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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Chave capacitiva para dispositivo de segurança. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Dispositivos de segurança e sinalização de objetos Todo rádio amador que já projetou dispositivos de segurança para uma casa de veraneio, garagem, apartamento ou carro se perguntou - qual chave escolher para este dispositivo? A mesma questão surgiu antes do autor do artigo. Os dispositivos de segurança mais simples são construídos com um atraso de tempo. Esse atraso é dado ao proprietário para que, após abrir a porta, ele tenha tempo de desligar o aparelho. Infelizmente, esta solução não é aplicável em todos os casos. Se, por exemplo, o alarme tiver um sensor de choque, depois de atingir a porta do objeto de segurança, esse dispositivo funcionará somente após alguns segundos, o que é inaceitável. Outros dispositivos de desconexão simples comuns em projetos amadores incluem interruptores reed, sensores de toque e transmissores infravermelhos de radiação infravermelha não codificada com uma frequência de vários quilohertz. Mas esses métodos também têm deficiências óbvias. Todas essas chaves são universais e se encaixam. Se, por exemplo, volto para casa com um amigo e ele me vê colocando a mão com um chaveiro em determinado local, então o segredo está aberto, pois as opções são poucas. Eu tenho um reed switch ou um sensor lá. E vazar informações nesse caso pode custar caro. Com base no exposto, ao projetar um sistema de segurança, é necessário partir do fato de que a chave é difícil de repetir, como a chave da fechadura da porta, mas ao mesmo tempo compacta e não trabalhosa de fabricar. Microcircuitos especializados (codificadores e decodificadores) não são acessíveis para muitos e nem todas as cidades podem comprá-los. Nos chips da série K561 comum, o chaveiro é grande, o que não é conveniente. Além disso, os microcircuitos exigem energia e a bateria pode falhar no momento mais inoportuno. Na minha opinião, a opção de uma chave na forma de um resistor de uma certa resistência é interessante. As dimensões são compactas, o preço é baixo, não requer energia, o "decodificador", feito em forma de ponte, é relativamente simples. Mas o resistor é muito fácil de pegar usando uma variável. O capacitor de chave também é compacto, barato, não requer baterias, mas é mais difícil de pegar, pois capacitores variáveis de grande capacidade são raros e, para aqueles de rádios antigos que os rádios amadores possuem, o limite superior de mudança de capacitância é pequeno, geralmente 360 ... 495 pF. A capacitância de até mesmo duas seções KPI conectadas em paralelo não excede 1000 pF. Além disso, dispositivos com chave em forma de capacitor de determinada capacidade não são descritos na literatura de massa (pelo menos o autor não sabe disso), respectivamente, informações sobre esse método de desarmar o dispositivo ainda não são difundidas. Um diagrama de um dispositivo de segurança com uma chave na forma de um capacitor de uma determinada capacidade é mostrado na Fig. 1.
Nos elementos DD1.1 e DD1.2 é montado um gerador de pulsos retangular. Os elementos DD1.3 e DD1.4 são um único vibrador que gera pulsos de uma duração de referência. No elemento DD2.1, é feito um nó de comparação, e no DD2.2 e DD2.3, um gatilho Schmitt. Vamos considerar a operação do dispositivo com mais detalhes. Em condições normais de espera, o capacitor C1 está ausente. Ao mesmo tempo, na saída do elemento DD1.2, na versão do autor do dispositivo, a tensão é um pouco menor que a metade da tensão de alimentação, ou seja, log.0. Está relacionado a isso. que o elemento DD1.1 opera de modo linear devido à presença dos resistores R1 e R2 Dependendo da instância do microcircuito, a tensão na saída do elemento DD1.2 pode ser qualquer coisa. A geração de alta frequência pode até ocorrer devido à capacitância parasita do cabo e do conector para conectar o capacitor. Vamos analisar os diferentes estados em que podem estar os elementos DD1 1 e DD1.2. Se as tomadas para conectar o capacitor estiverem fechadas, o gerador se transforma em um gatilho Schmitt. Na saída do elemento DD1.2, pode ser como um nível de log. 0 e log. 1. No estado estacionário de log.1 e na ausência do circuito C3R3, o nó de comparação pode reconhecer este estado como a "frequência correta", pois a saída do one-shot, na ausência de pulsos do gerador, também estará no estado de log.1. A corrente C3R3 elimina essa possibilidade. Quando conectados aos soquetes do resistor, os elementos DD1.1 e DD1.2 também se transformam em um gatilho Schmitt com um estado de saída estável. Quando um capacitor de capacidade aleatória é conectado aos soquetes, o gerador começará a funcionar e os pulsos aparecerão na saída do elemento DD1.2. Eles iniciarão o one-shot e o nó em DD2 1 os comparará com os pulsos gerados pelo one-shot. Se as durações dos pulsos do gerador e do único vibrador não forem iguais, na saída do nó de comparação (o elemento EXCLUSIVE OR DD2.1) também haverá pulsos que carregarão o capacitor C1 através do diodo VD7 até o nível log. 1. Assim, em qualquer estado dos elementos DD1.1 e DD1.2, além de gerar a frequência “desejada”, ou um log estará presente na saída do nó de comparação. 1, ou impulsos. No pino 9 do elemento DD2.1, existem pulsos com duty cycle próximo a dois, e no pino 8, o duty cycle varia dependendo da proximidade das frequências entre si. Se a frequência do gerador ficar menor ou maior que o valor nominal, pulsos positivos aparecerão na saída do elemento DD2.1, conforme mostrado na forma de onda. Esses pulsos carregarão o capacitor C7 no nível de log.1, respectivamente, e log.1 serão formados na saída do dispositivo. À medida que a frequência do gerador aumenta, a frequência dos pulsos na saída de DD2.1 também aumenta e, quando diminui, diminui. A frequência mínima é limitada pela cadeia C3R3. Sua constante de tempo é escolhida várias vezes maior que a constante de tempo do circuito do oscilador mestre C1R2. No entanto, não vale a pena superestimar as classificações dos elementos C3R3, pois pode haver falsos positivos da chave se log.1 for definido na saída de DD1.2. Os capacitores C1 e C4 são escolhidos da mesma forma para facilitar o cálculo, então as resistências dos resistores R5 e R2 também devem ser iguais. O resistor R6 é necessário para ajustar a duração dos pulsos únicos do vibrador. A relação das resistências dos resistores R7 e R8 determina o desvio máximo possível da capacitância do capacitor C1 do valor nominal, pois devido a vários fatores desestabilizadores (mudanças na tensão de alimentação, temperatura, umidade; deslocamento do motor do resistor R6, diferenças entre as chaves entre si, etc.), a duração dos pulsos do gerador pode desviar em relação à duração do pulso único do vibrador. Em vez de um diodo de silício, um diodo de germânio de baixa potência pode substituir VD1, então a necessidade do resistor R7 desaparecerá, pois o capacitor C7 será descarregado pela corrente reversa do diodo. No entanto, isso degradará a estabilidade de temperatura do dispositivo. Na ausência do chip K561LP2, o nó de comparação e o gatilho Schmitt podem ser executados em dois chips K561LA7. Um diagrama dessa opção de construção do dispositivo é mostrado na Fig.2.
Aqui, quatro elementos do chip DD2 são incluídos para que formem um elemento OU EXCLUSIVO. As entradas de dois elementos não utilizados do chip DD3 são conectadas a um fio comum ou "mais" da fonte de alimentação. Capacitores e resistores instalados nos circuitos de temporização devem estar com TKE e TCR mínimos. Os capacitores da série K31-11 são mais adequados para essa finalidade. PM, K73-17, K73-11, K73-9 e resistores S2-14, MLT. Se não houvesse tais elementos em mãos, a maneira mais fácil de determinar qual dos capacitores atende a esse requisito em maior grau e qual em menor grau é aquecer a saída do elemento com um ferro de solda e observar a tela do osciloscópio conectado à saída da unidade de comparação, a duração do pulso de diferença. Requisitos especiais são colocados no capacitor C1, pois sua capacitância deve mudar pouco com mudanças de temperatura, umidade e outras mudanças climáticas. Além disso, se mais de uma chave for planejada para ser usada com uma fechadura eletrônica, os capacitores da chave devem ter uma variação mínima na capacitância entre si. Durante o teste, a versão do autor do dispositivo apresentou alta resistência à instabilidade da tensão de alimentação. Sua mudança de 7 para 15 V não causou o aparecimento de pulsos na saída da unidade de comparação quando o capacitor C1 foi conectado, mas ainda é melhor receber energia de uma fonte estabilizada. Estruturalmente, o dispositivo é feito em uma pequena caixa plástica de dimensões adequadas e é colocado próximo aos soquetes para conectar o capacitor C1. Na versão do autor, as tomadas eram um plugue de fones de ouvido com diâmetro de 3,5 mm. Os fios da placa ao conector devem ter um comprimento mínimo. O capacitor C1 (grau PM) está localizado na caixa de metal da parte do pino do conector. Com um desenho diferente da chave, deve-se levar em conta que tocar nos terminais do capacitor com as mãos enquanto ele estiver conectado é indesejável, pois pode causar pickups e alterar a frequência do gerador. Se o dispositivo deve ser operado em condições onde é possível alta umidade, é melhor cobrir a placa de circuito impresso com um verniz protetor após a montagem e ajuste. A configuração do dispositivo se resume a definir o resistor R6 para um pulso único de tal duração que, quando o capacitor C1 é conectado, não há pulsos na saída da unidade de comparação. Se for impossível usar um osciloscópio no local de instalação, esta operação pode ser realizada com um multímetro, ajustando o resistor para a leitura mínima na saída do elemento DD2.1 (ver Fig. 1) ou DD2.4 (ver Fig. 2). Você também pode escolher o resistor R7 para definir a tolerância máxima para o desvio da capacitância do capacitor C1 do nominal. A saída do dispositivo na versão do autor é conectada a um circuito integrador com constante de tempo de 100 ms. Isso é desejável, pois em uma situação desfavorável, pulsos negativos de curta duração podem estar presentes na saída. Por exemplo, um invasor instalou um capacitor com valor semelhante de 1 pF no lugar do capacitor C3300. Nesse caso, o capacitor C7 será carregado com uma tensão ligeiramente superior à metade da tensão de alimentação. Log.1 será armazenado na saída do dispositivo. Se agora fecharmos o capacitor C1, o gatilho nos elementos DD1.1 e DD1.2 pode mudar para o estado log.1 e durante o tempo de descarga do circuito C3R3, a saída do nó de comparação será log.0, que pode ter tempo para descarregar o capacitor C7 para uma tensão menor que a metade da tensão de alimentação, e o gatilho Schmitt nos elementos DD2.4, DD2.1 entrará no estado log.0. Depois de descarregar o capacitor C3, o capacitor C7 será carregado novamente com pulsos ou uma tensão constante no nível de log.1 e log.1 também será ajustada na saída do dispositivo. Se for necessário desligar o alarme com pulso positivo, o sinal pode ser removido da saída do elemento DD2.2 (ver Fig. 1) ou da saída do elemento DD3.1 (ver Fig. 2). O dispositivo permite colocar em prática a frequência de geração de centenas de quilohertz a dezenas de hertz com uma alteração correspondente nas classificações de elementos passivos. O autor montou três dispositivos de acordo com o esquema da Fig. 1 e um - de acordo com o esquema da Fig. 2. Todos eles funcionaram ao mesmo tempo e precisaram apenas de ajuste pelo resistor R6. A chave de um dispositivo não acionou os outros. Autor: V.Sidorov, Kirovo-Chepetsk, região de Kirov
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