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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Codificador e decodificador para o canal de rádio de alarme de segurança. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Segurança e proteção A revista voltou ao tema dos canais de rádio para alarmes de segurança mais de uma vez. O uso de comunicações de rádio em tecnologia de segurança muitas vezes acaba sendo conveniente e, às vezes, a única maneira de transmitir um sinal de alarme. Este artigo descreve outra versão de um codificador e decodificador para tal sistema. Já passou muito tempo desde que a radiodifusão, por razões óbvias, se tornou mais acessível. E não só para aqueles que inicialmente foram chamados de rádios amadores, mas também para aqueles que os utilizam para fins práticos: controle remoto de rádio, comunicações de rádio pessoais, radiofaróis, etc. Uma das áreas de aplicação interessantes (e recentemente relevante) é a segurança de vários objetos remotos, em particular veículos. A revista "Radio" publicou vários projetos destinados a esse fim, incluindo o canal de rádio de Y. Vinogradov [1-3] e o vigia de rádio de S. Biryukov [4]. Em termos da sua complexidade e em muitos aspectos da base elementar, estes dois designs são semelhantes, embora em termos práticos sejam um pouco diferentes. Isto se aplica principalmente ao trabalho em condições de intensa interferência de rádio. Se no primeiro caso existe uma grande probabilidade de não ser recebido nenhum sinal de alarme, no outro caso os falsos alarmes incomodarão o proprietário, o que também reduz a fiabilidade da segurança. Além disso, a presença de sinais constantes no ar pode atrair a atenção dos hooligans do rádio. Em qualquer caso, a escolha do design fica a critério do próprio radioamador. O autor deste artigo escolheu a publicação [1-3]. O codificador e decodificador do canal de rádio sofreram alterações. O circuito codificador [1, Fig. 1], segundo o autor, contém detalhes “extras” que limitam injustificadamente as possibilidades de utilização da unidade transmissora de rádio. Assim, a presença de um gatilho “descartável” nos elementos DD4.3 e DD4.4 implica obviamente trabalhar apenas com sensores de contato e requer a intervenção do proprietário após cada acionamento da guarda. É muito melhor fazer uma unidade transmissora de rádio como complemento ao alarme sonoro de segurança. Tais alarmes, via de regra, contêm os componentes necessários, inclusive executivos (relés, transistores, tiristores, etc.). Isto permitirá ao proprietário, dependendo das condições, escolher o modo de funcionamento necessário do vigia, por exemplo, durante o dia, utilizar um alarme sonoro destinado a um intruso, e à noite mudar para segurança “silenciosa”. O que foi dito acima, no entanto, não significa que a unidade de transmissão de rádio não possa ser usada de forma independente. O decodificador [1, Fig. 2] contém um número significativo de conexões entre elementos lógicos incluídos em diferentes microcircuitos, o que dificulta a criação de uma placa de circuito impresso compacta. E embora o prefácio do artigo [3] afirme que o proprietário pode levar consigo a unidade receptora de rádio, ela não pode ser chamada de “tamanho de bolso”. Além disso, não prevê a antena interna necessária nesses casos, embora seja dado seu possível design. Tudo isso levou o autor do artigo a criar, com base no projeto de Yu Vinogradov, seu próprio canal de rádio com criptografia de sinal de rádio. As dimensões da unidade transmissora de rádio (sem antena) são reduzidas em quase 3 vezes, e da unidade receptora de rádio com antena magnética - em 2 vezes. O circuito do codificador (com transmissor) é mostrado na fig. 1.
Funcionalmente, corresponde totalmente a um nó semelhante de Yu. Vinogradov [1]. O número máximo possível de combinações de criptografia também foi mantido - 16384. A mudança afetou apenas a velocidade de transmissão da mensagem de rádio* - a frequência de comutação dos canais do multiplexador (familiaridade) foi duplicada, mantendo a frequência do gerador de clock. Isso foi feito, por um lado, pela comodidade de “disposição” da placa de circuito impresso e, por outro lado, pelas características do contador utilizado. No entanto, não há razão para temer que a largura de banda do rádio exceda os limites permitidos ou que a largura de banda do filtro piezocerâmico no receptor de rádio não seja suficiente. Como exemplo, podemos referir o projeto [4], onde a frequência de modulação do rádio transmissor é ainda maior. Como pode ser visto no diagrama, o codificador é montado em apenas dois chips da série CMOS 4000 original [5]. O microcircuito CD4060 (DD1) é semelhante em sua estrutura interna ao contador CD14 de 4020 bits (K561IE16), mas ao contrário dele, possui saídas de elementos buffer na entrada para construção de um gerador. Dessa forma, não possui saídas de um número maior de dígitos - além do segundo e terceiro dígitos, o primeiro e o 11º também não possuem saídas. O chip CD4067 (DD2) é um multiplexador-desmultiplexador de 16 canais controlado por um código binário de quatro bits e pode substituir dois chips K561KP2 (KR1561KP2). No circuito codificador da Fig. 1, a designação de referência das entradas A-D do microcircuito DD2 e os números dos canais X0-X15 são preservados. No desenvolvimento da placa de circuito impresso, a ordem de conexão das entradas AD às saídas do contador DD1 foi alterada, de forma que a comutação temporal dos canais (familiaridade) ocorre exatamente na sequência indicada no diagrama (de cima para baixo). Em geral, deve-se notar que a designação das entradas AD e dos números dos canais é bastante condicional, uma vez que o número da chave pública é determinado pela tabela verdade dependendo do código de endereço e nada mais. A operação do codificador proposto quase não difere daquela descrita por Yu Vinogradov, embora tenha algumas características. Em primeiro lugar, isto aplica-se à formação de uma pausa entre as mensagens de rádio. A fonte original [1] não diz nada sobre o seu propósito, mas é óbvio que a pausa é necessária para destacar o bit inicial no contexto de uma combinação de criptografia contendo informações bastante semelhantes. Portanto, para uma operação conjunta confiável do codificador e do decodificador (principalmente quando as informações transmitidas e recebidas não coincidem), é desejável que a duração da pausa não seja inferior à da mensagem de rádio. Como o contador DD1, como já mencionado, não possui saída de 11 bits, a duração da pausa é escolhida igual à própria mensagem de rádio (15,6 ms). Outra característica do codificador é que, assim como o transmissor, ele é desenergizado no modo standby. O modo de alarme é garantido pelo fornecimento de tensão de alimentação à unidade transmissora de rádio (incluindo o codificador), o que reduziu o número de conexões externas. Para colocar o contador DD1 em seu estado inicial, use o circuito C12R8. Também fornece um atraso no início da transmissão de rádio de um sinal de alarme pelo tempo necessário para que o gerador transmissor atinja o modo de operação e permite que a unidade seja usada diretamente com sensores de contato, sem tomar medidas adicionais para suprimir o ressalto de contato. Os resistores R9, R10 e o ressonador de quartzo ZQ2 são elementos do oscilador interno do chip DD1. O diodo VD1 protege o dispositivo contra conexão de polaridade incorreta da fonte de tensão. Na Fig. A Figura 2 mostra uma possível versão da placa de circuito impresso da unidade transmissora de rádio contendo o codificador considerado. O codificador é convencionalmente separado do transmissor por uma linha pontilhada. A placa é feita de fibra de vidro unilateral. Conexões curtas entre elementos e disposição cuidadosa das peças tornam possível dispensar a folha de blindagem.
O transmissor de rádio utiliza resistores importados de pequeno porte, mas os nacionais (MLT, S2-23, etc.) também são adequados quando instalados verticalmente na placa. Uma fina junta de borracha, pré-lubrificada em ambos os lados com cola 88H, é colocada entre o ressonador de quartzo e a placa. O ressonador é fixado com um fio isolado, que também serve como jumper elétrico. Se os fios do ressonador forem rígidos (RK169, RK373), eles devem ser encurtados para um comprimento mínimo, e a conexão à placa de circuito impresso deve ser feita através de um fio fino ou devem ser utilizados os fios do resistor R3. O soquete da antena de alta frequência X1 é instalado na placa por meio de uma pinça caseira em forma de U feita de fio com diâmetro de 2 mm. Em suas extremidades existe uma rosca M2 para montagem de porcas. Nas faces laterais rosqueadas do soquete é necessário fazer duas ranhuras com uma lima de agulha redonda até uma profundidade de 1...1,5 mm sob a pinça. Para fazer esta peça, em vez de arame, é conveniente utilizar pinos de aperto da chave de biscoito PG-3. O pino do soquete está conectado à placa com um condutor. O transmissor possui um modo de radiação contínua. Como este modo raramente é usado (principalmente para configurar o canal de rádio como um todo), ele é implementado de forma um tanto incomum (Fig. 3).
A caixa da unidade transmissora é feita de chapa fina estanhada e está eletricamente conectada a um fio comum. Um furo com diâmetro de 4 mm foi feito na tampa da caixa acima do poste da estrutura da bobina L3. Uma porca M2,5 é soldada no interior da tampa coaxialmente com o orifício. Um parafuso é aparafusado na porca pelo lado de fora. Como o referido suporte da moldura da bobina está eletricamente conectado na placa ao coletor do transistor VT3 (ver Fig. 1), ao aparafusar o parafuso, o coletor entrará em curto com a carcaça, o que corresponde ao modo de radiação contínua. É necessário “plantar” uma gota de solda na parte saliente do suporte e colocar uma arruela de material elástico (por exemplo, borracha porosa) sob a cabeça do parafuso. Sua espessura deve ser tal que na ausência de contato fique levemente comprimido para evitar o desenroscamento espontâneo do parafuso. Molas também podem ser usadas. O contato confiável é garantido por alguma elasticidade do material da caixa. É aconselhável utilizar um parafuso de cobre. Capacitor C10 - K53-1A, o restante - KM ou K10-176. O ressonador de quartzo ZQ2 está em uma caixa plana, um pouco menor que o RV-72 comum. É possível usar um ressonador de um relógio de pulso em uma caixa cilíndrica em miniatura. A combinação de criptografia selecionada é estabelecida conectando os pinos do chip DD2 ao condutor impresso correspondente usando uma gota de solda. O codificador não precisa ser configurado. Se as peças estiverem em bom estado de funcionamento e não houver erros de instalação, ele começa a funcionar imediatamente quando a tensão de alimentação é aplicada. Usando um osciloscópio, você pode observar os pulsos retangulares do gerador de clock no pino 9 do chip DD1 e a combinação de criptografia discada no pino 1 do DD2 (CT). O circuito decodificador é mostrado na Fig. 4. Sua principal diferença em relação ao descrito por Yu Vinogradov reside na unidade de comparação entre a combinação de criptografia recebida do ar e a instalada no decodificador. A comparação ocorre quase instantaneamente ao longo da borda positiva do pulso do contador no meio de cada área de familiaridade (decodificador). Isso tornou possível negligenciar amplamente as frequências irregulares dos ressonadores de quartzo no codificador e decodificador, bem como aumentar ligeiramente a imunidade ao ruído. Além disso, tal construção revelou-se mais fácil de implementar e exigiu menos chips.
Quando o decodificador é ligado com um pulso de alto nível através do capacitor C1, os gatilhos do microcircuito DD2 são colocados no estado 1 (independentemente do estado das demais entradas). Um nível alto na saída do gatilho DD2.2 zera o contador DD4 e proíbe sua operação posterior. Imediatamente após isso, um nível baixo aparece na saída do gatilho DD2.1, pois sua entrada R permanece alta. Isto permite que o gatilho DD2.2 opere na entrada C do relógio. O decodificador entra em modo de espera. Neste modo, o canal X0 do multiplexador DD5 é fechado, nas entradas de endereço AD cuja combinação é 0000. Assim, os canais restantes estão abertos, incluindo XI5, e no pino 9 do elemento DD3.3 há um nível baixo (a chave seletora SA1 está fechada, pois a alimentação está ligada). O nó de alarme [1] não está funcionando. Para um gerador de clock montado nos elementos DD1.1 e DD1.3, o nível baixo no pino 8 do DD1.3 é permissivo, portanto em modo standby produz pulsos retangulares. Quando um sinal de alarme aparecer no ar, mais precisamente, o bit inicial da combinação de criptografia instalada na unidade transmissora de rádio, um nível alto aparecerá na saída do elemento DD1.4. O gatilho DD2.2 irá comutar e permitir a operação do contador DD4, bem como disparar o DD2.1 na entrada C. Sincronicamente com a operação do contador, o multiplexador DD5 inicia a busca pela combinação de criptografia (familiaridade) na sequência indicada em o diagrama (de cima para baixo). Sua comparação com a recebida do ar ocorre no elemento DD1.2. O resultado da comparação (0 se houver correspondência e 1 se os sinais forem diferentes) é transmitido para a entrada de informação D do trigger DD2.1. A entrada C do trigger no meio de cada área de familiaridade recebe bordas de pulso da saída 5 do contador DD4. Mudar o gatilho para um estado único só é possível se os sinais não corresponderem em algum momento. Se a combinação de criptografia aceita e instalada não corresponder, ocorre um processo semelhante ao de entrar no modo standby, com a única diferença de que o atraso não depende mais do tempo de carga do capacitor C1, mas é determinado apenas pelos parâmetros de tempo de os microcircuitos usados. Uma coincidência completa da combinação de criptografia estabelecida com aquela recebida do ar significa que todas as familiaridades foram buscadas pelo multiplexador DD5. O canal X15 será o último a abrir quando combinado nas entradas de endereço 1111. Neste caso, a entrada da unidade de alarme e o pino 8 do elemento DD1.3, com os contatos da chave SA1.1 fechados, serão conectados à tensão divisor R1R2. A tensão neste divisor é aproximadamente 5/6 da tensão de alimentação, o que corresponde a um nível lógico alto. Um alarme soará e o relógio irá parar. Este estado permanecerá até que o botão SB1 seja pressionado. A utilização da chave SA1 com dois grupos de contatos amplia a funcionalidade do rádio vigia. Um grupo de contatos (SA1.2) é projetado para desligar a unidade receptora ao usá-la em uma versão portátil alimentada por bateria, e o segundo grupo (SA1.1) é usado para desabilitar o travamento do modo de alarme quando alimentado por uma unidade externa conectada ao conector XS1. Neste caso, o estado dos contatos SA1.2 não importa, pois a bateria está desconectada pelos contatos 2 e 3 da tomada. Além de uma fonte de alimentação estabilizada para uma tensão de 6...9 V, a unidade externa pode conter outros dispositivos eletrônicos, por exemplo, uma unidade de alarme de alto volume com silenciamento de outras fontes sonoras, um tempo e número de alarmes gravador [6] ou dispositivo para transmissão de mensagem de alarme por telefone [7]. Estruturalmente, o bloco pode ser projetado, por exemplo, em um relógio eletrônico, receptor de rádio, etc., que, aliás, podem possuir unidades de sinalização. Quando os contatos da chave SA1.1 estão abertos, o sinal de alarme não é registrado no decodificador (esta função é executada de uma forma ou de outra por uma unidade externa), pois o gerador de relógio continua operando. Neste caso, o decodificador retornará ao modo standby automaticamente (na primeira incompatibilidade da combinação de criptografia) assim que o “silêncio” for restaurado no ar. Naturalmente, no dispositivo watchdog com o qual a unidade transmissora de rádio funcionará, é necessário fornecer um modo semelhante (por exemplo, limitar o sinal de alarme no tempo). É necessário atentar para o fato de que a impedância de entrada do dispositivo externo conectado ao pino 5 do conector XS1 deve ser grande o suficiente para não desviar o divisor de tensão R1R2. É permitido reduzir a tensão no divisor para 0,7 tensão de alimentação. Observe que é possível desligar automaticamente a unidade de alarme do decodificador ao usar uma unidade externa. Para isso, basta conectar o pino 8 do elemento DD3.3 ao pino 4 do conector XS1, conectando-o com um resistor adicional ao fio comum. Um desenho da placa de circuito impresso da unidade receptora de rádio com um decodificador é mostrado na fig. 5.
A placa é feita de folha de fibra de vidro dupla face, mas é possível usar unilateral, pois uma pequena quantidade de condutores impressos no lado de instalação das peças pode ser feita com um fio de montagem fino. É necessário inserir fios jumper nos orifícios das placas quadradas e soldá-los em ambos os lados da placa. As designações das partes do receptor (na figura estão separadas do decodificador por uma linha pontilhada) correspondem ao diagrama do receptor em [8]. Para permitir o uso autônomo da unidade, é utilizada uma antena magnética WA1 [3, Fig. 7] com bobina de acoplamento L1 e conector de alta frequência X1 para conexão de antena externa. Adicionalmente, a placa prevê a instalação das seguintes peças (mostradas por linhas tracejadas): um capacitor de sintonia C1' (conectado em paralelo com C1), um capacitor de bloqueio adicional para alimentar o estágio de entrada C3' e um único circuito oscilante L5C21C22 ( para aumentar a seletividade do receptor [3]). Pequenas alterações foram feitas no próprio receptor. É necessário trocar os resistores R10 e R11, filtro piezocerâmico ZQ2 - FP1P1 -060.1. Em vez do comparador de tensão K554SAZ (DA3), é usado o K521SAZ com a pinagem correspondente. Também é possível usar 554СЗ, mas em um pacote de 8 pinos. Descobriu-se que a ordem inversa dos pinos é preferível (sentido horário na vista superior). Portanto, este chip não vem instalado na placa como padrão. Existem várias opções. A maneira mais fácil é dessoldar o microcircuito da lateral dos condutores impressos. A segunda opção é dobrar os cabos na direção oposta. No caso de caixa metálica, é preferível (basta colocar tubos isolantes nos terminais). Os pinos 1, 4, 6, 9, 14 do microcircuito DA1 (K174PS1) são conectados entre si dentro do cristal - um fio comum é conectado a eles na placa. Os pinos 7 e 8 livres do microcircuito DA2 (K157ХА2) devem ser removidos e um jumper soldado em seu lugar. Aliás, as recomendações para utilização deste microcircuito [9] indicam a indesejabilidade da presença de quaisquer sinais elétricos nestes terminais. As bobinas L1 e L2 são enroladas em uma haste de ferrite com diâmetro de 8 e comprimento de 80 mm. Uma opção para montagem de uma antena magnética e um conector RF de pequeno porte X1 (CP75-104 e CP75-103) é mostrada na Fig. 6.
O conector 1 é fixado com uma porca 2 em um suporte de canto 3 feito de chapa fina. É conveniente usar estanho (pode ser cortado com uma tesoura comum), tendo previamente feito um furo de 8 mm de diâmetro para o conector. Tal suporte (sua largura é de 12 mm) pode ser soldado à placa usando o suporte de fio 4. A conexão da haste de ferrite 6 ao conector é realizada por meio de um acoplamento 5 usinado em material não metálico adequado. No caso mais simples, pode ser um tubo de policloreto de vinila, prensado ou colado. O fio do terminal central do conector é passado por um orifício em seu corpo (destinado à soldagem da trança do cabo) e colocado sob o tubo ou em cima dele. Se apenas uma antena externa for usada, as bobinas L1, L2 podem ser instaladas no lugar dos capacitores C1' e C1 soldando o capacitor C1 diretamente aos postes da estrutura da bobina L1. O capacitor C6 do decodificador é o K53-1A, seu corpo metálico também serve como tela entre a parte digital e o receptor de rádio. Não mostrado na Fig. 4 pinos 1, 5, 14, 15 do chip DD4 (KR1561IE20) devem ser removidos ou furos escareados para eles no lado oposto da placa. Para os pinos 4,11 (DD1), 12 (DD2) e 9 (DD4) não faça pastilhas de contato do mesmo lado. O emissor piezo NA1 (ZP-18) deve ser modificado antes da instalação na placa. Um suporte de fio em forma de L é soldado perpendicularmente à base do elemento piezoelétrico, removido da caixa. Ele é inserido no orifício da placa e soldado para que o elemento piezoelétrico não toque nas peças. A tampa do elemento piezoelétrico é soldada à placa usando um condutor fino e flexível. Este design “solto” contribui para aumentar a saída de som. Ao utilizar uma antena magnética, o invólucro da unidade receptora deve ser feito de material “radiotransparente”. Uma caixa do designer Yunost KP 101, bem conhecida pelos rádios amadores, é adequada. O funcionamento do decodificador pode ser verificado desconectando a saída do elemento DD1.4 dos demais elementos. Para isso, é conveniente utilizar um fio de montagem na lateral onde as peças são instaladas entre os pinos 11 e 6 do microcircuito DD1. O pino 6 do DD1 ou pino 11 do DD2 é conectado ao ponto de teste (CT) no codificador e os contatos da chave SA1 são fechados. Quando a tensão de alimentação é aplicada ao codificador, um sinal de alarme intermitente deve soar no decodificador. Se o volume for claramente insuficiente, você pode tentar selecionar o resistor R6. * Uma mensagem de rádio aqui deve ser entendida como a transmissão de uma combinação de criptografia, dividida em 16 (de acordo com o número de canais multiplexadores) intervalos de tempo idênticos (familiaridade), cada um dos quais caracterizado pela presença ou ausência de radiação de alta frequência . Os dois primeiros lugares familiares são ocupados por informações de serviço necessárias para que o decodificador comece a funcionar e sincronize-o com o codificador. Literatura
Autor: A.Martemyanov, Seversk, região de Tomsk
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