Текст книги "Современная электроника в новых практических схемах и конструкциях"

Воду из бачка омывателя нагнетает автомобильный электродвигатель. Патрубок – капельница также используется штатный – его можно приобрести в магазинах автотоваров или в торговых точках товаров для аквариума. Длина патрубка составляет 3–4 м. Большую длину использовать не желательно, так как напор воды будет сокращаться. На концы патрубка – капельницы надевают распылители воздуха для аквариума, через которые свободно проникает и вода. Эти распылители и, тройник – разветвитель и миниатюрный вентиль показаны на рис. 1.4. Приобрести их можно там же (у аквариумистов).

Рис. 1.4. Вентиль, тройник и распылители

Распылители для воды закрепляют на штативе или на самом стволе цветка (если толщина позволяет) в середине ствола, так, чтобы распыляющаяся влага доставалась не только почве, но и стволу и листьям цветка. Когда требуется обслуживать несколько цветков, недалеко удаленных друг от друга, на патрубок устанавливают тройник, от которого разветвляются еще два патрубка.

Кроме микросхемы К561ИЕ16 можно без изменений в схеме применить ее зарубежный аналог CD4020В. Вместо этих микросхем можно применить более дорогую по стоимости зарубежную микросхему CD4060 (у которой нет полного аналога в К561 серии). Микросхема CD4060 имеет встроенный генератор импульсов, поэтому элементы HL1 и R9, в таком случае, из схемы можно исключить.

Транзистор КТ604А заменяют любым из серий КТ815, КТ817, КТ819.

Диод VD1– любой из серий КД521, КД522, КД102, КД103, 1N4148. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы С2 – С5 типа К50–24, К50–29 или аналогичные. Конденсатор С1 типа КМ-6 или аналогичный. Оксидный конденсатор С4 сглаживает пульсации напряжения.

Мигающий светодиод (кроме указанного на схеме) может быть типа L-816BRSC-B, L-56DGD, ARL-5013URC-Bили аналогичным. Реле К1 – любое на напряжение срабатывания 10–12 В с током 10…50 мА, например, WJ118–1C или аналогичное.

Устройство очень экономично и непритязательно к параметрам источника питания. Ток потребления без учета тока потребления реле составляет всего 20 мА, причем большая часть расходуется мигающим светодиодом. Источник питания стабилизированный. Устройство хорошо работает при напряжении питания 9—15 В и работоспособно и при снижении напряжения питания до 5 В, однако в этом случае частота задающего генератора на мигающем светодиоде HL1 заметно увеличивается, что приводит к уменьшению времени задержки.

Устройство в налаживании не нуждается.

Время работы электродвигателя М1 (время полива) корректируется емкостью конденсатора С2. При емкости С2=1 мкФ и напряжения питания 12 В время полива составит 4 с, при С2=20 мкФ время полива увеличится до 1 мин.

Чувствительность узла контроля влажности почвы регулируют изменением сопротивления переменного резистора R1. При уменьшении сопротивления R1 чувствительность уменьшается.

Задержка включения таймера также может быть изменена путем подключения входа инвертора DD2.3 к другому выходу Q микросхемы– счетчика К561ИЕ16. Так, например, при подключении к выходу Q9 DD3 (вывод 14) управляющий импульс высокого уровня поступит на инвертор примерно через 3 мин после начала отсчета импульсов задающего генератора (микросхема сосчитает до 512).

Устройство можно применять не только в соответствии с описанным выше способом – для автоматического полива растений. В жаркое время года, когда в квартире душно и уровень влажности катастрофически мал, такое устройство без изменения электрической схемы послужит для увлажнения воздуха.

Для этого распылители воды, установленные на концах патрубков – капельниц закрепляют сверху решетки комнатного вентилятора (желательно применять напольный вентилятор с высокой штангой). Один раз в час (или в другом алгоритме, «запрограммированном» радиолюбителем под конкретные задачи) нагнетатель воды и бачка распылит влагу мелкими каплями на вращающиеся лопасти вентилятора. При этом (учитывая, что вентилятор вращается в одной горизонтальной плоскости, но имеет угол свободного вращения до 90°) достигается увлажнение большой территории комнаты.

Благодаря применению аквариумных распылителей влага распыляется дозировано, мелкими каплями, поэтому утечки воды (и лужи под вентилятором) не происходит. Устройство практически опробовано автором жарким летом 2007 года.

Внимание!

Электронный таймер, описанный выше можно заменить аналогичным по назначению промышленным вариантом (и наоборот), подробно описанным в подглаве 4.2. В этом случае, нет необходимости самостоятельно собирать электронное устройство, а, например, взять готовый электронный блок.

1.2. Индикатор грозовых разрядов

Удаленные грозы создают помехи радиосвязи и навигации, а близко проходящие могут наведенным молнией сигналом вывести из строя аппаратуру связи.

Особенно опасны прямые попадания молнии, приводящие к уничтожению аппаратуры, пожарам и человеческим жертвам.

Грозовые разряды наводят мощные импульсные сигналы на линии электропередачи и связи, и даже короткие броски напряжений в них могут вызвать сбои в работе и выход из строя дорогих электронных приборов, компьютеров. Особенно велика вероятность грозовой опасности в сельской местности с протяженными открытыми линиями, с высокими мачтами антенн приемной и радиопередающей аппаратуры, которые местные радиолюбители стараются ставить повыше (на холме), на шестах или металлических мачтах.

Радиоаппаратуру желательно отключать при приближении грозы.

Близкая гроза видна и слышна, но как получить предупреждение о ней заранее? Ведь это нужно всем: туристам и рыболовам, яхтсменам и радиолюбителям, проводящим в эфире многие часы. Раннее предупреждение о грозовой опасности очень важно и другим людям, работающим или отдыхающим далеко от укрытий.

Известны два метода регистрации грозовой активности. Оба они изобретены и исследованы в конце XIX – начале XX века.

Статический – фиксация происходит по возрастанию напряженности электрического поля в атмосфере от 100 В/м (в обычном состоянии) до 1—40 кВ/м перед грозой (случаются разряды молний и при ясном небе). Этот метод широко известен многим из курса физики.

Прибор, которым можно зафиксировать напряженность поля, называют электрометром.

Современные электрометры не требуют сложных антенн, регистрируют электрическое поле атмосферы, даже если установить прибор контроля на подоконник, а электрическое поле предварительно наэлектризованной расчески из смеси пластмасс – на расстоянии в 1–2 м (предварительно наэлектризованную (натертую) эбонитовую палочку «увидят» издалека).

Второй метод – электромагнитный, в нем фиксация напряженности поля происходит по спектральному составу и интенсивности импульсов радиоволн с частотой 7—100 кГц, излучаемых молниями (разрядами).

Недаром одним из признаков приближающейся грозы является повышенный уровень шорохов (тресков), воспринимаемых человеческим ухом при прослушивании сигналов радиостанций в различных диапазонах длинных и средних волн.

Считается, что этот метод изобрел А. С. Попов.

По этому принципу создано устройство индикатора грозовых разрядов, электрическая схема которого представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Электрическая схема индикатора грозовых разрядов

Удлиняющая катушка L1, верхний (по схеме) вывод которой подключен к антенне WA1 – штырю 45–60 см, повышает эффективность входного контура L2C1 устройства. Входной контур настроен на частоту 330 кГц (выше максимума спектральной плотности импульсов радиоволн, излучаемых грозовыми электрическими разрядами).

Настройка входного контура устройства определяет также и то расстояние, с которого можно «засечь» приближающуюся грозу. При указанных на схеме элементах устройство зафиксирует приближающуюся грозу с расстояния 130–150 км (эксперимент с готовым устройством проводился в с. Ерахтур, Рязанской обл, Шиловского района летом 2007 г).

Усиленный транзистором VT1 сигнал поступает на регистрирующий каскад (VT2—VT4). Высокочастотный (ВЧ) импульс (усиленный VT1) амплитудой напряжения 1–3 В способствует тому, что транзисторы VT2 и VT3 открываются, и разряжается оксидный конденсатор С4. Ток зарядки конденсатора С4 проходит через высокочастотный диод VD1 и резистор R5, что приводит к задержке закрывания транзистора VT4 и зажиганию индикаторного светодиода НL1.

Катушки L1 и L2 дроссели типа ДПМ-1, ДПМ2, ДМ, Д179–0,01 с указанными на электрической схеме соответствующими значениями индуктивности.

Вместо светодиода HL1 можно применить другой индикаторный светодиод (с током до 12 мА, чтобы устройство не потеряло в экономичности) или звуковой индикатор (например, KPI-4332–12 со встроенным генератором звуковой частоты). Звуковой индикатор вместо светодиода HL1 включают согласно указанным на его корпусе полюсам.

Резистором R4 устанавливают порог срабатывания (чувствительность) устройства.

Напряжение питания устройства 3–6 В постоянного тока. В качестве источника питания подходят 2–3 пальчиковые батарейки (аккумуляторы) типа ААА или АА или стабилизированный адаптер обязательно с трансформаторной развязкой от сети 220 В.

Поскольку устройство работает на сравнительно низких частотах, то особых требований к его элементам нет.

Транзисторы VT1—VT4 могут быть любые кремниевые малой мощности и соответствующей структуры. Вместо VT1, VT3, VT4 можно применить КТ3102 с любым буквенным индексом, 2N4401 или аналогичные по электрическим характеристикам.

Транзистор VT2 – р – п-р проводимости, например, КТ3107 с любым буквенным индексом или 2N4403.

Диод VD1 – любой импульсный (германиевый или кремниевый), например, Д9, Д18, КД503.

Устройство в налаживании не нуждается (кроме установки порога срабатывания переменным резистором R4).

Как проверить?

Правильное собранное из исправных деталей устройство просто проверить. Поднесите готовое устройство с подключенными элементами питания на 1,5–2 м к газовой плите с автоподжигом. Нажимайте кратковременно на кнопку автоподжига плиты. Индикаторный светодиод должен реагировать короткими вспышками. Если нет плиты с автоподжигом, устройство можно проверить иначе, с помощью зажигалки с пьезоэлементом. Светодиод должен кратко вспыхивать при «включении» пьезоэлемента зажигалки на расстоянии до нее 0,5–1 м.

Кроме дальнего обнаружения приближающегося грозового фронта устройство хорошо работает и на близких дистанциях. Так, можно проверять работоспособность газовых плит с автоподжигом, пьезоэлектрических зажигалок (для газовых плит – есть такие отдельные устройства виде огромной спички), а также находить источники плохого контакта в электрических коммуникациях – как в закрытом помещении, так и «на воздухе». Плохой электрический контакт, например, в электропроводке (являющийся источником электромагнитных помех устройствам радиосвязи) с помощью индикатора грозовых разрядов находится с расстояния в несколько метров даже в том случае, если источник плохого контакта находится глубоко в стене.

Портативные индикаторы грозовых разрядов (с ЖКИ) мне удавалось не раз видеть в свободной продаже. Как правило, эти приборы отображают скорость приближения грозы, время до ее прихода, ожидаемую интенсивность и другие параметры. Сигнализация – звуковая и световая. Прием импульсов радиоволн ведется на магнитную антенну, анализ их интенсивности, частоты и спектрального состава позволяет «умному» электронному устройству сделать вывод о приближении грозы.

1.3. Линейная индикаторная шкала

Большинство описанных схем компараторов напряжения в которых индикаторами служат линейки из светодиодов построены по принципу параллельного сравнения входного напряжения (отсюда необходимость в большом числе сравнивающих устройств – компараторов). Количество сравнивающих устройств соответствует количеству каналов (светодиодов) в линейке.

Такого недостатка лишена представленная на рис. 1.6 схема, с последовательным сравнением входного напряжения, в которой имеется только один компаратор, сравнивающий сигнал постоянного напряжения на входе с циклически изменяющимся образцовым напряжением.

Рис. 1.6. Электрическая схема устройства индикаторной шкалы

Результаты сравнения передаются на сдвиговый регистр на микросхеме D2, с выхода которого снимаются на индикаторную линейку параллельным кодом. Такое схемное решение позволяет обеспечить большую точность, наглядность и динамичность показаний. На ряду с другими положительными отличительными качествами этого устройства перед другими аналогичными – простотой изготовления, недорогими деталями, не критичностью к питающему напряжению– оно способно конкурировать за свою популярность среди радиолюбителей и профессионалов. На вход схемы можно подавать (путем маленькой доработки) переменное напряжение, импульсы – тогда оно может стать универсальным, точным индикатором со световой шкалой, не уступающей по динамике изменения показаний и точности стрелочным приборам с классом 2. В линейке светодиодов следует учитывать дискретность показаний и при необходимости проградуировать световую шкалу.

Схема работает следующим образом. Тактовый генератор на популярной КМОП – микросхеме К561ЛА7 вырабатывает прямоугольные импульсы. Максимальная тактовая частота регистра при напряжении питания 5 В – 2 МГц, U_п = 12 В, f_max=5 МГц. Они поступают на тактовый вход С регистра последовательного приближения D2, осуществляя потактовый сдвиг информации, загружаемой в регистр. Параллельно с этим протекает процесс измерения уровня входящего напряжения с помощью компаратора D3. Результат сравнения (высокий или низкий логический уровень) с выхода компаратора поступает на вход D данных регистра, определяя тем самым состояние его выходов. По окончания цикла преобразования входного аналогового сигнала в серию логических импульсов, на выходе СС регистра (вывод 3) появляется активный сигнал логического «нуля», который действует на вход логики D4.1. Элементы D4.1, D1.3 вырабатывает импульс остановки. Поэтому поступление импульсов на тактовый вход С регистром не воспринимается и светодиодная шкала индикатора регистрирует достигнутый входным сигналом уровень. Запирающий низкий уровень берется с выхода пересчета Q1 (второй младший разряд), так как применена светодиодная линейка из десяти светодиодов. Если применить последовательно три линейки по четыре светодиода или линейку на 12 светодиодов – их подключают последовательно к выходам Q11 – Q0 регистра. Тогда элементы логики D1.3, D4.1 исключаются, а вывод 3 (СС) соединяется с выводом 14 (St) регистра и от этого регистр последовательного приближения работает непрерывно, циклично.

Число индицируемых уровней сигнала может быть увеличено путем добавления микросхем – регистров и шкальных индикаторов. Широко применяются такие устройства в промышленной автоматике, для наглядной индикации динамических процессов. Я применяю схему в автомобиле, в качестве индикатора оборотов двигателя (тахометра).

Светодиодная шкала может быть установлена в автомобиле, на щитке приборов, для индикации напряжения питания бортовой сети, уровня горючего в баке, температуры двигателя, окружающей среды и так далее. Сфера применения этой схемы может быть сколь угодно много.

Светодиодную линейку АЛС361А можно заменить на АЛС361Б, АЛС362П, КИПТ03А-10Ж (желтое свечение), – 10Л (зеленое свечение), составить из двух линеек типа АЛС345А (8 индикаторов) или АЛС317Б (5 индикаторов). Или вместо светодиодной линейки последовательно установить десять светодиодов типа АЛ307БМ или аналогичных.

1.4. Устройства против краж

Противокражные системы, по утверждениям многих специалистов, являются наиболее надежными среди всех типов систем охраны, применяемых на практике в больших и малых торговых точках. Устройства действительно имеют большую вероятность определения противокражной метки (обусловлено исключительно высокой мощностью импульсов, подаваемых в антенны). Однако, даже при полном соблюдении акустомагнитной технологии (EAR) производства устройств, эти импульсы оказывают отрицательное влияние на человека (при частом и длительном воздействии) – главным образом из-за мощности. О малоизученных особенностях акустомагнитных систем рассказывается ниже.

Противокражные системы сегодня можно увидеть почти в каждой торговой точке. Внешне они выглядят в виде двух открытых створок ворот, установленных параллельно. Между этими плоскими «воротами» человек выходит из магазина (торгового зала).

На рис. 1.7 представлено фото противокражной системы.

Рис. 1.7. Внешний вид противокражной системы

Если покупатель не несет с собой «помеченный» специальными микрометками товар, «ворота» пропускают его безропотно. Если на товаре не снята (не нейтрализована) метка, система сигнализации сработает, и оповестит торговый зал громкими тревожными звуками.

Далее сбегутся охранники, и незадачливый «несун» будет пойман.

Акустомагнитная технология разработана фирмой Sensormatic. Позже, увидев успех данной технологии, концерн Tyco приобрел данную фирму. Сейчас это подразделение (и торговая марка) компании ADT (American Dynamics Technology). На сами активные устройства (антенны, блоки электроники) действие авторских прав уже не распространяется (закончился срок действия патентов). Поэтому появился еще один производитель – фирма WG.

Противокражные ворота имеют излучающе – принимающую антенну, работающую на частоте 58 кГц с возможными отклонениями ±200 Гц. Во время работы антенной излучаются импульсы амплитудой 40 В, длительностью 1,5–1,7 мс (заполненные частотой 58 кГц). Период повторения импульсов 650–750 мс.

Вокруг антенны создается большая напряженность поля, которая заставляет аморфный металл резонировать на частоте облучения.

Внимание!

Этот магнитострикционный эффект очень опасен для владельцев кардиостимуляторов.

В паузе (650–750 мс) та же самая антенна работает на прием. Мощность инициированного излучения метки экспоненциально убывает со временем по сложному закону, который производители держат в секрете. Поэтому имитировать сигнал ответа довольно сложно. Но наличие даже мало – мальски подобных сигналов сильно ухудшает работу системы. Из практики известно, что если за 50—100 м от магазина (торгового зала), в котором стоит акустомагнитная система, находится другой с подобной системой, то они создают взаимные трудно устранимые помехи. В рекламе производители утверждают, что их оборудование эффективно и безопасно (как же иначе?), но мне сдается, что с его помощью (не намеренно) ставят эксперименты по изучению влияния мощнейших (хоть и кратковременных) импульсов на здоровье человека.

Чтобы понять, что такое аморфный металл, в данном случае следует подробно рассмотреть сами метки, закладываемые продавцами в упаковки с товаром.

На рис. 1.8 представлена акустомагнитная метка.

Рис. 1.8 Акустомагнитная метка противокражной системы

Каждый из нас многократно видел и даже держал в руках эти полоски. Попробуем разобраться – как они устроены.

♦ Если оторвать от упаковки товара противокражную метку и рассмотреть ее с обратной стороны, за полупрозрачной пластмассой можно увидеть металлическую полоску.

♦ Если разрезать метку, то можно извлечь 3 металлические полоски: две из аморфного металла (они более блестящие) и одну из обычной ферромагнитной ленты.

На рис. 1.9 показано внутреннее устройство акустомагнитных меток.

Рис. 1.9. Внутреннее устройство акустомагнитных меток

Акустомагнитные электронные устройства среди всех противокражных систем, являются наиболее вредоносно действующими на здоровье человека. Ультразвуковые частоты, которые излучают их антенны, соизмеримы по частотам с некоторыми биологически активными частотами. Пиковая же мощность излучения может измеряться киловаттами.

Выводы делайте сами.

В любом случае, при проходе через «охранные ворота» старайтесь не задерживаться (дабы не получить дозу излучения), и в частности, если система сигнализации сработала (слышен сигнал тревоги), старайтесь выйти из зоны непосредственно влияния антенн, а уже потом разбирайтесь с причиной «сработки» сигнализации.

К сожалению, часто можно видеть обратную картину. Например, срабатывает сигнализация при проходе пожилой женщины через «ворота» системы EAR. Покупательница, услышав сигнал тревоги, недоумевая о причинах такого внимания к ней электроники, останавливается в «воротах» и ждет, пока к ней подойдут охранники. Все это время она находится под облучением высокой мощности, влияние которого на организм человека фундаментально не изучено.

Эти же рекомендации касаются и другого аспекта: старайтесь как можно меньше проходить через эти ворота даже тогда, когда охранники требуют это сделать ввиду поиска активной метки, находящейся где-то на товаре, который вы только что купили. Лучшим решением может быть показ им всех купленных вещей, и пронос через ворота этих вещей по отдельности.