Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронная лаборатория на IBM PC. Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем
.pdf
крепится на раме, а магнит — на подвижной части двери
или окна; поскольку в дежурном режиме для всех датчиков
чаще всего используется замкнутое состояние релейного выхода, то для повышения надежности устанавливаются по два
параллельно включенных магнитных датчика;
— датчиков из тонкой алюминиевой фольги, наклеиваемой на
стекло, дверь и т. п. и разрывающейся при разрушении защищаемой поверхности; часто неправильно называются
шлейфами, поскольку это понятие по праву принадлежит
цепочке из последовательно включенных датчиков; успешно
вытесняются более надежными и простыми при монтаже
бесконтактными датчиками.
Отечественными разработчиками и изготовителями элементов
для охранных систем являются такие предприятия как «Сибирский Арсенал» (г. Новосибирск), ÒÝÊÎ (ã. Казань), «Аргус-Спектр» (г. Санкт-Петербург), НВП «Болид» (г. Королев) и
ряд других.
2.2. Системы пожарной сигнализации в современном исполне-
íèè представляют высокоинтеллектуальные устройства ñî
встроенной памятью для хранения сообщений о пожаре, распо-
знаванием первичного и последующих сообщений, контролем
и настройкой через интерфейс извещателей или по запросу че-
рез модем, визуальным отображением состояния отдельных
чувствительных элементов (извещателей) на дисплее персо-
нального компьютера, локализацией загрязненного или неис-
правного извещателя и многое другое. В качестве датчиков (из-
вещателей) таких систем используются:
— детектор перегрева и возгорания, состоящий из двух скру-
ченных проводников с терморезистентным покрытием, которое при достижении критической температуры размягчается, в результате чего проводники в месте перегрева замыкаются;
— оптический датчик, реагирующий на 45-процентное превы-
шение концентрации дыма, определяемой в оптической измерительной камере по рассеиванию инфракрасных или
ультрафиолетовых лучей на частицах дыма, двигающихся с
определенной скоростью (обычно не выше 10 м/с);
— ионизационный датчик для измерения концентрации дымо-
вых частиц с помощью ионизационной камеры и источника
101
3. Система охранной сигнализации
слабого радиоактивного излучения (чаще всего используется
америций-241) со сверхнизким уровнем дозы (порядка
0,9 мкКюри, что ниже естественного фона);
— тепловые датчики для точечного контроля температуры
внутри помещения; различают датчики термомаксимального
типа с использованием биметаллической контактной пары,
размыкающейся при повышенной температуре (с предварительной настройкой на диапазон от 60 до 100°С), или термочувствительного полупроводникового элемента с дополнительной схемой; датчики дифференциального типа содержат
два включенных по мостовой схеме термоэлемента, один из
которых находится внутри корпуса извещателя и не имеет
непосредственного контакта с окружающей средой, а второй
вынесен наружу; в нормальной обстановке температура
внутри и снаружи извещателя практически одинакова или
медленно и синхронно меняется по естественным причинам,
поэтому сигнал на выходе моста, регистрируемый дифференциальным усилителем, близок к нулю; при возгорании
тепловое поле воздействует только на наружный термоэлемент, в результате чего мост разбалансируется и формируется сигнал тревоги;
— датчиков пламени, регистрирующих характерное излучение
в ультрафиолетовой или в инфракрасной частях спектра; в
случае ультрафиолетового датчика с помощью высоковольтного газоразрядного индикатора постоянно контролируется
мощность излучения â спектральном диапазоне
220—280 мкм, которая при возгорания резко повышается,
2
при этом удается контролировать площадь до 200 м
при высоте установки 20 м и времени срабатывания не более 5 с;
инфракрасный датчик с оптической фокусирующей системы
регистрирует характерные всплески ИК-излучения при появлении открытого пламени и позволяет определять в течение 3 с наличие пламени размером от 10 см на расстоянии
до 20 м при угле обзора 90°;
— газовые датчики; относятся к классу аварийной сигнализа-
ции и служат для обнаружения опасной концентрации паров
бензина и газов (пропана, бутана, этанола, пропанола, выхлопного и угарного газа); в качестве чувствительного элемента используется полупроводниковый прибор, сопротивление которого меняется в зависимости от концентрации в
102
воздухе того или иного газа; на отечественном рынке представлены датчики производства Тайваня (Horing Lin Industrial Co.), Испании (Cofem S.A.), США (Macurco Inc.), различающиеся как стоимостью, так и (что намного важнее) качеством газочувствительных элементов;
— датчики аварийного затопления; представлены двумя типа-
ми — поплавковым и пороговым с открытыми контактами;
поплавковые характеризуются большими размерами и предназначены в основном для промышленных объектов; пороговые датчики срабатывают при замыкании внешних контактов жидкостью при ее минимальном уровне около 1 мм;
примером такого датчика может служить изделие Waterguard-1000Н20 компании Flair Electronics (США).
В простейшем варианте шлейф датчиков пожарной и аварийной сигнализации подключается к пульту-концентратору охранной сигнализации.
2.3. Системы ограничения доступа устанавливаются в отдель-
ных помещениях, коридора, бюро, гостиницах, депозитариях,
сейфах и в других местах с повышенными требованиями к бе-
зопасности; отключаются от центральной системы охраны дис-
танционно. Традиционные системы контроля доступа иденти-
фицируют пользователя при помощи ключа, набора кода, при
введении карточки с фотографией в считыватель и с учетом
множества других параметров идентификации. Примером мно-
гофункциональной системы ограничения доступа является бес-
контактная система АВАКСЕСС.
2.4. Системы телевизионного наблюдения позволяют одному
или нескольким наблюдателям одновременно следить за одним
или многими объектами, находящимися на значительном рас-
стоянии как друг от друга, так и от места наблюдения; в про-
стейшем случае такая система состоит из видеокамеры и мони-
тора; используются не только для охраны, но и в чисто
«мирных» целях: наблюдение за состоянием нескольких паци-
ентов в больничных палатах и за движением транспортных по-
токов на оживленных магистралях и в портах, контроль техно-
логических процессов, проведение научных исследований и др.
103
3. Система охранной сигнализации
3.1. Структурная схема системы
Рассматриваемая система состоит из датчиков, так называемого
пульта-концентратора (блок управления (БУ на рис. 3.1), блок
коммутации соединений БКС и блок контроля БК), исполнительных устройств (блок звуковой сигнализации БС и блок оповещения БО с элементами дистанционного управления (разд. 3.6)) и
блока питания БП с аккумулятором Ак, работающим в буферном
режиме.
Рис. 3.1. Структурная схема системы охранной сигнализации
Блок датчиков состоит из пассивных инфракрасных (ИК) датчиков движения, акустических датчиков разрушения стекла и магнитного контактного датчика. Они объединены в следующие две
группы (зоны):
1. Охрана помещения, в котором могут находиться домашние
животные; в группу входят акустический датчик разрушения оконного стекла А2 (см. рис. 3.2) и настенный пассивный инфракрасный (ИК) датчик движения И2 типа LC–100PI компании DSC
(Канада) на базе многозонного пироэлектрического приемника с
микроконтроллером с дальностью обнаружения до 15 м при высоте установки 2,4 м, регулируемым углом обзора в горизонтальной
плоскости в пределах ∼(115—180°) и возможностью подавления
помех от животных массой 15 или 25 кг (обнаруживаемая скорость
перемещения объекта в паспорте не указана; можно полагать, что
она типична для таких датчиков (см. ниже)). Релейные выходы
(нормально замкнутые контакты) датчиков через блоки БКС и БС
104
3.1. Структурная схема системы
подключены к блоку управления; выход датчика разрушения И2
(нормально замкнутые контакты микропереключателя — так называемый ТАМПЕР) включены последовательно с основным релейным выходом. Блок сигнализации БС (сирена) находится в том
же помещении, что А2 и И2, и служит для физиологического воздействия на злоумышленника или не в меру разыгравшихся животных;
2. Группа для охраны четырех помещений с использованием
акустического датчика А13 (защита окна на кухне, схема на
рис. 3.2), двух параллельно включенных магнитных герконовых
датчиков ГК на входной двери квартиры и для трех жилых комнат — потолочного совмещенного акустического и ИК-датчика
(И11_А11, И12_А12, И14_А14) типа Астра-8 с параметрами:
— для акустического канала (с микропроцессорным анализато-
ром спектра): максимальная дальность обнаружения в секторе объемного угла из центра микрофона 120° — 6 м;
— для ИК-канала (на базе многозонного пироэлектрического
приемника с микроконтроллером): угол обзора — 360°; диаметр зоны обнаружения — 6 м при высоте установки 2,4 м и
9 м при высоте 3,6 м; диапазон обнаруживаемых скоростей
перемещения объекта — 0,3—3 м/с; время перехода в дежурный режим после срабатывания — не более 10 с; релейные
выходы ИК-каналов соединены последовательно и через
блоки БКС и КС подключаются к блоку управления БУ под
названием И1; выходы акустических каналов, ТАМПЕР-,
А13- и ГК-датчиков образуют шлейф под названием А1 в
блоке управления БУ (см. рис. 3.4).
Напряжение питания всех промышленных датчиков — 8—15 В,
ток потребления — не более 15 мА. В рассматриваемой системе
использован стабилизированный источник питания с выходным
напряжением 12 В (цепь питания на рис. 3.1 не показана) и возможностью перехода на автономное питание от аккумулятора (см.
рис. 3.10).
Перейдем к рассмотрению отдельных блоков.
105
3. Система охранной сигнализации
3.2. Акустический датчик
Акустический датчик разрушения стекла окон и балконных
дверей (датчики А2 и А13 на структурной схеме) выполнен на
базе конденсаторного электретного микрофона CZN-15 (см.
рис. 3.2, à), широко используемого в телефонных аппаратах и в
других устройствах, в том числе и в упоминавшемся датчике Астра-8. Сопротивление резистора R1 выбирается таким, чтобы напряжение на микрофоне составляло 3,5...4 В. Выходной сигнал
микрофона поступает íà âõîä операционного усилителя
К538УН1 с частотно зависимой обратной связью на элементах
R2—R4, С2 и С3. При этом чувствительность датчика может регулироваться изменением коэффициента усиления резистором R4 и
коррекцией АЧХ. Схема модели для исследования АЧХ усилителя
показана на рис. 3.2, á, à åãî À×Õ — íà ðèñ. 3.2, â; на уровне
–3 дБ полоса пропускания на первом участке АЧХ составляет f2
– f1 = 2000 – 10 ≈ 2000 Ãö.
При воздействии акустического сигнала тревоги, когда транзистор Т2 открывается на время Δt >> 0,7R9⋅C7 = 0,7⋅4,7⋅10
3,3 мс, напряжение на конденсаторе С7 (около 12 В в исходном
состоянии) уменьшается до напряжения срабатывания инвертора
D1.2, в результате чего:
— открывается D1.3 и включается светодиод Д4, индицируя
факт срабатывания датчика (в рабочем режиме отключается
перемычкой П);
— закрывается D1.1 и открывается ключ на транзисторе Т1, в
результате чего срабатывает герконовое реле Р (РЭС55А,
паспорт РС4.589.601) и его нормально замкнутые контакты
К1, К2 размыкаются (типичный для таких датчиков выходной релейный сигнал тревоги).
После окончания действия сигнала тревоги транзистор Т1 переводится в закрытое состояние, в результате чего начинается заряд конденсатора С7 через резисторы R6 и R8. При этом время заряда до напряжения, при котором открывается D1.2, определяет
время удержания контактов К1, К2 в открытом состоянии и при-
6
близительно равно 0,7R8⋅C7 = 0,7⋅6,8⋅10
⋅10–6= 4,76 ñ, ÷òî ïîä-
тверждается и экспериментально. Очевидно, что воздействие кратковременной помехи (Δt < 0,7R9⋅C7) не будет вызывать срабатывание датчика. Таким образом, помехозащищенность датчика может
3
⋅10–6=
106
3.2. Акустический датчик
быть обеспечена как за счет коррекции АЧХ усилителя, так и изменения постоянной времени R9⋅C7.
При регулировке чувствительности акустических датчиков мо-
гут быть использованы имитаторы разрушения стекла, например,
à)
á)
â)
Рис. 3.2. Акустический датчик
107
3. Система охранной сигнализации
типа DG-50, FG-700 или Астра-961. Однако в любительских условиях более приемлемой является приведенная в инструкции датчика Астра-8 методика, сущность которой заключается в следующем. В наиболее удаленной части защищаемого оконного или
дверного проема по стеклу наносится тестовый (неразрушающий)
удар стальным шариком диаметром 21,5 мм и массой около 40 г.
Для этого шарик подвешивается на нити длиной около 35 см и отводится на угол, определяемый из следующей таблицы (в скобках
указаны углы для стекол с защитной полимерной пленкой):
Толщина стекла, мм 34567>7
Угол отклонения, град 30(45) 35(50) 40(55) 45(60) 50(65) 55(75)
Датчик считается настроенным, если тестовый удар вызывает
кратковременное срабатывание, индицируемое светодиодом в течение Δt ≈ 0,7R9⋅C7.
Рис. 3.3. Фотографии акустического датчика
Конструктивно датчик выполнен в корпусе компьютерной
мыши с использованием односторонней монтажной печатной
платы (с отверстиями под диповские корпуса) размером 50×65 мм
(см. фото на рис. 3.3). Большинство соединительных проводников
выполнено проводом диаметром около 0,15 мм, приклеенных к
печатной плате клеем «Момент». Отверстие для микрофона составляет 2,5 мм с раззенковкой с внешней стороны.
108
3.3. Блок управления
3.3. Блок управления
Блок управления выполнен на ИМС КМОП-серии (см. рис. 3.4
и 3.7). В качестве времязадающего (тактирующего) устройства использована часовая ИМС D1 с кварцевым резонатором Q на
32768 Гц. Поскольку при напряжении питания 12 В эта ИМС работает неустойчиво, то ее питание производится при пониженном
напряжении за счет последовательного включения в цепь +12 В
диодов Д1—Д3 (с блокировочным конденсатором С1). При этом
для согласования уровней на входе установки нуля счетчика секунд
(делителя на 60, вывод 9) используется делитель напряжения на резисторах R4, R13; выходной сигнал этого счетчика (вывод 10) подается на счетный с-вход счетчика D9.1, на выходах которого формируются 1-, 2-, 4- и 8-минутные интервалы (сигналы логической
1 на шинах 1м, 2м, 4м и 8м соответственно; на самом деле все они
на полминуты меньше — см. ниже). Стробирующие импульсы
управления динамической индикацией с частотой следования
128 Гц (выводы1и3D1)спомощью D2.1 преобразуются в импульсы с частотой 256 Гц, которые поступают на вход 5 ИМС D3.1,
на два других входа которой поступают сигналы частотой 1024 Гц
Рис. 3.4. Блок управления
109
3. Система охранной сигнализации
(с вывода 11 D1) и 1 Гц (выводы 4-7; можно использовать также
сигналы частотой 0,5 Гц с вывода 6 D1); на выходе ИМС формируются прерывистые двухтональные сигналы для сирены (шина Г);
сигналы секундных интервалов на шине В используются в блоке
сигнализации для установки времени звучания сирен (см. рис. 3.8).
Схема для моделирования формирователя импульсной последовательности с частотой следования 256 Гц содержит (см. рис. 3.5,
à) имитатор генератора сигналов на выводах 1, 2 D1 и двухвходовой элемент ИЛИ-НЕ D4 (D2.1 в схеме блока). Имитатор содержит: два источника однополярных импульсов с коэффициентом
заполнения 0,25 (скважность 4) и частотой 128 (U1) и 512 Гц (U2);
двоичный счетчик на D-триггере D2; инвертор D1 и элемент И
D4. На выходе имитатора (точки А, В) формируются сдвинутые на
полпериода (1/128 с) импульсы длительностью 1/512 с каждый
(осциллограммы АиВнарис. 3.5, ã). При переводе ключа Z одноименной клавишей клавиатуры в верхнее положение убеждаемся,
что на выходе D4 (D2.1) формируется импульсная последовательность типа меандр частотой 256 Гц.
à)
â)
á)
ä)
Рис. 3.5. Модели элементов формирователя аудио сигнала
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]