Alarm walizkowy.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

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.

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

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".

Elektronika Praktyczna 3/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: