Принципы подбора извещателей разбития стекла

Принципиальными при выборе датчиков разбития стекла являются следующие показатели: Характеристики обслуживаемых стекол- вид, толщина, площадь. Большая часть устройств, представленных на рынке отличаются универсальностью - они подходят для охраны наиболее распространенных в современном строительстве видов стекол, а оптимизация под конкретный тип стекла осуществляется за счет извещателя разбития стекла перед его установкой. Средняя толщина стекол, на которые рассчитаны универсальные датчики - от 2,5 до 8 мм. Существуют также устройства для армированных и многослойных стекол.Дальность действия- характеристика, указывающая на максимальную удаленность датчика разбития стекла от охраняемой зоны. Как правило, этот дальность действия извещателя указывается в техническом паспорте при максимальной чувствительности устройства.Наличие функции антимаскирования. Эта опция защищает извещатели разбития стекла от блокирования нарушителями приемных модулей посредством изоляции от обслуживаемых стекол.Тип электропитания- на современном рынке представлены как датчики разбития стекла с собственными элементами питания, так и шлейфовые устройства, работающие при подключении к сети сигнализации 8-30 В.

Принципы установки извещателей разбития стекла

Датчики разбития стекла устанавливаются на стены охраняемого объекта на высоте около 2 метров - это позволяет снизить вероятность повреждения устройства, а также исключить загораживание извещателя посторонними предметами. Дистанция от поверхности обслуживаемого стекла должна соответствовать указанной в техническом паспорте дальности действия устройства. Перед установкой извещателя разбития стекла следует провести предварительную настройку устройства в охраняемом помещении, чтобы оптимизировать датчик под акустический фон пространства.

Принципиальная схема простейшего охранного устройства.

Принципиальная схема охранного устройства.

Схема подключения датчика.

К гнездам Х1 и Х2 подключается датчик (фольга, геркон и т.д.). Пока через подключенный датчик проходит ток, аналог тринистора на транзисторах VT1 иVT2 закрыт, световой индикаторHL1 погашен. Как только сработает датчик, аналог тринистора перейдет в другое устойчивое положение, световой индикатор зажжется. Попытки привести датчик в исходное состояние не смогут перевести охранную систему в режим дежурства.

Подавление дребезга механических контактов

Непосредственная подача сигналов на входы микросхем от кнопок и переключателей не всегда допустима из-за так называемого "дребезга" _ многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в момент переключения (происходит из-за механического резонанса в течение времени до 40...100 мс).

Нечувствительными к дребезгу являются входы начальной установки триггеров, счетчиков и регистров (обнуление по входам R). В этом случае могут использоваться схемы рис. 1.1.

Подача логических уровней сигнала на счетные входы микросхем требует подавления дребезга _ без этого возможно случайное многократное срабатывание счетчиков.

На рис. 1.2 приведены схемы подавления дребезга с помощью RS-триггера, собранного на отдельных ЛЭ. Варианты приведенные на рис. 1.2в и 1.2г,

Рис. 1.1. Импульсы с дребезгом на контактах

Рис. 1.2. Подавление дребезга при помощи:

а), б) RS-триггера на элементах 2И-НЕ; в), г)RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ

Рис. 1.3. Использование одной микросхемы с четырьмя триггерами для

подавления дребезга

менее помехоустойчивы. Аналогичную схему можно выполнить на RS-триггере микросхемы 561 ТМ2, соединив неиспользуемые входыDи С с 0. Если требуется подавать много сигналов, то лучше воспользоваться мик-

росхемами с четырьмя триггерами в одном корпусе (рис. 1.3). На выходах триггеров 561 ТР2 сигнал лог. "1" появляется на время переключения S1...S4. При этом переключатели независимы друг от друга. Варианты формирователей сигналов на микросхемах 561 ТМЗ, 561 ИР9 и 561ИЕ11 обеспечивают фиксациюcoстояния на выходе лог. "1" после нажатия соответствующей кнопки (остальные выходы обнуляются). Схемы (рис. 1.3б...1.3г) позволяют нажимать поочередна только одну кнопку, а при нажатии двух одновременно запоминается состояние

первой по времени сработавшей кнопки. Цепь из C1-R6 служит для начальной нулевой установки выходов при включении питания. Применение регистра ИР9 позволяет при необходимости иметь на выходах инверсные сигналы, подав на его управляющий вход 2 лог. "0".

Рис. 1.4. Подавление дребезга на триггере с управлением по выходу

Рис. 1.5. Формирование длинного импульса с помощью:

а) триггера Шмитта; б) триггера Шмитта собраннго на ЛЭ

Чаще удобнее использовать кнопки с одной группой контактов. Высокое входное сопротивление КМОП микросхем и относительно высокое выходное (100...1000 Ом) позволяют упростить узел подавления дребезга (рис. 1.4), но такое включение недопустимо для микросхем с повышенной нагрузочное способностью, например 561ЛН1, 561ЛН2, 176ПУ1,176ПУ2 и т. д., так как их выходные токи при закорачивании выхода на общий провод кратковременно могут достигать десятков миллиампер, что снизит надежность устройства, а также создаст импульсные помехи.

Подавление дребезга на контактах возможно с помощью RC-цепи и триггера Шмитта (рис. 1.5). На выходе ЛЭ формируется импульс с крутым фронтом.

Рис. 1.6. Подавление дребезга с задержкой включения и выключения

Для подавления дребезга от кнопки с одной группой контактов могут применяться схемы, приведенные на рис. 1.6. Они аналогичны по принципу работы.

При замыкании кнопки SB1 емкость С1 начинает заряжаться. Постоянная времени цепи заряда (tз=0,7R2С1) выбирается такой, чтобы переключение элемен таD1.1 происходило после прекращения дребезга. При размыканииSB1 процесс перезаряда конденсатора аналогичен, что видно из диаграммы. Схемы на рис. 1.7, кроме подавления дребезга, позволяют получить задержку включения или выключения, если это необходимо, см. диаграммы.

На рис. 1.8 показана схема переключателя на три положения с взаимным выключением на основе трехстабильного триггера. При включении питания лог. "0" с разряженного конденсатора С1 через диод VD1 подается на входы элементовD1.1,D1.2 и на выходах появится лог. "1". Этот сигнал через резисторыR1 иR2 поступает на входы элементаD1.3 (на выходе появится лог. "0"). Таким образом, в исходном состоянии на выходах 1 и 2 будет лог. "1", а на выходе 3 - лог. "0". При нажатии на кнопкуSB1 на выходе 1 появится лог. "0", а на 2 и 3 - лог. "1". Аналогично происходит при нажатии других кнопок, что исключает дребезг сигнала на выходе, однако при одновременном нажатии сразу двух или трех кнопок переключение выходного уровня происходит без подавления дребезга.

При проектировании цифровых устройств с подачей управляющих сигналов от многокнопочной клавиатуры для уменьшения числа деталей используют

Рис. 1.7. Подавление дребезга с задержкой:

а) выключения; 6) включения

Рис. 1.8. Переключатель с взаимовыключением на основе трехстабильного

триггера

матричные шифраторы, на выходе которых в зависимости от номера нажатой кнопки формируется соответствующий двоичный код (например Л5, стр. 279; ЛЗ стр. 226).

В качестве простейших схем для подавления дребезга механических контактов могут использоваться ждущие мультивибраторы.

Подключение микроконтроллера к компьютеру

Один из вопросов, вызывающих повышенный интерес у начинающих (да и у опытных) конструкторов микропроцессорных систем является вопрос взаимодействия микроконтроллера с компьютером. И это не удивительно. Иногда очень нужно создать некое устройство, которое может работать не только автономно, но и под управлением вашего компьютера. Иногда желательно оперативно считывать информацию из устройства на микроконтроллере или задача состоит в том, что бы разработать микроконтроллерную приставку для сопряжения компьютера и какой ни будь внешней управляемой им системой. Естественно, что два устройства, работающих на основе микропроцессорных технологий (компьютер и микроконтроллер) всегда можно заставить обмениваться между собой информацией. Посмотрим, как же это можно сделать.

Проблема соединения микроконтроллера и компьютера в разные времена решалась по-разному. В достопамятные времена, когда царствовали компьютеры под названием PCXTодним из простых и эффективных способов подключить свое собственное устройство к такому компьютеру было самостоятельное изготовление нестандартного внутреннего модуля, который вставлялся в используемую тогда шинуISAвнутри корпуса компьютера на материнскую плату. ШинаISAв те времена использовалась для подключения всех устройств расширения, таких как видеокарты, модули дополнительной памяти, контроллеры жестких дисков и т.п. Разъем для подключения к такой шине можно было при определенной сноровке, изготовить самостоятельно. Он представлял собой просто выступ печатной платы вашего вставного модуля с дорожками вместо контактов. Логика работы шины так же была не сложная и позволяла подключиться к ней, используя несложные схемы на цифровых элементах средней интеграции. Эти времена давно прошли. В настоящее время на смену шинеISAдавно пришла новая шина, под названиемPCI. В ней используются гораздо более мелкие контактные площадки и логика ее работы тоже гораздо сложнее. Теперь для подключения внешних устройств нам приходится использовать один из стандартных интерфейсов ввода вывода. Если отбросить такие сложные в реализации варианты, как подключение по ИК порту или поBluetooth(БлюТуз), то остается только три варианта: подключение поLPT, подключение при помощиCOM-порта и наконец, подключение поUSB. Рассмотрим все эти варианты по порядку.

Подключение при помощи LPTпорта

Это самый старый и самый простой с точки зрения программной и аппаратной реализации способ. Дело в том, что LPTпорт компьютера устроен таким образом, что позволяет легко напрямую программным путем управлять всеми его выходами и читать информацию со всех его входов. СтандартныйLPTпорт имеет 8 линий шины данных, которые могут работать как входы и как выходы, четыре выхода управления, и пять входов для служебных сигналов. Если вы подключаете к порту свое собственное микропроцессорное устройство, то использовать линии порта по назначению вовсе не обязательно. Все его входы и все выходы, как основные, так и служебные, вы можете использовать по своему усмотрению. В результате вы получаете интерфейс, протокол работы которого который вы можете разрабатывать по своему усмотрению. Вы можете так же программным путем реализовать некоторые стандартные протоколы. Например, программаторPonyProg, описанный в книге [1] при работе сLPTпортом программно реализует последовательный канал связиSPI. Это один из протоколов, при помощи которого можно «прошить» программу в микроконтроллерAVR.

Использование LPTдля связи с компьютером имеет и свои недостатки:

Во-первых, современные операционные системы, в частности, последние версии WindowsXPи тем болееVistaзащищаютLPTпорт от прямого доступа со стороны пользовательских программ. Поэтому написание программ, работающих сLPTкрайне усложняется. Во-вторых,LPTпорты просто выходят из употребления. Все современные принтеры уже сейчас подключаются только поUSB. В ноутбуках уже стало стандартом отсутствие какLPT, так иCOMпортов. Скоро их перестанут устанавливать и в стационарных компьютерах.

Подключение при помощи COMпорта

Это более новый, хотя тоже уже отмирающий способ. Так же, как LPTпоследовательныеCOMпорты тоже уже применяются все реже и безусловно в скором времени они выдут из употребления. Работать сCOMпортом значительно сложнее, чем сLPT. СтандартныйCOMпорт имеет гораздо меньше выводов. И прямое управление возможно лишь некоторыми из них. Использовать их не имеет смысла. Лучше тогда уж воспользоваться более богатым в этом смысле портомLPT. Передача информации вCOMпорте происходит всего по двум линиям. Это линияRxD(прием данных), и линияTxD(передача данных). Для передачи данных используется специальный протокол, который называетсяRS232. Большинство современных микроконтроллеров имеют встроенный интерфейс, совместимый сRS232. Это облегчает подключение. Однако есть одна трудность. Полноценный протоколRS232 предусматривает свой собственный стандарт уровней выходных и входных сигналов. Сигнал на выходеTxDCOM-порта принимает два значения: логическая единица - плюс 12В, логический ноль - минус 12В. Такой размах принят для уменьшения влияния помех. Такой же сигнал нужно подавать и на входRxD. Последовательный канал микроконтроллера поддерживает другие значения уровней сигнала. Там сигнал используются стандартные логические уровни. Логический ноль - 0В. Логическая единица – примерно +5В. Поэтому для связиCOMпорта и микроконтроллера необходимо согласовать уровни сигналов. Для этого обычно применяется специальная микросхема фирмыMAXIM. Это микросхема называетсяMAX232A. Это очень удобная в использовании микросхема. Она требует лишь одного напряжения питания: +5В. Внутри микросхема содержит два преобразователя, которые используются для получения необходимых для работы напряжений +12В и -12В.

Подключение при помощи USBпорта

Несомненно, это самый перспективный способ подключения. В то же время и самый сложный с точки зрения программной реализации. USBпорт был специально разработан, как универсальный последовательный порт для подключения всех видов внешних периферийных устройств. При помощи этого порта к компьютеру могут подключаться внешние накопители на жестких дисках и на Флэш-памяти, джойстики, мышки, звуковые системы,WEB-камеры,MP3 плееры и даже внешниеTV-тюнеры. Действующий в настоящее время стандартUSBверсии 2.0 поддерживает передачу данных со скоростью от 1.5 Мбит/сек до 480 Мбит/сек. Сложность реализации этого способа состоит в том, что протоколUSB– это серьезный многоуровневый протокол передачи информации. Самый низкий уровень этого протокола определяет правила касающиеся формирования импульсов: длительность, размах, способ кодирования данных, методы синхронизации, методы проверки ошибок. На низком уровне так же определяется, как биты складываются в байты. Следующий, более высокий уровень касается передачи самих данных. Ведь передаются не просто байты. Из этих байтов складываются команды протоколаUSB. ПротоколUSBвысокого уровня – это набор команд, позволяющих опрашивать подключенные к порту внешние устройства, запрашивать у этих устройств информацию об их типе, названии, изготовителе, поддерживаемых режимах работы. Если вы работали сUSB, то наверно заметили, что при подключении кUSBнакопителя на жестком диске компьютер тот час же обнаружит его и в списке дисков появится еще один диск. При отключении накопителя от порта он тут же исчезнет из списка. При подключении звукового устройства, в списке звуковых устройств появится новое устройство. Так же происходит и при подключении фотоаппарата, сканера, джойстика и т.п. Все эти типы устройств портUSBраспознает автоматически потому, что в списке стандартных командUSBпротокола есть команды, позволяющие все это идентифицировать. Поэтому, устройство, подключаемое к компьютеру поUSBпорту должно уметь поддерживать весь этот протокол. Оно должно правильно отвечать на все запросы компьютера.

Но это не единственная проблема. Более серьезная проблема – слишком высокая скорость работы USBинтерфейса. Это так же накладывает определенные ограничения и дополнительные требования. Для подключения микроконтроллера к компьютеру по каналуUSBсуществует три способа. Рассмотрим их по порядку.

Использование микроконтроллера со встроенным аппаратным модулем USB.

Фирма Atmelпроизводит несколько видов подобных микроконтроллеров. Например,AT90USB1287 илиAT90USB647. Такой микроконтроллер содержит встроенный аппаратныйUSBинтерфейс. Этот интерфейс берет на себя всю обработкуUSBпротокола, поэтому основное ядро микроконтроллера не загружается этой задачей и может быть занято выполнением своей главной программы. Использование микросхемы со встроеннымUSBканалом - это самый грамотный подход с точки зрения качества и надежности работы всей системы. Недостаток – большая стоимость таких микроконтроллеров (примерно 25…30 у.е.). Не смотря на наличие аппаратногоUSBинтерфейса, программа, зашитая в микроконтроллер, должна иметь соответствующую процедуру, для управления и настройки этого интерфейса. Создание такого интерфейса требует достаточно серьезных знаний протоколаUSB.

Использование дополнительной микросхемы – преобразователя USB–RS232.

Такая микросхема производится, например, фирмой FutureTechnologyDevicesInternationalLimited(FTDI) и называетсяFT232RL. Микросхема содержит аппаратныйUSBинтерфейс и интерфейсRS232. Основное назначение микросхемы – преобразование данных, поступающих поUSBинтерфейсу в форматRS232 и наоборот. Как уже говорилось выше, большинство современных микроконтроллеров имеют встроенный последовательный интерфейс, совместимый сRS232. Поэтому проблема подсоединения решается очень просто. Причем в данном случае даже не нужно заботиться о совместимости по уровню сигналов. В микросхемеFT232RL, так же, как и в микроконтроллереRS232 интерфейс работает с уровнями сигналов 0В … +5В.

Использование отдельной микросхемы, преобразователя USB-RS232 в настоящее время является самым распространенным решением рассматриваемой нами проблемы. Во-первых, это упрощает разработку программного обеспечения, так как работа сRS232 несравненно проще, чем работа сUSB. Кроме того, такое решение оптимально по цене. МикросхемаFT232RLстоит примерно 8 у.е.

Аппаратная реализация USB порта

Это самый дешевый способ подключения микроконтроллера к компьютеру посредством USB. Он предполагает наличие лишь самого контроллера. В качестве линийUSBинтерфейса используются две любые линии одного из портов ввода-вывода. А весьUSBпротокол реализуется программным путем. При определенных ухищрениях и при условии использования самого медленного режима передачи информации это оказалось вполне возможным. Однако такой способ подключения имеет массу ограничений. Во-первых, из за того, что микроконтроллер работает на грани своей вычислительной мощности, приходится разделять его работу на цикл обмена информацией поUSBи цикл выполнения основной задачи. Одновременно выполнять то и другое не получится. Во-вторых, нестыковка по уровням сигналов. Уровень сигнала логической единицы портаUSBдолжен быть в пределах 3…3,6В. А уровень сигнала порта ввода-вывода микроконтроллера примерно равен его непряжению питания. То есть +5В. Поэтому приходится ухищряться. Например, уменьшать напряжение питания микроконтроллера до 3,5 вольт. А это влечет за собой другие неудобства, возникающие при подключении к микроконтроллеру других внешних элементов. Подробно о аппаратной реализацииUSBчитайте в статье Игоря Чешко из Словакии.