alarm walizkowy

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
PROJEKTY ZAGRANICZNE
Alarm walizkowy
W†artykule prezentujemy
miniaturowy, ca³kowicie
autonomiczny uk³ad alarmowy,
uruchamiany w†przypadku
gwa³townego poruszenia
przedmiotu, w†ktÛrym jest
zainstalowany.
Moøe znaleüÊ zastosowanie
przede wszystkim w
zabezpieczaniu toreb czy
walizek zawieraj¹cych kamery
wideo, pieni¹dze lub inne
wartoúciowe przedmioty.
Pomys³ wykorzystany w†urz¹-
dzeniu polega na tym, øe w†mo-
mencie pozostawiania walizeczki
lub torby, jej w³aúciciel w³¹cza
urz¹dzenie alarmowe, ktÛre daje
znaÊ o†sobie, gdy ktokolwiek usi-
³uje zabraÊ walizeczkÍ. Urz¹dze-
nie generuje g³oúny sygna³ akus-
tyczny o†modulowanej czÍstotli-
woúci. Alarm zostanie urucho-
miony takøe w†przypadku, gdy
ktoú zacznie grzebaÊ w†naszej wa-
lizeczce lub torbie, aczkolwiek
pozostawianie otwartych teczek
lub toreb nie jest godne polece-
nia.
Alarmy reaguj¹ce na ruch s¹
oczywiúcie wykorzystywane takøe
do ochrony prawie wszystkich
bardziej kosztownych urz¹dzeÒ
elektronicznych, jak komputery,
sprzÍt wideo oraz hi-fi.
Oczywiúcie, z³odziej moøe zde-
cydowaÊ siÍ na ucieczkÍ z†urz¹-
dzeniem z†wyj¹cym alarmem, jed-
nak w†praktyce wiÍkszoúÊ z†nich
traci w†takich sytuacjach panowa-
nie nad sob¹ i†zmyka z†pustymi
rÍkoma.
Urz¹dzenie zawiera prosty
uk³ad czasowy, ktÛry zapobiega
przypadkowemu uruchomieniu
alarmu przy jego w³¹czaniu czy
wk³adaniu do torby lub walizecz-
ki. PobÛr pr¹du przez urz¹dzenie
w†stanie stand by jest bardzo
ma³y, dziÍki czemu przy zasila-
niu z†niewielkiej bateryjki PP3
moøe ono dzia³aÊ przez d³ugie
miesi¹ce.
ci¹. W†jego wnÍtrzu znajduj¹ siÍ
dwie elektrody, ktÛre w†niektÛ-
rych po³oøeniach pojemnika s¹
zwierane przez rtÍÊ, co zamyka
prze³¹cznik, w†innych natomiast
rtÍÊ dotyka tylko jednej elektrody
i†prze³¹cznik pozostaje otwarty.
W†omawianym urz¹dzeniu mÛg³-
by byÊ uøyty dowolny prze³¹cz-
nik, jednak dla zapewnienia od-
powiedniej czu³oúci urz¹dzenie
musia³oby znajdowaÊ siÍ w†okreú-
lonym po³oøeniu, co by³oby nie-
dogodne. Niewielka zmiana po³o-
øenia urz¹dzenia powodowa³aby
fa³szywe alarmy, a†czu³oúÊ by³aby
mniejsza.
Istnieje takøe inny rodzaj wy-
³¹cznika rtÍciowego o†bardziej z³o-
øonym kszta³cie i†ustawieniu elek-
trod, ktÛry zawiera mniejsz¹ iloúÊ
rtÍci. W†prze³¹czniku tym nie
dochodzi do zwarcia elektrod
przez rtÍÊ, o†ile nie zostanie on
poruszony, a†po³oøenie, w†ktÛrym
siÍ znajduje, nie ma znaczenia.
Poruszenie prze³¹cznika powodu-
je rozpryskiwanie siÍ rtÍci i†krÛt-
kotrwa³e zwarcia elektrod.
Po³oøenie prze³¹cznika tego ro-
dzaju nie jest istotne, co czyni
go znacznie bardziej przydatnym
w†omawianym zastosowaniu.
Dzia³anie urz¹dzenia
Schemat blokowy alarmu wa-
lizkowego przedstawia
rys. 1
.
Prze³¹cznik rtÍciowy nie moøe
byÊ uøyty bezpoúrednio do stero-
wania alarmem, poniewaø daje on
jedynie chwilowe zwarcia sty-
kÛw, a†w†przypadku zaniku ru-
chu nie wystÍpuj¹ zwarcia.
Prze³¹cznik rtÍciowy jest wiÍc
wykorzystany do wyzwalania
przerzutnika bistabilnego, ktÛry
po w³¹czeniu zasilania jest usta-
wiany przez prosty uk³ad czaso-
wy RC. OprÛcz wymuszenia w³aú-
ciwego stanu przerzutnika bista-
bilnego, uk³ad RC powoduje rÛw-
nieø, øe przez krÛtki okres alarm
nie zadzia³a w†wyniku np. lekkie-
go poruszenia przy w³¹czaniu. Po
up³ywie tego czasu, zadzia³anie
prze³¹cznika rtÍciowego ustawia
na wyjúciu przerzutnika bistabil-
nego stan niski, ktÛry utrzymuje
siÍ bez wzglÍdu na pÛüniejszy
stan prze³¹cznika.
Wykrywanie ruchu
Wy³¹czniki rtÍciowe s¹ najbar-
dziej popularnymi detektorami ru-
chu. Niestety, zwyk³e prze³¹czni-
ki o†styku rtÍciowym nie nadaj¹
siÍ zastosowania w†opisywanym
urz¹dzeniu. Prze³¹cznik taki za-
wiera niewielki pojemnik, wyko-
nany z†nie przewodz¹cego mate-
ria³u, czÍúciowo wype³niony rtÍ-
Rys.1. Schemat blokowy alarmu walizkowego.
Elektronika Praktyczna 3/98
19
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
Rys. 2. Schemat ideowy alarmu walizkowego.
Przerzutnik bistabilny steruje
generatorem niskiej czÍstotliwoúci
(2..3Hz) i†generatorem przestraja-
nym napiÍciem. Oba te uk³ady
zostaj¹ uruchomione, gdy stan na
wyjúciu przerzutnika bistabilnego
zmienia siÍ na niski.
Przebieg prostok¹tny z†genera-
tora niskiej czÍstotliwoúci jest
podawany przez filtr dolnoprze-
pustowy na wejúcie generatora
sterowanego napiÍciem. Filtr usu-
wa wyøsze harmoniczne sygna³u,
pozostawiaj¹c przebieg o†kszta³cie
w†przybliøeniu trÛjk¹tnym. Za-
pewnia to ³agodne zmiany czÍs-
totliwoúci generatora sterowanego
napiÍciem i†odpowiedni¹ modula-
cjÍ sygna³u alarmu.
Po w³¹czeniu zasilania kon-
densator C2 i†rezystor R1 utrzy-
muj¹ przez kilka sekund wysoki
stan na wejúciu IC1a, co oznacza,
øe po w³¹czeniu zasilania stan na
wyjúciu tego uk³adu jest pocz¹t-
kowo niski. Jeúli na oba wejúcia
bramki IC1b jest podany stan
niski, generator alarmu jest zablo-
kowany.
Jeúli prze³¹cznik rtÍciowy S1
zostanie przypadkowo zwarty
podczas blokady uk³adu, tuø po
w³¹czeniu zasilania, na wyjúciu
IC1b pojawi siÍ stan niski i†w³¹-
czy alarm. W³¹czenie to nast¹pi
jednak tylko podczas krÛtko trwa-
j¹cego zwarcia S1. Po jego roz-
warciu na wyjúciu IC1b ponownie
pojawi siÍ stan wysoki, blokuj¹cy
uk³ady generuj¹ce sygna³ alarmu.
Sytuacja zmienia siÍ zdecydo-
wanie, gdy kondensator C2 jest
juø na³adowany i†na wyprowadze-
niu 2†uk³adu IC1a wystÍpuje stan
niski. Ze wzglÍdu na sprzÍøenie
zwrotne i†stan wysoki na wyjúciu
IC1b, na wyjúciu IC1a wystÍpuje
takøe stan niski.
Jeúli prze³¹cznik S1 zostanie
zamkniÍty, na wyjúciu IC2b,
a†wiÍc i†na jednym z†wejúÊ IC1a,
pojawi siÍ stan niski, powoduj¹cy
zmianÍ stanu na wyjúciu IC1a na
wysoki. Jeúli teraz S1 zostanie
otwarty, na wyjúciu IC1b utrzyma
siÍ stan niski, poniewaø zostanie
podtrzymany przez stan wysoki
z†wyjúcia IC1a. Tak wiÍc prze³¹-
czenie wyjúcia IC1b w†stan niski
jest teraz stabilne.
Uk³ad zawiera dwa uk³ady
PLL o†ma³ym poborze mocy
4046BE (IC2 i†IC3). Wykorzysty-
wane s¹ wy³¹cznie ich wewnÍtrz-
ne generatory sterowane napiÍ-
ciem. Inne uk³ady wewnÍtrzne
IC2 i†IC3 nie s¹ wykorzystywane,
jedynie wejúcia komparatorÛw fa-
zy zosta³y po³¹czone z†mas¹.
Sygna³ wyjúciowy ICb jest po-
dawany na wejúcia blokuj¹ce uk³a-
dÛw IC2 i†IC3. Stan wysoki na
tych wejúciach blokuje pracÍ ge-
neratorÛw sterowanych napiÍciem,
natomiast umoøliwia j¹ stan niski.
Generator niskiej czÍstotliwoú-
ci jest zbudowany na uk³adzie
IC2, a†R4 i†C3 s¹ elementami
ustalaj¹cymi sta³¹ czasow¹. Ich
wartoúci s¹ doúÊ duøe, z†czego
wynika ma³a czÍstotliwoúÊ drgaÒ
uk³adu - oko³o dwÛch Hz. Wej-
úcie sterowania (9) prac¹ genera-
tora przestrajanego napiÍciem
(uk³ad IC2) zosta³o po³¹czone
z†dodatnim biegunem zasilania,
w†zwi¹zku z†czym dzia³a on jak
zwyk³y generator przebiegu pros-
tok¹tnego.
Generator sygna³u akustyczne-
go zosta³ zbudowany na uk³adzie
IC3, a†jego wejúcie steruj¹ce po-
³¹czono z†wyjúciem generatora IC2
poprzez prosty filtr dolnoprzepus-
towy RC z†elementami R5 i†C4.
Rezystory R6 i†R7 ustalaj¹ napiÍ-
cie polaryzuj¹ce wejúcie steruj¹ce
generatora IC3, ktÛre wraz z†ele-
mentami R8 i†C5 okreúla czÍstot-
liwoúÊ úrodkow¹ generatora.
CzÍstotliwoúÊ sygna³u wyjúcio-
wego uk³adu IC3 jest w†przedzia-
le od 1kHz do oko³o 5kHz. Dla
takich w³aúnie stosunkowo wyso-
kich czÍstotliwoúci akustycznych
brzÍczyk WD1 osi¹ga najwyøsz¹
sprawnoúÊ.
Chociaø pr¹d p³yn¹cy przez
brzÍczyk ma niewielkie natÍøe-
Opis uk³adu
Schemat elektryczny uk³adu
alarmu przedstawia
rys. 2
. Niski
pobÛr pr¹du zapewnia zastosowa-
nie uk³adÛw CMOS, ktÛre w†sta-
nie statycznym pobieraj¹ znikomo
ma³o energii.
Bistabilny uk³ad RS tworz¹
dwie dwuwejúciowe bramki NOR.
Dwie pozosta³e bramki uk³adu
scalonego nie s¹ wykorzystane,
wiÍc ich wejúcia po³¹czono z†do-
datnim biegunem zasilania.
Na wyjúciu bramki NOR po-
jawia siÍ stan niski wtedy, gdy
chociaø na jednym z†jej wejúÊ
wystÍpuje stan wysoki, nato-
miast wysoki wtedy, gdy na
obydwu wejúciach wystÍpuje
stan niski. W†warunkach spo-
czynkowych na jedno z†wejúÊ
uk³adu IC1b jest podany przez
rezystor R3 stan niski, a†drugie
wejúcie jest po³¹czone z†wy-
júciem uk³adu IC1a.
20
Elektronika Praktyczna 3/98
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
nie, wysoka sprawnoúÊ brzÍczyka
zapewnia g³oúny düwiÍk alarmu.
Modulacja czÍstotliwoúci sygna³u
w†szerokim zakresie przyci¹ga
uwagÍ i†znacznie podnosi sku-
tecznoúÊ dzia³ania urz¹dzenia.
Uwaga: natÍøenie pr¹du wyjúcio-
wego uk³adu IC3 jest zbyt ma³e,
aby mÛg³ on wysterowaÊ jakikol-
wiek zwyk³y g³oúnik; uøycie g³oú-
nika z†ruchom¹ cewk¹ moøe spo-
wodowaÊ uszkodzenie uk³adu
IC3.
Dwie bramki NOR uk³adu IC1
pobieraj¹ w†stanie spoczynkowym
pr¹d o†znikomo ma³ym natÍøeniu.
W†stanie spoczynkowym pr¹d po-
bieraj¹ natomiast uk³ady IC2 i†IC3.
Niewielki pr¹d p³ynie przez re-
zystory R6 i†R7. Wypadkowy po-
bÛr pr¹du w†stanie spoczynko-
wym wynosi wiÍc oko³o 130µA,
w†zwi¹zku z†czym nawet najgor-
szej jakoúci bateria powinna za-
pewniÊ pracÍ uk³adu przez oko³o
3000 godzin.
Montaø i uruchomienie
Rys. 3
przedstawia rozmiesz-
czenie elementÛw i†miejsca prze-
ciÍcia úcieøek p³ytki uniwersal-
nej, na ktÛrej jest montowany
alarm. P³ytka uniwersalna ma 21
paskÛw po 38 otworÛw w kaø-
dym, co nie jest standardem.
Naleøy wiÍc nabyÊ nieco wiÍkszy
kawa³ek p³ytki i†odpowiednio go
przyci¹Ê, robi¹c to delikatnie,
poniewaø p³ytka taka jest krucha.
CiÍcie naleøy prowadziÊ przez
otwory, a†nastÍpnie wyrÛwnaÊ pil-
nikiem nierÛwnoúci. NastÍpnie na-
leøy wykonaÊ dwa otwory mon-
taøowe o†úrednicy 3,2mm oraz
przeci¹Ê paski w†piÍciu wskaza-
nych miejscach (rys. 3), uøywaj¹c
specjalnego narzÍdzia albo wiert³a
o†úrednicy oko³o 5mm, unikaj¹c
zbyt g³Íbokiego nawiercania†lami-
natu, co mog³oby zmniejszyÊ wy-
trzyma³oúÊ p³ytki.
Wszystkie trzy uk³ady scalone
s¹ wraøliwe na ³adunki elektro-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(0,25W, 5%, węglowe warstwowe)
R1: 1M
Ω
R3: 4,7k
Ω
R4: 1,8M
R5: 100k
R6: 220k
R7: 330k
Ω
Kondensatory
C1: 1µF/50V, wyprowadzenia
jednostronne
C2: 10µF/25V, wyprowadzenia
jednostronne
C3: 470nF, poliestrowy
C4: 4,7µF/50V, wyprowadzenia
jednostronne
C5: 1nF, poliestrowy
Półprzewodniki
IC1: 4001BE
IC2, IC3: 4046BE
Różne
S1: przełącznik rtęciowy
S2: miniaturowy przełącznik
jednobiegunowy jednopozycyjny
WD1: brzęczyk ceramiczny
w obudowie
B1: bateria 9V (PPV) z łączówką
niewielka obudowa z tworzywa
sztucznego (ok. 119mm x 65mm
x 40mm), kawałek płytki
uniwersalnej zawierający 21
pasków (2,54mm) po 38 otworów,
podstawka 14−nóżkowa,
podstawka 16−nóżkowa 2 szt.,
przewód plecionka, cyna itp.
Rys.3. Schemat rozmieszczenia elementów alarmu na
płytce uniwersalnej oraz sposób przecięcia ścieżek.
statyczne i†wymagaj¹ standardo-
wych úrodkÛw ochronnych. Naj-
waøniejsze jest to, by je umieúciÊ
w†podstawkach, a†nie lutowaÊ
bezpoúrednio do p³ytki. Uk³ady
wstawiamy w†podstawki dopiero
po zakoÒczeniu montaøu i†okab-
lowaniu urz¹dzenia, unikaj¹c do-
tykania ich wyprowadzeÒ. Naleøy
zwracaÊ uwagÍ na sposÛb w³oøe-
nia uk³adÛw w†podstawki -
w†przypadku uk³adu CMOS, w³o-
øenie odwrotne spowoduje prze-
p³yw pr¹du o†znacznym natÍøe-
niu.
Jako C3 i†C5 naleøy uøyÊ
kondensatorÛw miniaturowych,
z†odstÍpem wyprowadzeÒ 5mm -
kondensatory z innymi wyprowa-
dzeniami prawdopodobnie trud-
no bÍdzie umieúciÊ na p³ytce
przy tak ma³ej iloúci wolnego
miejsca.
Elektronika Praktyczna 3/98
21
Ω
R2: 10k
R8: 180k
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
Montaø p³ytki jest prosty i†po-
winien odbywaÊ siÍ w kolejnoúci
od najmniejszego elementu, do
najwiÍkszego. Rozpocz¹Ê wiÍc na-
leøy od 19 zworek, uwaønie spraw-
dzaj¹c prawid³owoúÊ ich umiesz-
czenia jeszcze przed lutowaniem.
Uk³ad moøna zamkn¹Ê w†do-
wolnej obudowie o†niewielkich
rozmiarach. BrzÍczyk WD1
i†w³¹cznik S2 naleøy zamontowaÊ
do zdejmowanej pokrywy obudo-
wy. Prze³¹cznik S2 powinien byÊ
prze³¹czany przy pomocy kluczy-
ka, aby ewentualny z³odziej nie
mÛg³ ³atwo wy³¹czyÊ alarmu, cho-
ciaø uruchomiony alarm natych-
miast zwrÛci nasz¹ uwagÍ i†na
wszelkie prÛby wy³¹czania bÍdzie
i†tak za pÛüno.
Jeúli urz¹dzenie jest wykorzys-
tywane w†innym charakterze niø
alarm walizkowy, uøycie jako S2
prze³¹cznika z†kluczykiem moøe
byÊ poø¹dane, jednak jest to
podzespÛ³ drogi i†powinien byÊ
uøywany tylko w†przypadku
rzeczywistej koniecznoúci.
BrzÍczyk WD1 moøna zamon-
towaÊ wewn¹trz obudowy, ale
wymaga to wykonania duøego
otworu i†³atwiej jest montowaÊ go
na zewn¹trz, co oznacza koniecz-
noúÊ wykonania trzech niewiel-
kich otworÛw (úrednica 2,5mm).
Przetwornik moøna wykorzystaÊ
jako szablon przy wykonywaniu
tych otworÛw.
WiÍkszoúÊ brzÍczykÛw posia-
da rÛønokolorowe przewody, ale
nie s¹ to elementy o†okreúlonej
polaryzacji i†moøna je ³¹czyÊ
z†uk³adem w†sposÛb dowolny.
Moøe okazaÊ siÍ potrzebne uøy-
cie dodatkowych przewodÛw
(izolowanych) ³¹cz¹cych uk³ad
z†brzÍczykiem. Naleøy wÛwczas
zaizolowaÊ miejsca ich lutowa-
nia z†wyprowadzeniami brzÍczy-
ka.
Aby zakoczyÊ montaø uk³adu,
naleøy uzupe³niÊ go o†bateriÍ i†po-
³¹czyÊ prze³¹cznik S2 z†p³ytk¹. Po
koÒcowym sprawdzeniu okablo-
wania moøna przyst¹piÊ do tes-
towania uk³adu.
Bezpoúrednio po w³¹czeniu
alarm nie powinien zadzia³aÊ.
Jeúli zostanie poruszony, mog¹
pojawiÊ siÍ pojedyncze sygna³y.
Naleøy odczekaÊ oko³o 10 se-
kund, a†nastÍpnie poruszyÊ urz¹-
dzenie. Jeúli uk³ad funkcjonuje
prawid³owo, powinien generowaÊ
g³oúny, modulowany czÍstotliwoú-
ciowo sygna³ akustyczny. Wy³¹-
czenie kluczykiem i†ponowne w³¹-
czenie po odczekaniu kilku se-
kund powoduje wyzerowanie
urz¹dzenia.
Jeúli alarm nie dzia³a, naleøy
go wy³¹czyÊ i†dok³adnie spraw-
dziÊ okablowanie. Jeúli jest pra-
wid³owe, naleøy wymieniÊ kon-
densator C2 - powinien to byÊ
element o†niskiej up³ywnoúci,
w†przeciwnym razie blokada alar-
mu bÍdzie trwa³a.
Robert Penfold, EPE
Artyku³ publikujemy na pod-
stawie umowy z redakcj¹ mie-
siÍcznika "Everyday Practical
Electronics".
22
Elektronika Praktyczna 3/98
[ Pobierz całość w formacie PDF ]