У сучасні охоронні системи входять, як правило, носять брелок-генератор, який випромінює особливий сигнал-код, і спеціальний приймач, що реагує лише на цей сигнал-код. Ми вже знайомили наших читачів з такого роду пристроями, що працюють на інфрачервоних променях. Але секретність була відносно невелика. , Опублікована нижче стаття присвячена тій же темі. ІК брелок-генератор і приймач до нього мають таке ж призначення, але сигнал-код системи формується відповідно до принципу, значно ефективніше використовують час передачі і тим самим багаторазово збільшує її таємність.

ІК передавач

Незалежно від характеру випромінювання, будь то радіохвиля, ультразвук або світло, особливу увагу в пристроях автоматичного впізнання приділяють самому сигналу. Імовірність появи точно такого ж сигналу від стороннього джерела повинна бути знехтувати малою.

Кодова посилка зазвичай має вигляд двійковій послідовності. Наприклад, 1001101000111 …, де одиниці відповідає наявність випромінювання, а нулю-пауза "чистого" ефіру або якесь інше випромінювання. Якщо число розрядів (знакомісць) у такому сигналі позначити латинською літерою n, то по різному розставляючи одиниці і нулі, ми зможемо отримати 2 "різних їх комбінацій. Так при n = 7 їх може бути 128, при n = 15 – 32768, а при n = 23 – 8388608. Серед безлічі можливих якусь одну послідовність вибирають як коду, або, кажучи інакше, електронного пароля.

Схема ІК передавача

Рис.1. Схема генератора

Принципова схема генератора, який формує подібним чином послідовність інфрачервоних спалахів, наведена на рис. 1. Елементи DD1.1, DD1.2, резистор R1 і кварцовий резонатор ZQ1 утворюють Запросах генератор, що працює на частоті 32 768 Гц. Мікросхеми DD4 і DD5, кожна з яких представляє собою восьмівходовий мультиплексор-демультиплексор, працюють як електронні комутатори. Їх об'єднаний вихід (виводи 3) виявляється з'єднаний з одним із входів ХВ-Х7 – залежно від адреси, що надходить на адресні входи 1, 2, 4 (висновки 11,10 і 9) і сигналу на вході S (висновок 6) DD4 і DD5. Адреса і S-сигнал формують лічильник DD3. Неважко вирахувати, що зміна адреси відбувається тут кожні 0,976 мс (25 / 32768 с). Це tзн – тривалість знакомісць в кодовій посилці.

У середині кожного знакомісць може бути сформований короткий (тривалістю близько 10 мкс, tімп = R4C2) імпульс на виході елемента DD1.4. Але таке відбудеться лише в тому випадку, якщо цього знакомісць буде відповідати сигнал 1 на виході комутатора. Цей імпульс відкриє транзистори VT1 і VT2 підсилювача, і струм, що виник в ІК діод В11, перетворюється в ІК спалах такої ж тривалості.

Генерація кодової послідовності починається (коли джерело живлення включений і кнопка SB1 натиснута) з формування короткого імпульсу на вході R лічильника DD3 (tr = R3C1), що встановлює його в нульове стан, і закінчується з появою 1 на виході 29 (висновок 14). Знакомісць – їх 16 – ідуть в часі відповідно до їх нумерацією від 1 до 15 по стрілках входів Х1-Х7 в мікросхемах DD4, DD5 -1,2, З. .. і т. д. (нульового знакомісць завжди відповідає 1 – це стартовий імпульс пакета, що не входить до числа кодообразующіх). Таким чином, загальна тривалість кодової посилки складає 0,976-15 = 14,6 мс.

Потрібне число-код формують, коммутіруя Х-входи мікросхем DD4, DD5, тобто з'єднуючи i-ту стрілку з плюсовим провідником джерела живлення, якщо в i-тому розряді коду повинна бути 1 (вхід ХВ мікросхеми DD4, що формує стартовий імпульс пакету, вже з'єднаний з плюсовим провідником) або з мінусовим, якщо потрібен 0. Так, наприклад, для генерації коду 111011100111001 стрілки 1,2,3,5,6,7, 10,11,12,15 треба з'єднати з плюсовим, а стрілки 4,8,9,13,14 – із загальним провідником джерела живлення. Оскільки п = 15, то число різних сигналів, з яких будь-хто може бути закоммутіро-ван як кодового, становить 215=32768.

Джерело живлення кодового генератора – 6-вольтів батарея GB1 діаметром 10,3 і довжиною 16 мм (типорозмір джерел живлення зарубіжного виробництва, наприклад, батарей GP11A, Е11А). Придатна також літієва батарея 2БЛІК-1, якщо в конструкції передбачити для неї відсік відповідних розмірів. Залежність струму, споживаного генератором (Iпотр), та струму в ІК діод В11 (Iімп) від напруги джерела харчування наведено в таблиці.

U піт, У I спож, мкА I імп, А
7 360 0,72
6 140 0,59
5 60 0,46
4,3 30 0,38
3,7 16 0,38
2,4 5 0,18



 

Деталі генератора монтують на друкованій платі (рис. 2), виготовленої з двостороннього фольгованого стеклотексто-літа товщиною 1,2 … 1,5 мм. Фольгу з боку деталей не видаляють – її використовують в якості загального "заземленого" провідника ланцюгів пристрою. У місцях пропуску монтажних провідників або висновків деталей через отвори в платі в ній роблять вибірки-гуртки діаметром 1,5 … 2 мм (на мал. 2 не показані). Місця пайки до фользі висновків резисторів, конденсаторів і інших деталей позначені темна квадратиками: місце з'єднання з нею фрагмента друкованого монтажу (дротяної перемичкою) відмічено квадратиком зі світлою крапкою посередині. Для пропуску висновків ок-Сідней конденсатора С4 в платі просвердлити отвір діаметром 2,5 мм; діаметр витравленого у фользі захисного гуртка тут має бути більше -3 … 3.5 мм.

Друкована плата генератора

Рис.2. Друкована плата генератора

Монтажну плату встановлюють на передню панель-обойму, склеєну з ударостійкого полістиролу. Її опорами служать приклеєні до панелі три полістиролових стовпчика висотою по 8,5 мм з запресованими в них металевими вкладишами-гайками (різьблення М2). Батарея енергії, щоб уникнути наслідків можливої розгерметизації встановлена в спеціальному відсіку.

Вимикач живлення SA1 (ПД9-1) розміщений на передній панелі. Кнопка SB1 (ПКН-159 або близька їй за габаритами) повинна мати привід довжиною 6 … 8 мм – достатній для його виведення крізь отвір в передній панелі. Корпус у вигляді відкритої коробки розмірами 88х37х16 мм, в який встановлюють повністю змонтовану панель і батарею живлення, склеюють з ударостійкого полістиролу товщиною 1,5 мм. В стінці корпусу проти ІК діода просвердлити отвір діаметром 5 … 6 мм, яке (щоб уникнути попадання сміття) можна заклеїти тонким пластиком. Однак стінку можна і не свердлити – потужність ІК спалахів генератора здатна "пробити" 1,5 … 2 мм полістиролу, але його "далекобійність" у такому випадку істотно зменшиться.

У кодовому випромінювачі можна використовувати практично будь-які ІК діоди, обмеження-лише габаритні: висота деталей, які встановлюються на друковану плату, не повинна перевищувати 8 мм. Всі резистори – МЛТ-0, 125. Конденсатор С4-оксидний К50-16. Конденсатор С6 (CE-DS Маrсоn) змонтований паралельно платі, його номінальне напруга повинна відповідати напрузі джерела живлення. Інші конденсатори – КМ-5, КМ-6, К10-17Б.

Правильно зібраний генератор налагодження не вимагає. Проконтролювати ж його роботу можна за допомогою осцилографа, підключеного до колектора транзистора VT1. Після включення живлення і натиснення кнопки SB1 на екрані осцилографа (час чекає розгортки – 20 … 30 мс) повинна виникнути і зникнути послідовність імпульсів, рознесених у часі відповідно до закоммуті-ванням кодом. Так, наприклад, коду 111011100111001 буде відповідати осцилограми, зображена на рис. 3 ("зайвий" імпульс на початку пакета – стартовий). По амплітуді імпульсів, виміряних на резисторі R9, можна судити про струмі в ІК діод (Iімп (А) = Uімп (В) / R9 (Ом)), а у швидкій розгортці (20 … 50 мкс, теж чекає) – про їх формі і тривалості, яка повинна бути в межах 5 … 15 мкс.

Осцілограмма при коді 111011100111001

Рис.3. Осцілограмма при коді 111011100111001

"Двоступінчастий" запуск кодового випромінювача – спочатку вимикачем SA1, а потім кнопкою SB1, пов'язаний з особливістю самозбудження кварцованних генераторів: повільним входженням в робочий режим через високу добротності кварцового резонатора.

Схема живлення генератора

Рис.4. Схема живлення генератора

Вимикач SA1 можна виключити, а живлення генератора здійснювати за схемою, показаної на рис. 4. Але тоді кнопку SB1 доведеться натискати двічі, так як перше натискання може видати невірну комбінацію. Без нього можна обійтися і в тому випадку, якщо джерелом живлення буде низьковольтна батарея або літієвий елемент, здатні забезпечити генератору тривалу роботу при постійно включених мікросхемах. Наприклад, літієвий елемент напругою 3 В і електроємність 0,1 А-г буде працювати близько року.

У разі живлення генератора за схемою, наведеною на рис. 4, необхідно проконтролювати струм витоку конденсатора С6 – він має бути значно меншим Iпотр, зазначеного в таблиці. При збільшенні опору резистора R7, що обмежує струм в ІК діод, ємність цього конденсатора може бути зменшена-велика "далекобійність" ІК випромінювача (з R9 = 3,9 Ом, що перевищує 10м) може виявитися просто непотрібною.

У цій частині статті її автор розповідає про принцип роботи і конструкції ІК приймача, що становить разом з брелоком-генератором систему автоматичного розпізнавання "свого". ІК ПРИЙМАЧ Схема пристрою, що приймає кодований сигнал інфрачервоного випромінювача, показана на рис. 5. Мікросхема DA1, що представляє собою фотоусілітель, перетворює імпульси струму в фотодіоді BL1, які збуджуються ІК спалахами брелока-випромінювача, в імпульси напруги, придатні для прямого їх введення в цифровий аналізатор. На рис. 6, а зображений графік імпульсної послідовності на виході фотоусілітеля, відповідний коду 111011100111001, який ми тут і нижче будемо розглядати як приклад.

Схема ІК приймача

Мал.5. Схема ІК приймача

У приймальнику два формувача. Один з них, виконаний на елементах DD1.1 і DD3.1, розширює кожен з вхідних імпульсів (нагадаємо, тривалість імпульсів ІК передавача – близько 10 мкс) до tф1 = RЗС5 = 0,6 … 0,8 мс (рис. 6, б). А другий, зібраний на елементах DD1.2 і DD3.3, формує імпульс длітельнос-тьма tф2 = R4С6 = 30 … 50 мс (рис. 6, г). По 1 фронту цього імпульсу на виході елемента DD3.5 формується короткий імпульс (tr = R5C7 = 10 мкс), що встановлює зрушуючим регістр DD4DD5 і лічильник DD6 в нульове стан (рис. 6, д). Елементи DD1.3, DD1.4, резистор R7 і кварцовий резонатор ZQ1 утворюють задає генератор, що працює на частоті 32 768 Гц (на такій же частоті, нагадаємо, працює і задає генератор ІК випромінювача).

Графік імпульсної послідовності на виході фотоусілітеля

Puc.6. Графік імпульсної послідовності на виході фотоусілітеля

У зрушуючим регістрі прийнятий сигнал (або перешкода) фіксується наступним чином. По фронту імпульсу першій же ІК спалаху мікросхеми DD4-DD6 встановлюються в нульове стан (на їх виходах виникають нулі) і лічильник DD6 починає рахунок імпульсів з частотою 32 768 Гц. Приблизно через 0,5 мс (tзн / 2) нуль на виході 24 (вив. 5) лічильника DD6 буде заміщений одиницею. У зрушуючим регістрі К561ІР2 такий перепад напруги на вході С призводить до переміщення що зберігається в ньому числа на один розряд в бік старших (за схемою на рис. 1 – вниз), а в молодший розряд мікросхеми DD4 буде вписано те значення, яке в цей момент опиниться на його вході D (вив. 7). Це може бути і 1 – розширений до tф1 "одиничний" імпульс, і 0 – якщо спалах цього знакомісць кодової посилки була відсутня. Наступний зсув числа відбудеться через tзн = 0,976 мс – "крок", який збережеться надалі.

Система зробить лише 16 порозрядному зрушень (зсувні імпульси, що генеруються лічильником DD6, ілюструє рис. 2, в) – з появою сигналу високого рівня (лог. 1) на виході 1929 лічильника DD6 і відповідно низького (лог. 0) на вході DD2.2 (вив. 9), лічильник самозаблокіруется і збереже цей стан до чергового старту системи. Таким чином, прийнята послідовність ІК спалахів перетвориться в число, зберігається в регістрі DD4DD5. Залишається з'ясувати, чи є воно кодовою.

Здійснюється це діод-резіс рного дешифраторів Д1, схему якого (для того ж коду 111011100111001) ілюструє рис. 7. Ідея дешифрування проста. Всі виходи регістра, на яких відповідно з кодовою комбінацією повинна бути 1, підключають до входів діод-резисторний логічного елемента І (VD1, VD4-VD6, VD9-VD11, VD13-VD15, R1), а виходи, на яких має бути 0, – до входів діод-резисторний логічного елемента АБО (VD2, VD3, VD7, VD8, VD12, R2). Якщо в регістрі зафіксовано кількість-код, то на виході елемента І дешифратора встановиться напруга високого рівня, а на виході елемента АБО – Низького. І тільки в цьому випадку на виході ІК приймача виникне сигнал 1. Це "одиничне" його стан протримається до тих пір, поки не буде натиснута кнопка SB1 "Скинути" (паралельно їй може бути включено декілька кнопок такого ж призначення) або по каналу не пройде який-небудь сторонній сигнал.

el-par2_3.gif

Рис. 7.Схема діод-резисторний дешифратора

Всі його деталі ІК приймача змонтовані на друкованій платі розмірами 83х54 мм (рис. 8), виконаної з двостороннього фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм. Технологія виготовлення самої друкованої плати та прийоми монтажу деталей на ній – ті ж, що і при конструюванні брелока-генератора.

Друкована плата ІК приймача

Рис.8. Друкована плата ІК приймача

Особливу увагу при монтажі приймача слід звернути на екранування Плівка (BL1, DA1 і ін): маючи високу чутливість і значною широкосмугового, вона піддається впливу електричних сигналів різного походження. Екран у вигляді відкритої плоскою коробки розмірами 30х15х11 мм (на мал. 5 він позначений штриховими лініями) виготовляють з жерсті за кресленням, показаному на рис. 6, і припаюють у двох-трьох місцях до фользі загального проводу. При необхідності чутливість Плівка можна зменшити, зашунтіровав вхід мікросхеми DA1 резистором R1 опором 0,2 … 3 МОм.

Всі резистори – МЛТ-0, 125. Конденсатор С2 – К53-30, С4 і С10 – імпортні 0 8 мм, решта – КМ-6, К10-176, КД. Кварцовий резонатор ZQ1 – малогабаритний вартовий. На платі передбачено місце (на мал. 5 обведено штріхпунктір-ної лінією) для розміщення та монтажу деталей звукового генератора, описаного в "Радіо", 1997, № 8, с. 44, 45.

Для ослаблення засвічення фотодіода сторонніми джерелами світла, здатними істотно зменшити чутливість приймача, його поміщають в "колодязь", склеєний з чорного полістиролу. Це захистить фотодіод від впливу джерел, розташованих в стороні від оптичної осі. До того ж утворюється невидимий "коридор", в межах якого тільки й буде можливий оптичний Контакт приймача з випромінювачем, примножить і без того чималі труднощі інформаційного "злому" системи.

Вікно фотодіода корисно заклеїти плівкою, що ослаблює переважно видиме світло. У ролі такого своєрідного інфрачервоного фільтра непогано показали себе темні пластикові шпалери. Тим більше, що відстань, на якому приймач здатний виявити і дешифрувати ІК спалаху брелока-випромінювача, в середньому перевищує 10 м.

Приймач зберігає працездатність при зниженні напруги живлення до 4 В, споживаний їм струм не перевищує 1,4 мА.

До виходу приймача (висновок 12 елемента DD3.6) можуть бути підключені самі різні сигнальні пристрої. Наприклад, світлодіод HL1 з токоограні-чанням значних резистором R9, показаний на мал. 5 штриховими лініями, або згаданий вище звуковий генератор, що сповіщає про появу "свого". Але якщо за сигналом приймача охоронна система повинна включити, скажімо, привід дверного електрозамки, в сигнал, керуючий виконавчим механізмом (ІМ), потрібно ввести тимчасову затримку. Схема можливого її варіанту показана на рис. 9. Запізнювання спрацьовування ІМ залежить від постійної часу R2C1 і може скласти кілька десятих часток секунди.

Схема затримки

Puc.9. Схема затримки

Загальна тривалість затримки збільшиться, якщо в емітерний ланцюг транзистора VT1 включити діод VD3. Напруга харчування ІМ з урахуванням виникають при його вимиканні екстранапряженій (діод VD2 при індуктивних навантаженнях обов'язково), не повинна перевищувати максимально допустимого для транзистора VT1 (для КТ972А Uкеmax = 60 В, для КТ972Б – 45 В). Робочий струм ІМ – не більше 2 А.

Затримка спрацьовування ІМ – ефективний засіб у боротьбі зі спробами підібрати задіяний у системі код. У прийнятій нами системі кодування навіть секундна затримка змусить зловмисника простояти біля чужих дверей не одну годину. І це – за наявності у нього відповідної апаратури, знання принципів кодування та времяімпульсних характеристик ІК випромінювання. "Підглянути" ж роботу ІК брелока-генератора, не ввійшовши в візуальний контакт з його власником, незрівнянно складніше, ніж це допускають кодові генератори, що працюють у радіодіапазоні.