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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Línea de comunicación IR en alarma antirrobo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Seguridad y proteccion Cuando el tendido de cables es imposible, y el uso de la radio es difícil por una razón u otra, cuando se crean sistemas de seguridad, a menudo se recurre a la tecnología de infrarrojos (IR). Este artículo describe un transmisor IR que puede fabricar un radioaficionado que no tiene mucha experiencia en el diseño de este tipo de dispositivos. La gran interferencia en los canales de radio permitidos en Rusia para los sistemas de seguridad (26 945 kHz y 26 960 kHz), la facilidad de su bloqueo, los diversos obstáculos administrativos y financieros que surgen al usar la radio en dispositivos de alarma de seguridad, nos obligan a buscar otros medios. de comunicación inalámbrica. Con la llegada de los emisores de semiconductores capaces de generar potentes destellos IR, esta posibilidad se ha hecho realidad. En la fig. 1 muestra un diagrama de un transmisor IR. Sobre los elementos DD1.1 y DD1.2 se monta un generador de reloj que opera a una frecuencia de 32 Hz. DD768: un contador, en cuya salida 3 hay pulsos con una frecuencia de 11 Hz, y en la salida 16 - 14 Hz. Los elementos DD2-DD2.1 forman un interruptor. En su salida (DD2.4), aparecen pulsos con una frecuencia de 2.4 o 2 Hz, dependiendo del nivel de voltaje en el pin 16 del elemento DD5.
En modo de espera, el bucle de seguridad está cerrado y en el pin 5 DD2.1: nivel bajo. Un nivel alto de la salida del elemento DD2.2 permite el paso de pulsos con una frecuencia de 2 Hz a través del elemento DD2.3. La salida de DD2.1 también es alta, por lo que los pulsos siguen a través del elemento DD2.4. Cuando se rompe el bucle de seguridad, se produce un nivel alto en el pin 5 de DD2.1 y pulsos con una frecuencia de 16 Hz pasan a través de este elemento. La salida del elemento DD2.2 es de nivel bajo, por lo que está prohibido el paso de pulsos por DD2.3. En la salida de DD2.3, un nivel alto y los pulsos con una frecuencia de 16 Hz pasan a través del elemento DD2.4. El circuito P1C1 elimina la influencia de las captaciones en el bucle de seguridad. El circuito diferenciador P5C3 y los elementos DD1.4-DD1.6 forman pulsos cortos de 2.4 μs de duración a partir del meandro procedente de la salida DD10. La corriente que surge en el circuito colector del transistor VT1 excita el diodo IR BI1 y se emiten breves destellos IR al espacio. Por lo tanto, el transmisor siempre emite algo: o impulsos raros, si no hay motivos para alarma, o impulsos frecuentes en modo de alarma. El parámetro más importante del transmisor IR, así como de cualquier elemento del equipo de seguridad, es su eficiencia en modo de espera. En mesa. 1 muestra la dependencia de la corriente consumida por el transmisor, Icont, del voltaje de la fuente de alimentación Upit. En el modo de transmisión de alarma, Iload aumenta en aproximadamente un 10%.
El bajo consumo de energía le permite ingresar una fuente de alimentación de respaldo directamente en la carcasa del transmisor sin aumentar sus dimensiones. Estas pueden ser, por ejemplo, baterías de seis voltios GP11A, E11A (diámetro 10,3 y altura 16 mm) o GP476A, KS28, K28L. (13 mm de diámetro y 25 mm de alto), etc. La duración del funcionamiento continuo con dicha fuente será de varios cientos de horas. Se muestra en la tabla. 1, la dependencia de la corriente a través del diodo IR Iimp de la tensión de alimentación permite juzgar la potencia de los destellos IR emitidos por el transmisor y, en consecuencia, su "alcance". La placa de circuito impreso del transmisor está hecha de lámina de fibra de vidrio de doble cara con un espesor de 1,5 mm. En la fig. 2a muestra la configuración de los conductores, y en la fig. 2b muestra la colocación de las piezas. La lámina en el costado de las piezas (que se muestra en azul) se usa solo como un cable común. Los lugares donde se sueldan los cables de resistencias, condensadores, etc. se muestran en cuadrados negros, y las conexiones de los pines "a tierra" de los microcircuitos o las posiciones de los puentes de cable se muestran en cuadrados con puntos claros en el centro.
Se perfora un orificio para un diodo IR en el centro de la placa, sus cables se sueldan a las extensiones correspondientes en los conductores impresos superpuestos. Condensadores C1, C2, C5 - tipo KM-6 (salidas en una dirección) y C3 - KM-5a (salidas en diferentes direcciones). Condensadores electrolíticos C4 y C6: cualquier tipo, sin embargo, el diámetro del condensador C6 no debe ser superior a 10 mm. Todas las resistencias son MLT-0,125. Los diodos IR disponibles comercialmente están diseñados para funcionar en dispositivos de control remoto para radios domésticas y tienen un patrón de radiación bastante amplio, hasta 25 ... 300. Para aumentar el "rango" de dicho emisor, es necesario usar una lente condensadora (Fig. 3). Aquí: 1 - placa de circuito impreso; 2 - diodo IR; 3 - caja del transmisor (poliestireno de alto impacto de 2...2.5 mm de espesor); 4 - clip de una lupa estándar de cinco veces (debe tener un ícono "x5"); 5 - lente. La lupa está pegada a la pared frontal de la caja, en la que se hace un orificio con un diámetro de 30 ... 35 mm. Pegamento - piezas de poliestireno disueltas en disolvente 647. También pegan el cuerpo mismo. Con la distancia entre la base de la lupa y la placa de circuito impreso indicada en el dibujo, el diodo IR está aproximadamente en el foco de la lente y la radiación del transmisor se comprime en un haz estrecho. Esto aumenta considerablemente la potencia de la señal IR en el otro extremo de la línea de comunicación.
Al colocar el transmisor, debe recordar un patrón de radiación muy estrecho de su radiación: el punto de conexión debe permitir la orientación precisa del transmisor y su fijación rígida en la mejor posición. Puede usar, por ejemplo, un cabezal giratorio de una cámara o cámara de cine, montándolo en una pared, marco de ventana, etc. Y puede realizar este nodo como se muestra en la Fig. 4. La unidad de fijación consiste en una pieza de alambre de cobre con un diámetro de 1,5 a 2,5 mm con círculos de latón soldados en los extremos (pueden ser, por ejemplo, monedas antiguas de cinco kopeks). Uno de ellos se fija con tornillos a la pared lateral del emisor (rosca - en la pared), el otro - al soporte. El alambre se dobla para que el emisor tome la posición deseada. Para evitar vibraciones significativas, el cable debe ser más corto.
Las pruebas han demostrado que con una tensión de alimentación de 6 V, el transmisor puede proporcionar comunicación a una distancia de 70 m, pero este no es el límite. La dependencia de la distancia r de la corriente Iimp ceteris paribus tiene la forma: r=KVIimp donde K es un coeficiente que tiene en cuenta "otras condiciones". Por lo tanto, en Upit=10 V r=100 m, la corriente en el diodo IR se puede aumentar seleccionando la resistencia R7: Iimp=(Upit-4)/R7. Pero esto debe hacerse con precaución: en cualquier combinación de Upit y R7, la amplitud de corriente en el diodo IR no debe exceder los 2 A para evitar dañarlo. Desafortunadamente, el valor máximo permitido de la corriente pulsada en los diodos IR debe establecerse experimentalmente; por regla general, esta información no está disponible en la literatura de referencia. Se puede lograr un aumento significativo en la potencia de los pulsos IR usando un diodo IR tipo AL123A y reconstruyendo la parte de "alta corriente" del amplificador como se muestra en la Fig. 5.
En este caso, se puede obtener la corriente en el pulso Iimp=10 A, admisible para un diodo IR del tipo AL123A. Resistencia R4: casera, enrollada con alambre de alta resistividad. La longitud del cable está determinada por un ohmímetro digital o de acuerdo con la tabla. 2.
La amplitud y forma de la corriente que excita el diodo IR se controla conectando el osciloscopio a la resistencia R4. El cabezal emisor se puede fabricar como una unidad separada. La placa de circuito impreso de un potente amplificador se muestra en la fig. 6.
Todos los demás elementos del emisor IR pueden entrar en la parte electrónica del sistema de seguridad como un fragmento conectado al cabezal IR con un cable de tres hilos. El diagrama esquemático del receptor IR se muestra en la fig. 7. El chip DA1 convierte los pulsos de corriente que ocurren en el fotodiodo BL-1 bajo la acción de los destellos IR en pulsos de voltaje. El vibrador único, realizado sobre los elementos DD1.1 y DD2.1, expande este pulso a tf1 = 5 ms (tf1 - R2C5). El vibrador único DD1.3, DD2.3 genera una duración de pulso tf2= 1.5 s (tf2 ~ R4C6), lo que permite el conteo de pulsos sin obstáculos por parte del contador DD3 solo en este intervalo de tiempo. Se monta un generador de sonido sobre los elementos DD2.5 y DD2.6.
El receptor se activa por la parte delantera del primer flash IR. Se lanzan los vibradores individuales DD1.1, DD2.1, así como los vibradores individuales DD1.3, DD2.3. Al mismo tiempo, el circuito DD2.2C7R6 genera un pulso en la entrada R del contador DD3 (su duración tR = 7 μs, tR - R6C7). puesta a cero del contador Tan pronto como el vibrador único DD1.1, DD2.1 haya trabajado, aparecerá un nivel bajo en la salida del elemento DD1.1 y el primer pulso de conteo irá al contador DD3. Si el fotodetector recibe pulsos que le siguen con una frecuencia de 2 Hz (con esta frecuencia, recordemos, le siguen destellos IR en modo de espera), entonces la salida 4 del contador DD3 permanece baja, ya que el frente del cuarto pulso (será aparecerá después de 0,5x4 = 2 c - al final del intervalo de conteo permitido tf2= 1.5 s) DD3 volverá al estado previo al inicio (diagrama 4 en la Fig. 8). El receptor se comporta de manera diferente si recibe pulsos IR con un período de repetición de 62,5 ms, es decir, una señal de alarma Dado que cuatro períodos de 62,5 ms cada uno es de 250 ms, que es mucho menor que el intervalo tf2 = 1,5, 3 s, entonces el cuarto pulso transferirá el contador DD4 al estado "5" (nivel alto en el pin 1.2). El contador en este estado se bloqueará (debido al nivel bajo en la salida DD1), el LED HL1,25 se encenderá y el generador de sonido emitirá una señal intermitente. Esto continuará durante aproximadamente 0,25 segundos, después de lo cual habrá una pausa de XNUMX segundos y la alarma se repetirá.
Cuando se interrumpe la conexión, el receptor se comporta de manera diferente. Si el receptor no detecta un destello IR durante aproximadamente 1,5 s, el condensador C8 se descarga a través del circuito VD6R11DD2.3. El transistor VT1 entra en saturación, el voltaje a través de la resistencia R8 aumenta hasta el voltaje de suministro, la salida DD1.4 se establece en un nivel bajo y el generador de sonido emite una señal de tono con una frecuencia de 1 kHz. Con la aparición del primer destello IR, el capacitor C8 se cargará rápidamente a través del circuito R10VD5, la señal de tono se detendrá y el receptor comenzará a analizar las señales entrantes. La placa de circuito impreso del receptor (Fig. 9) está hecha de fibra de vidrio de lámina de doble cara con un espesor de 1,5 mm.
El fotocabezal del receptor IR (fotodiodo BL1, microcircuito DA1, etc.), que es muy sensible a las captaciones eléctricas en un amplio rango de frecuencias, debe estar blindado La pantalla es de estaño, su corte se muestra en la fig. 10
Los pliegues se muestran con líneas discontinuas. La pantalla doblada se suelda en las esquinas y, una vez instalada en la posición deseada en el tablero, se suelda en dos o tres puntos. La apariencia del receptor IR se muestra en la fig. once.
Estructuralmente, el receptor se puede hacer como se muestra en la Fig. 12
Aquí: 1 - carcasa del receptor (poliestireno negro 2 ... 215 mm de espesor): 2 - clip de una lupa de mano de siete pliegues (el mango está cortado); 3 - su lente; 4 - placa de circuito impreso; 5 - fotodiodo. El soporte de la lupa está pegado a la pared frontal de la caja, que tiene un orificio de unos 35 mm de diámetro (piezas de poliestireno disueltas en disolvente 647). La distancia entre el fotodiodo y la lente colocada coaxialmente debe ser cercana. a la distancia focal de la lente. Esto concentrará el flujo de luz entrante en el fotodiodo y aumentará significativamente la sensibilidad del fotodetector a las señales débiles. En el caso, es necesario prever un lugar para colocar el emisor piezoeléctrico BF1 y el LED HL1. Se imponen los mismos requisitos en el soporte del receptor que en el soporte del transmisor: se debe proporcionar una orientación conveniente y una fijación confiable en la mejor posición. Si, de acuerdo con las condiciones de comunicación, el receptor IR debe sacarse a la calle (para comunicarse, por ejemplo, con un automóvil estacionado al final de la casa), para evitar la iluminación lateral de fuentes extrañas que pueden reducir la sensibilidad, se debe empujar un parasol sobre la lente del objetivo. Puede ser, por ejemplo, un segmento de tubo de plástico o metal ennegrecido por dentro, de 100... 150 mm de largo, que tenga un diámetro interior adecuado. En este caso, también se deben tomar medidas para proteger toda la estructura de la humedad. Los dispositivos de alerta (emisor piezoeléctrico, LED) y la fuente de alimentación, por supuesto, se dejan en el interior. Pero en la versión "para todo clima", es mejor hacer un receptor IR de dos partes: una externa, en una carcasa resistente al agua en la que solo se colocan la lente y un cabezal fotográfico, y una interna con todo. demás. Estas partes están conectadas con un cable delgado de tres hilos. Si es necesario, se puede complementar el receptor con un emisor acústico de mayor potencia, por ejemplo, un cabezal dinámico, incluido como se muestra en la Fig. 13, o sirena piezoeléctrica AST-10 (Fig. 14). La sirena piezoeléctrica retiene suficiente potencia incluso con un voltaje de suministro reducido (para la radiación de sus 110 dB nominales, el voltaje de suministro de este nodo debe aumentarse a 12 V).
Como han demostrado las pruebas preliminares, la longitud de la línea de comunicación IR con dicho receptor y transmisor alcanza los 70 m. Se puede lograr un aumento significativo cambiando a la óptica ajustable, si en lugar de lentes fijas con su enfoque aproximado, lentes de edad Se utilizan cámaras con enfoque. El ángulo de divergencia de los rayos en la lente del transmisor IR, su llamada apertura, debe ser de al menos 25 ... 300 a lo largo del pétalo del diodo IR, luego la lente usa su radiación por completo. En el receptor, el diámetro de la lente es más importante: con su aumento, aumenta la distancia desde la que puede fijar el flash IR del emisor. El "alcance" del transmisor se puede aumentar otras 1,5...2 veces o más aumentando el brillo del flash IR. Por otro lado, en líneas de comunicación que no excedan los 20 ... 25 m (un automóvil o un "caparazón" debajo de las ventanas de una casa de tres o cuatro pisos, una casa al otro lado de la calle, etc.), la óptica puede no ser necesaria en absoluto, en cualquier caso en el receptor IR. Autor: Yu.Vinogradov, Moscú
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