Охранная сигнализация на микросхеме CD4023. Простые сигнализации своими руками Вкратце о принципе работы сигнализации

Несложное охранное устройство, извещающее о намерении кого-нибудь своровать ваши вещи, можно собрать всего на одной логической микросхеме (рис. 20.6). В устройстве используется шлейфовый датчик, при обрыве которого начинает работать генератор прямоугольных импульсов, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы K561ЛA7. Генератор выдает импульсы с частотой 2…3 Гц.

Частота импульсов тонального генератора составляет 1 кГц (ft = 1/2R6 . СЗ). Импульсы тонального генератора поступают на пьезокерамический излучатель НА1, который преобразует их в звук. В качестве источника питания GB1 можно использовать литиевую батарею 2БЛИК-1 или 4 элемента типа 316, что приведет к увеличению габаритов устройства. В устройстве нет выключателя, так как в дежурном режиме устройство потребляет ток всего 2 мкА. В режиме тревожной сигнализации, когда шлейф оборван и звуко-излучатель издает мощный сигнал, ток составляет 0,5…1 мА. Для увеличения мощности звука, следует подобрать сопротивление резистора R6.

Детали

В охранном устройстве используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы С1…СЗ — КМ6, С4 — оксидный К50-35. Шлейфный датчик представляет собой сложенный вдвое обмоточный провод ПЭВ-2 или ПЭВ-3 00,07…0,1 мм длиной 0,5…1 м. Концы такого куска провода присоединяют к двухконтактному разъему, который необходим для подключения к гнездам устройства XI. Необходимо сделать несколько таких проводных датчиков, так как оборванные шлейфы не имеет смысла ремонтировать. Для хранения датчиков желательно использовать челнок-мотальце подобно тем, что используют рыбаки для хранения лески. Детали устройства монтируют на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. На одной стороне платы фольга используется как общий минусовой провод источника питания. В связи с чем вокруг отверстий, через которые проходят выводы деталей, не связанные с общим проводом, необходимо снять фольгу, сделав выборки сверлом 01…2 мм. Рисунок печатной платы и распайка деталей на ней показаны на рис. 20.7. Места припайки деталей к общему проводу платы показаны квадратами. Примерный монтаж деталей на двухсторонней плате показан на рис. 20.8. После распайки всех деталей на плате припаивают проводники к излучателю и батарее. Все детали устройства помещают в пластмассовый корпус размерами 48x32x17 мм. Собранный из исправных деталей и без ошибок «сторож» налаживания не требует и сразу может быть использован по назначению. Для этой цели вещи, которые требуют охраны, прошивают или обвязывают шлейфом. Шлейф подключают к гнездам X1 устройства и охрана вещей обеспечена.

На рисунке 2 показана схема простейшего реле времени с индикацией на светодиодах Отсчет времени начинается в момент включения питания выключателем S1. В самом начале конденсатор С1 разряжен и напряжение на нем мало (как логический ноль). По этому на выходе D1.1 будет единица, а на выходе D1.2 - ноль. Будет гореть светодиод HL2, а светодиод HL1 гореть не будет. Так будет продолжаться до тех пор, пока С1 не зарядится через резисторы R3 и R5 до напряжения, которое элемент D1.1 понимает как логическую единицу В этот момент, на выходе D1.1 возникает ноль, а на выходе D1.2 - единица.

Кнопка S2 служит для повторного запуска реле времени (когда вы ее нажимаете она замыкает С1 и разряжает его, а когда её отпускаете, - начинается зарядка С1 снова). Таким образом, отсчет времени начинается с момента включения питания или с момента нажатия и отпускания кнопки S2. Светодиод HL2 показывает, что идет отсчет времени, а светодиод HL1 - что отсчет времени завершен. А само время можно устанавливать переменным резистором R3.

На вал резистора R3 можно надеть ручку с указателем и шкалой, на которой подписать значения времени, измерив их при помощи секундомера. При сопротивлениях резисторов R3 и R4 и емкости С1 как на схеме, можно устанавливать выдержки от нескольких секунд до минуты и немного больше.

В схеме на рисунке 2 используется только два элемента микросхемы, но в ней есть еще два. Используя их можно сделать так, что реле времени по окончании выдержки будет подавать звуковой сигнал.

На рисунке 3 схема реле времени со звуком. На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор, который вырабатывает импульсы частотой около 1000 Гц. Частота эта зависит от сопротивления R5 и конденсатора С2. Между входом и выходом элемента D1.4 включена пьезоэлектрическая «пищалка», например, от электронных часов или телефона-трубки, мультиметра. Когда мультивибратор работает она пищит.

Управлять мультивибратором можно изменяя логический уровень на выводе 12 D1.4. Когда здесь нуль мультивибратор не работает, а «пищалка» В1 молчит. Когда единица. - В1 пищит. Этот вывод (12) подключен к выходу элемента D1.2. Поэтому, «пищалка» пищит тогда, когда гаснет HL2, то есть, звуковая сигнализация включается сразу после того, как реле времени отработает временной интервал.

Если у вас нет пьезоэлектрической «пищалки» вместо неё можно взять, например, микродинамик от старого приемника или наушников, телефонного аппарата. Но его нужно подключить через транзисторный усилитель (рис. 4), иначе можно испортить микросхему.

Впрочем, если нам светодиодная индикация не нужна, - можно опять обойтись только двумя элементами. На рисунке 5 схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация. Пока конденсатор С1 разряжен мультивибратор заблокирован логическим нулем и «пищалка» молчит. А как только С1 зарядится до напряжения логической единицы, - мультивибратор заработает, а В1 запищит На рисунке 6 схема звукового сигнализатора, подающего прерывистые звуковые сигналы. Причем тон звука и частоту прерывания можно регулировать Его можно использовать, например, как небольшую сирену или квартирный звонок

На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор. вырабатывающий импульсы звуковой частоты, которые через усилитель на транзисторе VT5 поступают на динамик В1. Тон звука зависит от частоты этих импульсов, а их частоту можно регулировать переменным резистором R4.

Для прерывания звука служит второй мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2. Он вырабатывает импульсы значительно более низкой частоты. Эти импульсы поступают на вывод 12 D1 3. Когда здесь логический ноль мультивибратор D1.3-D1.4 выключен, динамик молчит, а когда единица - раздается звук. Таким образом, получается прерывистый звук, тон которого можно регулировать резистором R4, а частоту прерывания - R2. Громкость звука во многом зависит от динамика. А динамик может быть практически любым (например, динамик от радиоприемника, телефонного аппарата, радиоточка, или даже акустическая система от музыкального центра).

На основе этой сирены можно сделать охранную сигнализацию, которая будет включаться каждый раз, когда кто-то открывает дверь в вашу комнату (рис. 7).

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).

Принцип и алгоритм работы этого устройства очень похож на работу промышленных стандартных охранных систем, для охраны помещений. Предлагаемая простая охранная сигнализация срабатывает, от размыкания контактов датчика с нормально замкнутыми контактами в режиме охраны. В качестве, которого может быть:

Проволочный шлейф, рассчитанный на обрыв провода при нарушении периметра;

Герконовый датчик, реагирующий на перемещение куска магнита над его контактами, при открывании двери, например, или пассивный инфракрасный датчик заводского изготовления, реагирующий на изменение положения объекта с инфракрасным излучением, (коим является тело человека - нарушителя, в зоне охраняемого объекта).

Зарегистрировав перемещение контакты этого датчика разомкнутся и сигнал поступает на исполнительное устройство, (называемое нами охранной сигнализацией) которое должно отреагировать, выдав сигнал тревоги.

Устройство питается от аккумуляторной батареи напряжением 12В, (можно так же запитать его от внешнего источника постоянного тока, адаптером, рассчитанным на ток порядка 300ма и более. Автором, данная сигнализация использовалась для охраны загородной дачи, где нет электроснабжения, и для питания использовалась стандартная аккумуляторная батарея на напряжение 12 в и ёмкостью 7 А/час (такие применяются в устройствах бесперебойного источника питания компьютеров). Недорогие устройства заводского изготовления, типа Астра-712 не подходили для данной задачи, поскольку ток потребления в дежурном режиме у них составляет минимум 110 мА, а на даче предполагалось появляться не чаще чем раза в месяц. При таком потреблении тока, за этот период времени, аккумулятор разрядился бы очень быстро.

И, как вариант, была сделана простая помехоустойчивая (при длинных проводах идущих от внешних устройств расположенных в разных местах помещения) охранная система, с потребляемым током в ждущем режиме около 2 мА, которая, в принципе, может быть использована в гараже, сарае, на даче, в квартире, в машине и т.д.

Детали:

Все детали не дефицитны, дёшевы и доступны для приобретения:
-сирена на 12 вольт от любой автомобильной охранной системы, можно купить (рублей 150)
Применял я микросхему 561ЛН1 (были они у меня под рукой ещё со времён СССР)
(561 ЛН 1 при этом выводы (4 и 12). надо соединить с общим проводом. и распиновка другая

А в Протеусе схему отлаживал, взяв в библиотеке модель CD4069. Там же и схему рисовал, поэтому номера ножек на схеме совпадают с 561ЛН2 - 6 инверторов КМОП структуры, (рабочее напряжение питания от 3 до 16В)
CD4069 (Отечественный аналог 561 ЛН2) или, в принципе, подойдут любые микросхемы если набрать их из нескольких корпусов имеющихся под рукой такие как 561ЛА7, 561ЛЕ5, и пр. логики. Путём включения и элементов, как инверторы, набрав их в количестве равном 6-ти, для данной схемы, при этом назначение и номера выводов придётся изменить соответственно технической документации применяемых микросхем.
Но теряется смысл по причине - вместо одного корпуса появится два, что усложнит конструкцию. А уж с двумя то корпусами можно сделать нечто более серьёзное, а хотелось максимально упростить конструкцию, убрать лишнее с максимумом функций от устройства для поставленной задачи.

Опто-изолятор (от блоков питания в обратной связи) типа PC123 или какой другой из доступных, на крайний случай, за неимением можно применить реле с нормально разомкнутыми контактами, эта цепь сделана с целью защиты от наводок длинных проводов идущих от кнопки «сброса», снятия с охраны.
Полевой транзистор мощный N-канальный, любой, (можно использовать от неисправных материнских плат, с током коммутации не менее 1 А). Биполярный транзистор для коммутации светодиодов любой NPN средней мощности типа КТ315, диоды, импульсные кремниевые любые.

Схема охранной сигнализаци с номиналами элементов:

Работа устройства:

Постановка устройства на охрану сводится к простой операции, включения тумблера питания «Вкл». Включаете питание и Вы выходите наружу, и замыкаете дверь, для того чтобы система не отреагировала на ваши собственные перемещения,система, как бы «заглушается» на время, не реагируя на размыкание контактов охранных датчиков в течение минуты.
Задержка на выход - 1 минута (обычно этого времени достаточно) в этот период светодиод-индикатор горит постоянно, по истечении времени задержки, схема переходит в дежурный режим,- светодиод начинает мигать импульсами. С частотой 1 Гц и скважностью равной 4. При срабатывании охранного датчика сирена звучит продолжительностью около 40 секунд. Заставить замолчать сирену может только отключение питания, пока она «оторёт» положенное. Блокировать сигнализацию бесполезно, и лишь после этого, сли охранный датчик приводит состояние своих контактов в исходное Н.З. положение, схема переходит снова в режим ожидания в дежурном режиме (что можно определить визуально со стороны по миганию светодиодов, один из которых располагается на корпусе устройства D6, другой, светодиод D7 выведен под навес крыши наружу, чтобы можно наблюдать на расстоянии от дома, встала ли на охрану сигнализация или нет.

Если прошло время задержки и сирена самопроизвольно сработала (это лишь означает, что у вас разорвана цепь охранного «шлейфа» (возможно неисправен датчик и контакты не стали в нормальное замкнутое положение, своего рода «тест» на целостность шлейфа при постановке на охрану,- пока Вы не уехали далеко от дома можете вернуться и всё проверить.)

На модели в Протеусе Вы можете такую ситуацию промоделировать. После запуска при изначально замкнутых (SENSOR_NC) нажмите кратковременно и отпустите кнопку (BLOCK_ALARM) зажгутся индикаторы D6, D7. это имитация задержки времени на выход и блокировки охранного датчика на этот период, после чего разомкните контакты (SENSOR_NC) и оставьте в разомкнутом состоянии, дождитесь погасания светодиодов D6, D7. Увидите сами, как отреагирует схема, (должна сработать сирена) всё наглядно. В этом плане Протеус очень удобная программа..эээх её бы, лет эдак … назад .

При перепаде с 1 в 0 схема не реагирует, только на перепад с 0 в 1. Сделано это на случай, если дверь останется брошенной открытой, злоумышленник убежит, тогда сирена не будет орать до полного разряда аккумулятора, (если бы в схема реагировала или на 0 на контактах или на 1 при размыкании то при разомкнутых контактах орала бы сирена до «посинения» - до полного разряда батарей, что негативно отразится на взаимоотношениях с соседями, если например произойдёт ложное срабатывание), а после закрывания двери снова становится на охрану. Если открыть незапертую дверь снова или пройти мимо инфракрасного датчика, сирена снова сработает.

Ещё хотелось бы обратить внимание на такой момент удобства схемы, если при монтаже случайно закоротится провод или нагрузка, снимаемая с эмиттера транзистора Q2, то это не приведёт к повреждению схемы.

В режиме ожидания средний ток потребления самого устройства, если только геркон в качестве датчика используется на двери, составляет примерно 2 мА. А суммарный ток потребления всей системы зависит в основном от характеристик потребления внешнего охранного ИК-датчика, и в среднем может быть около 15 ма.

Снятие с охраны осуществляется или воздействием на геркон «замурованный» в стене, поднеся магнит к этому месту на секунду (или спрятанной кнопкой, в «секретном месте») при этом у вас 1 минута для отпирания двери. Снялась охрана или нет видно по светодиоду, который в режиме снятия горит постоянно, показывая Вам, что охрана снята и можете смело отпирать дверь не опасаясь, что включится сирена. По истечении 1 минуты, если не успели открыть замок, зайти в помещение и отключить питание сигнализации кнопку «Вкл». Если этого не произойдёт в течение минуты, система становится на самоподхват, переходя снова в режим охраны.(это на случай, если злоумышленник знает как снять с охраны, но замешкается при открывании двери больше минуты.

Система помехоустойчива от ложных срабатываний при длинных проводах протянутых до внешних устройств (кнопок снятия, датчика, наружного светодиода, сирены). Устройство работает на даче около года, где нет электричества. Меняется аккумулятор раз в 2 месяца (может можно и дольше, не проверял).

Моделирование в Proteus:

Работу схемы можно просмотреть в PROTEUS-e. Не совсем точно отображает аналогию работы, (интервалы времени, светодиоды не мерцают в режиме ожидания, погашены) хотя в реальной конструкции всё, как в описании, но в принципе логику работы схемы отображает верно.

Проделать это можно так:
Запускаете в Протеусе модель, кнопку (POWER_ON) включения питания лучше не трогать и оставить во включённом состоянии (иначе ругается). Попробуйте нажать кратковременно и отпустить кнопку (BLOCK_ALARM) и сразу увидите, как зажглись светодиоды, D6, D7. Пока они горят, охранный датчик (SENSOR_NC) заблокирован, его можно размыкать, замыкать, сирена не срабатывает. В качестве сирены эквивалент - модель электромотора, для наглядности. Как только пауза блокировки прошла, светодиоды гаснут. Разомкните и замкните контакты датчика, и вы увидите, как сработала сирена. Отработав промежуток времени, она выключится и станет в режим ожидания. Если во время работы сирены, вы попытаетесь выключить сигнализацию кнопкой блокировки - (BLOCK_ALARM), то светодиоды зажгутся, но сирена отработает положенное время и только после этого выключится.

Небольшая ремарка, которую следует учесть:

В Proteus ISIS в схеме номиналы изменены для того чтобы было наглядно видно работу схемы в режиме эмуляции. Конденсатор С 5 1n, а в реальной схеме это С 1 47nF. А конденсатор С 1 в Протеусе 2,2 мкФ, в реальной же схеме С 5 должен быть 22 мкф. (когда менял номиналы в Протеусе сбились номера обозначений). Резистора R 9 2,2 Мом нет в реальной схеме, это лишь для того чтобы Протеус не «глючил». В остальном печатная плата, разводка, расположение деталей совпадают со схемой на 561ЛН2.

В моделировании печатной платы можно просмотреть, как наша схема выглядеть должна в 3-х мерном изображении. На рисунках это наглядно видно:

Науменко Владимир, г. Калининград

При включении S2, напряжение питания подаётся на схему, конденсатор С3 начинает заряжаться и на входе 1 микросхемы кратковременно появляется логический 0, на выводе 4 тоже 0 и триггер устанавливается в дежурное состояние. В таком состоянии он будет находится секунд 20, пока не зарядится конденсатор С1. Если за это время дверь квартиры не закрыли - сработает сирена с задержкой 15 секунд. При открывании двери посторонним человеком геркон разомкнётся и на входе микросхемы 9 появится логическая единица, а на выходе 10 логический 0 и триггер переключится. На выходе 4 появится логическая 1 и начнётся заряд конденсатора С2. Когда конденсатор зарядится, на входе микросхемы 12 и 13 появится логическая 1, а на выходе 11 логический 0, транзистор VT3 откроется и откроет транзистор VT1. Зазвучит сирена. Чтобы сирена не сработала, надо в течении 15 секунд после открытия двери выключить S2.

Сирену надо установить в любом труднодоступном месте для посторонних лиц. Выключатель S2 в потайном месте. Геркон с магнитом установить на двери. Светодиод снаружи помещения, он показывает, что сигнализация включена. Контакт геркона показан при открытой двери. Геркон можно вынуть из реле рэс-55.перемычку между контактами 1,2 микросхемы убрать.

Ток потребления схемой около 15 мА. Поэтому сигнализация долго может находиться включённой в дежурном режиме. Питание от аккумулятора обеспечивает работу сигнализации независимо от электросети.

Список радиоэлементов