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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Linha de comunicação IR no alarme anti-roubo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Segurança e proteção Quando a colocação de linhas de fio é impossível e o uso de rádio é difícil por um motivo ou outro, ao criar sistemas de segurança, eles geralmente recorrem à tecnologia de infravermelho (IR). Este artigo descreve um transmissor IR que pode ser feito por um rádio amador que não tenha muita experiência em projetar tais dispositivos. Grande interferência nos canais de rádio permitidos na Rússia para sistemas de segurança (26 945 kHz e 26 960 kHz), facilidade de bloqueio, vários obstáculos administrativos e financeiros que surgem ao usar rádio em dispositivos de alarme de segurança, nos obrigam a procurar outros meios de comunicação sem fio. Com o advento dos emissores semicondutores capazes de gerar poderosos flashes infravermelhos, essa possibilidade tornou-se realidade. Na fig. 1 mostra um diagrama de um transmissor IR. Nos elementos DD1.1 e DD1.2 é montado um gerador de clock, operando na frequência de 32 Hz. DD768 - um contador, na saída 3 dos quais existem pulsos com frequência de 11 Hz e na saída 16 - 14 Hz. Os elementos DD2-DD2.1 formam um switch. Em sua saída (DD2.4), aparecem pulsos com frequência de 2.4 ou 2 Hz, dependendo do nível de tensão no pino 16 do elemento DD5.
No modo de espera, o loop de segurança está fechado e no pino 5 DD2.1 - nível baixo. Um nível alto da saída do elemento DD2.2 permite a passagem de pulsos com frequência de 2 Hz pelo elemento DD2.3. A saída de DD2.1 também é alta, então os pulsos seguem pelo elemento DD2.4. Quando o loop de segurança é interrompido, ocorre um nível alto no pino 5 de DD2.1 e pulsos com frequência de 16 Hz passam por este elemento. A saída do elemento DD2.2 é de nível baixo, portanto a passagem de pulsos pelo DD2.3 é proibida. Na saída de DD2.3 - um nível alto e pulsos com frequência de 16 Hz passam pelo elemento DD2.4. O circuito P1C1 elimina a influência dos pickups no loop de segurança. O circuito diferenciador P5C3 e os elementos DD1.4-DD1.6 formam pulsos curtos com duração de 2.4 μs do meandro vindo da saída DD10. A corrente que surge no circuito coletor do transistor VT1 excita o diodo IR BI1 e curtos flashes IR são emitidos para o espaço. Assim, o transmissor sempre emite algo: ou impulsos raros, se não houver motivos para alarme, ou frequentes no modo de alarme. O parâmetro mais importante do transmissor IR, assim como de qualquer elemento do equipamento de segurança, é sua eficiência no modo de espera. Na tabela. 1 mostra a dependência da corrente consumida pelo transmissor, Icont, da tensão da fonte de alimentação Upit. No modo de transmissão de alarme, a carga aumenta em cerca de 10%.
O baixo consumo de energia permite que você insira uma fonte de alimentação de backup diretamente no invólucro do transmissor sem aumentar suas dimensões. Podem ser, por exemplo, baterias de seis volts GP11A, E11A (diâmetro 10,3 e altura 16 mm) ou GP476A, KS28, K28L. (13 mm de diâmetro e 25 mm de altura), etc. A duração da operação contínua com essa fonte será de várias centenas de horas. Mostrado na tabela. 1, a dependência da corrente através do diodo IR Iimp da tensão de alimentação permite julgar a potência dos flashes IR emitidos pelo transmissor e, consequentemente, seu "alcance". A placa de circuito impresso do transmissor é feita de fibra de vidro dupla face com espessura de 1,5 mm. Na fig. 2a mostra a configuração dos condutores, e na fig. 2b mostra a colocação das peças. A folha nas laterais das peças (mostradas em azul) é utilizada apenas como fio comum. Os locais onde os condutores de resistores, capacitores etc. Centro.
Um orifício para o diodo IR é perfurado no centro da placa, seus terminais são soldados nas extensões correspondentes nos condutores impressos sobrepostos. Capacitores C1, C2, C5 - tipo KM-6 (saídas em uma direção) e C3 - KM-5a (saídas em direções diferentes). Capacitores eletrolíticos C4 e C6 - qualquer tipo, no entanto, o diâmetro do capacitor C6 não deve ser superior a 10 mm. Todos os resistores são MLT-0,125. Os diodos infravermelhos disponíveis comercialmente são projetados para funcionar em dispositivos de controle remoto para rádios domésticos e possuem um padrão de radiação bastante amplo - até 25 ... 300. Para aumentar o "alcance" desse emissor, é necessário o uso de uma lente condensadora (Fig. 3). Aqui: 1 - placa de circuito impresso; 2 - Diodo IV; 3 - caixa do transmissor (poliestireno de alto impacto 2...2.5 mm de espessura); 4 - clipe de uma lupa padrão de cinco vezes (deve ter um ícone "x5"); 5 - lente. A lupa é colada na parede frontal da caixa, na qual é feito um furo com diâmetro de 30 ... 35 mm. Cola - pedaços de poliestireno dissolvidos em solvente 647. Eles também colam o próprio corpo. Com a distância entre a base da lupa e a placa de circuito impresso indicada no desenho, o diodo IR fica aproximadamente no foco da lente e a radiação do transmissor é comprimida em um feixe estreito. Isso aumenta muito a potência do sinal IR na outra extremidade da linha de comunicação.
Ao colocar o transmissor, você precisa se lembrar de um padrão de radiação muito estreito de sua radiação - o ponto de fixação deve permitir o direcionamento preciso do transmissor e sua fixação rígida na melhor posição. Você pode usar, por exemplo, um cabeçote giratório de uma câmera ou filmadora, montando-o em uma parede, moldura de janela, etc. E você pode executar este nó conforme mostrado na Fig. 4. A unidade de fixação consiste em um pedaço de fio de cobre com diâmetro de 1,5..2,5 mm com círculos de latão soldados nas extremidades (podem ser, por exemplo, moedas antigas de cinco copeques). Um deles é fixado com parafusos na parede lateral do emissor (rosca - na parede), o outro - no suporte. O fio é dobrado para que o emissor assuma a posição desejada. Para evitar vibrações significativas, o fio deve ser mais curto.
Os testes mostraram que com uma tensão de alimentação de 6 V, o transmissor é capaz de fornecer comunicação a uma distância de 70 m, mas este não é o limite. A dependência da distância r da corrente Iimp ceteris paribus tem a forma: r=KVIimp onde K é um coeficiente que leva em conta "outras condições". Assim, em Upit=10 V r=100 m, a corrente no diodo IR pode ser aumentada selecionando o resistor R7: Iimp=(Upit-4)/R7. Mas isso deve ser feito com cautela: em qualquer combinação de Upit e R7, a amplitude da corrente no diodo IR não deve ultrapassar 2 A para evitar danos ao mesmo. Infelizmente, o valor máximo permitido da corrente pulsada em diodos IR deve ser estabelecido experimentalmente - como regra, esta informação não está disponível na literatura de referência. Um aumento significativo na potência dos pulsos IR pode ser alcançado usando um diodo IR do tipo AL123A e reconstruindo a parte de "alta corrente" do amplificador, conforme mostrado na Fig. 5.
Neste caso, a corrente no pulso Iimp=10 A pode ser obtida - permitida para um diodo IR do tipo AL123A. Resistor R4 - caseiro, enrolado em fio com alta resistividade. O comprimento do fio é determinado por um ohmímetro digital ou de acordo com a tabela. 2.
A amplitude e a forma da corrente que excita o diodo IR são controladas conectando o osciloscópio ao resistor R4. A cabeça emissora pode ser feita como uma unidade separada. A placa de circuito impresso de um amplificador potente é mostrada na fig. 6.
Todos os outros elementos do emissor IR podem entrar na parte eletrônica do sistema de segurança como um fragmento conectado à cabeça IR com um cabo de três fios. O diagrama esquemático do receptor IR é mostrado na fig. 7. Chip DA1 converte os pulsos de corrente que ocorrem no fotodiodo BL-1 sob a ação de flashes IR em pulsos de tensão. O único vibrador, feito nos elementos DD1.1 e DD2.1, expande este pulso para tf1 = 5 ms (tf1 - R2C5). O único vibrador DD1.3, DD2.3 gera uma duração de pulso tf2= 1.5 s ( tf2 ~ R4C6), permitindo contagem desimpedida de pulsos pelo contador DD3 somente neste intervalo de tempo. Um gerador de som é montado nos elementos DD2.5 e DD2.6.
O receptor é ativado pela frente do primeiro flash IR. São lançados o vibrador individual DD1.1, DD2.1, bem como o vibrador individual DD1.3, DD2.3. Ao mesmo tempo, o circuito DD2.2C7R6 gera um pulso na entrada R do contador DD3 (sua duração tR = 7 μs, tR - R6C7). zerar o contador Assim que o único vibrador DD1.1, DD2.1 funcionar, um nível baixo aparecerá na saída do elemento DD1.1 e o primeiro pulso de contagem irá para o contador DD3. Se o fotodetector receber pulsos que seguem com frequência de 2 Hz (com essa frequência, lembramos, os flashes IR seguem em modo de espera), então a saída 4 do contador DD3 permanece baixa, pois a frente do quarto pulso (será aparecer após 0,5x4 = 2 c - no final do intervalo de contagem tf2= 1.5 s) DD3 retornará ao estado de pré-partida (diagrama 4 na Fig. 8). O receptor se comporta de maneira diferente se receber pulsos IR com um período de repetição de 62,5 ms, ou seja, um sinal de alarme Como quatro períodos de 62,5 ms cada são 250 ms, o que é muito menor que o intervalo tf2 = 1,5, 3 s, então o quarto pulso irá transferir o contador DD4 para o estado "5" (nível alto no pino 1.2). O contador neste estado ficará bloqueado (devido ao nível baixo na saída DD1), o LED HL1,25 acenderá e o gerador de som emitirá um sinal intermitente. Isso continuará por aproximadamente 0,25 segundo, após o qual haverá uma pausa de XNUMX segundo e o alarme será repetido.
Quando a conexão é interrompida, o receptor se comporta de maneira diferente. Se dentro de cerca de 1,5 s o receptor não detectar um flash IR, o capacitor C8 é descarregado através do circuito VD6R11DD2.3. O transistor VT1 entra em saturação, a tensão no resistor R8 sobe até a tensão de alimentação, a saída DD1.4 é ajustada para um nível baixo e o gerador de som emite um sinal de tom com frequência de 1 kHz. Com o aparecimento do primeiro flash IR, o capacitor C8 será carregado rapidamente através do circuito R10VD5, o sinal de tom será interrompido e o receptor começará a analisar os sinais recebidos. A placa de circuito impresso do receptor (Fig. 9) é feita de fibra de vidro dupla face com espessura de 1,5 mm.
A cabeça fotográfica do receptor IR (fotodiodo BL1, microcircuito DA1, etc.), altamente sensível a captações elétricas em uma ampla faixa de frequência, deve ser blindada A tela é feita de estanho, seu corte é mostrado na fig. 10.
As dobras são mostradas por linhas tracejadas. A tela dobrada é soldada nos cantos e, depois de instalada na posição desejada na placa, soldada a ela em dois ou três pontos. A aparência do receptor IR é mostrada na fig. onze.
Estruturalmente, o receptor pode ser feito como mostrado na Fig. 12.
Aqui: 1 - caixa do receptor (poliestireno preto 2 ... 215 mm de espessura): 2 - clipe de uma lupa de sete vezes (a alça é cortada); 3 - sua lente; 4 - placa de circuito impresso; 5 - fotodiodo. O suporte da lupa é colado na parede frontal da caixa, que possui um orifício com cerca de 35 mm de diâmetro (pedaços de poliestireno dissolvidos em solvente 647) A distância entre o fotodiodo e a lente posicionada coaxialmente deve ser próxima à distância focal da lente. Isso concentrará o fluxo de luz de entrada no fotodiodo e aumentará significativamente a sensibilidade do fotodetector a sinais fracos. No caso, é necessário prever um local para colocação do emissor piezoelétrico BF1 e do LED HL1. Os mesmos requisitos são impostos à montagem do receptor e à montagem do transmissor: deve-se fornecer uma mira conveniente e uma fixação confiável na melhor posição. Se, de acordo com as condições de comunicação, o receptor IR precisar ser levado para a rua (para comunicação, por exemplo, com um carro estacionado no final da casa), para evitar a iluminação lateral de fontes externas que podem reduzir a sensibilidade, um pára-sol deve ser colocado na lente objetiva. Pode ser, por exemplo, um segmento de tubo de plástico ou metal enegrecido por dentro, com 100 ... 150 mm de comprimento, com diâmetro interno adequado. Nesse caso, também devem ser tomadas medidas para proteger toda a estrutura da umidade. Os dispositivos de alerta (emissor piezo, LED) e a fonte de energia são, obviamente, deixados dentro de casa. Mas na versão "para todos os climas", é melhor fazer um receptor de infravermelho de duas partes: uma externa, em uma caixa à prova d'água na qual apenas a lente e a cabeça fotográfica são colocadas, e uma interna com tudo outro. Essas peças são conectadas com um cabo fino de três fios. Se necessário, o receptor pode ser complementado com um emissor acústico de maior potência, por exemplo, uma cabeça dinâmica, incluída conforme mostrado na Fig. 13, ou sirene piezo AST-10 (Fig. 14). A sirene piezo retém energia suficiente mesmo com uma tensão de alimentação reduzida (para a radiação de seus 110 dB nominais, a tensão de alimentação deste nó deve ser aumentada para 12 V).
Como os testes preliminares mostraram, o comprimento da linha de comunicação IR com tal receptor e transmissor chega a 70 m. Um aumento significativo pode ser alcançado mudando para ótica ajustável - se em vez de lentes fixas com seu foco aproximado, lentes do antigo câmeras com foco são usadas. O ângulo de divergência dos raios na lente do transmissor IR, sua chamada abertura, deve ser de pelo menos 25 ... 300 ao longo da pétala do diodo IR, então a lente usa sua radiação completamente. No receptor, o diâmetro da lente é mais importante - com seu aumento, aumenta a distância a partir da qual você pode fixar o flash infravermelho do emissor. O "alcance" do transmissor pode ser aumentado em 1,5...2 vezes ou mais aumentando o brilho do flash IR. Por outro lado, em linhas de comunicação não superiores a 20 ... 25 m (um carro ou uma "concha" sob as janelas de uma casa de três a quatro andares, uma casa do outro lado da rua, etc.), a ótica pode não ser necessária, em qualquer caso, no receptor IR. Autor: Yu.Vinogradov, Moscou
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