Введение
Инфракрасный «сторож» для дачи особенность которого состоит в том, что он подает сигнал тревоги, когда нарушитель еще только подходит к дому. Использование сторожевых устройств с датчиками, располагаемыми внутри охраняемого помещения (проволочные шлейфы, ультразвуковые и СВЧ датчики объема, датчики разбивания стекла и др.) для охраны загородного дома малоэффективно. Если сигнализатор сработал, то это означает, что “гость” уже внутри, т.е. либо выломана дверь, либо выбита рама, либо разобрана крыша.
Для охраны дачи более подходит устройство упреждающего действия, способное срабатывать и включать сигнализацию, когда нарушитель только подошел к дому. Такой «сторож» состоит из нескольких ИК датчиков движения LX01 наружного исполнения, электронного блока и исполнительных устройств.
1 Описание принципа работы схемы электрической принципиальной
Инфракрасный «сторож» для дачи изготовил, особенность которого состоит в том, что он подает сигнал тревоги, когда нарушитель еще только подходит к дому. Использование сторожевых устройств с датчиками, располагаемыми внутри охраняемого помещения (проволочные шлейфы, ультразвуковые и СВЧ датчики объема, датчики разбивания стекла и др.) для охраны загородного дома малоэффективно. Если сигнализатор сработал, то это означает, что «гость» уже внутри, т.е. либо выломана дверь, либо выбита рама, либо разобрана крыша.
Для охраны дачи более подходит устройство упреждающего действия, способное срабатывать и включать сигнализацию, когда нарушитель только подошел к дому. Такой «сторож» состоит из нескольких ИК-датчиков движения LX01 наружного исполнения, электронного блока и исполнительных устройств.
Рисунок 1.1- ИК-датчик подвешенный под крышу дома
Эти ИК-датчики (китайского производства, продаются в магазинах электротоваров) рассчитаны на управление сетевой нагрузкой мощностью до 500 Вт. В простейшем варианте достаточно четырех датчиков, по одному на каждую стену дома. Каждый датчик крепят, согласно прилагаемой инструкции, под свесом крыши и фиксируют в таком положении, чтобы он «видел» всю стену и прилегающую к ней поверхность земли. При высоте датчика над землей 3…4 м длина контролируемой зоны вдоль стены – 10…15 м (Рисунок 1.1). Датчики рассчитаны на питание переменным напряжением 180…240 В. Питание датчиков в «стороже» предусмотрено непосредственно от сети, но в целях повышения безопасности эксплуатации их общую точку необходимо соединить с нулевым сетевым проводом. Нагрузкой каждого из датчиков служит обмотка малогабаритного реле переменного тока.
Особенность сетевых ИК-датчиков – большая регулируемая (от 5 с до 12 мин) длительность выходного сигнала, т.е. время, на которое включается лампа согласно инструкции к датчику. Но из-за столь продолжительного выходного сигнала датчик оказывается непригодным для работы в «стороже». Дело в том, что при параллельном включении датчиков один сработавший блокирует остальные на время действия выходного сигнала. Минимальная длительность этого сигнала не должна превышать 1 с.
Принципиальная схема электронного блока «сторожа» показана на Рисунке 1.2. Входная часть представляет собой 85канальный узел обработки входных сигналов. Все каналы одинаковы по схеме и характеристикам. На триггере Шмитта DD1.1 собрано устройство, предотвращающее сбои в работе «сторожа» из-за дребезга контактов реле К1, а на элементе DD3.1 – формирователь коротких импульсов, представляющий собой одновибратор, который вырабатывает выходные импульсы длительностью 0,1 с.
Сигналы с выхода каналов поступают на логическое устройство DD5.1, DD5.2, DD6.1 и далее на вход счетчика импульсов DD7 и триггера, собранного на элементах DD6.3, DD6.4. Первый же импульс переключит триггер, и на его выходе (на выводе 10 элемента DD6.3) появится напряжение высокого уровня, разрешающее прохождение импульсной последовательности частотой 1 Гц через элемент DD8.1 с генератора, выполненного на «часовом» счетчике DD12.
Секундные импульсы поступают на вход счетчика DD9, DD10. Через 20 с, если переключатель SA2 установлен в среднее положение, на выходе 2 счетчика DD10 появляется высокий уровень, обнуляющий счетчики DD7, DD9, DD10 и возвращающий триггер DD6.3, DD6.4 в исходное состояние (в положении 1 переключателя это произойдет через 10 с, а в положении 3 – через 30 с).
В том случае, когда в течение 20 с с ИК-датчиков поступит, например, не менее трех импульсов, на выходе 3 счетчика DD7 (переключатель SA1 в положении 2) появляется высокий уровень, вызывающий переключение триггера на элементах DD11.3, DD11.4, формирующего управляющее напряжение UУПР2 высокого уровня. Этот сигнал служит командой на включение сигнального устройства – звукового (сирена) или светового (прожектор). В положении 1 переключателя SA1 сигнал UУПР2 появится с приходом второго импульса с ИК датчиков, а в положении 3 – четвертого.
Через 40 с (в указанном на схеме положении переключателя SA3) сигнальное устройство отключается и система снова возвращается в дежурный режим. Длительность сигнала тревоги можно изменять переключателем SA3. В положении 2 она равна 30 с, в положении 3 – 20 с и в положении 4 – 10 с.
В сельской местности нередки кратковременные отключения сетевого напряжения. Одна из особенностей используемых ИК-датчиков состоит в том, что при подаче питания они вновь вырабатывают выходной импульс, который в рассматриваемой ситуации является ложным. Чтобы избежать срабатывания «сторожа» при подаче питающего напряжения, а также для того, чтобы дать хозяину возможность без спешки включить «сторож», выйти из помещения и запереть двери, предусмотрена одноминутная задержка перехода системы в дежурный режим с момента ее включения. Эта блокировка входной части «сторожа» обеспечена подачей минутного импульса низкого уровня с выхода триггера на элементах DD13.2, DD13.3 (с вывода 4 элемента DD13.2) на управляющие входы микросхем К561ЛС2 (выводы 9, 14).
Тактирующий генератор собран на микросхеме К176ИЕ12 по стандартной схеме. Узел на элементах DD8.2, DD8.3, транзисторе VT1 служит для подачи предупреждающего звукового сигнала немедленно после срабатывания ИК- датчика. Сигнал представляет собой звуковые импульсы тональной частоты 1024 Гц, следующие с частотой 1 Гц. Необходимые импульсные последовательности снимают с выходов счетчика DD12.
Управляющее напряжение UУПР1, снимаемое с выхода триггера DD6.3 и DD6.4, удобно использовать для включения света в доме по первому срабатыванию одного из ИК-датчиков, т.е. если датчики зафиксировали кого - либо вблизи дома, раздается тихий звуковой сигнал и в комнатах включается свет. Если пришелец не уходит, то через некоторое время включаются мощная сирена и прожектор.
Использованные в «стороже» ИК-датчики имеют переключение «День»/»Ночь». Иначе говоря, можно установить систему на работу только в ночное время. Можно блокировать на день те датчики, которые работают на солнечной стороне дома и поэтому могут давать ложные срабатывания на посторонние излучения. На некоторые датчики целесообразно надеть устройства, ограничивающие угол обзора.
Датчики нечувствительны к свету из окон и перемещениям человека внутри помещения (если окна закрыты). Несмотря на то что по инструкции к датчикам их нижняя температурная граница работоспособности соответствует 10 С0, они нормально работают и при 20 С0.
Рисунок 1.2 - Схема инфракрасного сторожа
2 Техническое задание
2.1 Наименование и область применения
ИК-датчики (китайского производства, продаются в магазинах электротоваров) рассчитаны на управление сетевой нагрузкой мощностью до 500 Вт. В простейшем варианте достаточно четырех датчиков, по одному на каждую стену дома. Каждый датчик крепят, согласно прилагаемой инструкции, под свесом крыши и фиксируют в таком положении, чтобы он «видел» всю стену и прилегающую к ней поверхность земли. При высоте датчика над землей 3…4 м длина контролируемой зоны вдоль стены – 10…15 м. Датчики рассчитаны на питание переменным напряжением 180…240 В. Питание датчиков в «стороже» предусмотрено непосредственно от сети, но в целях повышения безопасности эксплуатации их общую точку необходимо соединить с нулевым сетевым проводом. Нагрузкой каждого из датчиков служит обмотка малогабаритного реле переменного тока.
2.2 Основания для разработки
Основанием для разработки послужила подготовка к курсовой работе.
2.3 Цель и назначение разработки
Целью разработки является модификация и улучшение характеристик и параметров устройства.
2.4 Источники разработки
Источником информации по теме разработки, является статья «ИК «Сторож» для дачи» из журнала «Радио» номер 03 за 2005 год, автор статьи – Б. Савченко , г. Санкт-Питербург.
2.5 Требования к качеству продукции
2.5.1 Патентно-правовые требования
Обеспечить патентную чистоту в отношении России и стран ближнего Зарубежья.
2.5.2 Состав и требования к конструктивному устройству
Принципиальная схема электронного блока «сторожа» показана на рисунке 1.2. Входная часть представляет собой 85 канальный узел обработки входных сигналов. Все каналы одинаковы по схеме и характеристикам. На триггере Шмитта DD1.1 собрано устройство, предотвращающее сбои в работе «сторожа» из-за дребезга контактов реле К1, а на элементе DD3.1 – формирователь коротких импульсов, представляющий собой одновибратор, который вырабатывает выходные импульсы длительностью 0,1 с.
В том случае, когда в течение 20 сек с ИК-датчиков поступит, например, не менее трех импульсов, на выходе 3 счетчика DD7 (переключатель SA1 в положении 2) появляется высокий уровень, вызывающий переключение триггера на элементах DD11.3, DD11.4, формирующего управляющее напряжение UУПР2 высокого уровня. Этот сигнал служит командой на включение сигнального устройства – звукового (сирена) или светового (прожектор).
2.5.3 Требования к исходным и эксплуатационным материалам
Приемник собран в корпусе, который спаян из двухстороннего фольгированного материала толщиной 2 мм. Детали корпуса соединяют пайкой.
2.5.4 Показатели назначения, энерго- и ресурсосбережения
Частотный диапазон приема сигнала любительских радиостанций 145... 146 МГц. Масса прибора 850 грамм. Вид исполнения переносной. Чувствительность приемника приблизительно 10...15 мкВ. Для обеспечения ресурсосбережения необходимо отказаться от использования дорогостоящих, дефицитных материалов. Устройство выполнено на распространенных элементах, которые подвержены взаимозаменяемости и ремонтопригодности.
2.5.5 Требования к надежности
Гарантийный срок работы приемника составляет 12 месяцев. Расчетный срок эксплуатации прибора – 5 лет.
2.5.6 Технологические и метрологические требования
Устройство не содержит оригинальных элементов. Метрологических требований к устройству не предъявляется.
2.5.7 Требования к уровню унификации и стандартизации
Коэффициент стандартизации равен 1. Коэффициент унификации равен 1. Коэффициент взаимозаменяемости равен 1.
2.5.8 Условия эксплуатации, требования к техническому обслуживанию
Температура – от 100С до 400С. Влажность – до 90%.
2.5.9 Требования к маркировке и упаковке
Упаковка имеет средства защиты против попадания на изделие пыли и посторонних мелких частиц. Упаковочный материал обладает достаточной для погрузки и транспортировки прочностью. Маркировка содержит: название и торговую марку, условное обозначение модели изделия, технические характеристики, серийный номер.
2.5.10 Требования к транспортированию и хранению
Транспортировка данного изделия может производиться любым видом транспорта. Упакованное изделие транспортируются исключительно в закрытом транспорте. Хранить в месте, не содержащем токопроводящей и абразивной пыли, агрессивных паров и газов в концентрациях разрушающих металлы и изоляцию. Габаритные размеры упаковочного изделия не более 106 х 61 х 43 мм.
2.5.11 Требования к категории качества
Устройство должно соответствовать первой категории качества.
2.5.12 Эргономические и эстетические требования
Внешний вид устройства должен отвечать современным требованиям к аппаратуре. Корпус изделия, изготовленный из фольгированного изоляционного материала, представляет собой конструкцию, выполненную в форме прямоугольного параллелепипеда. Цвет корпуса может быть различным.
2.5.13 Требования к экологичности и безопасности
Устройство бесшумное и не вибрирующее. Не выбрасывает вредных веществ в окружающую среду. Уровень вредных излучений низок, что соответствует качеству большинства бытовой техники. Устройство полностью безопасно для человека.
2.5.14 Дополнительные требования
Дополнительных требований не предъявляется.
2.6 Технико-экономические показатели
Данное устройство купить очень легко, так как оно пользуется большой популярностью у людей имеющих дачи и частные дома. На данный момент цена на устройство варьирует от 500 до 5000 рублей в зависимости от выбора «борьбы с гостями».
2.7 Стадии и этапы разработки
Разработка изделия проводится в несколько стадий:
− техническое задание (ТЗ);
− техническое предложение (ТП);
− эскизный проект (ЭП);
− технический проект (ТП);
− рабочий проект.
2.8 Порядок контроля и приемки
Сроки предоставления опытного образца изделия с начала его разработки составят 1 месяц.
3 Разработка конструкции устройства
3.1 Метод изготовления печатной платы
Основные технологические методы изготовления печатных плат: субстрактивный; аддитивный; полуаддитивный; комбинированный. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. В данной работе следует выбрать комбинированный метод изготовления печатной платы. Комбинированные методы объединили в себе все особенности других методов (субстрактивный, аддитивный, полуаддитивный). В зависимости от последовательности операций формирования печатных проводников и металлизированных отверстий различают комбинированный позитивный и комбинированный негативный методы. Названия эти способы получили от фотошаблона, применяемого при создании защитного рельефа: в первом случае при экспонировании рисунка используется негатив (относительно защитного рельефа) печатной схемы, во втором – позитив. Используем Тентинг-метод. Метод является усовершенствованием комбинированного позитивного метода. В позитивных методах травление проводящего рисунка осуществляется после металлизации отверстий. За основу, как и в негативном методе, берется фольгированный материал и на станке с ЧПУ сверлятся отверстия, в которые затем подвергаются предварительной тонкой гальванической металлизации. Далее на всю поверхность платы наносится и проявляется с помощью позитивного (относительно защитного рисунка) фотошаблона слой фоторезиста. В этом случае пробельные места платы остаются покрытыми фоторезистом, а на участках проводников, свободных от фоторезиста, и в отверстиях с тонким слоем металлизации проводится основная гальваническая металлизация. Таким образом, проводящим материалом покрыты участки проводников и внутренняя поверхность отверстий. Затем на проводящем слое осаждается металлорезист. С пробельных мест платы удаляется фоторезист, обнажившаяся поверхность платы с тонкой металлизацией вытравливается, а затем с участков проводников удаляется металлорезист. Суть тентинг-метода заключается в том, что вместо металлорезиста используется прочный сухой пленочный фоторезист. Он позволяет надежно закрыть и защитить проводники и особенно отверстия от травильных растворов при травлении слоя тонкой металлизации. Основное достоинство метода состоит в сокращении производственных затрат на осаждение и удаление металлорезиста. Недостатки: меньшая трассировочная способность за счет увеличения размеров контактных площадок под отверстия с целью надежного покрытия отверстий пленочным фоторезистом.
Для разработки данного устройства был выбран комбинированный метод, так как все детали «Сторожа» смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Данный метод является более надежным, экологически чистым и имеет небольшие производственные затраты, в отличие от субстрактивного метода, в котором также используется фольгированный материал в качестве основания печатной платы