Охранная сигнализация на микросхеме к561ла7 схемы. Радиосхемы схемы электрические принципиальные

Несложное охранное устройство, извещающее о намерении кого-нибудь своровать ваши вещи, можно собрать всего на одной логической микросхеме (рис. 20.6). В устройстве используется шлейфовый датчик, при обрыве которого начинает работать генератор прямоугольных импульсов, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы K561ЛA7. Генератор выдает импульсы с частотой 2…3 Гц.

Частота импульсов тонального генератора составляет 1 кГц (ft = 1/2R6 . СЗ). Импульсы тонального генератора поступают на пьезокерамический излучатель НА1, который преобразует их в звук. В качестве источника питания GB1 можно использовать литиевую батарею 2БЛИК-1 или 4 элемента типа 316, что приведет к увеличению габаритов устройства. В устройстве нет выключателя, так как в дежурном режиме устройство потребляет ток всего 2 мкА. В режиме тревожной сигнализации, когда шлейф оборван и звуко-излучатель издает мощный сигнал, ток составляет 0,5…1 мА. Для увеличения мощности звука, следует подобрать сопротивление резистора R6.

Детали

В охранном устройстве используются постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы С1…СЗ — КМ6, С4 — оксидный К50-35. Шлейфный датчик представляет собой сложенный вдвое обмоточный провод ПЭВ-2 или ПЭВ-3 00,07…0,1 мм длиной 0,5…1 м. Концы такого куска провода присоединяют к двухконтактному разъему, который необходим для подключения к гнездам устройства XI. Необходимо сделать несколько таких проводных датчиков, так как оборванные шлейфы не имеет смысла ремонтировать. Для хранения датчиков желательно использовать челнок-мотальце подобно тем, что используют рыбаки для хранения лески. Детали устройства монтируют на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. На одной стороне платы фольга используется как общий минусовой провод источника питания. В связи с чем вокруг отверстий, через которые проходят выводы деталей, не связанные с общим проводом, необходимо снять фольгу, сделав выборки сверлом 01…2 мм. Рисунок печатной платы и распайка деталей на ней показаны на рис. 20.7. Места припайки деталей к общему проводу платы показаны квадратами. Примерный монтаж деталей на двухсторонней плате показан на рис. 20.8. После распайки всех деталей на плате припаивают проводники к излучателю и батарее. Все детали устройства помещают в пластмассовый корпус размерами 48x32x17 мм. Собранный из исправных деталей и без ошибок «сторож» налаживания не требует и сразу может быть использован по назначению. Для этой цели вещи, которые требуют охраны, прошивают или обвязывают шлейфом. Шлейф подключают к гнездам X1 устройства и охрана вещей обеспечена.

Простые радиосхемы начинающим

В этой статье мы рассмотрим несколько простых электронных устройств на основе логических микросхем К561ЛА7 и К176ЛА7. В принципе эти микросхемы практически одинаковые и имеют одинаковое предназначение. Несмотря на небольшую разницу в неокторых параметрах они практически взаимозаменяемы.

Коротко о микросхеме К561ЛА7

Микросхемы К561ЛА7 и К176ЛА7 представляют собою четыре элемента 2И-НЕ. Конструктивно выполнены они в пластмассовом корпусе черного цвета с 14-ю выводами. Первый вывод микросхемы обозначен в виде метки (так называемый ключ) на корпусе. Это может быть или точка или выемка. Внешний вид микросхем и цоколевка выводов показаны на рисунках.

Питание микросхем составляет 9 Вольт, питающее напряжение подается на выводы: 7 вывод- "общий", 14 вывод- "+".
При монтаже микросхем необходимо быть внимательным с цоколевкой- случайная установка микросхемы "наизнанку" выводит ее из строя. Пайку микросхем желательно производить паяльником мощностью не более 25 Ватт.

Напомним что эти микросхемы назвали "логическими" поэтому что они имеют всего лишь два состояния- или "логический ноль" или "логическая единица". Причем при уровне "единица" подразумевается напряжение близкое к напряжению питания. Следовательно- при уменьшении напряжения питания самой микросхемы и уровень "Логической единицы" будет меньше.
Давайте проведем небольшой эксперимент (рисунок 3)

Сначала превратим элемент микросхемы 2И-НЕ просто в НЕ, соединив для этого входы. На выход микросхемы подключим светодиод, а на вход будем подавать напряжение через переменный резистор, контролируя при этом напряжение. Для того чтобы светодиод загорелся необходимо на выходе микросхемы (это вывод 3) получить напряжение равное логической "1". Контролировать напряжение можно при помощи любого мультиметра включив его в режим измерений постоянного напряжения (на схеме это PA1).
А вот с питанием немного поиграем- сначала подключим одну батарейку 4,5 Вольта.Так как микросхема является инвертором, следовательно для того чтобы получить на выходе микросхемы "1" необходимо наоборот на вход микросхемы подать логический "0". Поэтому начнем наш эксперимент с логической "1"- то есть движок резистора должен быть в верхнем положении. Вращая движок переменного резистора дождемся момента когда загорится светодиод. Напряжение на движке переменного резистора, а следовательно и на входе микросхемы будет примерно около 2,5 Вольт.
Если подключить вторую батарейку, то мы получим уже 9 Вольт, и светодиод у нас в этом случае загорится при напряжении на входе примерно 4 Вольта.

Здесь, кстати, необходимо дать небольшое разъяснение : вполне возможно что в Вашем эксперименте могут быть другие результаты отличные от вышеуказанных. Ничего удивительного в этом нет: во первых двух совершенно одинаковых микросхем не бывает и параметры у них в любом случае будут отличаться, во-вторых логическая микросхема может любое понижение входного сигнала распознать как логический "0", а в нашем случае мы понизили входное напряжение в два раза, ну и в-третьих в данном эксперименте мы пытается заставить работать цифровую микросхему в аналоговом режиме (то есть управляющий сигнал у нас проходит плавно) а микросхема, в свою очередь работает как ей положено- при достижении определенного порога перебрасывает логическое состояние мгновенно. Но ведь и этот самый порог у различных микросхем может отличаться.
Впрочем цель нашего эксперимента была простая- нам необходимо было доказать что логические уровни напрямую зависят от питающего напряжения.
Еще один нюанс : такое возможно лишь с микросхемами серии КМОП которые не очень критичны к питающему напряжению. С микросхемами серии ТТЛ дела обстоят иначе- питание у них играет огромную роль и при эксплуатации допускается отклонение не более чем в 5%

Ну вот, краткое знакомство закончилось, переходим к практике...

Простое реле времени

Схема устройства показана на рисунке 4. Элемент микросхемы здесь включен так-же как и в эксперименте выше: входы замкнуты. Пока кнопка кнопка S1 разомкнута, конденсатор С1 находится в заряженном состоянии и ток через него не протекает. Однако вход микросхемы подключен и к "общему" проводу (через резистор R1) и поэтому на входе микросхемы будет присутствовать логический "0". Так как элемент микросхемы является инвертором то значит на выходе микросхемы получится логическая "1" и светодиод будет гореть.
Замыкаем кнопку. На входе микросхемы появится логическая "1" и, следовательно, на выходе будет "0", светодиод погаснет. Но при замыкании кнопки и конденсатор С1 мгновенно разрядится. А это значит что после того как мы отпустили кнопку в конденсаторе начнется процесс заряда и пока он будет продолжаться через него будет протекать электрический ток поддерживая уровень логической "1" на входе микросхемы. То есть получится что светодиод не загорится до тем пор пока конденсатор С1 не зарядится. Время заряда конденсатора можно изменять подбором емкости конденсатора или изменением сопротивления резистора R1.

Схема вторая

На первый взгляд практически то же самое что и предыдущая, но кнопка с времязадающим конденсатором включена немного по-другому. И работать она будет тоже немного иначе- в ждущем режиме светодиод не горит, при замыкании кнопки светодиод загорится сразу, а погаснет уже с задержкой.

Простая мигалка

Если включить микросхему как показано на рисунке то мы получим генератор световых импульсов. По сути это самый простой мультивибратор, принцип работы которого был подробно описан на этой странице.
Частота импульсов регулируется резистором R1 (можно даже установить переменный) и конденсатором С1.

Управляемая мигалка

Давайте немного изменим схему мигалки (которая была выше на рисунке 6) введя в нее цепь из уже знакомого нам реле времени- кнопку S1 и конденсатор С2.

Что у нас получится: при замкнутой кнопке S1, на входе элемента D1.1 будет логический "0". Это элемент 2И-НЕ и поэтому не важно что у него творится на втором входе- на выходе в любом случае будет "1".
Эта самая "1" поступит на вход второго элемента (который D1.2) и значит на выходе этого элемента будет прочно сидеть логический "0". А раз так то светодиод загорится и будет гореть постоянно.
Как только мы отпустили кнопку S1, начинает заряд конденсатора С2. В течение времени заряда через него будет протекать ток удерживая уровень логического "0" на выводе 2 микросхемы. Как только конденсатор зарядится, ток через него прекратится, мультивибратор начнет работать в своем обычном режиме- светодиод будет мигать.
На следующей схеме также введена эта-же цепочка но включена она уже иначе: при нажатии на кнопку светодиод начнет мигать а по истечение некоторого времени станет гореть постоянно.

Простая пищалка

В этой схеме ничего особо необычного нет: все мы знаем что если к выходу мультивибратора подключить динамик или наушник то он начнет издавать прерывистые звуки. На малых частотах это будет просто "тикание" а на более высоких частотах это будет писк.
Для эксперимента больший интерес представляет схема показанные ниже:

Здесь опять же знакомое нам реле времени- замыкаем кнопку S1, размыкаем ее и через некоторое время устройство начинает пищать.

На рисунке 2 показана схема простейшего реле времени с индикацией на светодиодах Отсчет времени начинается в момент включения питания выключателем S1. В самом начале конденсатор С1 разряжен и напряжение на нем мало (как логический ноль). По этому на выходе D1.1 будет единица, а на выходе D1.2 - ноль. Будет гореть светодиод HL2, а светодиод HL1 гореть не будет. Так будет продолжаться до тех пор, пока С1 не зарядится через резисторы R3 и R5 до напряжения, которое элемент D1.1 понимает как логическую единицу В этот момент, на выходе D1.1 возникает ноль, а на выходе D1.2 - единица.

Кнопка S2 служит для повторного запуска реле времени (когда вы ее нажимаете она замыкает С1 и разряжает его, а когда её отпускаете, - начинается зарядка С1 снова). Таким образом, отсчет времени начинается с момента включения питания или с момента нажатия и отпускания кнопки S2. Светодиод HL2 показывает, что идет отсчет времени, а светодиод HL1 - что отсчет времени завершен. А само время можно устанавливать переменным резистором R3.

На вал резистора R3 можно надеть ручку с указателем и шкалой, на которой подписать значения времени, измерив их при помощи секундомера. При сопротивлениях резисторов R3 и R4 и емкости С1 как на схеме, можно устанавливать выдержки от нескольких секунд до минуты и немного больше.

В схеме на рисунке 2 используется только два элемента микросхемы, но в ней есть еще два. Используя их можно сделать так, что реле времени по окончании выдержки будет подавать звуковой сигнал.

На рисунке 3 схема реле времени со звуком. На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор, который вырабатывает импульсы частотой около 1000 Гц. Частота эта зависит от сопротивления R5 и конденсатора С2. Между входом и выходом элемента D1.4 включена пьезоэлектрическая «пищалка», например, от электронных часов или телефона-трубки, мультиметра. Когда мультивибратор работает она пищит.

Управлять мультивибратором можно изменяя логический уровень на выводе 12 D1.4. Когда здесь нуль мультивибратор не работает, а «пищалка» В1 молчит. Когда единица. - В1 пищит. Этот вывод (12) подключен к выходу элемента D1.2. Поэтому, «пищалка» пищит тогда, когда гаснет HL2, то есть, звуковая сигнализация включается сразу после того, как реле времени отработает временной интервал.

Если у вас нет пьезоэлектрической «пищалки» вместо неё можно взять, например, микродинамик от старого приемника или наушников, телефонного аппарата. Но его нужно подключить через транзисторный усилитель (рис. 4), иначе можно испортить микросхему.

Впрочем, если нам светодиодная индикация не нужна, - можно опять обойтись только двумя элементами. На рисунке 5 схема реле времени, в котором есть только звуковая сигнализация. Пока конденсатор С1 разряжен мультивибратор заблокирован логическим нулем и «пищалка» молчит. А как только С1 зарядится до напряжения логической единицы, - мультивибратор заработает, а В1 запищит На рисунке 6 схема звукового сигнализатора, подающего прерывистые звуковые сигналы. Причем тон звука и частоту прерывания можно регулировать Его можно использовать, например, как небольшую сирену или квартирный звонок

На элементах D1 3 и D1.4 сделан мультивибратор. вырабатывающий импульсы звуковой частоты, которые через усилитель на транзисторе VT5 поступают на динамик В1. Тон звука зависит от частоты этих импульсов, а их частоту можно регулировать переменным резистором R4.

Для прерывания звука служит второй мультивибратор на элементах D1.1 и D1.2. Он вырабатывает импульсы значительно более низкой частоты. Эти импульсы поступают на вывод 12 D1 3. Когда здесь логический ноль мультивибратор D1.3-D1.4 выключен, динамик молчит, а когда единица - раздается звук. Таким образом, получается прерывистый звук, тон которого можно регулировать резистором R4, а частоту прерывания - R2. Громкость звука во многом зависит от динамика. А динамик может быть практически любым (например, динамик от радиоприемника, телефонного аппарата, радиоточка, или даже акустическая система от музыкального центра).

На основе этой сирены можно сделать охранную сигнализацию, которая будет включаться каждый раз, когда кто-то открывает дверь в вашу комнату (рис. 7).

Принцип и алгоритм работы этого устройства очень похож на работу промышленных стандартных охранных систем, для охраны помещений. Предлагаемая простая охранная сигнализация срабатывает, от размыкания контактов датчика с нормально замкнутыми контактами в режиме охраны. В качестве, которого может быть:

Проволочный шлейф, рассчитанный на обрыв провода при нарушении периметра;

Герконовый датчик, реагирующий на перемещение куска магнита над его контактами, при открывании двери, например, или пассивный инфракрасный датчик заводского изготовления, реагирующий на изменение положения объекта с инфракрасным излучением, (коим является тело человека - нарушителя, в зоне охраняемого объекта).

Зарегистрировав перемещение контакты этого датчика разомкнутся и сигнал поступает на исполнительное устройство, (называемое нами охранной сигнализацией) которое должно отреагировать, выдав сигнал тревоги.

Устройство питается от аккумуляторной батареи напряжением 12В, (можно так же запитать его от внешнего источника постоянного тока, адаптером, рассчитанным на ток порядка 300ма и более. Автором, данная сигнализация использовалась для охраны загородной дачи, где нет электроснабжения, и для питания использовалась стандартная аккумуляторная батарея на напряжение 12 в и ёмкостью 7 А/час (такие применяются в устройствах бесперебойного источника питания компьютеров). Недорогие устройства заводского изготовления, типа Астра-712 не подходили для данной задачи, поскольку ток потребления в дежурном режиме у них составляет минимум 110 мА, а на даче предполагалось появляться не чаще чем раза в месяц. При таком потреблении тока, за этот период времени, аккумулятор разрядился бы очень быстро.

И, как вариант, была сделана простая помехоустойчивая (при длинных проводах идущих от внешних устройств расположенных в разных местах помещения) охранная система, с потребляемым током в ждущем режиме около 2 мА, которая, в принципе, может быть использована в гараже, сарае, на даче, в квартире, в машине и т.д.

Детали:

Все детали не дефицитны, дёшевы и доступны для приобретения:
-сирена на 12 вольт от любой автомобильной охранной системы, можно купить (рублей 150)
Применял я микросхему 561ЛН1 (были они у меня под рукой ещё со времён СССР)
(561 ЛН 1 при этом выводы (4 и 12). надо соединить с общим проводом. и распиновка другая

А в Протеусе схему отлаживал, взяв в библиотеке модель CD4069. Там же и схему рисовал, поэтому номера ножек на схеме совпадают с 561ЛН2 - 6 инверторов КМОП структуры, (рабочее напряжение питания от 3 до 16В)
CD4069 (Отечественный аналог 561 ЛН2) или, в принципе, подойдут любые микросхемы если набрать их из нескольких корпусов имеющихся под рукой такие как 561ЛА7, 561ЛЕ5, и пр. логики. Путём включения и элементов, как инверторы, набрав их в количестве равном 6-ти, для данной схемы, при этом назначение и номера выводов придётся изменить соответственно технической документации применяемых микросхем.
Но теряется смысл по причине - вместо одного корпуса появится два, что усложнит конструкцию. А уж с двумя то корпусами можно сделать нечто более серьёзное, а хотелось максимально упростить конструкцию, убрать лишнее с максимумом функций от устройства для поставленной задачи.

Опто-изолятор (от блоков питания в обратной связи) типа PC123 или какой другой из доступных, на крайний случай, за неимением можно применить реле с нормально разомкнутыми контактами, эта цепь сделана с целью защиты от наводок длинных проводов идущих от кнопки «сброса», снятия с охраны.
Полевой транзистор мощный N-канальный, любой, (можно использовать от неисправных материнских плат, с током коммутации не менее 1 А). Биполярный транзистор для коммутации светодиодов любой NPN средней мощности типа КТ315, диоды, импульсные кремниевые любые.

Схема охранной сигнализаци с номиналами элементов:

Работа устройства:

Постановка устройства на охрану сводится к простой операции, включения тумблера питания «Вкл». Включаете питание и Вы выходите наружу, и замыкаете дверь, для того чтобы система не отреагировала на ваши собственные перемещения,система, как бы «заглушается» на время, не реагируя на размыкание контактов охранных датчиков в течение минуты.
Задержка на выход - 1 минута (обычно этого времени достаточно) в этот период светодиод-индикатор горит постоянно, по истечении времени задержки, схема переходит в дежурный режим,- светодиод начинает мигать импульсами. С частотой 1 Гц и скважностью равной 4. При срабатывании охранного датчика сирена звучит продолжительностью около 40 секунд. Заставить замолчать сирену может только отключение питания, пока она «оторёт» положенное. Блокировать сигнализацию бесполезно, и лишь после этого, сли охранный датчик приводит состояние своих контактов в исходное Н.З. положение, схема переходит снова в режим ожидания в дежурном режиме (что можно определить визуально со стороны по миганию светодиодов, один из которых располагается на корпусе устройства D6, другой, светодиод D7 выведен под навес крыши наружу, чтобы можно наблюдать на расстоянии от дома, встала ли на охрану сигнализация или нет.

Если прошло время задержки и сирена самопроизвольно сработала (это лишь означает, что у вас разорвана цепь охранного «шлейфа» (возможно неисправен датчик и контакты не стали в нормальное замкнутое положение, своего рода «тест» на целостность шлейфа при постановке на охрану,- пока Вы не уехали далеко от дома можете вернуться и всё проверить.)

На модели в Протеусе Вы можете такую ситуацию промоделировать. После запуска при изначально замкнутых (SENSOR_NC) нажмите кратковременно и отпустите кнопку (BLOCK_ALARM) зажгутся индикаторы D6, D7. это имитация задержки времени на выход и блокировки охранного датчика на этот период, после чего разомкните контакты (SENSOR_NC) и оставьте в разомкнутом состоянии, дождитесь погасания светодиодов D6, D7. Увидите сами, как отреагирует схема, (должна сработать сирена) всё наглядно. В этом плане Протеус очень удобная программа..эээх её бы, лет эдак … назад .

При перепаде с 1 в 0 схема не реагирует, только на перепад с 0 в 1. Сделано это на случай, если дверь останется брошенной открытой, злоумышленник убежит, тогда сирена не будет орать до полного разряда аккумулятора, (если бы в схема реагировала или на 0 на контактах или на 1 при размыкании то при разомкнутых контактах орала бы сирена до «посинения» - до полного разряда батарей, что негативно отразится на взаимоотношениях с соседями, если например произойдёт ложное срабатывание), а после закрывания двери снова становится на охрану. Если открыть незапертую дверь снова или пройти мимо инфракрасного датчика, сирена снова сработает.

Ещё хотелось бы обратить внимание на такой момент удобства схемы, если при монтаже случайно закоротится провод или нагрузка, снимаемая с эмиттера транзистора Q2, то это не приведёт к повреждению схемы.

В режиме ожидания средний ток потребления самого устройства, если только геркон в качестве датчика используется на двери, составляет примерно 2 мА. А суммарный ток потребления всей системы зависит в основном от характеристик потребления внешнего охранного ИК-датчика, и в среднем может быть около 15 ма.

Снятие с охраны осуществляется или воздействием на геркон «замурованный» в стене, поднеся магнит к этому месту на секунду (или спрятанной кнопкой, в «секретном месте») при этом у вас 1 минута для отпирания двери. Снялась охрана или нет видно по светодиоду, который в режиме снятия горит постоянно, показывая Вам, что охрана снята и можете смело отпирать дверь не опасаясь, что включится сирена. По истечении 1 минуты, если не успели открыть замок, зайти в помещение и отключить питание сигнализации кнопку «Вкл». Если этого не произойдёт в течение минуты, система становится на самоподхват, переходя снова в режим охраны.(это на случай, если злоумышленник знает как снять с охраны, но замешкается при открывании двери больше минуты.

Система помехоустойчива от ложных срабатываний при длинных проводах протянутых до внешних устройств (кнопок снятия, датчика, наружного светодиода, сирены). Устройство работает на даче около года, где нет электричества. Меняется аккумулятор раз в 2 месяца (может можно и дольше, не проверял).

Моделирование в Proteus:

Работу схемы можно просмотреть в PROTEUS-e. Не совсем точно отображает аналогию работы, (интервалы времени, светодиоды не мерцают в режиме ожидания, погашены) хотя в реальной конструкции всё, как в описании, но в принципе логику работы схемы отображает верно.

Проделать это можно так:
Запускаете в Протеусе модель, кнопку (POWER_ON) включения питания лучше не трогать и оставить во включённом состоянии (иначе ругается). Попробуйте нажать кратковременно и отпустить кнопку (BLOCK_ALARM) и сразу увидите, как зажглись светодиоды, D6, D7. Пока они горят, охранный датчик (SENSOR_NC) заблокирован, его можно размыкать, замыкать, сирена не срабатывает. В качестве сирены эквивалент - модель электромотора, для наглядности. Как только пауза блокировки прошла, светодиоды гаснут. Разомкните и замкните контакты датчика, и вы увидите, как сработала сирена. Отработав промежуток времени, она выключится и станет в режим ожидания. Если во время работы сирены, вы попытаетесь выключить сигнализацию кнопкой блокировки - (BLOCK_ALARM), то светодиоды зажгутся, но сирена отработает положенное время и только после этого выключится.

Небольшая ремарка, которую следует учесть:

В Proteus ISIS в схеме номиналы изменены для того чтобы было наглядно видно работу схемы в режиме эмуляции. Конденсатор С 5 1n, а в реальной схеме это С 1 47nF. А конденсатор С 1 в Протеусе 2,2 мкФ, в реальной же схеме С 5 должен быть 22 мкф. (когда менял номиналы в Протеусе сбились номера обозначений). Резистора R 9 2,2 Мом нет в реальной схеме, это лишь для того чтобы Протеус не «глючил». В остальном печатная плата, разводка, расположение деталей совпадают со схемой на 561ЛН2.

В моделировании печатной платы можно просмотреть, как наша схема выглядеть должна в 3-х мерном изображении. На рисунках это наглядно видно:

Науменко Владимир, г. Калининград