Текст книги "Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем"

В пылесосе индикаторная лампа установлена на корпусе. При переносе датчика пыли в корпус вытяжки Bright (или аналогичной) лампу также выводят на переднюю панель – для визуального контроля загрязненности внутренних фильтров.

Куда в вытяжку поставить датчик и индикатор? Сам датчик пыли CG-P1 устанавливается внутри корпуса вытяжки в любом удобном месте так, как это представлено на рисунке 1.16.

Рис. 1.16. Установка датчика пыли CG-P1 внутри вытяжки Bright

Для установки датчика пыли и индикатора в кухонную вытяжку открывают ее нижнюю крышку корпуса с фильтром типа KR-60.

Что лучше не делать: не рекомендуем использовать в кухонной вытяжке, оснащенной фильтром S-класса, малоэффективные многоразовые тканевые пылесборники: чем хуже очистка воздуха, тем раньше выйдет из строя фильтр.

С помощью шуруповерта сверлят отверстие под крепление датчика и неонового индикатора, затем с помощью одного самореза устанавливают (фиксируют) датчик недалеко от входящего раструба всасывающего вентилятора вытяжки.

Трубку всасывания воздуха располагают непосредственно перед всасывающим раструбом (для этого потребуется снять круглый угольный фильтр вытяжки) и фиксируют полоской скотча.

Вот теперь доработка кухонной вытяжки может считаться законченной.

Аналогичным образом датчик пыли с индикатором можно добавить в другие промышленные и самодельные устройства. Например, можно сделать автоматическую вытяжку для паяльной станции в домашней лаборатории.

1.4. Чувствительный аудио-и видеоусилитель своими руками

Этот материал будет полезен тем, кто занимается применением схем видеоконтроля на ограниченном участке. Касаясь возможных вариантов обеспечения охраны в замкнутых помещениях, я замечал, что не всегда рентабельно нанимать физическую охрану. Во многих случаях вполне эффективно, зло и дешево будет действовать электронная система. В пользу такого подхода говорит и тот аргумент, что электроника не подвержена настроению, состояниям апатии или депрессии, иногда свойственным людям. Конечно, при принятии решения и выборе системы охраны для своего имущества или контроля объектов руководителю следует учитывать все аспекты. Я же могу на этих страницах вести речь только о тех или иных вариантах, освещать положительные и отрицательные качества той или иной схемы, устройства, подхода. Причем положительные качества одной и той же схемы могут оказаться отрицательными или нейтральными в том или ином варианте ее применения. Поэтому все зависит от конкретных задач и конкретных специалистов технических подразделений.

На рисунке 1.17 показана общая блок-схема взаимодействия устройств. Как правило, устройства видеоконтроля помещений состоят из видеодатчика (электронного глазка), видеоусилителя и монитора.

Рис. 1.17. Блок-схема взаимодействия устройств при появления в зоне ответственности объекта

Устройства контроля звукового пространства (шума) состоят из высокочувствительных звуковых микрофонов, усилителей с большим коэффициентом усиления и оконечных УНЧ, замыкающихся на динамические головки.

В обоих случаях (и аудио-, и видеоконтроля) необходимо присутствие человека-оператора, который наблюдает за монитором, динамиками, таким образом контролируя охраняемую зону. Иметь такого работника-охранника, который занимается только этим вопросом, я считаю не эффективным.

Поэтому было разработано специальное устройство, автоматически включающее приборы отображения информации (мониторы и усилители) при нарушении внешних параметров контролируемой зоны. При включении монитора устройство автоматики (блок управления) издает короткий звуковой сигнал для привлечения внимания находящегося по близости человека.

После установки этого прибора удалось сократить финансирование одного охранника, а небольшие дополнительные функции реагирования на аудио-, видеодатчики можно поручить секретарю. На самом деле это лишь один вариант применения схемы автоматического блока управления.

На практике вариантов всегда несколько, но одно неоспоримо – никому не нужно все время сидеть и наблюдать за монитором – он включится по необходимости сам.

Устройство может применяться как в частных домах (жилых помещениях), так и на промышленном (коммерческом) производстве. В коммерческих и производственных структурах физическая охрана, возможно, более оправданна, так как экономить на охране, если есть что охранять, чревато. А в домашних условиях такая схема показала себя весьма эффективной, удобной и не требует к себе практически внимания.

На рисунке 1.18 показана электрическая схема автоматического включения устройств отображения видеосигнала при импульсе с контролируемого объекта.

Устройство стабильно работает, обеспечивая автоматический аудио-видеоконтроль помещения перед входной дверью квартиры. Рассмотрим вариант видеоконтроля (рис. 1.18). С промышленного «видеоглазка», установленного в торце квартирной двери (см. блок-схему на рис. 1.17), который включен постоянно, любым экранированным кабелем (можно применять и РК-75) видеосигнал поступает на видеоусилитель, модулятор и далее – на видеодетектор, который включает реле К1 при изменениях видеосигнала.

Рис. 1.18. Электрическая схема автоматического включения устройства

Видеоусилитель имеет регулировку усиления на переменном резисторе R3, который следует подобрать с линейной характеристикой.

Транзисторы VT1-VT5 с большим коэффициентом усиления можно заменить на КТ373А,Б, КТ342В, КТ3102Б. Усилитель работоспособен при колебаниях напряжения питания 9-12 В. Режимы смещения транзисторов VT1 и VT2 следует установить так, чтобы на базе VT1 уровень напряжения был 5,5 (±5 %) В, на его эмиттере – 5 В, на базе VT2 напряжение 4,5 В, на эмиттере– 3,8 В (±5 %).

Видеоусилитель можно исключить из схемы, если уровень выходного сигнала с видеодатчика находится в пределах 0,8–1 В.

Точка А в схеме является входом индикатора модуляции на транзисторах VT6, VT7 и входом детектора видеосигнала.

Транзисторы VT6, VT7 можно заменить на КТ312А-В. Уровень чувствительности схемы выбран таким, что светодиод HL1 сигнализирует о наличии модуляции – изменения в общем фоне видеосигнала.

Видеодетектор на транзисторах VT3-VT5 управляет реле и монитором в зависимости от видеосигнала на входе (точка А). Поступающие импульсы открывают транзистор VT3 и запирают транзистор VT4.

На RC-цепочку задержки, реализованную на элементах R1 °C7, проходит постоянная составляющая напряжения, конденсатор C7 быстро заряжается, создается напряжение прямого смещения на базе транзистора VT5, он открывается и коммутирует реле. Диод VD3 служит препятствием бросков обратного напряжения и устраняет дребезг контактов реле. Когда активные видеоимпульсы в точке А пропадают и транзистор VT4 открывается, реле остается включенным, пока не разрядится конденсатор C7. Так обеспечивается задержка времени выключения монитора.

При указанных на схеме номиналах C7 и R10 и напряжении питания +12 В задержка выключения монитора составит примерно 1,5 минуты. Задержка времени выключения монитора необходима для более эффективного контроля. Переключателем S1 можно вручную установить режим работы монитора постоянным.

Конденсаторы C5, C6 фильтруют помехи по питанию. В качестве реле К1 используется любое маломощное реле на напряжение срабатывания 10–12 В с двумя группами контактов или два реле типа РЭС 15, РЭС10, РЭС55 (на напряжение питания 10–12 В), включенные параллельно. Первой группой контактов К1.1 замыкается цепь питания видеомонитора. Второй группой контактов К1.2 управляется схема дополнительного устройства, к примеру, кратковременного звукового сигнала.

Одновременно с включением видеомонитора устройство издает кратковременный звуковой сигнал на 2–3 с для привлечения внимания людей к ситуации. Достоинством схемы, кроме описанных выше, можно назвать реальную экономию ресурса монитора. Недостатком такого схемного решения является необходимость постоянного освещения контролируемой зоны, для того чтобы видеодатчик эффективно реагировал на изменения в пространстве.

Если достаточно только видеоконтроля, схему акустического автомата можно исключить. Однако следует иметь в виду, что она будет незаменимой в той ситуации, когда обеспечить освещенность контролируемого участка для нормальной работы видеодатчика не представляется возможным.

Как вариант, в другом исполнении, в качестве исполнительного элемента-нагрузки к устройству аудиодетектора и задержки выключения можно подключить саму лампу освещения лестничной клетки. Тогда можно эффективно экономить свет и ресурс лампы освещения – ведь она будет загораться и автоматически гаснуть, только когда на лестничную клетку зайдут люди, нарушив нейтральный звуковой фон.

Устройство не содержит дорогих или дефицитных деталей, не требует настройки и при правильном монтаже начинает работать сразу. Схемы задержки выключения монитора и кратковременного звукового сигнала подробно описаны в радиолюбительской литературе, в том числе автором, и имеют известные принципы работы.

Каждый радиолюбитель способен повторить и даже расширить предлагаемый вариант автоматического помощника, сигнализирующего световым сигналом о наличии в почтовом ящике какой-либо корреспонденции. Теперь, после сборки этого устройства, нет необходимости заглядывать в почтовый ящик постоянно, а только тогда, когда установленный на его корпусе мигающий светодиод сигнализирует о том, что в ящике что-то есть. При наличии любой почтовой корреспонденции светодиод будет периодически включаться (мигать) и привлекать внимание.

При изъятии почтовой корреспонденции устройство автоматически переходит в исходное состояние ожидания. Устройство может быть полезно везде, где есть почтовые ящики.

Такое устройство пока не способно бороться с многочисленными печатными листовками и рекламой, ежедневно засоряющими наши ящики. Устройство-сигнализатор будет реагировать на любую корреспонденцию в почтовом ящике. Но, вероятно, создание устройства, которое автоматически определяло бы фактуру бумаги и отличало листовки от газет, журналов и писем, не за горами.

Рис. 1.18. Блок схема, иллюстрирующая работу устройства

На рисунке 1.19 показана блок-схема, построенная по принципу эхолота. Это морской прибор, замеряющий глубину и расстояние в воде до других объектов.

1.5. Электронный информатор о наличии новой корреспонденции в почтовом ящике

Мы по привычке периодически заглядываем в почтовый ящик. Однако процесс проверки почты можно автоматизировать с помощью электроники.

В морском эхолоте излучением являются звуковые колебания с различной длиной волны.

В радиолюбительской технологии построение такого чувствительного прибора достаточно усложнено. Применение оптических датчиков, напротив, не сопряжено с большими затратами, и схемы на их основе могут быть реализованы в лаборатории радиолюбителя.

Монтажная плата с элементами устройства находится в пластмассовом корпусе, например от элементов питания к китайской игрушке (для этого подходит любой корпус размером 30x60x20 мм). Его можно прикрепить клеем «Супермомент-гель» так, чтобы он надежно зафиксировался на дне почтового ящика (вариант подходит как для деревянного исполнения почтового ящика, так и для металлического).

Вне корпуса– только датчик U1, светодиод HL1 и геркон SF1. Светодиод закрепляется на внешней стенке корпуса почтового ящика.

Отражатель и приемник сигнала – один прибор – оптопара U1. Она аккуратно тем же клеем закрепляется на одной из внутренних стенок ящика так, чтобы рабочие поверхности прибора («окно») были направлены на противоположную внутреннюю стенку ящика.

Буквально одна капля клея с тыльной стороны наносится на керамический корпус оптопары, затем оптопара прижимается к стенке ящика. При этом нужно следить, чтобы клей не попал на рабочую поверхность оптрона.

Напротив чувствительной поверхности оптопары, на противоположной внутренней стенке ящика, тем же клеем фиксируется отрезок зеркала для отражения сигнала оптопары размером 60x40 мм.

Геркон с группой контактов на замыкание (типа КЭМ-1) монтируется тем же клеем на внутреннюю сторону корпуса почтового ящика так, чтобы магнит, закрепленный напротив геркона на подвижной крышке ящика, при закрытой крышке (совмещении) оказывал четкое влияние на геркон своим магнитным полем. Тогда при закрытой крышке контакты геркона SF1 будут нормально замкнуты, а при открывании крышки ящика (для забора почты) – размыкаться.

Благодаря этому узлу устройство будет переустанавливаться в исходное состояние каждый раз при открывании почтового ящика. Таким образом, для вмонтирования предлагаемого устройства разбирать почтовый ящик нет необходимости.

Принцип действия устройства следующий (рис. 1.19): от передатчика сигналов луч уходит в пространство. В плоскости параллельно передатчику расположены фотоприемники, также обращенные в пространство.

При отсутствии объекта – почтовой корреспонденции – энергия, излучаемая светодиодом, попадает на зеркальную поверхность, отражается от нее и затем попадает на чувствительную поверхность фотоприемников.

При появлении бумажной и любой незеркальной корреспонденции в почтовом ящике световой сигнал не отражается, а поглощается новым предметом (почтой).

Отраженный сигнал не улавливается фотоприемниками, вследствие этого на управляющую схему поступает импульс.

Практикой установлено, что устройство может эффективно реагировать на расстоянии до отражающего объекта до 25 см.

Почтовый ящик имеет ширину не более 80 мм, поэтому данный узел работает стабильно. Конструкция почтового ящика защищает рабочую поверхность оптопары от внешнего светового воздействия

По такому принципу реализован специальный датчик отражения сигнала (электрическая схема рис. 1.20).

Оптопары АОР113А и АОРС113А, которые можно взаимно заменять с учетом разной цоколевки выводов,

представляют собой позиционно чувствительные устройства, содержащие излучатель и дифференциальный фоторезистор (с отводом от средней точки), помещенные в один керамико-металлостеклянный корпус с прозрачным окном для вывода генерируемого и приема отраженного излучений.

АОРС113А имеет в своем корпусе два однотипных прибора типа АОР113А.

Позиционная чувствительность при номинальном входном токе управления I_вх = 10 мА и напряжении на фоторезисторе 10 В– не менее 2 мкА/мкм. АОР113А контролирует одну координату, а АОРС113А, соответственно, две.

Предельный входной ток каждой оптопары /_{вх max} = 20 мА. Входное напряжение U_{вх max} = 20 В. Диапазон рабочей температуры 1-50 °C.

Оптопары можно подключать параллельно, соответственно, параллельно включаются излучающие диоды и фотоприемники, что обеспечивает большую по сравнению с классическим включением, чувствительность и позволяет контролировать большую площадь поверхности.

Рис. 1.20. Электрическая схема устройства

В основе схемы – популярная микросхема КР1006ВИ1.

Она включена несколько нестандартно, относительно классического стиля. Однако такой подход позволил упростить схему и оставить ее без каких-либо коммутационных узлов. Мощный выход микросхемы позволяет подключать в виде нагрузки другие узлы с током потребления до 200 мА. Устройство является защелкивающимся, и в нем предусмотрен сброс в исходное состояние.

Излучающий светодиод оптопары подключен к питанию постоянно. Пока на приемные фоторезисторы оптопары U1 приходит отраженный от зеркальной поверхности сигнал, на выходе (вывод 3 DA1) – низкий уровень. Светодиод не активен.

Как только фоторезисторы оптопары перестают принимать отраженный световой поток излучающего диода U1, сопротивление фоторезисторов оптопары многократно увеличивается, импульс проходит через оксидный конденсатор С1 и запускается микросхема DA1. Вход 2 является очень чувствительным даже для малых изменений входного напряжения. Эта чувствительность может корректироваться переменным резистором R2. Внутренний триггер микросхемы перебрасывается в другое устойчивое состояние, и на выводе 3 оказывается высокий уровень напряжения. Он является разрешением на работу светодиода HL1.

Высокий уровень на выходе микросхемы DA1 сохраняется до тех пор, пока не будет (хотя бы кратковременно) разорвана цепь питания устройства или не разомкнуты контакты геркона SF1.

Также при подаче низкого уровня на вывод 4 DA1 на выходе микросхемы устанавливается исходный низкий уровень напряжения.

Устройство в налаживании не нуждается. Особенность оконечного узла устройства – в блокировке состояния.

Благодаря применению в устройстве таймера КР1006ВИ1 впоследствии, даже если начальное состояние датчика оптопары будет восстановлено (в контролируемой зоне исчезнет почтовый предмет, например, будет вытащен из ящика кем-то за уголок), светодиод активен до тех пор, пока не будет разорвана цепь питания устройства герконом SF1. Вместо светодиода можно включить зуммер (например, FMQ-2015B, FMQ-2724). Тогда ток потребления узла незначительно возрастет, но прибавится звуковая сигнализация.

О деталях и монтаже. Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,25. Неполярные конденсаторы – КМ6Б.

Переменный резистор – R1 типа СПО-1 или аналогичный.

Геркон – SF1 (КЭМ-1, КЭМ-2 или любой другой с контактами на замыкание).

Светодиод HL1– мигающий, может быть заменен на L816BRSC-B, L-56DGD или любой аналогичный. Источник питания стабилизированный, трансформаторный, рассчитанный на ток не менее 0,1 А.

Из-за применения современной элементной базы ток потребления очень мал – он составляет 3–4 мА в режиме ожидания и 12–15 мА – в режиме световой индикации, поэтому для питания устройства можно использовать автономное питание (батарейки, аккумуляторы).

Напряжение питания устройства может находиться в диапазоне 6-15 В.

В схеме, с небольшой доработкой, можно применять диодную оптопару с открытым оптическим каналом отражательного типа АОД111А. Однако этот тип имеет худшие, по сравнению с АОРС113А, характеристики. Для обеспечения высокой чувствительности (с АОД111А) необходимо усилить входные каскады схемы.

Такой электронный узел может быть повторен даже начинающими радиолюбителями.

Кроме этого существует множество других вариантов использования оптопар с открытым оптическим каналом (например, датчик пульса, охранные системы инициализации и др.).

На рисунке 1.21 представлена новая электрическая схема для подобных устройств. Ее прототип – специальный прибор охраны денежных знаков – использовался длительное время в антикриминальной системе безопасности кассиров и контроля в банках и крупных торговых точках. Но все же устройство на рисунке является радиолюбительской разработкой, хотя и имеет в себе все функции специального охранного узла.

Рис. 1.21. Электрическая схема второго варианта устройства

Устройство реализовано всего на нескольких элементах, не требует налаживания и работает надежно в режиме постоянного подключения к источнику питания.

Необходимо лишь следить за тем, чтобы источник питания не подводил.

Охрана материальных средств в крупных торговых и коммерческих предприятиях[1]1
  Сегодня такие устройства охраны и сигнализации уже в большинстве своем сняты с «боевого дежурства» и заменены более совершенными, поэтому рассказ об их действии не наносит вреда заинтересованным службам, а в нашем варианте показательно иллюстрирует аналогичным образом построенную работу предлагаемого на рисунке охранного устройства.


[Закрыть] происходит так: рядом с кассиром-операционистом, не привлекая особого внимания, находится муляж пачки купюр (может быть любого номинала), перевязанный в соответствии с правилами банка (по 100 купюр в пачке).

Внутри этой «куклы» установлен пиропатрон (имеющий в себе несмываемую краску (как правило, красную), геркон и автономный источник питания – элемент на 1,5–3 В. Тут же рядом к плоскости стола на тонкой пластмассовой подставке надежно крепится небольшой магнит. Если геркон находится под воздействием магнитного поля (от магнита) – это нормальное состояние сигнализатора.

Если геркон уходит из зоны сильного магнитного поля (это происходит при смещении «куклы», например, в случае ограбления), его контакты замыкаются, по цепи течет электрический ток от автономного источника питания, происходит воспламенение порохового заряда пиропатрона, как следствие – громкий «хлопок», и поток несмываемой краски устремляется в разные стороны.

Принцип действия этого устройства можно использовать и в радиолюбительских новаторских узлах. В предложенной схеме заложен обратный механизм работы устройства. При отсутствии предмета в зоне контроля устройство воспринимает такое состояние как нормальное. При внезапном, даже кратковременном появлении какого-либо предмета вблизи датчика U1 устройство переходит в режим «тревога» с фиксацией этого положения.

Налаживание и настройка

В качестве датчика смещения предмета удобно использовать оптопару с открытым оптическим каналом типа АОР113 или АОРС113. Они имеют сходные параметры и отличаются друг от друга наличием соответственно одной или двух координат контроля. В качестве звукового излучателя применен готовый зуммер.

Указанный на схеме зуммер можно заменить FMQ-2015B, 1205EXP или другими аналогичными приборами, уверенно срабатывающими при приложенном постоянном напряжении 1-12 В, потребление тока в которых находится в пределах 50 мА.

Если у радиолюбителя возникают трудности с приобретением готового зуммера, его можно изготовить самостоятельно, собрав любой степени сложности генератор звуковой частоты и нагрузив его на телефонный капсюль или динамическую головку (либо пьезоэлектрический излучатель). Кроме того, хорошие результаты получаются, если использовать в качестве BZ1 зуммер от старых электромеханических будильников типа «Слава». Вместо зуммера можно использовать и другую соответствующую нагрузку.

Особое внимание следует уделить датчику – оптрону с открытым оптическим каналом. Поскольку излучатель – внутренний светодиод и фотоприемник – 2 фоторезистора с отводом от средней точки расположены в одной плоскости, то контролируемый предмет следует ожидать напротив окна излучения оптрона так, чтобы расстояние между окном излучения-приема сигналов оптрона и контролируемым предметом не превышало 5-10 см. На контролируемый предмет, тот его участок, который непосредственно будет принимать и отражать сигнал с оптрона, необходимо нанести отражательный слой – наклеить кусочек фольги или зеркала.

В нормальном состоянии световой поток, излучаемый постоянно светодиодом оптрона U1, уходит в пространство и практически не отражается.

Сопротивление внутренних фоторезисторов оптрона постоянному току велико, порядка нескольких единиц МОм. Стабилитрон VD1 оказывается открыт, так как через ограничивающий резистор R2 на VD1 воздействует постоянное напряжение 7–8 В.

Транзистор VT1 также открыт и запирает тринистор VS1.

Тринистор VS1, в свою очередь, в запертом состоянии препятствует току через зуммер BZ1, и последний не излучает звука.

Когда сигнал отражается от поверхности какого-либо предмета (в контролируемую зону что-то помещают, устанавливают, бросают), он возвращается к чувствительным фоторезисторам оптрона. Их сопротивление уменьшается до единиц килоОм, поэтому напряжение на катоде стабилитрона VD1 мало и недостаточно для его открывания.

Переход база – эмиттер транзистора VT1 шунтируется постоянным резистором R4, потенциал базы близок к нулю, и транзистор закрыт. Тогда тринистор VS1 открывается при помощи напряжения, установившегося на управляющем электроде VS1 через постоянный резистор R3. Ток протекает через зуммер, и последний излучает громкий сигнал звуковой частоты.

Особенность оконечного узла устройства – в блокировке состояния. Благодаря применению в устройстве тринистора впоследствии, даже если начальное состояние датчика оптрона будет восстановлено (в контролируемой зоне исчезнет посторонний предмет), тринистор

VS1 останется открытым, и зуммер будет издавать звук до тех пор, пока не будет разорвана цепь питания устройства переключателем SF1.

Для восстановления схемы в исходный режим контроля достаточно разорвать цепь питания узла всего на несколько секунд.