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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Ligne de communication IR en alarme antivol. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sûreté et sécurité Lorsque la pose de lignes filaires s'avère impossible et que l'utilisation de la radio est difficile pour une raison ou une autre, la technologie infrarouge (IR) est souvent utilisée lors de la création de systèmes de sécurité. Cet article décrit un émetteur IR qui peut être fabriqué par un radioamateur n'ayant pas beaucoup d'expérience dans la conception de tels appareils. Les interférences importantes dans les canaux radio autorisés en Russie pour les systèmes de sécurité (26 945 kHz et 26 960 kHz), la facilité de les bloquer et divers obstacles administratifs et financiers qui surviennent lors de l'utilisation de la radio dans les dispositifs d'alarme de sécurité nous obligent à rechercher d'autres moyens de communication sans fil. . Avec l’avènement des émetteurs semi-conducteurs capables de générer de puissants flashs IR, cette possibilité est devenue une réalité. En figue. La figure 1 montre un schéma de l'émetteur IR. Un générateur d'horloge fonctionnant à une fréquence de 1.1 1.2 Hz est monté sur les éléments DD32 et DD768. DD3 est un compteur, à la sortie 11 duquel se trouvent des impulsions d'une fréquence de 16 Hz et à la sortie 14 - 2 Hz. Les éléments DD2.1-DD2.4 forment un interrupteur. A sa sortie (DD2.4) des impulsions apparaissent avec une fréquence de 2 ou 16 Hz, selon le niveau de tension à la broche 5 de l'élément DD2.1.
En mode veille, la boucle de sécurité est fermée et la broche 5 de DD2.1 est faible. Un niveau élevé de la sortie de l'élément DD2.2 permet le passage d'impulsions d'une fréquence de 2 Hz à travers l'élément DD2.3. La sortie de DD2.1 est également élevée, donc les impulsions traversent également l'élément DD2.4. Lorsque la boucle de sécurité est rompue, un niveau haut apparaît sur la broche 5 du DD2.1 et des impulsions d'une fréquence de 16 Hz traversent cet élément. La sortie de l'élément DD2.2 est faible, le passage des impulsions via DD2.3 est donc interdit. La sortie du DD2.3 est élevée et des impulsions d'une fréquence de 16 Hz traversent l'élément DD2.4. Le circuit P1C1 élimine l'influence des interférences sur la boucle de sécurité. Le circuit différenciateur P5C3 et les éléments DD1.4-DD1.6 forment des impulsions courtes d'une durée de 2.4 µs à partir du méandre provenant de la sortie DD10. Le courant apparaissant dans le circuit collecteur du transistor VT1 excite la diode IR BI1 et de courts éclairs IR sont émis dans l'espace. Ainsi, l'émetteur émet toujours quelque chose : soit des impulsions rares, s'il n'y a aucune raison d'alarme, soit des impulsions fréquentes en mode alarme. Le paramètre le plus important d'un émetteur IR, comme de tout élément d'équipement de sécurité, est son efficacité en mode veille. Dans le tableau La figure 1 montre la dépendance du courant consommé par l'émetteur, Ipot, sur la tension d'alimentation Upit. En mode de transmission du signal d'alarme, Ipot augmente d'environ 10 %.
La faible consommation d'énergie vous permet d'insérer une source d'alimentation de secours directement dans le boîtier du transmetteur sans augmenter ses dimensions. Il peut s'agir par exemple de batteries de six volts GP11A, E11A (diamètre 10,3 et hauteur 16 mm) ou GP476A, KS28, K28L. (diamètre 13 et hauteur 25 mm), etc. La durée de fonctionnement continu avec une telle source sera de plusieurs centaines d'heures. Montré dans le tableau. 1, la dépendance du courant traversant la diode IR Iimp sur la tension d'alimentation permet de juger de la puissance des flashs IR émis par l'émetteur et, par conséquent, de sa « portée ». Le circuit imprimé de l'émetteur est constitué d'un stratifié de fibre de verre double face d'une épaisseur de 1,5 mm. En figue. 2a montre la configuration des conducteurs, et sur la Fig. 2b montre le placement des pièces. La feuille située sur le côté des pièces (représentée en bleu) est utilisée uniquement comme fil commun. Les endroits où les fils des résistances, des condensateurs, etc. y sont soudés sont représentés par des carrés noircis, et les connexions des broches « mises à la terre » des microcircuits ou les positions des cavaliers sont représentées par des carrés avec des points lumineux dans le centre.
Au centre de la carte, un trou est percé pour la diode IR, ses fils sont soudés aux extensions correspondantes sur les conducteurs imprimés superposés. Les condensateurs C1, C2, C5 sont du type KM-6 (bornes dans un sens) et C3 - KM-5a (bornes dans des directions différentes). Les condensateurs électrolytiques C4 et C6 sont de tout type, mais le diamètre du condensateur C6 ne doit pas dépasser 10 mm. Toutes les résistances sont MLT-0,125. Les diodes IR disponibles dans le commerce sont conçues pour fonctionner dans les télécommandes des radios domestiques et ont un diagramme de rayonnement assez large - jusqu'à 25...300. Pour augmenter la « portée » d'un tel émetteur, vous devez utiliser une lentille condensatrice (Fig. 3). Ici : 1 - circuit imprimé ; 2 - diodes IR ; 3 - boîtier du transmetteur (polystyrène résistant aux chocs de 2...2.5 mm d'épaisseur) ; 4 - clip d'une loupe horaire quintuple standard (elle doit avoir une icône « x5 » ); 5 -lentille. La loupe est collée sur la paroi avant du boîtier, dans laquelle est pratiqué un trou d'un diamètre de 30...35 mm. Colle - morceaux de polystyrène dissous dans le solvant 647. Ils l'utilisent également pour coller le corps lui-même. À la distance indiquée sur le dessin entre la base de la loupe et le circuit imprimé, la diode IR apparaît approximativement au foyer de la lentille et le rayonnement de l'émetteur est comprimé en un faisceau étroit. Cela augmente considérablement la puissance du signal IR à l’autre extrémité de la ligne de communication.
Lors du placement de l'émetteur, vous devez garder à l'esprit le diagramme directionnel très étroit de son rayonnement - l'unité de montage doit permettre un pointage précis de l'émetteur et sa fixation rigide dans la meilleure position. Vous pouvez utiliser, par exemple, la tête articulée d'un appareil photo ou d'une caméra, en l'installant sur un mur, un cadre de fenêtre, etc. Et vous pouvez effectuer ce nœud comme indiqué sur la Fig. 4. L'unité de fixation est constituée d'un morceau de fil de cuivre d'un diamètre de 1,5 à 2,5 mm avec des cercles en laiton soudés aux extrémités (il peut s'agir, par exemple, d'anciennes pièces de cinq kopecks). L'un d'eux est fixé par des vis sur la paroi latérale de l'émetteur (le filetage est dans la paroi), l'autre est fixé au support. Le fil est plié pour que l'émetteur prenne la position souhaitée. Pour éviter des vibrations importantes, le fil doit être plus court.
Des tests ont montré qu'avec une tension d'alimentation de 6 V, l'émetteur est capable d'assurer une communication à une distance de 70 M. Mais ce n'est pas la limite. La dépendance de la distance r au courant Iimp, toutes choses égales par ailleurs, a la forme : r = KVIimp où K est un coefficient prenant en compte « d'autres conditions ». Ainsi, à Upit = 10 V r = 100 M. Le courant dans la diode IR peut être augmenté en sélectionnant la résistance R7 : Iimp = (Upit-4)/R7. Mais cela doit être fait avec prudence : dans toute combinaison d'Upit et de R7, l'amplitude du courant dans la diode IR ne doit pas dépasser 2 A pour éviter tout dommage. Malheureusement, la valeur maximale admissible du courant d'impulsion dans les diodes IR doit être établie expérimentalement ; en règle générale, cette information n'est pas disponible dans la littérature de référence. Une augmentation significative de la puissance des impulsions IR peut être obtenue en utilisant une diode IR du type AL123A et en reconstruisant la partie « à courant élevé » de l'amplificateur comme le montre la Fig. 5.
Dans ce cas, un courant impulsionnel Iimp = 10 A peut être obtenu - admissible pour une diode IR de type AL123A. La résistance R4 est faite maison, enroulée à partir de fil à haute résistivité. La longueur du fil est déterminée à l'aide d'un ohmmètre numérique ou conformément au tableau. 2.
L'amplitude et la forme du courant excitant la diode IR sont contrôlées en connectant un oscilloscope à la résistance R4. La tête émettrice peut être fabriquée sous forme d'un bloc séparé. Le circuit imprimé de l'amplificateur puissant est illustré à la Fig. 6.
Tous les autres éléments de l'émetteur IR peuvent être inclus dans la partie électronique du système de sécurité sous forme de fragment connecté à la tête IR avec un câble à trois fils. Le diagramme schématique du récepteur IR est présenté sur la Fig. 7. Le microcircuit DA1 convertit les impulsions de courant apparaissant dans la photodiode BL-1 sous l'influence des flashs IR en impulsions de tension. Un dispositif ponctuel réalisé sur les éléments DD1.1 et DD2.1 étend cette impulsion à tф1 = 5 ms (tф1 - R2С5). One-shot DD1.3, DD2.3 génère une impulsion d'une durée tф2= 1.5 s (tф2~ R4С6), permettant un comptage sans entrave des impulsions par le compteur DD3 uniquement dans cet intervalle de temps. Un générateur de sons est assemblé à l'aide des éléments DD2.5 et DD2.6.
Le récepteur est activé par l'avant du premier flash IR. Les one-shot DD1.1, DD2.1, ainsi que les one-shot DD1.3, DD2.3 sont lancés. Parallèlement, le circuit DD2.2C7R6 génère une impulsion à l'entrée R du compteur DD3 (sa durée est tR = 7 µs, tR - R6C7). mise du compteur à l'état zéro Dès que le one-shot DD1.1, DD2.1 fonctionne, un niveau bas apparaît à la sortie de l'élément DD1.1 et la première impulsion de comptage arrive au compteur DD3. Si le photodétecteur reçoit des impulsions d'une fréquence de 2 Hz (avec cette fréquence, rappelons-le, les flashs IR se succèdent en mode veille), alors la sortie 4 du compteur DD3 reste basse, puisque le devant de la quatrième impulsion (elle apparaîtra après 0,5 x4 = 2 s - à la fin de l'intervalle d'autorisation de comptage tф2= 1.5 s) DD3 sera ramené à l'état de pré-démarrage (schéma 4 sur la Fig. 8). Le récepteur se comporte différemment s'il reçoit des impulsions IR avec une période de répétition de 62,5 ms, c'est-à-dire un signal d'alarme. Puisque quatre périodes de 62,5 ms chacune valent 250 ms, ce qui est nettement inférieur à l'intervalle tf2 = 1,5, 3 s, alors la quatrième l'impulsion déplacera le compteur DD4 à l'état « 5 » (niveau haut à la broche 1.2). Le compteur dans cet état sera bloqué (en raison du niveau bas à la sortie DD1), la LED HL1,25 s'allumera et le générateur de son émettra un signal intermittent. Cela continuera pendant environ 0,25 seconde, après quoi il y aura une pause de XNUMX seconde et l'alarme se répétera.
Lorsque la connexion est perdue, le récepteur se comporte différemment. Si le récepteur ne détecte pas de flash IR dans un délai d'environ 1,5 s, le condensateur C8 est déchargé via le circuit VD6R11DD2.3. Le transistor VT1 entre en saturation, la tension aux bornes de la résistance R8 augmente jusqu'à la tension d'alimentation, la sortie DD1.4 passe au niveau bas et le générateur de son émet un signal sonore avec une fréquence de 1 kHz. Avec l'apparition du premier flash IR, le condensateur C8 se chargera rapidement via le circuit R10VD5, le signal sonore s'arrêtera et le récepteur commencera à analyser les signaux entrants. Le circuit imprimé du récepteur (Fig. 9) est constitué d'une feuille stratifiée en fibre de verre double face d'une épaisseur de 1,5 mm.
La tête photo du récepteur IR (photodiode BL1, microcircuit DA1, etc.), très sensible aux interférences électriques dans une large gamme de fréquences, doit être blindée. L'écran est en étain, sa découpe est représentée sur la Fig. dix.
Les emplacements des plis sont indiqués par des lignes pointillées. L'écran plié est soudé dans les coins et, après avoir été installé à la position souhaitée sur la carte, soudé à celle-ci en deux ou trois points. L'apparence du récepteur IR est illustrée à la fig. Onze.
Structurellement, le récepteur peut être conçu comme le montre la Fig. 12.
Ici : 1 - corps du récepteur (polystyrène noir épaisseur 2...215 mm) : 2 - support d'une loupe à main sept fois (poignée coupée) ; 3 - sa lentille ; 4 - circuit imprimé ; 5 - photodiodes. Le clip de la loupe est collé sur la paroi avant du boîtier, qui présente un trou d'un diamètre d'environ 35 mm (morceaux de polystyrène dissous dans le solvant 647). La distance entre la photodiode coaxiale et l'objectif doit être proche de la focale. longueur de la lentille. Cela concentrera le flux lumineux entrant sur la photodiode et augmentera considérablement la sensibilité du photodétecteur aux signaux faibles. Le boîtier doit prévoir un espace pour accueillir l'émetteur piézo BF1 et la LED HL1. L'ensemble de montage du récepteur est soumis aux mêmes exigences que le montage de l'émetteur : un pointage pratique et une fixation fiable dans la meilleure position doivent être assurés. Si, selon les conditions de communication, le récepteur IR doit être placé à l'extérieur (pour communiquer, par exemple, avec une voiture garée à l'extrémité de la maison), alors afin d'éviter la lumière latérale provenant de sources étrangères pouvant réduire la sensibilité, une hotte doit être placé sur la lentille. Il peut s'agir, par exemple, d'un morceau de tube en plastique ou en métal de 100 à 150 mm de long, noirci à l'intérieur et ayant un diamètre intérieur approprié. Dans ce cas, des mesures doivent être prises pour protéger l'ensemble de la structure de l'humidité. Les dispositifs d'avertissement (émetteur piézo, LED) et la source d'alimentation sont bien entendu laissés à l'intérieur. Mais dans une version « tout temps », il est préférable de réaliser un récepteur IR en deux parties : l'extérieur, dans lequel seuls l'objectif et la tête photo sont placés dans un boîtier-capuche étanche, et l'intérieur avec tout le reste. . Ces pièces sont reliées par un mince câble à trois fils. Si nécessaire, le récepteur peut être complété par un émetteur acoustique de puissance plus élevée, par exemple une tête dynamique, allumé comme indiqué sur la Fig. 13, ou sirène piézo AST-10 (Fig. 14). La sirène piézo conserve une puissance suffisante même avec une tension d'alimentation réduite (pour qu'elle émette une valeur nominale de 110 dB, la tension d'alimentation de cet appareil doit être augmentée à 12 V).
Comme des tests préliminaires l'ont montré, la longueur de la ligne de communication IR avec un tel récepteur et émetteur atteint 70 M. Une augmentation significative peut être obtenue en passant à une optique accordable - si au lieu d'objectifs fixes avec leur mise au point approximative, des objectifs d'anciens des caméras avec mise au point sont utilisées. L'angle de divergence des rayons dans la lentille de l'émetteur IR, ce qu'on appelle l'ouverture, doit être d'au moins 25...300 le long de la lame de la diode IR, puis la lentille utilise complètement son rayonnement. Dans un récepteur, le diamètre de la lentille est plus important : à mesure qu'il augmente, la distance à partir de laquelle le flash IR de l'émetteur peut être détecté augmente. La « portée » de l'émetteur peut être augmentée de 1,5 à 2 fois supplémentaires ou plus en augmentant la luminosité du flash IR. En revanche, dans les lignes de communication n'excédant pas 20...25 m (une voiture ou une « coquille » sous les fenêtres d'un immeuble de trois ou quatre étages, une maison de l'autre côté de la rue, etc.), l'optique peut ne pas être nécessaire du tout, en tout cas dans le récepteur IR. Auteur : Yu.Vinogradov, Moscou
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