Охранная сигнализация. Схема

Сигнализация сделана на простой и доступной микросхеме CD4023 (или любой другой...4023), в которой есть три логических элемента «3И-НЕ». Несмотря на простоту, сигнализация обладает вполне неплохим набором функций, и может поспорить с аналогичными устройствами, собранными на специализированных микросхемах или микроконтроллерах. К тому же, применение простой «жесткой» логики делает и изготовление сигнализации очень простым и доступным, поскольку не требуется никакого программирования или поиска дорогих или редких микросхем.

Сигнализация рассчитана на работу с пятью контактными датчиками, сделанных из концевых переключателей. Один датчик -SD5 специализированный, он устанавливается на входную дверь. Четыре остальных могут быть установлены на окна, ставни, другие двери, люки, лазы и т.д. В закрытом состоянии контакты датчиков разомкнуты, и замыкаются при открывании соответствующей двери, окна, ставни, люка, лаза и т.д. То есть, когда закрыто, шток концевого переключателя нажат, значит, подключать надо его размыкающие контакты.

Алгоритм работы сигнализации следующий. Включение осуществляется выключателем питания. О факте включения индицирует один светодиод. После включения сигнализация примерно 15 секунд не реагирует на датчики. Однако, в течение первых 2-3 секунд после включения питания схема проверяет все датчики кроме основного дверного. Если какой-то из датчиков замкнут (например, окно не закрыли), то раздается звуковой сигнал длительностью 2-3 секунды и загорается светодиод, который показывает на конкретный датчик, находящийся в замкнутом состоянии. Если замкнуто несколько датчиков, соответственно, будут гореть несколько светодиодов.

После устранения неполадки нужно снова включить питание сигнализации. Далее, если все датчики в норме, будет гореть только светодиод, индицирующий включение питания. Через примерно 15 секунд после включения питания сигнализация переходит в режим охраны. Теперь, если любой из датчиков будет замкнут (или несколько из них) включится электронная блок-сирена, которая будет звучать около 15 секунд. Затем, система вернется в режим охраны и будет ожидать срабатывания очередного датчика.

Отключение сигнализации происходит в два этапа. Сначала посредством клавиатуры набирается код, после чего схема блокируется на 15 секунд, в течение которых, можно войти внутрь помещения и отключить сигнализацию выключателем питания. Если же, войти в помещение и не выключить питание сигнализации, то через 15 секунд она войдет в режим охраны, и сработает когда вы откроете дверь или окно, или еще что-то, что находится под охраной, даже если вы внутри помещения.

Для задания и набора кода используется простая электромеханическая цепь из последовательно включенных кнопок-переключателей. Такие кодовые замки неоднократно описывались в этом журнале, и несмотря на такие неудобства, как необходимость одновременного нажатия кнопок кодового числа, и невозможность изменить код без разбора и перепайки, они весьма эффективны, дешевы и
просты, что тоже немаловажно.

Сигнальным устройством служит электронная сирена для автомобильных сигнализаций, - на сегодня это наиболее доступное сигнальное устройство.

Теперь о схеме. Основу схемы составляет трехвходовый RS-триггер на двух элементах микросхемы D1 типа 4023.
Датчики двух типов. Дверной датчик основной двери - SD5, он подключен непосредственно к выводу 2 D1.1. Он не проверяется светодиодом и звуковым сигналом при включении питания, потому что он расположен на основной двери, служащей для выхода из помещения, а проверка датчиков начинается сразу после включения питания, то есть, пока человек, включивший питание, еще находится внутри помещения.
Остальные датчики SD1-SD4 снабжены светодиодами для контроля состояния и RC-цепями, формирующими при замыкании датчика импульс длительностью 2-3 секунды.

Через развязывающие диоды VD1-VD4 они подключены к выводу 1 D1.1.
При включении питания выключателем S10 начинается зарядка конденсатора С6 через резистор R11. При емкости 10 мкФ и сопротивлении 1 М, у меня получилось до единицы около 15 секунд, хотя здесь играет роль и точность емкости конденсатора, и величина утечки, так что результат может быть и другим. Ну так вот, в течение этого времени, пока С6 заряжается через R11, на выводе 4 D1.2 присутствует напряжение низкого логического уровня. Поэтому, RS-триггер D1.1-D1.2 находится в зафиксированном положении, и на выходе D1.2 логическая единица независимо от того, что на входах элемента D1.1. Поэтому, в течение этого времени триггер не реагирует на датчики.

В то же время, если после включения питания окажется что один из датчиков SD1-SD4 замкнут, то, например, если это был SD1, цепь R2-C1 создаст импульс длительностью около 2-3 секунд, который через диод VD1 поступит на вывод 11 D1.3, и на его выходе на 2-3 секунды появится высокий логический уровень. Транзисторный ключ VT1-VT2 откроется на 2-3 секунды, и прозвучит короткий предупредительный звук. А светодиод HL1 будет гореть, показывая, что замкнут именно датчик SD1.

После зарядки С6 схема переходит в режим охраны. Теперь, при срабатывании любого из датчиков RS-триггер D1.1-D1.2 перекидывется в ноль на выходе D1.2. При этом на выходе D1.3 устанавливается высокий логический уровень, и транзисторы VT1-VT2 открываются, звучит сирена BF1. Но, продолжается это только до тех пор, пока конденсатор С5 заряжается через резистор R12, то есть, тоже около 15 секунд. Хотя, это время зависит так же, от фактической емкости конденсатора С5 и величины его тока утечки.

Для первой стадии отключения сигнализации используется клавиатура из кнопок S0-S9 (кнопки понумерованы согласно надписям возле них на наборной панели). Все кнопки переключающие, без фиксации, включены последовательно, но так, чтобы кнопки кодового числа были подключены замыкающими контактами, а все остальные - размыкающими. И эта цепь включена параллельно С6. Цепь замыкается только в том случае, если одновременно нажать только кнопки кодового числа. При этом, С6 разряжается, и схема переходит в то состояние, в котором она бывает после включения питания. То есть, примерно 15 секунд не реагирует на датчик двери SD5.

Монтаж выполнен на макетной печатной плате промышленного производства.

Время задержки после включения питания можно установить подбором R11 или С6. Время звучания сирены - подбором R12 или С5.
К данной системе можно пристроить и сотовый телефон для дистанционной передачи сигнала (Л.1).

Пролог

На элементах DD1.3 и DD1.4 собран ещё один мультивибратор, частота работы которого около 1кГц. Времязадающая цепь – С3, R3. Эпюра снята с 11-ой ножки микросхемы, когда мультивибратор работал постоянно.

Когда на 4-ой ножке появляются импульсы с частотой следования 3 Герца, на выходе DD1.4 (11-ая ножка), соответственно, появляется прерывистый сигнал частотой 1 килогерц. Эпюра снята с 11-ой ножки во время срабатывания тревоги.

Выход DD1.4 подключен к транзисторному ключу VT1, который управляет работой динамика Ba1. Здесь используется составной транзистор с большим коэффициентом усиления по току. Если под рукой не окажется такого транзистора, то можно его заменить самодельным составным транзистором.

Потенциометр R4 позволяет установить оптимальный уровень громкости сирены.

Резисторы R5, R6 ограничивают выходной ток микросхемы. Желательно выбирать сопротивление этих резисторов не менее 1-го килоома на каждый Вольт питания.

Резисторы R7 и R8 ограничивают ток светодиодов. А от сопротивления резистора R8 ещё и зависит основной ток потребления в дежурном режиме.

Конденсатор С1 защищает входные цепи микросхемы от помех, которые могут быть наведены на контур электромагнитным излучением.

Защитные диоды VD1 и VD2 защищают схему от мощного электрического импульса, который может быть вызван молнией. В этом случае, предохранитель FU1 может защитить шлейф от обрыва, хотя и не всегда.

Конденсаторы С4 и C5 – фильтр питания.

Напряжение питания этого охранного устройства можно выбрать в диапазоне 6… 12 Вольт. Можно применить несколько соединённых последовательно элементов АА, ААА или 9-ти Вольтовую батарею типа «Крона».

Потребление энергии во время срабатывания сирены, зависит от уровня громкости, установленного потенциометром R4, а при максимальной громкости, от сопротивления динамической головки Ba1. Потребление в дежурном режиме в основном определяется сопротивлением резисторов R1 и R8.

Но, если, для экономии энергии батареи, резистор R8 можно вообще исключить вместе со светодиодом VD4, то значительно увеличивать сопротивление резистора R1 нежелательно, особенно, если длина провода составляет 100 и более метров.

Схема этой охранной сигнализации, рассчитана на работу с датчиком обрывного типа. В качестве датчика используют тонкий медный эмалированный провод типа ПЭВ, ПЭЛ и им подобный. Диаметр провода выбирают исходя из следующих соображений. Чем тоньше провод, тем вероятнее ложное срабатывания, но и тем менее вероятно, что нарушитель заметит его или почувствует при соприкосновении. Так что, выбирать следует в диапазоне диаметров 0,05… 0,1мм. Спокойно идущий человек может не почувствовать обрыв провода диаметром 0,05мм даже открытой частью тела. Но, не порвать такой провод ещё при прокладке будет сложно. Для прокладки тонкого провода можно использовать лёгкую катушку, вращающейся в подшипниках.

На этом макете была опробована работа охранной системы.

Чертёж печатной платы на основе одного из широко распространённых типов макетных плат.

Как это работает? Откройте на весть экран и выберите разрешение 1280х720px.

В этой статье приведены схемы простейших электронных сигнализаций, сделать которые может каждый, кто хоть в минимальной степени знаком с электроникой или просто умеет держать в руке паяльник. Пригодятся такие сигнализации во многих случаях. Их можно поставить на окнах, если в доме есть маленький ребенок, который может их открыть. На дверях квартиры или гаража охраняемой стоянки. И при срабатывании сторож вызовет милицию. Можно поставить такую сигнализацию и в квартире, если вы дружите с соседями. Даже если вы идете в поход, но не грех раскинуть на ночь охранный шлейф и вокруг лагеря на случай появления диких животных или посторонних.

Первая схема электронной сигнализации проста до крайности, проще уже некуда. Это всего один транзистор, резистор и исполнительно реле. Если предполагается звуковая сигнализация, то вместо реле включают звуковую сирену или ревун.

Принцип работы: Охранный шлейф представляет собой тонкий провод, или замкнутый контакт. Когда провод цел (или контакт замкнут), база транзистора заземлена и транзистор закрыт. Ток между коллектором и эмиттером не протекает.

Если же порвать охранный провод, или разомкнуть контакт, база окажется подключенной к источнику питания через резистор R1, транзистор откроется и сработает реле (или сирена). Выключить ее можно только либо отключив питание, либо восстановив охранный шлейф.
Такую сигнализацию можно использовать для охраны своих вещей, например. В качестве охранного контакта применяют геркон, сигнализацию прячут в боковой карман сумки или рюкзака, а рядом располагают магнит. Если магнит удалить от самой сигнализации (переместить вещь), сирена заверещит на все голоса.

Вторая схема с более продвинутыми пользовательскими функциями

Как и в первом случае, в качестве датчика служит охранный шлейф, нормально замкнутый (в режиме охраны) контакт или геркон, замкнутый магнитным полем. При нарушении шлейфа происходит срабатывание сигнализации и работа ее продолжается до отключения питания. Восстановления шлейфа не приводит к выключению сигнализации, она все равно будет продолжать работать некоторое время. Сигнализация имеет кнопку временной блокировки, необходимой для покидания охраняемой зоны сами владельцем. Сигнализация так же имеет и задержку срабатывания, необходимую для ее выключения владельцем при его входе в охраняемую зону.

Разберем работу схемы. Прежде чем поставить сигнализацию на охрану, Необходимо выключить (разомкнуть) выключатель S1. Его надо установить в потайном месте недалеко от входа. Можно использовать, например, скрытый геркон, который замыкается – размыкается перестановкой какого либо предмета с встроенным в нем магнитом и т.п. Этот выключатель блокирует работу системы и она перестает реагировать на обрыв шлейфа. При уходе, выключатель S1 размыкается и конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R2. Пока конденсатор не зарядится до определенной величины, система «слепая». И у вас есть время покинуть объект, восстановив охранный шлейф или замкнув контакты. Подбирая значения резистора R2 и конденсатора С2 добейтесь приемлемой для себя задержки при выходе.

Если охранный шлейф будет нарушен, то через резистор R1 начнет заряжаться конденсатор С1. Эта пара создает небольшую задержку срабатывания сигнализации, и у хозяина есть время ее нейтрализовать, включив выключатель S1. Необходимо подобрать номиналы резистора и конденсатора для комфортного времени задержки срабатывания.
Если же шлейф нарушен злоумышленником, который не знает как выключить сигнализацию, то через некоторое время после разрыва шлейфа, сигнализация сработает (на обеих входах элемента D1.1 будут по логической «1», соответственно, на выходе «0». Пройдя через инвертор D1.2 он снова станет «1» и откроет транзистор VT1. Транзистор разрядит конденсатор С3 и через инвертор откроет транзистор VT2, который и заставит сработать исполнительное реле или включит сирену.

Даже если злоумышленник быстро восстановит шлейф, то сирена будет продолжать работать, так как конденсатор С3 будет достаточное время заряжаться через резистор R3. Именно номиналы этой пары и определяют время работы сигнализации после восстановлении шлейфа. Если же шлейф не восстановлен, сигнализация будет работать постоянно.
Микросхема — К561ЛА7, транзисторы — любые n-p-n (КТ315, КТ815 и т.д.) Источник питания — любой с напряжением +5 — +15 Вольт. Исполнительное реле или сирена может быть подключена к более мощному источнику питания, нежели сама схема. В режиме ожидания схема тока практически не потребляет (на уровне саморазряда батарей).

Простые радиосхемы начинающим

В этой статье мы рассмотрим несколько простых электронных устройств на основе логических микросхем К561ЛА7 и К176ЛА7. В принципе эти микросхемы практически одинаковые и имеют одинаковое предназначение. Несмотря на небольшую разницу в неокторых параметрах они практически взаимозаменяемы.

Коротко о микросхеме К561ЛА7

Микросхемы К561ЛА7 и К176ЛА7 представляют собою четыре элемента 2И-НЕ. Конструктивно выполнены они в пластмассовом корпусе черного цвета с 14-ю выводами. Первый вывод микросхемы обозначен в виде метки (так называемый ключ) на корпусе. Это может быть или точка или выемка. Внешний вид микросхем и цоколевка выводов показаны на рисунках.

Питание микросхем составляет 9 Вольт, питающее напряжение подается на выводы: 7 вывод- "общий", 14 вывод- "+".
При монтаже микросхем необходимо быть внимательным с цоколевкой- случайная установка микросхемы "наизнанку" выводит ее из строя. Пайку микросхем желательно производить паяльником мощностью не более 25 Ватт.

Напомним что эти микросхемы назвали "логическими" поэтому что они имеют всего лишь два состояния- или "логический ноль" или "логическая единица". Причем при уровне "единица" подразумевается напряжение близкое к напряжению питания. Следовательно- при уменьшении напряжения питания самой микросхемы и уровень "Логической единицы" будет меньше.
Давайте проведем небольшой эксперимент (рисунок 3)

Сначала превратим элемент микросхемы 2И-НЕ просто в НЕ, соединив для этого входы. На выход микросхемы подключим светодиод, а на вход будем подавать напряжение через переменный резистор, контролируя при этом напряжение. Для того чтобы светодиод загорелся необходимо на выходе микросхемы (это вывод 3) получить напряжение равное логической "1". Контролировать напряжение можно при помощи любого мультиметра включив его в режим измерений постоянного напряжения (на схеме это PA1).
А вот с питанием немного поиграем- сначала подключим одну батарейку 4,5 Вольта.Так как микросхема является инвертором, следовательно для того чтобы получить на выходе микросхемы "1" необходимо наоборот на вход микросхемы подать логический "0". Поэтому начнем наш эксперимент с логической "1"- то есть движок резистора должен быть в верхнем положении. Вращая движок переменного резистора дождемся момента когда загорится светодиод. Напряжение на движке переменного резистора, а следовательно и на входе микросхемы будет примерно около 2,5 Вольт.
Если подключить вторую батарейку, то мы получим уже 9 Вольт, и светодиод у нас в этом случае загорится при напряжении на входе примерно 4 Вольта.

Здесь, кстати, необходимо дать небольшое разъяснение : вполне возможно что в Вашем эксперименте могут быть другие результаты отличные от вышеуказанных. Ничего удивительного в этом нет: во первых двух совершенно одинаковых микросхем не бывает и параметры у них в любом случае будут отличаться, во-вторых логическая микросхема может любое понижение входного сигнала распознать как логический "0", а в нашем случае мы понизили входное напряжение в два раза, ну и в-третьих в данном эксперименте мы пытается заставить работать цифровую микросхему в аналоговом режиме (то есть управляющий сигнал у нас проходит плавно) а микросхема, в свою очередь работает как ей положено- при достижении определенного порога перебрасывает логическое состояние мгновенно. Но ведь и этот самый порог у различных микросхем может отличаться.
Впрочем цель нашего эксперимента была простая- нам необходимо было доказать что логические уровни напрямую зависят от питающего напряжения.
Еще один нюанс : такое возможно лишь с микросхемами серии КМОП которые не очень критичны к питающему напряжению. С микросхемами серии ТТЛ дела обстоят иначе- питание у них играет огромную роль и при эксплуатации допускается отклонение не более чем в 5%

Ну вот, краткое знакомство закончилось, переходим к практике...

Простое реле времени

Схема устройства показана на рисунке 4. Элемент микросхемы здесь включен так-же как и в эксперименте выше: входы замкнуты. Пока кнопка кнопка S1 разомкнута, конденсатор С1 находится в заряженном состоянии и ток через него не протекает. Однако вход микросхемы подключен и к "общему" проводу (через резистор R1) и поэтому на входе микросхемы будет присутствовать логический "0". Так как элемент микросхемы является инвертором то значит на выходе микросхемы получится логическая "1" и светодиод будет гореть.
Замыкаем кнопку. На входе микросхемы появится логическая "1" и, следовательно, на выходе будет "0", светодиод погаснет. Но при замыкании кнопки и конденсатор С1 мгновенно разрядится. А это значит что после того как мы отпустили кнопку в конденсаторе начнется процесс заряда и пока он будет продолжаться через него будет протекать электрический ток поддерживая уровень логической "1" на входе микросхемы. То есть получится что светодиод не загорится до тем пор пока конденсатор С1 не зарядится. Время заряда конденсатора можно изменять подбором емкости конденсатора или изменением сопротивления резистора R1.

Схема вторая

На первый взгляд практически то же самое что и предыдущая, но кнопка с времязадающим конденсатором включена немного по-другому. И работать она будет тоже немного иначе- в ждущем режиме светодиод не горит, при замыкании кнопки светодиод загорится сразу, а погаснет уже с задержкой.

Простая мигалка

Если включить микросхему как показано на рисунке то мы получим генератор световых импульсов. По сути это самый простой мультивибратор, принцип работы которого был подробно описан на этой странице.
Частота импульсов регулируется резистором R1 (можно даже установить переменный) и конденсатором С1.

Управляемая мигалка

Давайте немного изменим схему мигалки (которая была выше на рисунке 6) введя в нее цепь из уже знакомого нам реле времени- кнопку S1 и конденсатор С2.

Что у нас получится: при замкнутой кнопке S1, на входе элемента D1.1 будет логический "0". Это элемент 2И-НЕ и поэтому не важно что у него творится на втором входе- на выходе в любом случае будет "1".
Эта самая "1" поступит на вход второго элемента (который D1.2) и значит на выходе этого элемента будет прочно сидеть логический "0". А раз так то светодиод загорится и будет гореть постоянно.
Как только мы отпустили кнопку S1, начинает заряд конденсатора С2. В течение времени заряда через него будет протекать ток удерживая уровень логического "0" на выводе 2 микросхемы. Как только конденсатор зарядится, ток через него прекратится, мультивибратор начнет работать в своем обычном режиме- светодиод будет мигать.
На следующей схеме также введена эта-же цепочка но включена она уже иначе: при нажатии на кнопку светодиод начнет мигать а по истечение некоторого времени станет гореть постоянно.

Простая пищалка

В этой схеме ничего особо необычного нет: все мы знаем что если к выходу мультивибратора подключить динамик или наушник то он начнет издавать прерывистые звуки. На малых частотах это будет просто "тикание" а на более высоких частотах это будет писк.
Для эксперимента больший интерес представляет схема показанные ниже:

Здесь опять же знакомое нам реле времени- замыкаем кнопку S1, размыкаем ее и через некоторое время устройство начинает пищать.

Принципиальная схема простых охранных устройств с сигнализацией. выполненных на микросхемах К561ЛА7. Эта сигнализация может охранять легковой автомобиль или помещение, разница в схеме при этом совсем незначительная.

В первом случае в качестведатчиков используются автомобильные контактные датчики дверей, а так же датчик капота и багажника, а во втором случае - стандартный герконовый датчик положения двери.

В обоих случаях «ключом» для блокировки сигнализации служит брелок с магнитом внутри, который нужно поднести к скрыто расположенному геркону. В автомобиле геркон можно закрепить за стеклом изнутри салона, а в случае с помещением, например, где-то за не металлической декоративной обивкой двери. Индикатором состояния служит двухцветный светодиод. Если он горит зеленым цветом, значит, сигнализация блокирована и можно входить. Если красным - сигнализация активна.

Выключателем служит обычный выключатель, выключающий питание. Он должен быть скрытно расположен внутри охраняемого объекта, потому что после того как светодиод загорелся зеленым цветом есть не более одной минуты на отключение сигнализации этим выключателем. То есть, нужно сначала заблокировать сигнализацию, затем войти и выключить её совсем.

Включение происходит в обратном порядке, сначала включаем питание, светодиод горит зеленым, и есть одна минута чтобы выйти и закрыть дверь. После срабатывания датчика сигнализация начинается сразу же, и звучит около одной минуты. Затем схема возвращается в исходное состояние.

На выходе сигнализации включена 12-вольтовая автомобильная электронная сирена. Но, вместо неё можно подключить и обмотку реле, контактами которого включать какое-то другое сигнальное устройство.

Автомобильное охранное устройство

Схема автомобильного варианта показана на рисунке 1. Контактные датчики автомобиля устроены так, что при срабатывании они замыкаются на «массу». Они подключены к схеме через диоды VD1-VD3.

При срабатывании они подают логический ноль на вывод 8 D1.3. Одновибратор D1.3-D1.4 запускается и на его выходе (вывод 11 D1.4) появляется логический ноль на время около одной минуты (зависит от цепи C3-R1). Ключ VТ1-VТ2 открывается и включает на это время.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного охранного устройства на микросхеме К561ЛА7.

При включении питания выключателем S1 начинается зарядка С1 через R2. Пока он заряжается на выводе 13 D1.4 - ноль, а на выходе - единица. Одновибратор заблокирован.

Ключ VТ1-VТ2 закрыт. При этом на выходе D1.2 - единица, и светодиод HL1 горит зеленым цветом. После того как С1 зарядится (на это уходит около минуты) на выводе 13 D1.4 устанавливается единица и одновибратор разблокируется. А светодиод HL1 загорается красным цветом. Ключом блокировки служит геркон SG1. Если к нему поднести магнит, он замкнется и разрядит С1.

Охранное устройство для помещения

На рисунке 2 приведена принципиальная схема устройства для охраны помещения.

Рис. 2. Схема охранного устройства для помещения на микросхеме К561ЛА7.

Отличие в том, что здесь датчик SG2 - герконовый датчик положения двери, работающий на размыкание.