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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Linea di comunicazione IR negli allarmi di sicurezza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Sicurezza e protezione Quando la posa di linee metalliche risulta impossibile e l'uso della radio è difficile per un motivo o per l'altro, per la creazione di sistemi di sicurezza si ricorre spesso alla tecnologia a infrarossi (IR). Questo articolo descrive un trasmettitore IR che può essere prodotto da un radioamatore che non ha molta esperienza nella progettazione di tali dispositivi. Le grandi interferenze nei canali radio consentiti in Russia per i sistemi di sicurezza (26 kHz e 945 kHz), la facilità di bloccarli e vari ostacoli amministrativi e finanziari che sorgono quando si utilizza la radio nei dispositivi di allarme di sicurezza ci costringono a cercare altri mezzi di comunicazione wireless . Con l'avvento degli emettitori a semiconduttore in grado di generare potenti lampi IR, questa possibilità è diventata realtà. Nella fig. La Figura 1 mostra uno schema del trasmettitore IR. Un generatore di orologio operante ad una frequenza di 1.1 Hz è assemblato sugli elementi DD1.2 e DD32. DD768 è un contatore, all'uscita 3 di cui ci sono impulsi con una frequenza di 11 Hz e all'uscita 16 - 14 Hz. Gli elementi DD2-DD2.1 formano un interruttore. Alla sua uscita (DD2.4) compaiono impulsi con una frequenza di 2.4 o 2 Hz, a seconda del livello di tensione sul pin 16 dell'elemento DD5.
In modalità standby, il circuito di sicurezza è chiuso e il pin 5 di DD2.1 è basso. Un livello elevato dall'uscita dell'elemento DD2.2 consente il passaggio di impulsi con una frequenza di 2 Hz attraverso l'elemento DD2.3. Anche l'uscita di DD2.1 è alta, quindi gli impulsi seguono anche attraverso l'elemento DD2.4. Quando il circuito di sicurezza si interrompe, sul pin 5 di DD2.1 appare un livello alto e gli impulsi con una frequenza di 16 Hz attraversano questo elemento. L'uscita dell'elemento DD2.2 è bassa, quindi il passaggio di impulsi attraverso DD2.3 è vietato. L'uscita di DD2.3 è alta e gli impulsi con una frequenza di 16 Hz passano attraverso l'elemento DD2.4. Il circuito P1C1 elimina l'influenza delle interferenze sul circuito di sicurezza. Il circuito differenziatore P5C3 e gli elementi DD1.4-DD1.6 formano brevi impulsi della durata di 2.4 μs dal meandro proveniente dall'uscita DD10. La corrente che si forma nel circuito del collettore del transistor VT1 eccita il diodo IR BI1 e brevi lampi IR vengono emessi nello spazio. Quindi, il trasmettitore emette sempre qualcosa: o impulsi rari, se non c'è motivo di allarme, oppure impulsi frequenti in modalità allarme. Il parametro più importante di un trasmettitore IR, come di qualsiasi elemento di apparecchiatura di sicurezza, è la sua efficienza in modalità standby. Nella tabella La Figura 1 mostra la dipendenza della corrente consumata dal trasmettitore, Ipot, dalla tensione di alimentazione Upit. Nella modalità di trasmissione del segnale di allarme l'Ipot aumenta di circa il 10%.
Il basso consumo energetico consente di inserire una fonte di alimentazione di backup direttamente nella custodia del trasmettitore senza aumentarne le dimensioni. Potrebbero essere, ad esempio, batterie da sei volt GP11A, E11A (diametro 10,3 e altezza 16 mm) o GP476A, KS28, K28L. (diametro 13 e altezza 25 mm), ecc. La durata del funzionamento continuo con tale sorgente sarà di diverse centinaia di ore. Mostrato nella tabella. 1, la dipendenza della corrente attraverso il diodo IR Iimp dalla tensione di alimentazione consente di valutare la potenza dei lampi IR emessi dal trasmettitore e, di conseguenza, la sua “portata”. Il circuito stampato del trasmettitore è realizzato in laminato di fibra di vetro a doppia faccia con uno spessore di 1,5 mm. Nella fig. 2a mostra la configurazione dei conduttori, e in Fig. 2b mostra il posizionamento delle parti. La lamina sul lato delle parti (mostrata in blu) viene utilizzata solo come filo comune. I punti in cui sono saldati i conduttori di resistori, condensatori, ecc. sono mostrati come quadrati anneriti, e i collegamenti dei pin "con messa a terra" dei microcircuiti o le posizioni dei ponticelli sono mostrati come quadrati con punti luminosi nell'immagine centro.
Al centro della scheda viene praticato un foro per il diodo IR, i suoi conduttori sono saldati alle estensioni corrispondenti sui conduttori stampati sovrapposti. I condensatori C1, C2, C5 sono del tipo KM-6 (terminali in una direzione) e C3 - KM-5a (terminali in direzioni diverse). I condensatori elettrolitici C4 e C6 sono di qualsiasi tipo, ma il diametro del condensatore C6 non deve essere superiore a 10 mm. Tutti i resistori sono MLT-0,125. I diodi IR disponibili in commercio sono progettati per funzionare in dispositivi di controllo remoto per radio domestiche e hanno un diagramma di radiazione abbastanza ampio - fino a 25...300. Per aumentare la "portata" di un tale emettitore, è necessario utilizzare una lente condensatrice (Fig. 3). Qui: 1 - circuito stampato; 2 - Diodo IR; 3 - custodia del trasmettitore (polistirolo antiurto spessore 2...2.5 mm); 4 - titolare di una lente d'ingrandimento standard da cinque volte (dovrebbe avere un'icona "x5" su di essa); 5 -lente. La lente d'ingrandimento è incollata sulla parete anteriore della custodia, nella quale è praticato un foro con un diametro di 30...35 mm. Colla - pezzetti di polistirolo sciolti nel solvente 647. Lo usano anche per incollare il corpo stesso. Alla distanza indicata nel disegno tra la base della lente d'ingrandimento e il circuito stampato, il diodo IR appare approssimativamente al fuoco della lente e la radiazione del trasmettitore viene compressa in un raggio stretto. Ciò aumenta notevolmente la potenza del segnale IR all'altra estremità della linea di comunicazione.
Quando si posiziona il trasmettitore, è necessario tenere presente lo schema direzionale molto stretto della sua radiazione: l'unità di montaggio deve consentire il puntamento preciso del trasmettitore e il suo fissaggio rigido nella posizione migliore. Puoi utilizzare, ad esempio, la testa articolata di una macchina fotografica o di una cinepresa, installandola su un muro, sul telaio di una finestra, ecc. E puoi eseguire questo nodo come mostrato in Fig. 4. L'unità di fissaggio è costituita da un pezzo di filo di rame con un diametro di 1,5...2,5 mm con cerchi di ottone saldati alle estremità (potrebbero essere, ad esempio, vecchie monete da cinque kopeck). Uno di questi è fissato con viti alla parete laterale dell'emettitore (la filettatura è nel muro), l'altro al supporto. Il filo è piegato in modo che l'emettitore prenda la posizione desiderata. Per evitare vibrazioni significative, il filo dovrebbe essere più corto.
I test hanno dimostrato che con una tensione di alimentazione di 6 V il trasmettitore è in grado di fornire comunicazione ad una distanza di 70 m, ma questo non è il limite. La dipendenza della distanza r dalla corrente Iimp, a parità di altre condizioni, ha la forma: r = KVIimp dove K è un coefficiente che tiene conto delle “altre condizioni”. Pertanto, con Upit = 10 V r = 100 m La corrente nel diodo IR può essere aumentata selezionando la resistenza R7: Iimp = (Upit-4)/R7. Ma questo deve essere fatto con cautela: in qualsiasi combinazione di Upit e R7, l'ampiezza della corrente nel diodo IR non deve superare i 2 A per evitare danni. Purtroppo il valore massimo ammissibile della corrente impulsiva nei diodi IR deve essere stabilito sperimentalmente; di norma questa informazione non è disponibile nella letteratura di riferimento. Un aumento significativo della potenza degli impulsi IR può essere ottenuto utilizzando un diodo IR del tipo AL123A e ricostruendo la parte "ad alta corrente" dell'amplificatore come mostrato in Fig. 5.
In questo caso si può ottenere una corrente impulsiva Iimp = 10 A, consentita per un diodo IR del tipo AL123A. Il resistore R4 è fatto in casa, avvolto da filo ad alta resistività. La lunghezza del filo viene determinata utilizzando un ohmmetro digitale o secondo la tabella. 2.
L'ampiezza e la forma della corrente che eccita il diodo IR vengono controllate collegando un oscilloscopio al resistore R4. La testa di emissione può essere prodotta come unità separata. Il circuito stampato del potente amplificatore è mostrato in Fig. 6.
Tutti gli altri elementi dell'emettitore IR possono essere inclusi nella parte elettronica del sistema di sicurezza come un frammento collegato alla testa IR con un cavo a tre fili. Lo schema del ricevitore IR è mostrato in Fig. 7. Il microcircuito DA1 converte gli impulsi di corrente che si verificano nel fotodiodo BL-1 sotto l'influenza dei lampi IR in impulsi di tensione. Un dispositivo one-shot realizzato sugli elementi DD1.1 e DD2.1 espande questo impulso a tф1 = 5 ms (tф1 - R2С5). One-shot DD1.3, DD2.3 genera un impulso con una durata tф2= 1.5 s (tф2~ R4С6), consentendo il conteggio senza ostacoli degli impulsi da parte del contatore DD3 solo in questo intervallo di tempo. Un generatore sonoro viene assemblato utilizzando gli elementi DD2.5 e DD2.6.
Il ricevitore viene attivato dalla parte anteriore del primo flash IR. Vengono lanciati i modelli DD1.1, DD2.1 e DD1.3, DD2.3 one-shot. Allo stesso tempo, il circuito DD2.2C7R6 genera un impulso all'ingresso R del contatore DD3 (la sua durata è tR = 7 μs, tR - R6C7). impostazione del contatore sullo stato zero Non appena funziona il DD1.1, DD2.1 one-shot, all'uscita dell'elemento DD1.1 appare un livello basso e il primo impulso di conteggio arriva al contatore DD3. Se il fotorilevatore riceve impulsi con una frequenza di 2 Hz (ricordiamo che con questa frequenza seguono i lampi IR in modalità standby), l'uscita 4 del contatore DD3 rimane bassa, poiché la parte anteriore del quarto impulso (apparirà dopo 0,5 x4 = 2 s - al termine dell'intervallo di conteggio tф2= 1.5 s) DD3 verrà riportato allo stato di preavvio (diagramma 4 in Fig. 8). Il ricevitore si comporta diversamente se riceve impulsi IR con un periodo di ripetizione di 62,5 ms, cioè un segnale di allarme. Poiché quattro periodi di 62,5 ms ciascuno sono 250 ms, che è significativamente inferiore all'intervallo tf2 = 1,5 s, quindi il quarto l'impulso sposterà il contatore DD3 allo stato “4” (livello alto sul pin 5). Il contatore in questo stato verrà bloccato (a causa del livello basso sull'uscita DD1.2), il LED HL1 si accenderà e il generatore sonoro emetterà un segnale intermittente. Ciò continuerà per circa 1,25 secondi, dopodiché ci sarà una pausa di 0,25 secondi e l'allarme si ripeterà.
Quando la connessione viene persa, il ricevitore si comporta diversamente. Se il ricevitore non rileva un flash IR entro circa 1,5 s, il condensatore C8 viene scaricato attraverso il circuito VD6R11DD2.3. Il transistor VT1 entra in saturazione, la tensione sul resistore R8 aumenta fino alla tensione di alimentazione, l'uscita DD1.4 diventa bassa e il generatore sonoro emette un segnale acustico con una frequenza di 1 kHz. Con l'apparizione del primo flash IR, il condensatore C8 si caricherà rapidamente attraverso il circuito R10VD5, il segnale acustico si interromperà e il ricevitore inizierà ad analizzare i segnali in arrivo. Il circuito stampato del ricevitore (Fig. 9) è realizzato in laminato di fibra di vetro a doppia faccia con uno spessore di 1,5 mm.
La testina fotografica del ricevitore IR (fotodiodo BL1, microcircuito DA1, ecc.), che è altamente sensibile alle interferenze elettriche in un'ampia gamma di frequenze, deve essere schermata. Lo schermo è di stagno, il suo taglio è mostrato in Fig. 10.
Le posizioni di piegatura vengono visualizzate con linee tratteggiate. Lo schermo piegato viene saldato negli angoli e, dopo essere stato installato nella posizione desiderata sulla scheda, saldato ad esso in due o tre punti. L'aspetto del ricevitore IR è mostrato in fig. undici.
Strutturalmente il ricevitore può essere progettato come mostrato in Fig. 12.
Qui: 1 - corpo del ricevitore (polistirolo nero di spessore 2...215 mm): 2 - supporto di una lente d'ingrandimento manuale sette volte (impugnatura tagliata); 3 - la sua lente; 4 - circuito stampato; 5 - fotodiodo. La clip della lente d'ingrandimento è incollata sulla parete frontale della custodia, che presenta un foro di circa 35 mm di diametro (pezzi di polistirolo sciolti nel solvente 647). La distanza tra il fotodiodo coassiale e la lente deve essere prossima al fuoco lunghezza dell'obiettivo. Ciò concentrerà il flusso luminoso in entrata sul fotodiodo e aumenterà significativamente la sensibilità del fotorilevatore ai segnali deboli. L'alloggiamento deve fornire spazio per ospitare l'emettitore piezoelettrico BF1 e il LED HL1. Il gruppo di montaggio del ricevitore è soggetto agli stessi requisiti del montaggio del trasmettitore: è necessario garantire un puntamento comodo e un fissaggio affidabile nella posizione migliore. Se, a seconda delle condizioni di comunicazione, il ricevitore IR deve essere posizionato all'esterno (per comunicare, ad esempio, con un'auto parcheggiata in fondo alla casa), allora per evitare la luce laterale proveniente da fonti estranee che può ridurre la sensibilità, una cappa deve essere posizionato sopra la lente. Potrebbe trattarsi, ad esempio, di un pezzo di tubo di plastica o di metallo lungo 100...150 mm, annerito all'interno e di diametro interno adeguato. In questo caso, è necessario adottare misure per proteggere l'intera struttura dall'umidità. I dispositivi di allarme (emettitore piezoelettrico, LED) e la fonte di alimentazione vanno ovviamente lasciati all'interno. Ma nella versione "per tutte le stagioni", è meglio realizzare un ricevitore IR composto da due parti: quella esterna, in cui solo l'obiettivo e la testina fotografica sono collocati in un cappuccio impermeabile, e quella interna con tutto il resto . Queste parti sono collegate con un sottile cavo a tre fili. Se necessario, il ricevitore può essere integrato con un emettitore acustico di potenza maggiore, ad esempio una testina dinamica, accesa come mostrato in Fig. 13, o sirena piezo AST-10 (Fig. 14). La sirena piezoelettrica mantiene una potenza sufficiente anche con una tensione di alimentazione ridotta (per emettere 110 dB nominali, la tensione di alimentazione di questa unità deve essere aumentata a 12 V).
Come hanno dimostrato i test preliminari, la lunghezza della linea di comunicazione IR con tale ricevitore e trasmettitore raggiunge i 70 m Un aumento significativo può essere ottenuto passando all'ottica sintonizzabile - se al posto degli obiettivi fissi con la loro messa a fuoco approssimativa, gli obiettivi dei vecchi vengono utilizzate fotocamere con messa a fuoco. L'angolo di divergenza dei raggi nella lente del trasmettitore IR, la sua cosiddetta apertura, deve essere almeno 25...300 lungo la lama del diodo IR, poi la lente utilizza completamente la sua radiazione. In un ricevitore il diametro della lente è più importante: man mano che aumenta, aumenta anche la distanza dalla quale può essere rilevato il flash IR dell'emettitore. La "portata" del trasmettitore può essere aumentata di altre 1,5...2 volte o più aumentando la luminosità del flash IR. D'altra parte, nelle linee di comunicazione non superiori a 20...25 m (un'auto o un "guscio" sotto le finestre di un edificio di tre-quattro piani, una casa dall'altra parte della strada, ecc.), l'ottica potrebbe non essere affatto necessaria, in ogni caso nel ricevitore IR. Autore: Yu.Vinogradov, Mosca
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