он отмечен штриховой линией. При этом желательно верхний по схеме (см. рис. 2 в № 1 за 1995 г.) вывод геркона S1 подключить до диода, то есть к его аноду.
Для лучшей защиты выхода элемента DD4 и транзистора VT1 можно вывести между эмиттером и базой последнего стабилитрона VD марки Д814Б (на рис. 7 на с. 33 показан штриховой линией).
Плата блока охраны и питания показана на рис. 9. На ней устанавливают проволочные перемычки между точками а — б, в — д, г — е, ж — з, резистор R не ставят.
Регулирующий транзистор VT12 стабилизатора напряжения блока питания необходимо установить на теплоотвод с эффективной площадью рассеяния 50...100 см2. К транзистору VT3 желательно прикрепить небольшую теплоотводящую пластину. Конденсатор СЕЛ блокировочный устранит самовозбуждение схемы на высокой частоте.
Габариты и конструкция корпуса блока охраны и питания произвольные. При желании в нем также можно предусмотреть отсек для элементов батареи резервного питания. Для удобства подключения при монтаже устройства на месте, на корпус устанавливают любую подходящую клеммную сборку, от которой будут идти три провода к блоку блокировки (питание +9В, общий, блокировка) и два провода к динамику ВА1, в случае, если последний не будет размещен в этом же корпусе блока охраны и питания.
Корпус блока блокировки представляет собой две П-образные пластины из металла толщиной 1—1,5 мм (рис. 10). На вертикально расположенную часть корпуса — основание (рис. 10, а) крепится плата блока блокировки с помощью стоек (рис. 10, в). Расположение платы в корпусе показано на рисунке 10 штриховой линией. Дополнительная плата крепится на верхней части основания с помощью стоек (рис. 10, г).
После закрепления основания корпуса на внутренней стороне двери в отверстия корпуса диаметром 10 мм и 7 мм вставляют сверло и насквозь просверливают дверь-В первое из полученных отверстий пропускают провода со штырями, идущими от сенсорной платы, в другое вставляют диод HL1.
Вторая П-образная пластина корпуса блока блокировки служит крышкой (рис. 10, б) и крепится тремя уголками (рис. 10, д). Провода к геркону S1 и блоку охраны и питания пропускаются в углу корпуса. Для этого в крышке корпуса сделаны выемки. Так как выходное напряжение блока питания около 10 В (VD28 — Д814В) электролитические конденсаторы С1—С3, С&—С8 должны быть рассчитаны на номинальное напряжение не менее 12 В. Микросхемы DD1 — DD6 лучше применить серий К561, К1561.
Приступая к настройке блока охраны, постоянный резистор R20 временно заменяют подстроечным сопротивлением 1 МОм, а последовательно со звуковой катушкой головки ВА1 включают резистор сопротивлением 1...2 кОм на мощность рассеяния 0,5 Вт. Проводник входа блокировки соединяют проволочной перемычкой непосредственно с плюсовым проводником и включают устройство в сеть. При этом на выходе блока питания должно быть напряжение, близкое к 10 В. Если затем проволочную перемычку удалить, то должна включиться и звучать с небольшой громкостью сирена. Характерного для нее завывания добиваются (на свой вкус) подбором резисторов R20 и R22.
Затем, удалив резистор, восстанавливают соединение динамической головки с выходом усилителя мощности. Если теперь заметна на слух перегрузка динамической головки или срабатывает защита блока питания из-за чего сирена выключается, то последовательно с головкой включают проволочный резистор сопротивлением от одного ома и более — до исчезновения перегрузки. Если сопротивление этого резистора 4 Ом и более, вместо него можно включить вторую такую же динамическую головку.
Автор использовал динамическую головку марки 3( ДШ-4 сопротивлением 4 Ома. При эксплуатации динамика с большим сопротивлением катушки или двух динамиков, включенных последовательно, что повысит звукоотдачу, нужно ключ питания сирены на транзисторах VT2, VT3 включить каскадом с общим эмиттером. Для этого следует удалить перемычки между точками а — б, в — д, г — е, ж — з, взамен установить перемычки между точками а — д, б — е, в — г. Между точками ж — з поставить резистор сопротивлением 10 кОм, а показанный на рисунке 9 резистор R порядка 24 кОм. Такое включение увеличит размах амплитуды напряжения сигнала сирены почти до напряжения питания.
При настройке два варианта установки перемычек позволяют добиться наибольшей звукоотдачи сирены, в зависимости от применяемых динамиков.
Если два динамика включены последовательно, они должны быть сфазированы. Перед подключением к схеме это проверяется кратковременной подачей постоянного напряжения 3—4,5 В на динамики. При этом диффузоры обоих динамиков должны двигаться синхронно в одну сторону. В противном случае распайка выводов одного из динамиков меняется местами.
Блок блокировки, собранный из заведомо исправных деталей, в налаживании не нуждается. Длительность же сигнала блокировки при необходимости изменяют подбором конденсатора С3 и резистора R9. С увеличением их номиналов это время увеличивается, и наоборот. Желаемое время включения сирены блока охраны можно устанавливать подбором конденсатора С6 и резистора R18.
Элементы батареи резервного питания заменяют раз в год, но до истечения срока хранения, обозначенного заводом-изготовителем. Внимание! Раз в месяц плату сенсорных контактов протирают с небольшим усилием сухой хлопчатобумажной ветошью, чтобы удалить пленку окислов, нарушающую четкое срабатывание устройства при наборе кода!
И в заключение о достоинствах охранного устройства, описание и схемы которого приведены выше. В продаже появляются охранные устройства, но весьма примитивные и со слабым звуковым сигналом сирены. В некоторых из них блокировка включения сирены осуществляется с помощью скрытого герконового или сенсорного контакта, местоположение которого легко обнаружить. В других устройствах с помощью блока кнопок набирается код, но блок кнопок очень громоздок, врезать его в дверь—очень трудоемкое занятие, если учесть, что двери в наших квартира) чаще всего тонкие. Установление блока кнопок с наружной стороны двери небезопасно, так как его легко можно будет сорвать.
В некоторых охранных устройствах при открывании взломщиком двери сирена включается с задержкой по времени, что позволяет преступнику не только войти в этот период в квартиру, но и суметь отключить сирену.
К недостаткам охранных устройств, находящихся в продаже, надо отнести и следующее. Электропитание их чаще всего осуществляется от батареи из шести химических элементов, которых хватает на одно срабатывание сирены и дает сравнительно слабый звуковой сигнал. Если такой сигнал вы и услышите, то батареи вам придется менять очень часто.
Журнал «САМ» №1, 1995 год
