|
О строительстве традиционном и не очень.
Самодельная радиоэлектронная охрана поселка.
Ю. ВИНОГРАДОВ, г. Москва
В последнее время участились случаи проникновения злоумышленников на садовые участки. В связи с этим возрастает роль охраны дачных поселков. Описываемая охранная система состоит из множества передатчиков, выдающих индивидуальный код в случае тревоги, и приемника, индицирующего номер сработавшего передатчика. Приемник может быть расположен, например, у сторожа. В передаваемой информации также зашифрован код поселка, поэтому можно использовать несколько охранных комплексов в непосредственной близости без взаимных помех друг другу. В предлагаемой статье описана передающая часть системы. Приемную часть редакция также планирует опубликовать.
На страницах радиолюбительских изданий описано много электронных датчиков и охранных устройств, предназначенных для использования в помещениях. Чаще всего сигнал тревоги подает сирена, расположенная в этом же помещении. Иногда этого достаточно — на электронное предупреждение отреагирует кто-то из присутствующих, но на необитаемых объектах охранная электроника должна быть дополнена каналом адресной передачи тревожного сигнала. Как правило, в этом качестве применяют радио.
Такой канал связи был описан, например, в статье "Радиоканал охранной сигнализации" ("Радио", 1995, № 1 и 4). Однако для охраны группы объектов (тех же оставленных на зиму дач) нужны многоканальные системы. Удобно реализовать такую радиосеть по схеме "звезда" (рис. 1).
Здесь 1,2.....N — радиопередатчики на охраняемых объектах, отличающиеся друг от друга тем, что каждый из них в режиме тревоги излучает в эфир свой радиосигнал; Пр — радиоприемник, на табло которого появляется код охраняемого объекта при срабатывании датчиков на этом объекте.
Описываемая радиосеть работает на одной из двух частот: 26945 кГц или
26960 кГц. В дежурном режиме ее передатчики в эфир не выходят. В режиме передачи тревожного сигнала передатчик отправляет в эфир свой персональный радиокод, несколько раз повторяет его и выключается, оставляя эфир чистым. Дублирование передачи необходимо для повышения надежности, так как в этой системе нет канала обратной связи для подтверждения приема.
Кодовая посылка представляется в виде двоичной последовательности, например, 101010101110011, где единице соответствует наличие несущей, а нулю — пауза чистого эфира. И если n — число разрядов в такой последовательности, то число вариантов сигналов n-ной длины будет равно 2 в степени n. Каждый разряд соответствует временному интервалу — знакоместу. Число разрядов принято равным 15-ти (рис. 2).
Знакоместо 0 всегда занимает единица. Это стартовый радиоимпульс, облегчающий дешифровку. Остальные знакоместа (1—14) — информационные. В них размещают персональный код — один из 16384 (2 в степени 14) возможных.
Кодовая посылка условно разделена на две группы. В знакоместах 1—8 размещают код самой охранной системы (код поселка). Эта часть будет общей
для всех кодов, принадлежащих одной охранной системе. В знакоместах 9—14 размещают код объекта.
Хотя в качестве кода охранной системы может быть взято любое число из
диапазона {0, 1, 2..... 255} (2 в степени 8=256),
слишком простое, например, 0 (двоичное 00000000) или 255 (двоичное 11111111), использовать не рекомендуется. Кодом объекта может быть любое число из {0,1, 2.....63} (2 в степени 6=64), т. е. максимальное число охраняемых объектов — 64.
На рис. 3
показана принципиальная схема шифратора, управляющего передатчиком в соответствии с изложенным выше принципом построения радиокода. Основу шифратора составляют коммутаторы DD2 и DD3, входы X которых соединяют либо с общим проводом (так в соответствующее знакоместо кода заносят нуль), либо с плюсовым выводом источника питания (в этом знакоместе будет единица).
На элементах DD6.1 и DD6.2 собран триггер, который переводится в активное состояние фронтом единичного импульса на выходе D, формируемым охранной системой объекта. При этом на выводе 6 элемента DD6.3 возникает низкий уровень и генератор на элементах DD6.3, DD6.4 начинает работать. Поскольку время вхождения в режим генератора с кварцевой стабилизацией частоты может быть довольно большим, введены цепь R3C1 и элемент DD5.4 для обеспечения задержки. Через 1,4 с после начала работы генератора на выходе элемента DD5.4 возникнет низкий уровень, который разрешит прохождение импульсов через элемент DD5.2.
Какой из коммутаторов (DD2 или DD3) будет задействован, зависит от сигнала на входе S: коммутатор К561КП2 активизируется при низком уровне на этом входе. При этом выходы другого коммутатора переводятся в высокоимпедансное состояние, не оказывающее влияния на выходной сигнал. Какой из восьми входов X задействованного коммутатора будет соединен
с выходом, зависит от сигналов на его адресных входах 1,2,4.
Первым включится коммутатор DD2. Его вход Х1 соединен с плюсовым выводом источника питания, для того чтобы первый импульс соответствовал единице (это стартовый импульс). Затем будут сформированы первые шесть знаков кода. С появлением на выходе 2 в степени 9 счетчика DD1 высокого уровня коммутатор DD2 перейдет в пассивное состояние, a DD3 — в активное. Таким образом сформируются заключительные восемь разрядов кода.
При выбранной частоте кварцевого резонатора ZQ1 (32768 Гц) длительность знакоместа примерно равна 2 мс (точнее — 1,953 мс), а общая продолжительность передачи кода составляет около 30 мс (15 знакомест по 2 мс).
Сформировав первую кодовую посылку, шифратор не разрешит прохождение второй: высокий уровень, возникший на выходе 2 в степени 10 счетчика DDI, заблокирует элемент DD4.2 и установит низкий уровень на его выходе (вывод В). Так,
попеременно чередуя кодовую посылку с нулевой паузой такой же длительности, счетчик DD1 окажется в состоянии, когда на его выходе 2 в степени 13 сначала возникнет, а затем исчезнет высокий уровень. Спад этого импульса сформирует на выходе элемента DD4.3 короткий импульс высокого уровня (его длительность 0,3 мс),
который вернет триггер DD6.1, DD6.2 в исходное состояние. На этом цикл работы шифратора завершается.
Цепь R6C3 предназначена для сброса триггера и счетчика DD1 в исходное состояние при включении питания.
Нетрудно убедиться в том, что, работая таким образом, шифратор сформирует восемь кодовых посылок, затратив на их генерацию 0,5 с. Это произойдет в случае, если длительность импульса на выходе D будет меньше 0,5 с. При более длинном импульсе триггер DD6.1, DD6.2 останется в активном состоянии и шифратор продолжит свою работу — сформирует очередные восемь кодовых посылок. Так будет продолжаться до появления низкого уровня на выводе D. Иными словами, если передача лишь восьми радиокодов покажется недостаточной, их число можно увеличить до 16, 24, 32 и т. д., увеличив длительность единичного импульса на выводе D шифратора.
В режиме тревоги на выходе элемента DD5.1 возникнет высокий уровень (вывод А). Этот сигнал включит задающий генератор передатчика лишь на время генерации радиокодов, оставив ему достаточное время для выхода на режим.
Схема радиопередатчика показана на рис. 4.
Частота задающего генератора, собранного на транзисторе VT1, задана и стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Транзистор VT4 — ключ в цепи питания генератора: при высоком уровне на выводе А транзистор VT4 будет открыт до насыщения, а при низком — надежно закрыт.
Усилитель-манипулятор передатчика собран на транзисторе VT2. В режиме усиления этот каскад работает лишь при открытом до насыщения транзисторе VT5, т. е. при высоком уровне на выводе В. Усиленный высокочастотный сигнал снимается с части настроенного на рабочую частоту колебательного контура L1C3C4. Выходной усилитель собран на транзисторе VT3. Поскольку транзистор VT3 работает с отсечкой, энергопотребление выходного каскада без высокочастотного возбуждения близко к нулю.
Как известно, при слишком "прямоугольной" манипуляции передатчика в спектре излучения возникают внеполосные составляющие. Их уровень можно существенно уменьшить, затянув фронты и спады модулирующих импульсов. Для этой цели служат конденсатор С10 (от его емкости зависит длительность спада) и дроссель L5, от индуктивности которого зависит длительность фронта. Диод VD1 демпфирует выброс напряжения на L5, возникающий при закрытии транзистора VT5.
Кнопка SB1 служит для перевода передатчика в режим непрерывного излучения: при нажатой кнопке будут открыты оба управляющих транзистора — VT4, VT5.
Печатная плата передатчика и шифратора показана на рис. 5.
Плату изготавливают из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Фольгу под деталями используют лишь в качестве общего провода и экрана. В местах пропуска проводников в ней должны быть вытравлены защитные кружки диаметром 1,5...2 мм (на рис. 5 не показаны). Соединения с фольгой общего провода выводов конденсаторов, резисторов и др. показаны зачерненными квадратами. Квадратами со светлой точкой в центре показаны "заземляемые" выводы микросхем и проволочные перемычки, прокалывающие плату для соединения с общим проводом тех или иных фрагментов печатного монтажа.
Монтировать шифратор и передатчик на общей плате не обязательно. Плату можно разрезать (рис. 5), а нужные соединения выполнить четырехжильным кабелем (А, В, +Uпит, Общ.), длина которого может доходить до 10 м.
Все резисторы в шифраторе — МЛТ-0,125. Конденсаторы С1, С3, С4 — К10-176; С2, С6 — КМ-6; С5 — любой оксидный подходящего размера.
Собранный без ошибок шифратор налаживания не требует.
В передатчике использованы резисторы МЛТ-0,125. Конденсаторы С1 — С4 — КД-1; С5, С6 — КМ-6 или КМ-5; С7 — КД-2; С8 — К10-17б. Дроссели L3, L4 — Д-0,1. Дроссель L5 намотан на магнитопроводе, составленном из трех ферритовых колец К7,5x4x2,5 (феррит — М2000). Он содержит 150...200 витков провода ПЭВ-2 0,07.
Конструкция контурной катушки L1 и ее расположение на плате показаны на рис. 6 (катушка L2 отличается лишь отсутствием отвода). Катушка L1 имеет 13 витков (n1=7, n2=6), намотанных виток к витку проводом ПЭВ-2 0,48, a L2 — 11 витков, намотанных проводом ПЭВ-2 0,56. Катушки подстраивают карбонильными сердечниками М3х8.
Кварцевый резонатор передатчика можно просто впаять. Но как показывает опыт, действительная его резонансная частота нередко довольно сильно отличается от проставленной на корпусе. Подбор резонатора упростится, если в плату впаять гнезда от разъема, рассчитанные на штыри диаметром 1 мм (рис. 7).
Для налаживания передатчика к антенному разъему подключают 50-омный эквивалент антенны (два включенных параллельно резистора МЛТ-0,5 100 Ом) и высокочастотный вольтметр. Нажав кнопку SB1 (режим непрерывного излучения), устанавливают максимальное напряжение на антенном эквиваленте подстройкой катушек L1 и L2. Передатчик можно настроить и без вольтметра, если в качестве антенной нагрузки взять лампу накаливания напряжением 2,5 В на ток 0,068 А. Правильной настройке будет соответствовать максимальная яркость ее свечения.
Убедиться в том, что передатчик работает на заданной частоте, можно либо по частотомеру (его подключают к антенному эквиваленту), либо по S-метру находящейся в отдалении Си-Би радиостанции — показания ее S-метра должны достигать ярко выраженного максимума в канале, соответствующем выбранной частоте. О внеполосных излучениях передатчика судят по показаниям S-метра станции в соседних каналах.
Для проверки правильности работы всего передающего тракта потребуется осциллограф. Не обязательно высокочастотный, годится и С1-94, если изготовить к нему детектирующую головку (рис. 8).
Подключив осциллограф с такой головкой к антенному эквиваленту и установив ждущий режим с разверткой 20...30 мс, можно проконтролировать огибающую передаваемой посылки.
Так, если в шифраторе будет установлен код 101010101110011, то в ответ на запускающий импульс на экране осциллографа возникнет и будет еще семь раз повторена осциллограмма, показанная на рис. 9.
Наблюдая эту осциллограмму, можно уточнить настройку передатчика. Лучшей настройке будет соответствовать максимальная амплитуда импульсов (из-за резистивного делителя в детектирующей головке она будет близка к 1/2 амплитуды высокочастотного сигнала). На экране высокочастотного осциллографа, подключенного к антенному эквиваленту непосредственно, без детектирующей головки, осциллограмма будет иметь вид, показанный на рис. 2.
Мощность, отдаваемая передатчиком в антенну (Р), ток, потребляемый шифропередатчиком в режиме непрерывного излучения при нажатой кнопке SB1 (Iнепр), ток, потребляемый в режиме непрерывного излучения кода (Iкод) и зависимость этих величин от напряжения питания Uпит показаны в табл. 1.
Ток в режиме излучения кода измерен при условии, что в кодовой посылке содержится 9 "единиц".
Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме, составляет менее 5 мкА.
Примем Uпит=6 В и выберем источник питания. Батарею можно составить из четырех гальванических элементов (пайка обязательна), способных кратковременно отдать ток 160 мА (это — с запасом). Например, можно применить элементы АА (316), имеющие емкость 450...850 мА.ч. Однако такие элементы имеют значительную саморазрядку.
Среди электрохимических источников, ток саморазрядки которых сопоставим с потребляемым током в дежурном режиме, есть, пожалуй, лишь одна группа — литиевые источники. Многие из них сохраняют почти всю свою емкость (85 %) до 5... 10 лет. Батарею можно составить из отдельных элементов (ЭДС литиевого элемента, в зависимости от особенностей электрохимии, — от 1,5 до 3,6 В), но существуют и готовые, например, DL223A (напряжение — 6 В, емкость — 1400 мА.ч, габариты — 19,5x39x36 мм) и DL245 (напряжение — 6 В, емкость — 1400 мА.ч, габариты — 17x45x34 мм). О питании передатчика с литиевым источником можно не заботиться несколько лет.
Возможен вариант питания от пятишестиэлементной аккумуляторной батареи, подзаряжаемой от электросети, или от солнечной батареи. Кратковременное энергопотребление и способность многих аккумуляторов работать в форсированных режимах позволят использовать аккумуляторы и очень небольшой емкости — 50...100 мАч.
Радио №5 2002
(Окончание следует)
|
