Схема:
Почти каждый радиолюбитель, который когда-либо конструировал охранные устройства для дачи, гаража, квартиры или машины, задавался вопросом — какой выбрать ключ к этому устройству? Этот же вопрос встал и перед автором статьи.
Наиболее простые устройства охраны строятся с задержкой срабатывания по времени. Эта задержка дается хозяину для того, чтобы после открывания двери он успел отключить устройство. К сожалению, такое решение применимо далеко не во всех случаях. Если, например, в сигнализации имеется датчик удара, то после удара по двери объекта охраны такое устройство сработает лишь через несколько секунд, что недопустимо.
Из других несложных устройств отключения, распространенных в любительских конструкциях, можно отметить герконы, сенсоры, реагирующие на прикосновение и инфракрасные передатчики не кодированного ИК излучения частотой в несколько килогерц. Но и у этих способов также есть очевидные недостачи. Все эти ключи универсальны и подходят друг к другу. Если, например, я возвращаюсь домой со знакомым и он увидел, как я подношу руку с брелком к определенному месту, то секрет открыт, так как вариантов мало. У меня там либо геркон, либо сенсор. А утечка информации в этом деле может дорого стоить. Исходя из вышесказанного, при проектировании системы охраны нужно исходить из того, чтобы ключ был трудно повторим, как и ключ от дверного замка, но в то же время компактным и не трудоемким в изготовлении. Специализированные микросхемы для многих недоступны по цене, да и не во всех городах их можно приобрести. На микросхемах распространенной серии К561 брелок получается больших габаритов, что не удобно. К тому же микросхемы требуют питания, а батарея может подвести в самый неподходящий момент.
На мои взгляд, интересен вариант ключа в виде резистора определенного сопротивления. Размеры компактные, цена низкая, питания не требуется, "дешифратор", выполненный в виде моста, относительно прост. Но резистор довольно легко подобрать, используя переменный.
Ключ конденсатор также компактен, дешев, не требует элементов питания, но ее сложнее подобрать, поскольку переменные конденсаторы большой емкости редкость, а у тех, от старых радиоприемников которые имеются у радиолюбителей, верхний предел изменения емкости невелик, обычно 360…495 пФ. Емкость даже двух секций соединенных параллельно, не превосходит 1000 пФ. Кроме того, устройства с ключом в виде конденсатора определенной емкости в массовой литературе не описаны (по крайней мере, автору это не известно), соответственно, информация о таком способе снятия устройства с охраны до сих пор не распространена.
Схема охранного устройства с ключом в виде конденсатора определенной емкости показана на рис.1. На элементах DD 1.1 и DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов. Элементы DD1.3 и DD1.4 одновибратор, вырабатывающий импульсы эталонной длительности. На элементе DD2.1 выполнен узел сравнения, а на DD2.2 и DD2.3 триггер Шмита. Рассмотрим работу устройства подробнее. В нормальных условиях ожидания конденсатор С1 отсутствует. При этом на выходе элемента DD1.2, в авторском варианте устройства, напряжение чуть меньше половины напряжения питания, т.е. лог.0. Это связано с тем. что элемент DD1.1 работает в линейном режиме из-за наличия резисторов R1 и R2 В зависимости от экземпляра микросхемы напряжение на выходе элемента D01.2 может быть любым Может даже возникнуть высокочастотная генерация из-за паразитной емкости кабеля и разьема для подключения конденсатора.
Разберем различные состояния, в которых могут находиться элементы DD1 1 и DD1.2. Если гнезда для подключения конденсатора замкнуты, то генератор превращается в тритгер Шмита. На выходе элемента DD1.2 может быть как уровень лог. 0, так и лог. 1. При установившемся состоянии лог.1 и отсутствии цепи C3R3 узел сравнения может опознать это состояние как "правильную частоту", так как на выходе одновибратора при отсутствии импульсов с генератора также будет состояние лог.1. Цепь C3R3 устраняет такую возможность.
При подключении к гнездам резистора элементы DDI.1 и DD1.2 также превращаются в тритгер Шмитта с устойчивым состоянием на выходе. При подключении к гнездам конденсатора случайной емкости генератор заработает и на выходе элемента DD1.2 появятся импульсы. Они будут запускать одновибратор, а узел на DD2 1 сравнивать их с импульсами, вырабатываемыми одновибратором. При неравенстве длительностей импульсов от генератора и одновибратора на выходе узла сравнения (элемента DD2.1 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) будут также присутствовать импульсы, которые через диод VD1 зарядят конденсатор С7 до уровня лог. 1. Таким образом, при любом состоянии элементов DD1.1 и DD1.2, кроме генерации "нужной" частоты, на выходе узла сравнения будет присутствовать либо лог. 1, либо импульсы.
На выводе 9 элемента DD2.1 присутствуют импульсы со скважностью, близкой к двум, а на выводе 8 скважность меняется в зависимости от того насколько частоты близки друг к другу.
Если частота генератора станет меньше или больше номинальной, то на выходе элемента DD2.1 появятся положительные импульсы, как показано на осциллограмме. Эти импульсы зарядят конденсатор С7 до уровня лог.1, соответственно и на выходе устройства сформируется лог.1. При возрастании частоты генератора частота импульсов на выходе DD2.1 также возрастет, а при понижении-понизится. Минимальную частоту ограничивает цепочка C3R3. Ее постоянную времени выбирают в несколько раз больше постоянной времени цепи задающего генератора С1R2.
Однако слишком завышать номиналы злементов C3R3 не стоит, так как могут быть ложные срабатывания ключа в случае установки лог.1 на выходе DD1.2. Конденсаторы С1 и С4 для простоты расчета выбирают одинаковыми, тогда сопротивления резисторов R5 и R2 тоже должны быть равны. Резистор R6 нужен для подстройки длительности импульсов одновибратора. Соотношение сопротивлений резисторов R7 и R8 определяет максимально возможное отклонение емкости конденсатора С1 от номинального значения, так как из-за различных дестабилизирующих факторов (изменение напряжения питания, температуры, влажности; смещение движка резистора R6, отличия ключей друг от друга и др.) длительность импульсов генератора может отклоняться относительно длительности импульса одновибратора.
Вместо кремниевого диода на месте VD1 может стоять германиевый маломощный диод, тогда необходимость в резисторе R7 исчезнет, так как конденсатор С7 будет разряжаться обратным током диода. Но при этом ухудшится температурная стабильность устройства.
При отсутствии микросхемы К561ЛП2 узел сравнения и триггер Шмитта можно выполнить на двух микросхемах К561ЛА7. Схема такого варианта построения устройства показана на рис.2.
Здесь четыре элемента микросхемы DD2 включены так, что образуют один элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Входы двух неиспользованных элементов микросхемы DD3 соединяют с общим проводом или "плюсом" источника питания.
Конденсаторы и резисторы, установленные во времязадающих цепях, должны быть с минимальным ТКЕ и ТКС. Лучше всего для этой цели подходят конденсаторы серий К31-11. ПМ, К73-17, K73-11, К73-9 и резисторы С2-14, МЛТ. Если таких элементов под рукой не оказалось, то самый простой способ определить, какие из конденсаторов удовлетворяют этому требованию в большей степени, а какие в меньшей, это нагреть паяльником вывод элемента и посмотреть на экране осциллографа, подключенного к выходу узла сравнения, длительность разностного импульса. Особые требования предъявляются к конденсатору С1, так как его емкость должна мало изменяться при перепадах температуры, влажности и других погодных изменениях. Кроме этого, если с электронным замком планируется использовать не один ключ, то конденсаторы ключей должны иметь минимальный разброс по емкости относительно друг друга.
При испытаниях авторский вариант устройства показал высокую устойчивость к нестабильности напряжения питания. Его изменение от 7 до 15 В не вызывало появления импульсов на выходе узла сравнения при подключении конденсатора С1, тем не менее питание все равно лучше взять от стабилизированного источника.
Конструктивно устройство выполнено в небольшой пластмассовой коробке подходящих размеров и размещено вблизи гнезд для подключения конденсатора С1. В авторском варианте гнездами служил разьем от головных телефонов диаметром 3,5 мм. Провода от платы до разьема должны быть минимальной длины. Конденсаторе С1 (марки ПМ) размещен в металлическом корпусе штыревой части разьема. При иной конструкции ключа нужно учесть, что касание руками выводов конденсатора во время его подключения нежелательно, так как может вызывать наводки и изменить частоту генератора. Если устройство предполагают эксплуатировать в условиях, где возможна повышенная влажность, то печатную плату после сборки и налаживания лучше покрыть защитным лаком. Налаживание устройства сводится к установке резистором R6 импульса одновибратора такой длительности, чтобы при подключенном конденсаторе С1 на выходе узла сравнения импульсы отсутствовали. Если на месте установки пользования осциллографом невозможно, то эту операцию можно произвести с помощью мультиметра, подстраивая резистор по минимуму показаний на выходе элемента DD2.1 (см рис.1) или DD2.4 (см. рис.2). Также можно подобрать резистор R7 для установки максимального допуска на отклонение емкости конденсатора С1 от номинальной. Выход устройства в авторском варианте подключен к интегрирующей цепи с постоянной времени 100 мс. Это желательно, так как при неблагоприятной ситуации на выходе могут присутствовать отрицательные импульсы малой длительности. Например, злоумышленник установил на место конденсатора С1 конденсатор близкого номинала 3300 пф. При этом конденсатор С7 будет заряжен до напряжения, чуть большего половины напряжения питания. На выходе устройства будет сохраняться лог.1. Если теперь замкнуть конденсатор С1, то триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 может переключиться в состояние лог.1 и в течение времени разрядки цепи C3R3 на выходе узла сравнения будет лог.0, который может успеть разрядить конденсатор С7 до напряжения, меньшего половины напряжения питания, и триггер Шмитта на элементах DD2.4, DD2.1 перейдет в состояние лог.0. После разрядки конденсатора СЗ конденсатор С7 импульсами или постоянным напряжением снова зарядится до уровня лог.1 и на выходе устройства также установится лог.1.
Если требуется отключение сигнализации положительным импульсом, то сигнал можно снимать с выхода элемента DD2.2 (см рис.1) или выхода элемента DD3.1 (см. рис.2).
Устройство позволяет применять на практике частоту генерации от сотен килогерц до десятков герц с соответствующим изменением номиналов пассивных элементов. Автор собрал три устройства по схеме рис.1 и одно — по схеме рис.2. Все они работали сразу и требовали лишь подстройки резистором R6. Ключ от одного устройства не вызывал срабатывания других.
В. Сидоров, г. Кирово-Чепецк Кировской обл.