Чарльз Платт - Электроника для начинающих (2-е издание)

5. Вариант с реле. Если датчики соединены последовательно, то размыкание переключателя или разрыв цепи должны включить сигнализацию. Задачу можно решить с помощью реле на два направления. Ток, проходящий через катушку реле, удерживает пару контактов в разомкнутом состоянии, пока не прекратится подача тока и в этот момент контакты замыкаются. Но чтобы удерживать контакты разомкнутыми, реле должно потреблять существенную мощность. Мне бы хотелось, чтобы в режиме ожидания моя сигнализация потребляла очень мало тока, чтобы ее можно было питать от батареи. Системы сигнализации никогда не должны полностью зависеть от домашней сети переменного тока.

6. Может быть, использовать транзистор?

Если отказаться от реле, то в качестве переключателя, вероятно, подойдет транзистор. Он смог бы включать сигнализацию, когда цепь датчиков прервется. Пока все датчики замкнуты, на базе транзистора можно поддерживать сравнительно низкое напряжение. Когда цепь разомкнется, напряжение возрастет и транзистор включится.

7. Постановка на охрану. Потребуется небольшой источник света, который загорается, когда все двери и окна закрыты. Это подскажет мне, что сигнализация готова к использованию. Затем я нажму кнопку, которая запустит обратный отсчет и даст мне минуту времени, чтобы уйти. Спустя минуту сигнализация будет поставлена на охрану.

8. Автономность. Мне не хотелось бы, чтобы при попытке взлома сигнализация быстро выключалась. Если кто-то откроет окно, сигнализация должна продолжать издавать звук, даже если окно сразу же будет снова закрыто. Может, транзистор запустит реле, а когда реле включится, оно автоматически будет поддерживать свое электропитание? Или это может сделать транзистор?

9. Первоначальная задержка. Я не хочу, чтобы сигнализация поднимала шум сразу же, лишь только я зашел в охраняемое пространство. Мне необходимо немного времени, чтобы добраться до устройства и снять объект с охраны. Если я не успею отключить сигнализацию за этот промежуток времени, тогда она должна начать издавать сигнал тревоги.

10. Отключение с помощью кода. Хорошо бы отключать сигнализацию с помощью какой-либо панели для ввода секретного кода.

Приведенный список требований выглядит достаточно амбициозно, учитывая, что единственная вещь, которую вы создали к настоящему моменту, — это небольшой генератор на трех транзисторах. Но на самом деле большинство функций можно реализовать достаточно легко. Сложные задачи я отложил на потом, когда мы получим соответствующие знания. В итоге мы справимся со всеми требованиями технического задания, а все компоненты устройства поместятся на одной макетной плате (за исключением схемы генератора звукового сигнала, которая будет необязательной).

Давайте начнем с компонентов, которые служат датчиками и запускают сигнализацию. Обычный геркон состоит из двух модулей: магнитного и переключающего (рис. 3.75).

В магнитном модуле находится постоянный магнит и больше ничего. Модуль переключателя содержит геркон, который под влиянием магнита замыкается или размыкается (как контакт внутри реле).

Магнитный модуль прикрепляется к подвижной части двери или окна, а модуль переключателя — к оконной или дверной раме. Когда окно или дверь закрыты, магнитный модуль почти касается модуля переключателя. Магнит удерживает переключатель замкнутым, пока не будет открыта дверь или окно, после чего переключатель разомкнется. На рис. 3.76 приведен разрез комбинации «магнит-геркон».

Геркон состоит из двух гибких намагниченных полос, которые заканчиваются электрическими контактами. Каждая полоска соединяется с наружным винтом, к которому можно прикрепить провод.

Когда магнит приближается к переключателю, он намагничивает гибкие полосы, побуждая их притягиваться друг к другу, и контакт замыкается.

Из моего описания ясно, что геркон является нормально разомкнутым, но замыкается магнитным полем. При покупке датчиков для сигнализации следует помнить о том, что некоторые из них содержат герконы, работающие наоборот. Они нормально замкнуты, а при воздействии магнитного поля размыкаются. Такие датчики для наших целей не подходят.

Итак, как мы можем включить часть системы сигнализации, которая генерирует сигнал тревоги? Вспомните о том, что у нас будут последовательно соединенные переключатели, которые нормально замкнуты, а когда один из них размыкается, то происходит срабатывание сигнализации.

Вспомним, как работает транзистор n-p-n-типа. Пока потенциал базы ниже определенного значения, транзистор закрыт и ток между коллектором и эмиттером отсутствует. Когда база становится более положительной, транзистор открывается и начинает проводить ток.

Взгляните на рис. 3.77, схема построена на основе нашего старого приятеля — транзистора серии 2N2222. Чтобы продемонстрировать принцип действия, я добавил нормально замкнутую кнопку, которая представляет датчик сигнализации. Я знаю, что в вашем наборе деталей нет нормально замкнутой кнопки, но задействуйте свое воображение, пока мы не будем готовы перенести эту схему на макетную плату.

Пока кнопка остается замкнутой, она соединяет базу транзистора с отрицательной шиной источника питания через резистор 1 кОм. В то же время база соединена с положительной шиной питания через резистор номиналом 10 кОм. Из-за различия сопротивлений напряжение на базе ближе к нулю, чем к 9 В, что удерживает транзистор ниже его порога включения.

В результате ток через транзистор практически не течет, а светодиод не горит.

Что же произойдет, если разомкнуть кнопку? База транзистора окажется подключенной только к положительной шине питания. Она станет более положительной, в результате сопротивление транзистора снизится, и ток через него резко возрастет. Светодиод теперь ярко сияет. Таким образом, когда кнопка разрывает соединение, светодиод зажигается.