В современные охранные системы входят, как правило, носимый брелок-генератор, излучающий особый сигнал-код, и специальный приемник, реагирующий лишь на этот сигнал-код. Мы уже знакомили наших читателей с такого рода устройствами, работающими на инфракрасных лучах. Но секретность была относительно невелика. Публикуемая ниже статья посвящена той же теме. ИК брелок-генератор и приемник к нему имеют такое же предназначение, но сигнал-код системы формируется в соответствии с принципом, значительно эффективнее использующим время передачи и тем самым многократно увеличивающим ее секретность.
ИК передатчик
Независимо от характера излучения, будь то радиоволна, ультразвук или свет, особое внимание в устройствах автоматического опознания уделяют самому сигналу. Вероятность появления точно такого же сигнала от постороннего источника должна быть пренебрежимо малой.
Кодовая посылка обычно имеет вид двоичной последовательности. Например, 1001101000111..., где единице соответствует наличие излучения, а нулю -пауза "чистого" эфира или какое-то иное излучение. Если число разрядов (знакомест) в таком сигнале обозначить латинской буквой n, то по разному расставляя единицы и нули, мы сможем получить 2" различных их комбинаций. Так при n=7 их может быть 128, при n=15 - 32768, а при n=23 - 8388608. Среди множества возможных какую-то одну последовательность выбирают в качестве кода, или, говоря иначе, электронного пароля.
Принципиальная схема генератора, формирующего подобным образом последовательность инфракрасных вспышек, приведена на рис. 1. Элементы DD1.1, DD1.2, резистор R1 и кварцевый резонатор ZQ1 образуют задающий генератор, работающий на частоте 32 768 Гц. Микросхемы DD4 и DD5, каждая из которых представляет собой восьмивходовый мультиплексор-демультиплексор, работают как электронные коммутаторы. Их объединенный выход (выводы 3) оказывается соединен с одним из входов ХО-Х7 - в зависимости от адреса, поступающего на адресные входы 1, 2, 4 (выводы 11,10 и 9) и сигнала на входе S (вывод 6) DD4 и DD5. Адрес и S-сигнал формируют счетчик DD3. Нетрудно вычислить, что смена адреса происходит здесь каждые 0,976 мс (25 / 32768 с). Это tзн - длительность знакоместа в кодовой посылке.
В середине каждого знакоместа может быть сформирован короткий (длительностью около 10 мкс, tимп = R4C2) импульс на выходе элемента DD1.4. Но такое произойдет лишь в том случае, если данному знакоместу будет соответствовать сигнал 1 на выходе коммутатора. Этот импульс откроет транзисторы VT1 и VT2 усилителя, и ток, возникший в ИК диоде В11, преобразуется в ИК вспышку такой же длительности.
Генерация кодовой последовательности начинается (когда источник питания включен и кнопка SB1 нажата) с формирования короткого импульса на входе R счетчика DD3 (tr = R3C1), устанавливающего его в нулевое состояние, и заканчивается с появлением 1 на выходе 29 (вывод 14). Знакоместа - их 16 - следуют во времени в соответствии с их нумерацией от 1 до 15 по стрелкам входов Х1-Х7 в микросхемах DD4, DD5 -1,2, З... и т. д. (нулевому знакоместу всегда соответствует 1 - это стартовый импульс пакета, не входящий в число кодообразующих). Таким образом, общая продолжительность кодовой посылки составляет 0,976-15 = 14,6 мс.
Нужное число-код формируют, коммутируя Х-входы микросхем DD4, DD5, т. е. соединяя i-тую стрелку с плюсовым проводником источника питания, если в i-том разряде кода должна быть 1 (вход ХО микросхемы DD4, формирующий стартовый импульс пакета, уже соединен с плюсовым проводником) или с минусовым, если нужен 0. Так, например, для генерации кода 111011100111001 стрелки 1,2,3,5,6,7, 10,11,12,15 надо соединить с плюсовым, а стрелки 4,8,9,13,14 - с общим проводником источника питания. Поскольку п=15, то число различных сигналов, из которых любой может быть закоммутиро-ван в качестве кодового, составляет 215=32768.
Источник питания кодового генератора - 6-вольтовая батарея GB1 диаметром 10,3 и длиной 16 мм (типоразмер источников питания зарубежного производства, например, батарей GP11A, Е11А). Пригодна также литиевая батарея 2БЛИК-1, если в конструкции предусмотреть для нее отсек соответствующих размеров. Зависимость тока, потребляемого генератором (Iпотр), и тока в ИК диоде В11 (Iимп) от напряжения источника питания приведена в таблице.
|
U пит, В |
I потр, мкА |
I имп, 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 |
Детали генератора монтируют на печатной плате (рис. 2), изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотексто-лита толщиной 1,2...1,5 мм. Фольгу со стороны деталей не удаляют - ее используют в качестве общего "заземленного" проводника цепей устройства. В местах пропуска монтажных проводников или выводов деталей через отверстия в плате в ней делают выборки-кружки диаметром 1,5...2 мм (на рис. 2 не показаны). Места пайки к фольге выводов резисторов, конденсаторов и других деталей обозначены зачерненными квадратиками: место соединения с ней фрагмента печатного монтажа (проволочной перемычкой) отмечено квадратиком со светлой точкой посередине. Для пропуска выводов ок-сидного конденсатора С4 в плате просверлено отверстие диаметром 2,5 мм; диаметр вытравленного в фольге защитного кружка здесь должен быть больше -3...3.5 мм.
Монтажную плату устанавливают на переднюю панель-обойму, склеенную из ударопрочного полистирола. Ее опорами служат приклеенные к панели три полистироловых столбика высотой по 8,5 мм с запрессованными в них металлическими вкладышами-гайками (резьбы М2). Батарея питания во избежание последствий возможной разгерметизации установлена в специальном отсеке.
Выключатель питания SA1 (ПД9-1) размещен на передней панели. Кнопка SB1 (ПКн-159 или близкая ей по габаритам) должна иметь привод длиной 6...8 мм - достаточный для его вывода сквозь отверстие в передней панели. Корпус в виде открытой коробки размерами 88х37х16 мм, в который устанавливают полностью смонтированную панель и батарею питания, склеивают из ударопрочного полистирола толщиной 1,5 мм. В стенке корпуса против ИК диода просверлено отверстие диаметром 5...6 мм, которое (во избежание попадания мусора) можно заклеить тонким пластиком. Однако стенку можно и не сверлить - мощность ИК вспышек генератора способна "пробить" 1,5...2 мм полистирола, но его "дальнобойность" в таком случае существенно уменьшится.
В кодовом излучателе можно использовать практически любые ИК диоды, ограничения -лишь габаритные: высота деталей, устанавливаемых на печатную плату, не должна превышать 8 мм. Все резисторы - МЛТ-0,125. Конденсатор С4 -оксидный К50-16. Конденсатор С6 (CE-DS Маrсоn) смонтирован параллельно плате, его номинальное напряжение должно соответствовать напряжению источника питания. Другие конденсаторы - КМ-5, КМ-6, К10-17Б.
Правильно собранный генератор налаживания не требует. Проконтролировать же его работу можно с помощью осциллографа, подключенного к коллектору транзистора VT1. После включения питания и нажатия кнопки SB1 на экране осциллографа (время ждущей развертки - 20.. .30 мс) должна возникнуть и исчезнуть последовательность импульсов, разнесенных во времени в соответствии с закоммути-рованным кодом. Так, например, коду 111011100111001 будет соответствовать осциллограмма, изображенная на рис. 3 ("лишний" импульс в начале пакета - стартовый). По амплитуде импульсов, измеренных на резисторе R9, можно судить о токе в ИК диоде (Iимп (А) = Uимп (В) / R9 (Ом)), а в быстрой развертке (20...50 мкс, тоже ждущей) - об их форме и длительности, которая должна быть в пределах 5...15 мкс.
"Двухступенчатый" запуск кодового излучателя - сначала выключателем SA1, а затем кнопкой SB1, связан с особенностью самовозбуждения кварцованных генераторов: медленным вхождением в рабочий режим из-за высокой добротности кварцевого резонатора.
Выключатель SA1 можно исключить, а питание генератора осуществлять по схеме, показанной на рис. 5. Но тогда кнопку SB1 придется нажимать дважды, так как первое нажатие может выдать неверную комбинацию. Без него можно обойтись и в том случае, если источником питания бу
дет низковольтная батарея или литиевый элемент, способные обеспечить генератору длительную работу при постоянно включенных микросхемах. Например, литиевый элемент напряжением 3 В и электроемкостью 0,1 А-ч будет работать около года.
В случае питания генератора по схеме, приведенной на рис. 4, необходимо проконтролировать ток утечки конденсатора С6 - он должен быть значительно меньше Iпотр, указанного в таблице. При увеличении сопротивления резистора R7, ограничивающего ток в ИК диоде, емкость этого конденсатора может быть уменьшена -большая "дальнобойность" ИК излучателя (с R9 = 3,9 Ом, превышающая 10м) может оказаться просто ненужной.
Ю. ВИНОГРАДОВ, г. Москва
(Радио 11-97)
