Berührungssensor im Sicherheitsalarm. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Sicherheit

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Der vorgeschlagene Artikel beschreibt ein Gerät, das auf die Berührung eines Objekts reagiert – ein Türschloss, einen Safe usw. Es kann in einem Sicherheitssystem verwendet werden.

Auf Abb. In Abb. 1 zeigt ein Diagramm, das das Funktionsprinzip des Geräts veranschaulicht. Hier ist G1 ein Wechselspannungsgenerator (Stromnetz); Ср – Hochspannungs-Trennkondensator mit geringer Kapazität; D – empfindliches Schwellenelement; KP – ein kontrolliertes Objekt mit elektrischer Leitfähigkeit; C0 – seine elektrische Kapazität; Sk ist die elektrische Kapazität einer Person, die den CP berührt.

Zin ist viel kleiner als die Kapazität des Kondensators C0. Daher ist der Strom I, der im Standby-Modus (ohne Sk) auftritt, ungefähr gleich I=314.Ur.Sr. С0/(Ср+С0) und die Spannung am Eingang des Sensorelements: Uin=I.Zin, wobei Zin sein Eingangswiderstand und Ur die Generatorspannung ist. Die Spannung Uin muss unterhalb der Schwelle des empfindlichen Elements liegen. Das Anschließen eines Fremdkörpers an das Getriebe erhöht die Kapazität auf C0'=C0+Sk und dementsprechend den Strom im Stromkreis auf I'=314. Ur.Cp.C0'/ (Cp+C0'). In diesem Fall ist die Eingangsspannung Uin'=I'.Zin. Diese Spannung muss über dem Schwellenwert liegen. Bei Berührung des CP wird dann ein Alarm ausgelöst.

Auf Abb. 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Geräts. Ein Wechselspannungsgenerator mit einem Koppelkondensator am Ausgang ist ein kapazitiver Teiler C9C10, der an das Stromnetz angeschlossen ist. Eingangswiderstand des Schwellenelements Zin=40 kOhm (hat einen komplexen Charakter). Der Tiefpassfilter R1C1R2C2 dämpft mögliche Hochfrequenz- und Impulsgeräusche.

Der Operationsverstärker DA1 und der Transistor VT1 bilden einen kostengünstigen Komparator, dessen Signal dem Zähleingang des 14-Bit-Zählers DD2 zugeführt wird. Auf dem DD1-Chip ist ein Oszillator montiert, der kurze Impulse erzeugt. Sie geben den Eingang R des Zählers ein und bringen ihn regelmäßig in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die Wiederholungsperiode dieser Impulse beträgt Tr=2.R12. C6 in der hergestellten Probe betrug 7 s. Die R14C8-Schaltung wird eingeführt, um den DD2-Zähler beim Einschalten zurückzusetzen.

Der im elektronischen Schlüsselmodus arbeitende Transistor VT2 schaltet die Piezo-Sirene HA1 ein, wenn am Ausgang des Zählers ein hoher Pegel erscheint. Dies geschieht jedoch nur, wenn in der Zeitspanne zwischen den Reset-Impulsen mindestens 256 Impulse mit der Frequenz des Wechselstromnetzes am Eingang C ankommen. Das heißt, wenn der Kontakt mit dem Getriebe mindestens Tc=Nc/F=256/50=5,12 s dauert, wobei F=50 Hz die Frequenz des Wechselstroms im Netz ist. Daher beträgt die maximale Dauer des Alarms Tmax=Tr-Tc=1,9 s. Tatsächlich hängt seine Dauer vom Moment der Berührung des CP ab und kann zwischen 0 und Tmax liegen. Wenn die Berührung des Bedienfelds beibehalten wird, wird der Alarm regelmäßig wiederholt.

Widerstand R4 – SP3-38a oder SP3-19b, der Rest – MLT 0,125. Kondensatoren C9 und C10 (sie werden in einen Netzstecker oder eine Netzsteckdose montiert) - K5-15-N70 (Betriebsspannung 1,6 kV), K73-9 (630 V) oder KSO-2 (500 V). Kondensatoren C3 und C5 - K50-35, K50-40 usw., der Rest - KM-6, K10-17b usw. Transistor VT2 - Silizium-Verbundstruktur NPN mit einem Stromübertragungskoeffizienten von mindestens 400 und einem zulässigen Kollektorstrom von mindestens 200 mA. Als DD2 kann der KR1561IE20-Chip verwendet werden. Piezo-Sirene HA1 - AST-10.

Im zusammengebauten Gerät müssen Sie im Standby-Modus die Spannung am Ausgang DA1 (Pin 6) überprüfen. Wenn sie 1 V überschreitet (die Mindestspannung am Ausgang des Operationsverstärkers ist normalerweise nicht genormt), sollte ein Widerstand R8 mit niedrigerem Widerstand eingebaut werden – in diesem Modus muss der Transistor VT1 sicher geschlossen sein.

Die Empfindlichkeitsschwelle DA1 U=Upit.R4/(R3+R5) wird mit einem Trimmwiderstand R4 eingestellt. Das Gerät beginnt erst dann auf das Eingangssignal zu reagieren, wenn seine Amplitude diesen Schwellenwert überschreitet.

Im Sicherheitssystem kommt es fast immer zu der einen oder anderen Verzögerung beim Einschalten des Alarmsignals. Dies ist einer der Tricks, die verwendet werden, wenn versucht wird, eine algorithmisch schwierige Funktion auf Automaten zu übertragen – die Auswahl nur potenziell gefährlicher, bedrohlicher Ereignisse aus einer Vielzahl möglicher Ereignisse. Die hier eingeführte Verzögerung funktioniert nicht für Haushalte, die ihre Wohnungstür üblicherweise schnell (weniger als Tc) aufschließen, reagiert aber auf einen Dieb, der zu lange (mehr als 2Tc) braucht, um einen Hauptschlüssel zu holen.

Die zeitlichen Eigenschaften des Geräts (die Verzögerung beim Einschalten des Alarms Tc und die maximale Tondauer Tmax) können geändert werden, indem Frequenzeinstellelemente mit anderen Nennwerten installiert und das Ausgangssignal von einem anderen Ausgang des Zählers DD2 entnommen werden. Mit Tr=7 s und Nc=128 (hierzu ist der Widerstand R10 mit Klemme 13 DD2 verbunden) haben wir: Tc=2,56 s, Tmax=4,4 s. Bei Tr = 4,8 s (dazu muss der Kondensator C6 0,68 μF haben) und Nc = 128 ergibt sich: Tc = 2,56 s, Tmax = 2,2 s. Wenn eine so große Verzögerung nicht erforderlich ist und Sie sofort auf eine Berührung des Getriebes reagieren sollen, reicht es aus, den Widerstand R10 an Ausgang 23 (Pin 7) des Zählers DD2 anzuschließen. In diesem Fall ertönt der Alarm nach 0,16 s.

Da das Stromnetz als Wechselspannungsgenerator dient, der für den normalen Betrieb des Sensors erforderlich ist, ist es praktisch, es zur Stromversorgung des Sensors zu verwenden. Es ist lediglich erforderlich, ein Netzwerk-Netzteil (Adapter) auszuwählen, das für die Spannungs- und Strombelastung eines Funkempfängers oder elektronischen Spielzeugs geeignet ist. Die Kondensatoren C9 und C10 sind in diesem Fall möglicherweise nicht erforderlich: Die Erfahrung zeigt, dass die kapazitive Kopplung mit dem Netz, die im Netzteil selbst auftritt, völlig ausreichend ist.

Die Tabelle hilft Ihnen bei der Auswahl einer Stromquelle, wobei Upit die Spannung der Stromquelle, Idezh der vom Gerät im Standby-Modus verbrauchte Strom und Itr der Alarmmodus ist. Wir stellen lediglich fest, dass mit einer Erhöhung des Upit der Stromverbrauch im Standby-Modus steigt und die Piezo-Sirene AST-10 auch bei Upit = 4,5 V laut genug ertönt.

Das beschriebene Gerät ist im Wesentlichen ein unabhängiges Sicherheitssystem. Es kann auch als integraler Bestandteil eines komplexeren Geräts verwendet werden und das Signal von den Ausgängen des Zählers DD2 entfernen.

Die Elemente R7, R8, R9 und VT1 können nicht installiert werden, wenn die Versorgungsspannung mehr als 8 V beträgt, während der Ausgang DA1 direkt mit dem Eingang C DD2 verbunden werden sollte. Die Elemente DD1.3, DD1.4, R14, C8 sind ebenfalls optional – die Differenzierschaltung C7R13 kann zwischen den Ausgang 3 des Elements DD1.2 und den Eingang R DD2 geschaltet werden. In diesem Fall muss die obere Klemme R13 gemäß Diagramm an eine gemeinsame Leitung angeschlossen werden.

Autor: Yu.Vinogradov, Moskau

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