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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Codificador y decodificador para el canal de radio de alarma de seguridad. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Seguridad y proteccion La revista volvió más de una vez al tema de los canales de radio para alarmas de seguridad. El uso de comunicaciones por radio en la tecnología de seguridad a menudo resulta conveniente y, a veces, la única forma de transmitir una señal de alarma. Este artículo describe otra versión de un codificador y decodificador para dicho sistema. Ha pasado bastante tiempo desde que la radiodifusión, por razones obvias, se volvió más accesible. Y no sólo para quienes inicialmente fueron llamados radioaficionados, sino también para quienes lo utilizan con fines prácticos: radiocontrol remoto, radiocomunicaciones personales, radiobalizas, etc. Una de las áreas de aplicación interesantes (y recientemente relevantes) es la seguridad. de diversos objetos remotos, en particular vehículos. La revista "Radio" publicó varios diseños destinados a este fin, entre ellos el canal de radio de Y. Vinogradov [1-3] y el vigilante de radio de S. Biryukov [4]. En cuanto a su complejidad y en muchos aspectos la base elemental, estos dos diseños son similares, aunque en términos prácticos son algo diferentes. Esto se aplica principalmente al trabajo en condiciones de intensas interferencias de radio. Si en el primer caso existe una alta probabilidad de que no se reciba ninguna señal de alarma, en el otro caso las falsas alarmas molestarán al propietario, lo que también reduce la fiabilidad de la seguridad. Además, la presencia de señales constantes en el aire puede atraer la atención de los hooligans de la radio. En cualquier caso, qué diseño preferir depende del propio radioaficionado. El autor de este artículo eligió la publicación [1-3]. El codificador y decodificador del canal de radio han sufrido cambios. El circuito codificador [1, Fig. 1], según el autor, contiene detalles "extra" que limitan injustificadamente las posibilidades de utilizar la unidad de transmisión de radio. Así, la presencia de un disparador “desechable” en los elementos DD4.3 y DD4.4 implica obviamente trabajar únicamente con sensores de contacto y requiere la intervención del propietario después de cada disparo de la protección. Es mucho mejor hacer una unidad de transmisión de radio como complemento a la alarma sonora de seguridad. Estas alarmas, por regla general, contienen los componentes necesarios, incluidos los ejecutivos (relés, transistores, tiristores, etc.). Esto permitirá al propietario, según las condiciones, elegir el modo de funcionamiento necesario del vigilante, por ejemplo, durante el día, utilizar una alarma sonora destinada a un intruso y, por la noche, cambiar a seguridad "silenciosa". Sin embargo, lo anterior no significa que la unidad de transmisión de radio no pueda usarse de forma independiente. El decodificador [1, Fig. 2] contiene una cantidad significativa de conexiones entre elementos lógicos incluidos en diferentes microcircuitos, lo que dificulta la creación de una placa de circuito impreso compacta. Y aunque el prefacio del artículo [3] dice que el propietario puede llevar consigo el receptor de radio, no se le puede llamar “de bolsillo”. Además, no prevé la antena interna necesaria en tales casos, aunque sí se da su posible diseño. Todo lo anterior llevó al autor del artículo a crear, basándose en el diseño de Yu. Vinogradov, su propio canal de radio con encriptación de señales de radio. Las dimensiones de la unidad de transmisión de radio (sin antena) se reducen casi 3 veces y las de la unidad de recepción de radio con antena magnética, 2 veces. El circuito codificador (con transmisor) se muestra en la fig. una.
Funcionalmente corresponde plenamente a un nodo similar de Yu. Vinogradov [1]. También se mantuvo el número máximo posible de combinaciones de cifrado: 16384. El cambio afectó solo a la velocidad de transmisión del mensaje de radio*: la frecuencia de conmutación de canales multiplexores (familiaridad) se duplicó manteniendo la frecuencia del generador de reloj. Esto se hizo, por un lado, por la conveniencia de “disponer” la placa de circuito impreso y, por otro lado, por las características del contador utilizado. Sin embargo, no hay motivo para temer que el ancho de banda de radio supere los límites permitidos o que el ancho de banda del filtro piezocerámico del receptor de radio no sea suficiente. Como ejemplo, podemos referirnos al diseño [4], donde la frecuencia de modulación del transmisor de radio es aún mayor. Como puede verse en el diagrama, el codificador está ensamblado en solo dos chips de la serie CMOS 4000 original [5]. El microcircuito CD4060 (DD1) es similar en su estructura interna al contador de 14 bits CD4020 (K561IE16), pero a diferencia de él, tiene salidas de elementos de búfer en la entrada para construir un generador. En consecuencia, no tiene salidas de un mayor número de dígitos; además del segundo y tercer dígitos, el primero y el undécimo tampoco tienen salidas. El chip CD4067 (DD2) es un multiplexor-demultiplexor de 16 canales controlado por un código binario de cuatro bits y puede reemplazar dos chips K561KP2 (KR1561KP2). En el circuito codificador de la Fig. 1, se conservan la designación de referencia de las entradas A-D del microcircuito DD2 y los números de canal X0-X15. Al desarrollar la placa de circuito impreso, se cambió el orden de conexión de las entradas AD a las salidas del contador DD1, por lo que el cambio de tiempo de los canales (familiaridad) se produce exactamente en la secuencia indicada en el diagrama (de arriba a abajo). En general, cabe señalar que la designación de entradas AD y números de canal es bastante condicional, ya que el número de clave pública está determinado por la tabla de verdad en función del código de dirección y nada más. El funcionamiento del codificador propuesto casi no difiere del descrito por Yu. Vinogradov, aunque tiene algunas características. En primer lugar, esto se aplica a la formación de una pausa entre mensajes de radio. La fuente original [1] no dice nada sobre su propósito, pero es obvio que la pausa es necesaria para resaltar el bit de inicio en el contexto de una combinación de cifrado que contiene información en gran medida similar. Por lo tanto, para un funcionamiento conjunto confiable del codificador y el decodificador (principalmente cuando la información transmitida y recibida no coinciden), es deseable que la duración de la pausa no sea menor que la del mensaje de radio. Dado que el contador DD1, como ya se mencionó, no tiene una salida de 11 bits, la duración de la pausa se elige igual a la del mensaje de radio en sí (15,6 ms). Otra característica del codificador es que, al igual que el transmisor, está desenergizado en modo de espera. El modo de alarma se garantiza suministrando tensión de alimentación a la unidad de transmisión de radio (incluido el codificador), lo que ha reducido el número de conexiones externas. Para configurar el contador DD1 a su estado inicial, utilice el circuito C12R8. También proporciona un retraso en el inicio de la transmisión de radio de una señal de alarma durante el tiempo necesario para que el generador del transmisor alcance el modo de funcionamiento y permite que la unidad se utilice directamente con sensores de contacto, sin tomar medidas adicionales para suprimir el rebote de los contactos. Las resistencias R9, R10 y el resonador de cuarzo ZQ2 son elementos del oscilador interno del chip DD1. El diodo VD1 protege el dispositivo contra una conexión de polaridad incorrecta de la fuente de voltaje. En la Fig. La Figura 2 muestra una posible versión de la placa de circuito impreso de la unidad transmisora de radio que contiene el codificador considerado. El codificador está convencionalmente separado del transmisor por una línea de puntos. El tablero está hecho de fibra de vidrio laminada por una cara. Las conexiones cortas entre elementos y la cuidadosa disposición de las piezas permiten prescindir de láminas protectoras.
El transmisor de radio utiliza resistencias importadas de pequeño tamaño, pero las nacionales (MLT, S2-23, etc.) también son adecuadas cuando se instalan verticalmente en la placa. Entre el resonador de cuarzo y la placa se coloca una junta de goma delgada, prelubricada en ambos lados con pegamento 88H. El resonador se fija con un cable aislado, que también sirve como puente eléctrico. Si los cables del resonador son rígidos (RK169, RK373), se deben acortar a una longitud mínima y la conexión a la placa de circuito impreso se debe realizar mediante un cable fino o se deben utilizar los cables de la resistencia R3. La toma de antena de alta frecuencia X1 se instala en la placa mediante una abrazadera casera en forma de U hecha de alambre con un diámetro de 2 mm. En sus extremos hay una rosca M2 para montar tuercas. En las caras laterales roscadas del encaje, es necesario hacer dos ranuras con una lima de aguja redonda a una profundidad de 1...1,5 mm debajo de la abrazadera. Para realizar esta pieza, en lugar de alambre, es conveniente utilizar pasadores de apriete del interruptor de galleta PG-3. El pin del zócalo está conectado a la placa con un conductor. El transmisor tiene un modo de radiación continua. Dado que este modo se usa con bastante poca frecuencia (principalmente para configurar el canal de radio en su conjunto), se implementa de manera algo inusual (Fig. 3).
La carcasa de la unidad transmisora está hecha de una fina chapa estañada y está conectada eléctricamente a un cable común. En la tapa de la carcasa, encima del poste del marco de la bobina L4, se taladró un orificio de 3 mm de diámetro. Se suelda una tuerca M2,5 al interior de la tapa coaxialmente con el orificio. En la tuerca se enrosca un tornillo desde el exterior. Dado que el soporte del marco de la bobina mencionado está conectado eléctricamente en la placa al colector del transistor VT3 (ver Fig. 1), al atornillar el tornillo, el colector entrará en cortocircuito con la carcasa, lo que corresponde al modo de radiación continua. Es necesario "plantar" una gota de soldadura en la parte que sobresale del soporte y colocar una arandela hecha de un material elástico (por ejemplo, caucho poroso) debajo de la cabeza del tornillo. Su espesor debe ser tal que, en ausencia de contacto, quede ligeramente comprimido para evitar el desenroscado espontáneo del tornillo. También se pueden utilizar resortes. Un contacto fiable está garantizado por cierta elasticidad del material de la carcasa. Es recomendable utilizar un tornillo de cobre. Condensador C10 - K53-1A, el resto - KM o K10-176. El resonador de cuarzo ZQ2 se encuentra en una caja plana, un poco más pequeña que el RV-72 común. Es posible utilizar un resonador de un reloj de pulsera en una caja cilíndrica en miniatura. La combinación de cifrado seleccionada se establece conectando los pines del chip DD2 al conductor impreso correspondiente mediante una gota de soldadura. No es necesario configurar el codificador. Si las piezas están en buen estado y no hay errores de instalación, comienza a funcionar inmediatamente cuando se aplica la tensión de alimentación. Con un osciloscopio, puede observar los pulsos rectangulares del generador de reloj en el pin 9 del chip DD1 y la combinación de cifrado marcada en el pin 1 de DD2 (CT). El circuito decodificador se muestra en la Fig. 4. Su principal diferencia con la descrita por Yu. Vinogradov radica en la unidad de comparación entre la combinación de cifrado recibida del aire y la instalada en el decodificador. La comparación se produce casi instantáneamente a lo largo del flanco positivo del pulso del contador en el medio de cada área de familiaridad (decodificador). Esto permitió ignorar en gran medida las frecuencias desiguales de los resonadores de cuarzo en el codificador y decodificador, así como aumentar ligeramente la inmunidad al ruido. Además, dicha construcción resultó ser más fácil de implementar y requirió menos chips.
Cuando el decodificador se enciende con un pulso de alto nivel a través del condensador C1, los activadores del microcircuito DD2 se configuran en el estado 1 (independientemente del estado de otras entradas). Un nivel alto en la salida del disparador DD2.2 reinicia el contador DD4 y prohíbe su funcionamiento posterior. Inmediatamente después de esto, aparece un nivel bajo en la salida del disparador DD2.1, ya que su entrada R permanece alta. Esto permite que el disparador DD2.2 funcione en la entrada de reloj C. El decodificador entra en modo de espera. En este modo, el canal X0 del multiplexor DD5 está cerrado, en las entradas de dirección AD cuya combinación es 0000. En consecuencia, los canales restantes están abiertos, incluido XI5, y en el pin 9 del elemento DD3.3 hay un nivel bajo (el interruptor de palanca SA1 está cerrado, ya que la alimentación está encendida). El nodo de alarma [1] no funciona. Para un generador de reloj ensamblado en los elementos DD1.1 y DD1.3, el nivel bajo en el pin 8 de DD1.3 es permisivo, por lo que en modo de espera produce pulsos rectangulares. Cuando aparece una señal de alarma en el aire, más precisamente, el bit de inicio de la combinación de cifrado instalada en la unidad transmisora de radio, aparecerá un nivel alto en la salida del elemento DD1.4. El disparador DD2.2 conmutará y permitirá el funcionamiento del contador DD4, así como también activará el DD2.1 en la entrada C. Sincrónicamente con el funcionamiento del contador, el multiplexor DD5 comienza a buscar la combinación de cifrado (familiaridad) en la secuencia indicada en el diagrama (de arriba a abajo). Su comparación con el recibido del aire se produce en el elemento DD1.2. El resultado de la comparación (0 si hay coincidencia y 1 si las señales son diferentes) se transmite a la entrada de información D del disparador DD2.1. La entrada C del disparador en el medio de cada área de familiaridad recibe flancos de pulso de la salida 5 del contador DD4. Cambiar el disparador a un solo estado solo es posible si las señales no coinciden en algún momento. Si la combinación de cifrado aceptada e instalada no coincide, se produce un proceso similar al ingreso al modo de espera, con la única diferencia de que el retraso de tiempo ya no depende del tiempo de carga del capacitor C1, sino que está determinado únicamente por los parámetros de tiempo de los microcircuitos utilizados. Una completa coincidencia de la combinación de cifrado establecida con la recibida desde el aire significa que el multiplexor DD5 ha buscado todas las familiaridades. El canal X15 será el último en abrirse cuando se combine en las entradas de dirección 1111. En este caso, la entrada de la unidad de alarma y el pin 8 del elemento DD1.3, con los contactos del interruptor SA1.1 cerrados, se conectarán a la tensión divisor R1R2. El voltaje en este divisor es aproximadamente 5/6 del voltaje de suministro, lo que corresponde a un nivel lógico alto. Sonará una alarma y el reloj se detendrá. Este estado permanecerá hasta que se presione el botón SB1. El uso del interruptor SA1 con dos grupos de contactos amplía la funcionalidad del vigilante de radio. Un grupo de contactos (SA1.2) está diseñado para apagar la alimentación de la unidad receptora cuando se usa en una versión portátil alimentada por una batería, y el segundo grupo (SA1.1) se usa para desactivar el bloqueo del modo de alarma cuando alimentado por una unidad externa conectada al conector XS1. En este caso, el estado de los contactos SA1.2 no importa, ya que la batería se desconecta por los contactos 2 y 3 del enchufe. Además de una fuente de alimentación estabilizada para un voltaje de 6...9 V, la unidad externa puede contener otros dispositivos electrónicos, por ejemplo, una unidad de alarma de alto volumen con silenciamiento de otras fuentes de sonido, un tiempo y número de alarmas. grabadora [6] o un dispositivo para transmitir un mensaje de alarma por teléfono [7]. Estructuralmente, el bloque se puede diseñar, por ejemplo, en un reloj electrónico, un receptor de radio, etc., que, por cierto, pueden tener unidades de señal. Cuando los contactos del interruptor SA1.1 están abiertos, la señal de alarma no se registra en el decodificador (esta función la realiza de una forma u otra una unidad externa), ya que el generador de reloj continúa funcionando. En este caso, el decodificador volverá al modo de espera automáticamente (al primer desajuste de la combinación de cifrado) tan pronto como se restablezca el “silencio” en el aire. Naturalmente, en el dispositivo de vigilancia con el que funcionará la unidad de transmisión de radio, es necesario prever un modo similar (por ejemplo, limitar la señal de alarma a tiempo). Es necesario prestar atención al hecho de que la impedancia de entrada del dispositivo externo conectado al pin 5 del conector XS1 debe ser lo suficientemente grande como para no pasar por alto el divisor de voltaje R1R2. Se permite reducir el voltaje en el divisor a 0,7 voltaje de suministro. Tenga en cuenta que es posible apagar automáticamente la unidad de alarma con decodificador cuando se utiliza una unidad externa. Para ello, basta con conectar el pin 8 del elemento DD3.3 al pin 4 del conector XS1, puenteándolo con una resistencia adicional al cable común. Un dibujo de la placa de circuito impreso de la unidad receptora de radio con un decodificador se muestra en la fig. 5.
La placa está hecha de fibra de vidrio de doble cara, pero es posible utilizar una de una cara, ya que se puede hacer una pequeña cantidad de conductores impresos en el lado de instalación de las piezas con un cable de montaje delgado. Es necesario insertar cables de puente en los orificios de las almohadillas cuadradas y soldarlos en ambos lados del tablero. Las designaciones de las partes del receptor (en la figura están separadas del decodificador por una línea de puntos) corresponden al diagrama del receptor en [8]. Para permitir el uso autónomo de la unidad se utiliza una antena magnética WA1 [3, Fig. 7] con bobina de acoplamiento L1 y conector de alta frecuencia X1 para conectar una antena externa. Además, la placa prevé la instalación de las siguientes piezas (mostradas por líneas discontinuas): un condensador de sintonización C1' (conectado en paralelo con C1), un condensador de bloqueo adicional para alimentar la etapa de entrada C3' y un único circuito oscilante L5C21C22 ( para aumentar la selectividad del receptor [3]). Se han realizado cambios menores en el propio receptor. Es necesario intercambiar las resistencias R10 y R11, filtro piezocerámico ZQ2 - FP1P1 -060.1. En lugar del comparador de tensión K554SAZ (DA3), se utiliza K521SAZ con el pinout correspondiente. También es posible utilizar 554СЗ, pero en un paquete de 8 pines. Resultó que es preferible el orden inverso de los pines (en la vista superior en el sentido de las agujas del reloj). Por tanto, este chip no viene instalado en la placa de serie. Hay varias opciones. La forma más sencilla es desoldar el microcircuito desde el lado de los conductores impresos. La segunda opción es doblar los cables en la dirección opuesta. En el caso de una caja de metal, esto es preferible (solo hay que colocar tubos aislantes en los terminales). Los pines 1, 4, 6, 9, 14 del microcircuito DA1 (K174PS1) están conectados entre sí dentro del cristal; se les conecta un cable común en la placa. Se deben quitar los pines libres 7 y 8 del microcircuito DA2 (K157ХА2) y soldar un puente en su lugar. Por cierto, las recomendaciones para el uso de este microcircuito [9] indican la indeseabilidad de la presencia de señales eléctricas en estos terminales. Las bobinas L1 y L2 están enrolladas en una varilla de ferrita con un diámetro de 8 y una longitud de 80 mm. En la Fig. 1.
El conector 1 se fija con una tuerca 2 a un soporte de esquina 3 hecho de material en forma de lámina delgada. Es conveniente utilizar hojalata (se puede cortar con unas tijeras normales), habiendo perforado previamente un orificio con un diámetro de 8 mm para el conector. Dicho soporte (su ancho es de 12 mm) se puede soldar a la placa utilizando el soporte de alambre 4. La conexión de la varilla de ferrita 6 con el conector se realiza mediante un acoplamiento 5 mecanizado a partir de un material no metálico adecuado. En el caso más sencillo, puede ser un tubo de cloruro de polivinilo, prensado o pegado. El cable del terminal central del conector pasa a través de un orificio en su cuerpo (destinado a soldar la trenza del cable) y se coloca debajo del tubo o encima. Si sólo se utiliza una antena externa, las bobinas L1, L2 se pueden instalar en lugar de los condensadores C1' y C1 soldando el condensador C1 directamente a los postes del marco de la bobina L1. El condensador C6 en el decodificador es K53-1A, su cuerpo metálico también sirve como pantalla entre la parte digital y el receptor de radio. No se muestra en la Fig. Se deben quitar 4 pines 1, 5, 14, 15 del chip DD4 (KR1561IE20) o avellanar agujeros para ellos en el lado opuesto de la placa. Para los pines 4,11 (DD1), 12 (DD2) y 9 (DD4) no haga almohadillas de contacto en el mismo lado. El emisor piezoeléctrico NA1 (ZP-18) debe modificarse antes de su instalación en la placa. Perpendicularmente a la base del elemento piezoeléctrico, retirado de la carcasa, se suelda un soporte de alambre en forma de L. Se inserta en el orificio del tablero y se suelda para que el elemento piezoeléctrico no toque las piezas. La cubierta del elemento piezoeléctrico se suelda a la placa mediante un conductor delgado y flexible. Este diseño "suelto" contribuye a una mayor salida de sonido. Cuando se utiliza una antena magnética, la carcasa de la unidad receptora debe estar hecha de un material "radiotransparente". Es adecuada una carcasa del diseñador Yunost KP 101, bien conocido por los radioaficionados. El funcionamiento del decodificador se puede comprobar desconectando la salida del elemento DD1.4 de otros elementos. Para hacer esto, es conveniente utilizar un cable de montaje en el lado donde se instalan las piezas entre los pines 11 y 6 del microcircuito DD1. El pin 6 de DD1 o el pin 11 de DD2 está conectado al punto de prueba (CP) en el codificador y los contactos del interruptor SA1 están cerrados. Cuando se aplica tensión de alimentación al codificador, debería sonar una señal de alarma intermitente en el decodificador. Si su volumen es claramente insuficiente, puede intentar seleccionar la resistencia R6. * Aquí, un mensaje de radio debe entenderse como la transmisión de una combinación de cifrado, dividida en 16 (según el número de canales multiplexores) intervalos de tiempo idénticos (familiaridad), cada uno de los cuales se caracteriza por la presencia o ausencia de radiación de alta frecuencia. . Los dos primeros lugares familiares están ocupados por la información de servicio necesaria para que el decodificador comience a funcionar y se sincronice con el codificador. Literatura
Autor: A.Martemyanov, Seversk, región de Tomsk
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