2.7. Электронные запорные устройства тайников

2.7. Электронные запорные устройства тайников

В отличим от тайников с механическими запорами, тайники с электронными замками имеют в своем составе исполнительный механизм для открывания замка. Эти устройства могут выполняться на основе электродвигателя, электромагнитного реле или электромагнита. Они имеют, в основном, стандартную конструкцию. Электродвигатели используются малооборотные или оборудованные специальным редуктором. Напряжение и ток срабатывания устройств определяются особенностями электронной схемы замка.

Поскольку при организации тайника особое внимание уделяется его маскировке, то использование стандартных замков с клавиатурой, как правило, не приемлемо. В этих случаях применяются нестандартные схемные решения, например используют специальные бесконтактные кодовые ключи или сенсорные контакты в виде шляпок гвоздей или шурупов. Бесконтактные кодовые ключи работают в ИК, ультразвуковом или радиодиапазонах. Широко используется свойство электромагнитной индукции, емкостные датчики и мостовые схемы.

Несмотря на наличие электроники, основным элементом запорного устройства все же остается механический запор или засов, приводимый в действие электромагнитом или электродвигателем. В основном используются электродвигатели промышленного производства. Электромагниты же могут быть изготовлены и самостоятельно.

2.7.1. Электронно-механические запорные устройства

Конструкция электромагнита на рабочее напряжение 220 В показана на рис. 2.54.

Рис. 2.54. Внешний вид и конструкция электромагнита

Он состоит из ограничительного винта 1, цилиндра 2, штока 3, ярма 4, обмотки 5, сердечника 6, выводов для подключения к сети 7 и пружины 8.

При подаче на выводы 7 напряжения промышленной сети, вокруг сердечника 6 образуется сильное магнитное поле, притягивающее ярмо 4 со штоком 3, ограничительный винт 1 перемещается вдоль цилиндра 2, осуществляя отрывание запорного устройства. После снятия напряжения винт 1 под действием пружины возвращается в исходное положение. Цилиндр 2 вытачивается из стали, меди или латуни. Внутри цилиндра перемещается металлический шток 3. На одном его конце расположено отверстие с внутренней резьбой МЗ для соединения с ярмом, выпиленным из мягкой стали, на другом — выступ с отверстием для возвратной пружины 8.

Шток вставлен в цилиндр, где он должен удерживаться пружиной. Через паз в цилиндре в шток ввертывают ограничивающий винт. Таким образом, электромагнит состоит из П-образного сердечника 6 с обмоткой 5 и ярма 4, скрепленного со штоком 3. Для создания необходимого магнитного потока сечение сердечника должно быть не менее 3 см³. Сердечник изготовлен из пластин трансформаторного железа Ш20. Толщина набора 20 мм. Чтобы получился сердечник нужного размера, часть набора пластин (заштрихованная на рис. 2.54) отпилена.

Каркас обмотки электромагнита склеивается из картона или плотной бумаги. Обмотка выполнена проводом ПЭВ-1 0,2 мм, намотанным до заполнения каркаса (сопротивление обмотки около 500 Ом).

Другое запорное устройство, выполнение на базе соленоида. Рассчитано оно на рабочее напряжение 18 В.

Представление о конструкции запирающего устройства дает его сборочный чертеж (в разрезе), показанный на рис. 2.55.

Рис. 2.55. Запорное устройство:

1 — стопорный винт плунжера; 2 — переходник; 3 — гайка поджимная; 4 — хвостовик; 5 — конический упор; 6 — пружина; 7 — стакан; 8 — плунжер; 9 — латунная трубка (толщина стенки не более 0.5 мм); 10 — обмотка соленоида; 11 — втулка; 12 — корпус; 13 — накладка

Характерная особенность запорного устройства — минимальная постоянная сила тяги (около 3 кг) при номинальном напряжении источника питания обмотки соленоида 18 В. Это достигнуто применением соленоида с конусным плунжером при минимальном зазоре магнитной цени. Конструкция длинноходового соленоида позволяет получить практически постоянную силу тяги на всем пути плунжера. Оставлять на длительное время плунжер втянутым (обмотка под напряжением) не рекомендуется, так как соленоид потребляет значительный ток — около 1 А. Поэтому, чтобы он не перегревался, после открытия двери электронную часть кодового замка необходимо привести в исходное состояние.

Применяемые запирающие устройства имеют, как правило, сходную механическую конструкцию и принцип действия. Отличительном же особенностью этих устройств являются электронные схемы-ключи. Поэтому остановимся на их описании более подробно.

2.7.2. Сенсорные ключи-выключатели

В запирающих устройствах на сенсорных ключах-выключателях используются металлические контакты-сенсоры. Прикосновениe руки к ним вызывает срабатывание запирающего устройства и открывание тайника. В качестве сенсорных контактов используются любые металлические предметы, например гвозди, шурупы, пуговицы и т. п., что обеспечивает хорошую маскировку сенсорных контактов (попробуйте догадаться, шляпка какого гвоздя из нескольких десятков вбитых в стену позволит вам открыть тайник).

Простейший сенсорный ключ на тиратроне

Чувствительным элементом ключа, реагирующим на прикосновение руки к сенсору Е1, является тиратрон с холодным катодом типа МТХ-90. Питается тиратрон HL1 (рис. 2.56) постоянным током от выпрямителя, собранного на диоде VD2.

Рис. 2.56. Сенсорный ключ на тиратроне

Прикосновение к сенсору E1 влечет зa собой появление потенциала на сетке тиратрона HL1 относительно его катода. Тиратрон зажигается и в его анодной цепи появляется ток, приводящий к срабатыванию реле К1, которое своими контактами (на рис. 2.56 не показаны) включает запирающее устройство.

Чтобы прикосновение руки к сенсору было безопасным, между сенсором и управляющей сеткой тиратрона HL1 включен ограничительный резистор R1 (его сопротивление может быть в интервале 1 —10 МОм).

Элементы VD1, C1 и R3 образуют параметрический стабилизатор напряжения, что позволяет исключить ложные срабатывания сенсорного устройства и самопроизвольное зажигание тиратрона HL1 при колебаниях сетевого напряжения в интервале 180…250 В. В устройстве использовано электромагнитное реле K1 типа РЭС6 (паспорт РФО 452.103).

Налаживание устройства сводится к установке переменным резистором R5 напряжения 170 В на конденсаторе C1 при напряжении в сети 180 В.

Подключать налаженное устройство следует в строгом соответствии со схемой после определения нулевого и фазового проводов.

Сенсорный ключ-выключатель на транзисторах

Этот ключ в исходном состоянии потребляет от сети ток около 0.3 мА. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 2.57.

Рис. 2.57. Сенсорный ключ на транзисторах

Для перевода устройства в активный режим необходимо коснуться металлического сенсора Е1, расположенною на стене. При этом отрицательные полупериоды тока утечки, протекая по цепи базы транзисторов VT1, VT2 и резистор R1, открывают транзисторы, и якорь реле притягивается. Контакты К1.1 реле (на рис. 2.57 не показаны) включают исполнительное устройство. Ток, протекающий через диод VD5, подзаряжает конденсатор С1, не давая ему разрядиться через обмотку реле и открытые транзисторы.

Диод VD1 пропускает положительный полупериод сетевого напряжения к входной цепи, предохраняя от пробоя обратным напряжением эмиттерные переходы транзисторов VT1, VT2, а диод VD5 исключает разряд конденсатора С1 через резистор R4 при положительных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD2 гасит отрицательные импульсы напряжения на коллекторах транзисторов, образующихся в результате ЭДС самоиндукции обмотки реле в момент закрывания транзисторов. Резистором R2 регулируется чувствительность устройства.

В устройстве используют кремниевые транзисторы с коэффициентом передачи тока не менее 50 из серий КТ315, КТ312 (VT1) и КТ608, КТ603 (VT2).

Транзистор VT2 также может быть из серии КТ315, но надежность устройства при этом уменьшится. Диоды VD1 и VD5 обязательно должны быть кремниевые. Германиевые диоды, по сравнению с кремниевыми, имеют значительно больший обратный ток, и устройство при этом работает неустойчиво. Диод VD5 должен быть рассчитан на максимальное обратное напряжение не менее 400 В, прямой ток 300–400 мА. Стабилитроны VD3 и VD4 из серии Д814 на суммарное напряжение стабилизации около 20 В. Конденсатор С1 (например, типа К52-2, К52-1, К53-1) должен иметь небольшой ток утечки. Реле К1 слаботочное с рабочим напряжением 24 В, например РЭС-32, паспорт РФ4.500.341.

Налаживание автомата сводится к подбору сопротивления резистора R2, при котором реле четко срабатывает во время касания контакта Е1.

Для повышения безопасности при эксплуатации устройства резистор R1 должен быть рассчитан на мощность более 0,5 Вт. Для повышения помехоустойчивости ключа-выключателя длина провода, соединяющего сенсор Е1 и резистор R1, не должна превышать 1,5 м, диаметр 0,2 мм.

Налаживание устройства при правильном монтаже сводится к подбору сопротивления резистора R1, которое должно быть не менее 2,2 МОм. В этом случае ток утечки при касании контакта Е1 не будет превышать 0,1 мА. Прохождение такого тока через организм человек не ощущает. Подключение фазного провода к сигнализатору должно соответствовать схеме. При налаживании устройства необходимо соблюдать меры предосторожности, так как его элементы находятся под сетевым напряжением.

Сенсорный ключ на два положения

Ключ-выключатель действует аналогично механическому переключателю с двумя кнопками с зависимой фиксацией. При нажатии на одну кнопку вторая возвращается в исходное положение. Также и здесь, имеются две сенсорные пластины, при прикосновении к одной устройство включается и остается в таком состоянии до прикосновения ко второй. Таким образом, открывание и закрывание тайника осуществляется разными сенсорными контактами.

Схема ключа показана на рис. 2.58.

Рис. 2.55. Сенсорный ключ на два положения

При касании металлических пластин Е1 и Е2 наведенная в теле человека переменная ЭДС внешним электромагнитным полем, которое всегда имеет место, поступает на один из диодов, которые выполняют роль детекторов этой ЭДС. На выходе диода VD1 образуется отрицательное напряжение, а на выходе диода VD2 — положительное. В результате на инвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) поступают либо отрицательные, либо положительные полуволны переменного напряжения (фона). В первом случае на выходе ОУ устанавливается положительный потенциал по отношению к общему проводу и транзистор VT1 откроется, включив питание электромагнитного реле К1, которое своими контактами включает управляемую цепь. Резистор R5 в цепи положительной обратной связи вводит ОУ в режим насыщения, и положительное напряжение на его выходе сохраняется до тех пор пока его не выведут из этого режима. При прикосновении к другой пластине на инвертирующий вход поступают положительные полуволны и потенциал на выходе ОУ становится близким к нулю. В результате транзистор VT1 закрывается и контакты реле размыкаются. Резистор R5 играет ту же роль, что и в предыдущем случае

Выключатель смонтирован на одной печатной плате. При установке нужно учитывать, что длины проводов, соединяющих сенсоры с платой, должны быть минимальной длины. Сенсоры нельзя устанавливать на поверхности, которая подвержена атмосферным воздействиям. Ключ может срабатывать от дождя и снега, а изменение температурного режима оказывает влияние на режим работы ОУ.

Источник питания может быть любым. Контактные пластины должны иметь площадь не менее 1 см². Плату устройства нужно экранировать. В схеме использовано реле К1 типа РЭС55А, паспорт PC.569.601, но можно использовать и другое, близкое по своим параметрам указанному.

Ключ на емкостном реле

Схема емкостного ключа-выключателя приведена на рис. 2.59.

Рис. 2.59. Ключ на емкостном реле

В основу работы устройства положен принцип емкостного реле с сенсорным управлением, что обеспечивает полную гальваническую развязку между выключателем и пользующимся им человеком, а также хорошую помехоустойчивость.

Триггеры Шмитта DD1.1—DD1.3 микросхемы К561ТЛ1 и D-триггер DD2.1 микросхемы К561ТМ2, работающий в счетном режиме, образуют цифровую часть устройства, а четвертый триггер Шмитта DD1.4 микросхемы DD1, p-n-p транзистор VT1 и тиристор VS1 — узел управления электромагнитом YA1, включаемым (через разъем X1) в диагональ выпрямительного моста VD5 — VD8. С выхода выпрямителя пульсирующее сетевое напряжение выпрямителя подается непосредственно на тиристор VS1, через делитель R6R5 — на входной вывод 5 триггера DD1.4 и через диод VD4 на стабилизатор напряжения R8VD2, являющийся источником питания микросхем и транзистора. Оксидный конденсатор C5 сглаживает пульсации стабилизированного напряжения.

Сразу же после подключения устройства к сети триггер DD1.1, работающий в активном режиме, начинает генерировать прямоугольные импульсы частотой около 10 кГц, которые через подстроенный резистор R2 поступают к сенсору Е1 (через конденсатор С1) и на вход (вывод 12) триггера DD1.2 (через конденсатор С2). Амплитуду импульсного напряжения на этом выводе устанавливают резистором R2 такой, чтобы триггер срабатывал на каждый импульс генератора и на его выходе была такая же, как и на входе, импульсная последовательность.

С такой же частотой конденсатор С4 будет заряжаться через диод VD1 и разряжаться через резистор R4. А так как постоянная времени цепи разряда во много раз больше постоянной времени разряда, то конденсатор С4 оказывается заряженным до напряжения высокого уровня. В это время на выходе триггера DD1.3 будет напряжение низкого уровня, на прямом выходе триггера DD2.1 — напряжение низкого уровня, а на выходе триггера DD1.4 и базе транзистора VT1 — высокого уровня. Транзистор VT1, а значит, и тиристор VS1 закрыты и электромагнит YA1 выключен — автомат находится в режиме ожидания.

При приближении к сенсору или касании его рукой общая емкость в точке соединения конденсаторов С1 и С2 увеличивается, из-за чего амплитуда импульсного напряжения на входе устройства уменьшается и оказывается недостаточной для срабатывания триггера DD1.2, и на его выходе появляется сигнал низкого уровня. Конденсатор С4 разряжается через резистор R4, срабатывает триггер DD1.3 и положительный перепад напряжения на его выходе переключает D-триггер DD2.1 в единичное состояние. Теперь на выходе триггера DD1.4 будет напряжение низкого уровня, которое открывает транзистор VT1. В результате в цепи управляющего электрода тиристора VS1 возникает ток, тиристор открывается и, замыкая малым сопротивлением диагональ выпрямительного моста, включает электромагнит YA1.

А теперь — коротко об экономичности управления тиристором. При переходе сетевого напряжения через нуль, тиристор закрывается. Открывается же тиристор, когда значение пульсирующего напряжения на нем становится равным примерно 20 В, а напряжение на входе (вывод 5) триггера DD1.4 достигает высокого уровня. Тогда на выходе триггера DD1.4 появляется сигнал низкого уровня, транзистор открывается и в цепи управляющего электрода тиристора возникает импульс тока. Как только тиристор откроется, напряжение на нем скачком уменьшится до 1,5–2 В, а на выводе 5 триггера DD1.4 — до низкого уровня. В результате на выводе 4 триггера DD1.4 появляется сигнал высокого уровня и транзистор закрывается. Таким образом, транзистор открывается лишь на время, равное времени срабатывания тиристора, то есть всего на несколько микросекунд. Соответственно тиристор за полупериод сетевого напряжения управляется одним очень коротким импульсом тока, что и повышает экономичность описываемого устройства.

Все детали устройства, кроме сенсорного контакта, монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Транзистор VT1 может быть любым из серий КТ361, КТ209, КТ502, КТ3107. Тиристор VS1 — КУ202М-КУ202Н, КУ201М, КУ201Н. Диод VD1 — любой детекторный или импульсный диод, VD3 и VD4 — любые выпрямительные диоды. Диоды VD5-VD8 можно заменить на выпрямительный мост типа КЦ401Б, КЦ402А— КЦ402В, КП405А- КЦ402Б. Стабилитрон VD2 должен быть с напряжением стабилизации 10…14 В, типа Д814В-Д814Д, КС210Ж-КС213Ж, КС210Б, КС210Е, КС510А. Конденсатор С5 — оксидный К50-24, другие — КТ, КД (С1 — СЗ) и КЛС, KM (С4). Резистор R2 — типа СПЗ-3, остальные — ВС, МЛТ. В целях безопасности конденсатор C1 должен быть рассчитан на номинальное рабочее напряжение не менее 250 В.

Сенсорный элемент — это металлическая фольга площадью 40…50 см², помещенная между двумя пластинками тонкого текстолита, органического стекла.

Можно также использовать пластину из одностороннего фольгированного материала и наклеить на ее фольгированную сторону пластину из диэлектрика.

Фольга такого сенсора должна быть удалена по всему периметру. С платой сенсор соединяется проводом в надежной изоляции минимальной длины. Сенсор заклеивается обоями.

Налаживание устройства сводится к установке его чувствительности резистором R2. Здесь приходится выбирать компромисс между максимальной чувствительностью при приближении руки к сенсору и помехоустойчивостью выключателя. Помехоустойчивость можно улучшить путем увеличения емкости конденсатора С4.

Кодовый замок с сенсорным управлением

В радиолюбительской литературе описано немало электронных кодовых замков, управляемых кнопками или микропереключателями. Но множество кнопок на виду у всех неизбежно привлечет внимание.

Чтобы избежать подобных неприятностей, нетрудно соорудить замок достаточно высокой секретности с сенсорным управлением. Функцию сенсорных полей будут выполнять шляпки декоративных гвоздей. Принцип действия сенсорного управления основан на использовании электрических наводок переменного тока осветительной сети на теле человека. Устанавливать такой замок можно только в помещении, где имеется электропроводка.

Логическую часть замка (рис. 2.60) образуют инверторы микросхемы К176ПУ2 (DD1), десятичный счетчик с дешифратором К176ИЕ8 (DD2), элементы 2И-НЕ микросхемы К176ЛА7 (DD3) и четыре D-триггера двух микросхем К176ТМ2 (DD4, DD5). Сенсоры 1.1 и Е2 основные, а ЕЗ вспомогательный.

Чтобы исполнительное устройство сработало (на схеме оно не показано) и можно было открыть тайник, надо, прежде всего, коснуться пальцем вспомогательного сенсора ЕЗ. При этом счетчик и все триггеры устанавливаются в исходное нулевое состояние: на выходе 0 (вывод 3) микросхемы DD2 возникает напряжение высокого уровня (на всех других выходах — лог. «0»), на прямых выходах триггеров DD4.1, DD4.2 и DD5.2 — низкого, а на инверсном выходе триггера DD5.2 — высокого уровня. Затем надо дважды коснуться пальцем сенсора Е1. При каждом касании его на выходе элемента DD1.2 формируется пачка прямоугольных импульсов частотой 50 Гц и амплитудой, близкой к напряжению источника питания микросхем устройства. Преобразованные цепью VD1C1R2 до напряжения высокого уровня, они через формирователь крутизны фронта, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, поступают на вход CN счетчика DD2. При первом касании сенсора Е1 сигнал высокого уровня появляется на выходе 1 (вывод 2) микросхемы DD2, при втором — на ее выходе 2 (вывод 4).

Pиc. 2.60. Кодовый замок с сенсорным управлением

Далее, согласно установленному коду замка, надо коснуться сенсора Е2, чтобы на верхние (по схеме) входы элементов DD3.1, DD3.2, DD3.3 и на вход С триггера DD4.1 подать сигнал высокого уровня. В результате элемент DD3.1 оказывается в единичном состоянии, и в такое же состояние он переключает триггер DD4.2, а элементы DD3.2 и DD3.3 оказываются в нулевом состоянии.

Триггер же DD4.1 продолжает сохранять единичное состояние, так как в это время на его входе D присутствует напряжение низкого уровня.

Теперь надо три раза подряд коснуться сенсора Е1, чтобы напряжение высокого уровня микросхемы DD2 было на се выходе 5 (вывод 1) и, следовательно, на входе элемента DD3.2 (вывод 6). Если затем снова коснуться сенсора Е2, то выходной сигнал элемента DD3.2 переключит триггер DD5.1 в единичное состояние и таким образом подготовит к переключению триггер DD5.2.

Остается два раза коснуться сенсора E1, чтобы установить микросхему DD2 в состояние, при котором сигнал высокого уровня был бы на ее выходе 7 (вывод 6), и еще раз — сенсора Е2. Триггер DD5.2 переключится в единичное состояние и сигналом низкого уровня на инверсном выходе запустит одновибратор, собранный на элементах DD3.4 и DD2.5. Сформированный одновибратором импульс отрицательной полярности длительностью около 2 с элемент DD1.6 проинвертирует и сигналом высокого уровня включит исполнительное устройство. Одновременно этот сигнал поступит через диод VD10 на входы R микросхем DD2, DD4, DD5 и установит их в исходное нулевое состояние.

Резисторы R1, R3 и R4 ограничивают чувствительность устройства и тем самым предотвращают возможный пробой входов микросхем статическим электричеством. Описанная последовательность касания сенсоров обусловлена кодом замка, который определяется порядком подключения к выходам счетчика-дешифратора диодов VD2 —VD8 и нижних (по схеме) входов элементов DD3.2 и DD3.3. При неправильном наборе кода исполнительное устройство не сработает. В случае ошибки набор правильного кода начинается касанием вспомогательного сенсора ЕЗ.

Технология превращения шляпок декоративных гвоздей в сенсорные поля может быть, например, такой. Подберите три декоративных гвоздя, шляпки которых не будут выделяться на фоне окружающей обстановки. В удобном для вас месте недалеко от тайника, лучше всего это делать на его крышке, сверлом чуть меньшего диаметра, чем шейки гвоздей, просверлите отверстия.

Затем с внутренней стороны крышки в отверстия пропустите отрезки провода марки ПЭВ или ПЭЛ, концы которых предварительно должны быть очищены и залужены на длину 15.. 20 мм. Выступающие снаружи концы провода сверните наподобие петли и туго посадите в них декоративные гвозди. С внутренней стороны сенсорные проводники подведите к плате устройства самым коротким путем и, чтобы их нечаянно не оторвать, приклейте к крышке полоской изоляционной лептой, скотчем или лейкопластырем.

В качестве исполнительного устройства можно использовать электромагнит, конструкция которого была рассмотрена в разделе 2.7.1.

Для повышения надежности работы устройства между сенсорами и цепями управления (точками соединений резисторов R1, R3, R4 и входов соответствующих микросхем) следует включить защитные резисторы сопротивлением 100 кОм.

2.7.3. Ключи на фотоэлементах

Запирающие устройства, оснащенные такими ключами, срабатывают при освещении фотоэлемента ключа потоком света. Поскольку современные фотоэлементы имеют весьма малые размеры, то для их установки достаточно использовать отверстия небольшого диаметра, что позволяет хорошо замаскировать ключ и тайник. В качестве фотоэлементов используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, работающие в видимом или ИК диапазонах. Активизация запирающего устройства может происходить при освещении его постоянным световым потоком или, для повышения помехозащищенности, модулированным световым сигналом (используется также кодирование активизирующей посылки). В качестве исполнительных коммутирующих элементов в этих устройствах могут использоваться электромагнитные реле, тиристоры или симисторы.

Простой ключ на фоторезисторе

В предлагаемой конструкции функцию коммутирующего элемента выполняет симистор, а само устройство представляет собой ни что иное, как фотореле.

Благодаря тому, что его работа не зависит от полярности приложенного напряжения, отпадает необходимость в мощном двуполупериодном выпрямителе.

Это позволяет упростить конструкцию автомата и уменьшить его габариты.

Предлагаемое устройство рассчитано на управление источниками мощностью до 400 Вт. Фотоэлемент устанавливают таким образом, чтобы исключить их засветку от осветительных ламп, установленных в помещении, где находится тайник.

Фотореле (рис. 2.61) состоит из датчика освещенности (R1), порогового устройства, выполненного по схеме триггера Шмитта (VT1, VT2), и коммутирующего элемента (VS1).

Рис. 2.61. Ключ на фотореле

Фоторезистор R1 вместе с резисторами R2 и R3 образуют делитель напряжения, который определяет ток базы транзистора VT1. Когда фоторезистор R1 не освещен, его сопротивление велико, поэтому транзистор VT1 открыт и находится в насыщении, a VT2 закрыт. Коллекторный ток транзистора VT2, а следовательно, и ток, управляющий электродами симистора, практически равны нулю.

Снмистор, таким образом, закрыт и ток через нагрузку не протекает.

С увеличением освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается и ток базы транзистора VT1 также начинает уменьшаться. При достижении тока базы определенного значения транзистор VT1 выходит из насыщения и начинает закрываться. Увеличивающееся падение напряжения на резисторе R7 ускоряет закрывание транзистора VT1 и открывание VT2.

Ток управляющего электрода симистора VS1, протекающий через открытый транзистор VT2 и резисторы R6, R7, поддерживает симистор в открытом состоянии на протяжении обоих полупериодов сетевого напряжения. Процесс выключения фотореле происходит в обратном порядке.

Порог срабатывания фотореле устанавливают переменным резистором R2, а резистор R3 служит для ограничения тока делителя. Резистор R6 определяет ток управляющего электрода симистора, который при открытом транзисторе VT2 должен быть больше тока включения симистора, но меньше допустимого коллекторного тока транзистора VT2. Резистор R5 уравнивает напряжение на управляющем электроде и катоде симистора, когда транзистор VT2 закрыт.

Это обеспечивает надежное выключение симистора и высокую помехоустойчивость фотореле в целом.

В устройстве использованы постоянные резисторы тина МЛТ, подстроечный резистор СП2-3. Конденсатор С1 — любой малогабаритный, С2 — типа МБГО-2. Транзисторы VT1 и VT2 — КТ315Г или КТ315Е с коэффициентом передачи тока не менее 60. Все элементы устройства смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Резистор R5 распаян непосредственно на выводах симистора, а резистор R6 — между выводом управляющего электрода и платой.

Катоды стабилитрона VD1 и симистора соединены между собой и с платой навесным проводником. Резьбовые выводы анода этих деталей необходимо укоротить. Фоторезистор своими выводами вставляют во впаянные в плату трубчатые стойки высотой 25 мм так, что под ним освобождается место для монтажа других деталей. В качестве стоек использованы гнезда соответствующего диаметра от штыревого разъема.

Необходимо помнить, что все элементы устройства находятся под напряжением сети. Поэтому при ремонте и регулировке следует строго соблюдать правила техники безопасности.

Фотореле на микросхеме

Электронную часть такого устройства (рис. 2.62) образуют светочувствительный элемент, функции которого выполняет фоторезистор R1, триггер Шмитта, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2, формирователь импульса нормированной длительности, выполненный на элементах DD1.3, DD1.4, и электронный ключ на транзисторах VT1, VT2. Роль исполнительного элемента выполняет электромагнит, включаемый транзисторным ключом.

Рис. 2 62. Фотореле на микросхеме

Источником питания автомата служит серийно выпускаемое выпрямительное устройство ПМ-1, предназначаемое для питания двигателей электрифицированных самоходных моделей и игрушек, или любой другой сетевой блок питания с выходным напряжением 9 В и током нагрузки до 300 мА. Для повышения стабильности работы автомата его фотоэлемент и микросхема питаются от параметрического стабилизатора напряжения R7VD2C2.

Каков принцип работы устройства? При отсутствии освещения фоторезистора R1 узким пучком света сопротивление фотодатчика R1 велико, на входе и выходе триггера Шмитта, а также на входе элемента DD1.3 и выходе элемента DD1.4 действует напряжение низкого уровня. Транзисторы VT1 и VT2 закрыты. В таком, дежурном, режиме устройство потребляет небольшой ток — всего несколько миллиампер. При освещении устройства сопротивление фоторезистора начинает уменьшаться, а падение напряжения на резисторе R2 — увеличиваться. Когда это напряжение достигнет порога срабатывания триггера, на выходе его элемента DD1.2 появляется сигнал высокого уровня, который через резистор R5 и конденсатор СЗ поступает на вход элемента DD1.3.

В результате элементы DD1.3 и DD1.4 формирователя импульса нормированной длительности переключаются в противоположное логическое состояние. Теперь сигнал высокого уровня на выходе элемента DD1.4 открывает транзисторы VT1 и VT2, а электромагнит YA1, срабатывая, приводит в действие запорное устройство.

При выключении источника света сопротивление фоторезистора увеличивается, а напряжение на резисторе R2 и, следовательно, на входе триггера уменьшается. При пороговом напряжении триггер переключается в исходное состояние и конденсатор С3 быстро разряжается через диод VD1, резистор R5 и элемент DD1.2. Длительность работы электромагнита определяется временем заряда конденсатора СЗ через резистор R6. Изменением сопротивления этого резистора регулируют время работы электромагнита. Чтобы устройство не срабатывало при пропадании и последующем появлении сетевого напряжения, различных световых помех, параллельно резистору R2 подключен конденсатор С1.

Большая часть деталей электронной «начинки» автомата смонтирована на печатной плате из фильтрованного стеклотекстолита размерами 60S40 мм.

Микросхема DD1 может быть К561ЛА7, транзистор VT1 — КТ315А- КТ315И, КТ312А-КТ315В, КТ3102А-КТ3102Е, VT2 — КТ603А, КТ603Б, КТ608А, КТ606Б, КТ815А-КТ815Г, КТ817А-КТ817Г. Стабилитрон КС156А можно заменить на КС168А, КС162В, КС168В, диоды КД522Б — на КД521А, КД102А, КД102Б, КД103А, КД103Б, Д219А, Д220. Конденсатор-C1 — типа KM; С2 и СЗ — К50-6, К50-16; С4 — К50-16 или К50-6. Подстроечные резисторы R2 и R6 — типа СПЗ-3, другие резисторы — ВС, МЛТ. Фоторезистор R1 — типа СФ2-2, СФ2-5, СФ-6, СФ-12, СФ2-16, можно также использовать фототранзистор ФТ-1.

Налаживают автомат в таком порядке. Движок резистора R2 устанавливают в верхнее (по схеме) положение и размещают устройство на выбранном месте.

При освещении, медленно увеличивая сопротивление этого резистора, добиваются срабатывания электромагнита. Периодически затеняя фоторезистор, подстроечным резистором R6 регулируют длительность его работы.

Ключ с дистанционным управлением

Если в вышерассмотренных случаях для включения исполнительного устройства тайника был необходим достаточно мощный направленный световой пучок, а именно, источник света нужно было подносить к строго определенному месту и под определенным углом к поверхности фотоэлемента, то рассматриваемые ниже ключи позволяют открывать замок тайника дистанционно, т. е. с некоторого расстояния. Такой ключ может быть выполнен в виде брелка для ключей, подобно широко распространенным в настоящее время ключам от автосигнализации, или использовать обычный пульт дистанционного управления от телевизора. Это даст возможность замаскировать не только тайник, но и ключ, открывающий его.

Для дистанционного управления (ДУ) запорным устройством тайника используется простая система ДУ на инфракрасных (ИК) лучах. Принципиальная схема ключа приведена на рис. 2.63, а приемного блока — на рис. 2.64.

Рис. 2.63. Ключ-передатчик

Генератор ключа построен на микросхеме DD1 (см. рис. 2.63) по типовой схеме и вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 8 кГц (частота может быть от 2-х до 16 кГц). Частота определяет код ключа. Эти импульсы поступают на ключевое устройство на транзисторах VT1 и VT2, которое управляет излучением светодиода VD1. Питание ключа осуществляется от батарей типа «Корунд», «Крона», 7Д-0.15.

Схема приемного устройства приведена на рис. 2.64.

Рис. 2.64. Приемник-дешифратор

Сигнал от фотодиода VD1 усиливается элементами DD1.1—DD1.3, включенными по схеме усилителей. Диоды VD3, VD4 ограничивают усиленный сигнал. Фильтр L1C3 настроен на частоту генератора ключа и исключает срабатывание от помех или другого аналогичного устройства, с другой частотой настройки. Это основано на свойстве параллельного колебательного контура (L1C3) — иметь максимальное сопротивление на частоте резонанса. Поэтому принятый и усиленный сигнал ключа-передатчика проходит на вход усилителя на элементе DD1.3. Сигналы других частот шунтируются контуром L1C3 (сопротивление контура для них стремится к нулю). Усиленный полезный сигнал детектируется элементами VD5, С10, R13. При наличии полезного сигнала напряжение на конденсаторе С10 повышается, что вызывает срабатывание триггера Шмитта на элементах DD1.4, DD1.5, которые преобразуют входной сигнал в напряжение уровня лог. «1».

Это напряжение через цепь задержки R4VD2C7, усложняющую подбор частоты ключа, поступает на триггер DD2, который с помощью транзисторных ключей VT1 п VT2 управляет электромагнитными реле К1 и К2.

Ключ смонтирован на печатной плате и вместе с источником питания помещен в пластмассовый корпус. Перед светодиодом просверлено отверстие в корпусе, в которое он вставлен изнутри. Приемное устройство также собрано на печатной плате. На ней смонтированы все детали, кроме реле и стабилизатора напряжения на микросхеме DD3 с конденсатором С9. Катушка L1 намотана на каркасе от фильтра ПЧ приемника «Сокол 404» проводом ПЭВ 0,12 мм и содержит 100 витков. Вместо стабилизатора DD3 можно использовать простой транзисторный стабилизатор на напряжение 12 В и ток 100 мА. Реле К1 и К2 — типа РЭС9, паспорт РС4.524.202, контактные группы включены параллельно.

Настройка заключается в совмещении частот ключа и приемника, это можно сделать двумя способами: путем подбора частоты ключа (резистором R1 на рис. 2.63) либо настройкой приемника (подстройкой индуктивности катушки L1 на рис. 2.64).

Настроенную плату помещают в металлический корпус с окном для фотодиода и заливают эпоксидной смолой, предварительно отгородив фотодиод картонной перегородкой. Окно необходимо закрыть оргстеклом. Для питания устройства можно использовать блок питания от обычных электронных игрушек с перемотанной вторичной обмоткой трансформатора (число витков увеличить до 100).

Металлический корпус приемника нужно соединить с общим проводом и заземлить.

Дистанционный ключ на специализированной микросхеме

Устройство состоит из пульта ДУ от телевизора на базе микросхемы КР1506ХЛ1 и выключателя на базе микросхемы КР1560ХЛ2, который управляет электромагнитом или электродвигателем. Управляется выключатель кнопками переключения программ, расположенными на пульте ДУ. Например, при нажатии кнопки первой программы выключатель включается, а при нажатии четвертой — выключается.

Принципиальная схема выключателя показана на рис. 2.65.

Рис. 2.65. Ключ на специализированной микросхеме

Устройство представляет собой упрощенный вариант типовой схемы дистанционного управления телевизором. Роль дешифратора команд выполняет та же микросхема КР1506ХЛ2. Все цепи, которые использовались для включения питания телевизора, управления его регуляторами и системой АПЧ исключены. Оставлены только параллельные цифровые выходы «1», «2», «4» на которых при нажатии на пульте ДУ кнопок переключения программ устанавливается двоичный код их номера. Этот код поступает на входы десятичного дешифратора DD2, каждый выход которого соответствует номеру нажатой кнопки.

Для управления выключателем нагрузки используется RS-триггер на микросхеме DD3. В данном случае при нажатии кнопки «1» пульта ДУ логическая единица устанавливается на выводе 3 DD2. В результате на выходе RS-триггера устанавливается единица, которая сохраняется при нажатии любых других, кроме 4-й, кнопок пульта. При нажатии кнопки «4» на выходе RS-триггера установится логический нуль.

Импульсная посылка принимается диодом VD1 и усиливается усилителем, выполненным на микросхеме DA1 и транзисторах VT1, VT2, до уровня, необходимого для нормальной работы микросхемы DD1. В зависимости от принятой импульсной посылки на выходах 1, 2, 4 (выводы 8, 9,10 соответственно) появится двоичный код номера включенного канала, который преобразуется в уровень логической «1» дешифратора DD2. Появление логической «1» на выводе 3 микросхемы DD2 приводит к установке на выходе RS-триггера (вывод 4 DD3) высокого уровня и, соответственно, к включению исполнительного устройства.

Аналогично появление логической «1» на выводе 15 DD2 приводит к выключению исполнительного устройства и запиранию тайника.

Для включения нагрузки используется симистор. Это позволило упростить схему. Дело в том, что обычный тиристор требует установки мостового выпрямителя на выходе. В результате питание на микросхемы устройства пришлось бы подавать от низковольтного стабилизатора напряжения с гасящим резистором. При этом резистор, имеющий, в отличие от конденсатора, активное сопротивление, будет достаточно сильно нагреваться. В данном случае избыток напряжения гасится реактивным сопротивлением конденсатора С7, мощность на котором практически не рассеивается. Схема источника питания построена таким образом, что на управляющий электрод симистора VD7 подается отрицательное относительно катода напряжение. Это позволяет управлять симистором постоянным током.

Напряжение питания микросхемы КР1506ХЛ2 должно быть +18 В, и то же время питать микросхемы серии К561 можно напряжением не более 15 В и подавать на их входы уровни выше напряжения питания тоже нельзя. Для питания этих микросхем и усилителя фотоприемника служит параметрический стабилизатор на элементах R11 и VD3. А делители на резисторах R14—R19 согласуют выходные уровни микросхемы DD1 с входными для микросхемы DD2.

Схема фотоприемника отличается от типовой, она имеет меньшее входное сопротивление и поэтому менее подвержена воздействию помех.

2.7.4. Ключи с временным включением

Иногда, чтобы не создавать никаких демаскирующих признаков тайника, используют ключи с временным включением. Они позволяют пользоваться тайником только в строго определенное время суток и только в течение определенного времени, задаваемого пользователем. Такие устройства строятся на базе циклических таймеров, подающих сигнал на электромагнит запирающего устройства в известные только хозяину тайника промежутки времени. Причем запирающее устройство может быть запрограммировано как на однократное срабатывание в течение суток, так и на многократное циклическое срабатывание, например, через каждые 2,5 часа на 15 минут.

Циклический ключ-таймер

Это устройство (рис. 2.66) через установленные промежутки времени выключает и включает привод запирающего устройства, подключенный к разъему ХР2.

Рис. 2.66. Циклический таймер

До подачи питания контакты реле К1 находятся в следующих состояниях: K1.1, К1.2, К1.3 — нормально разомкнутые.

После подачи питания привод замка нормально разомкнутыми контактами реле К1.2 и К1.3 отключен от сети 220 В. На входе R счетчика-генератора DD1 и входе R триггера DD2 формируются импульсы, устанавливающие их выходы в состояние логического «0». Генераторная секция микросхемы DD1 начинает вырабатывать импульсы, частота повторения которых определяется цепью C2R2R3.

Счетчик микросхемы DD1 подсчитывает число этих импульсов, и через определенное время выдержки на выводе 5 DD1 появляется уровень логической «1».

В этот момент через дифференцирующую цепочку C3R4 и транзистор VT1 на вход R DD1 поступает импульс сброса, в результате чего на выводе 5 DD1 устанавливается уровень логического «0». Одновременно появляется импульс на входе С DD2, в результате чего на его выходе устанавливается уровень логической «1». Транзисторы VT2 и VT3 открываются, и срабатывает реле К1.

Контакты К1.1 замыкаются и шунтируют резистор R3, контакты К1.2 и К1.3 замыкаются и нагрузка подключается к сети 220 В. О включении реле К1 сигнализирует светодиод HL2.

Генераторная секция DD1 вырабатывает импульсы, частота повторения которых определяется постоянной времени времязадающей цепи C2R2. Счетчик DD1 подсчитывает число этих импульсов, и через определенное время выдержки на выводе 5 DD1 появляется уровень логической «1». В этот момент через дифференцирующую цепочку C3R4 формируется импульс, который сбрасывает DD1, и на его выводе 5 появляется уровень логического «0». Одновременно на входе С триггера DD2 появляется импульс, который переводит его выход в состояние логического «0». Транзисторы VT2, VT3 закрываются, реле К1 выключается.

Контакты К1.1 размыкаются и подключают резистор R3 к времязадающей цепи.

Контакты К1.2, К1.3 размыкаются и отключают привод. Так продолжается до выключения питания.

Таким образом, время отключения привода замка t_выкл = C2 x R2 x R3, а время его включения — t_вкл= C2xR2.

Для указанных на схеме номиналов время выключения привода замка тайника составляет примерно 1 час 50 мин, а включения — около 22 мин.

В устройстве использованы: резисторы — тина МЛТ, конденсаторы С8 — К73-17; С1, СЗ, С4, С5 — КМ-5, С6 — К52-2, С7 — К50-6; транзисторы: VT1, VT2 — КТ312, КТ3102 и др.; VT3 — КТ603Б, КТ608А,Б.

Реле К1 — типа РЭС22, паспорт РФИ.500.129 или любое другое с напряжением срабатывания 7…9 В и ток, соответствующий мощности коммутируемой нагрузки. Трансформатор T1 должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение 15…18 В при токе нагрузки 0,2…0,3 А.

Программируемый временной ключ

В отличие от других подобных устройств, рассматриваемый ключ не имеет индикатора текущего времени и клавиатуры ввода программы коммутации, которые обычно нужны лишь при установке режима работы таймера, управляющего последовательностью включения и выключения запорного устройства тайника. Для ввода программы в таймер используются два восьмипозиционных мини-переключателя, которых вполне достаточно, чтобы получить практически все необходимые временные режимы работы тайника. Импульсный способ включения симистора и использование микросхем КМОП позволило свести потребление электроэнергии к минимуму, что немаловажно, если принять во внимание, что таймер включен в электросеть постоянно.

Принцип работы таймера основан на том, что запорное устройство тайника имеет повторяющийся, циклический характер работы, часто равный 24 часам.

Разделив один такой цикл на необходимое число одинаковых временных интервалов, в течение каждого из которых тайник либо открыт, либо закрыт, можно обеспечить требуемый режим работы, который известен лишь хозяину тайника.

В предлагаемом таймере число интервалов в цикле равно восьми, а длительность интервалов выбирают из следующего ряда: 5 мин 37 с. 11 мин 15 с, 22 мин 30 с, 45 мин, 1 ч 30 мин, 3 ч, 6 ч, 12 ч. Такие соотношения выбраны как наиболее подходящие для реализации режима работы упомянутых объемов управления, так как работа таймера автоматически привязывается ко времени суток. С точки зрения скрытности функционирования устройства, наиболее предпочтительны более длинные интервалы времени. При этом воспользоваться тайником можно только в строго определенное и известное только хозяину время.

Схема таймера приведена на рис. 2.67.

Рис. 2.67. Программируемый таймер

Необходимую длительность интервала времени устанавливают переключателем SA1, а время включения нагрузки в текущем интервале осуществляют размыканием контактов секций переключателя SA2.

На элементах DD4.3 и DD4.4, работающих в триггерном режиме, собран формирователь импульсов частотой 100 Гц и длительностью 1…3 мс. С резистора R1, являющегося нагрузкой диодного моста VD4 — VD7, выпрямленное напряжение через конденсатор С1 поступает на формирователь тактовых импульсов. В результате на резисторе R3 возникают импульсы частотой 100 Гц, которые запускают триггер Шмитта, образованный элементом DD4.3 с резисторами R4, R5. Резисторы R2 и R3 определяют порог чувствительности триггера.

Подбором сопротивления резистора R2 можно в некоторых пределах (1/4 периода) задерживать формируемые импульсы относительно начала каждого полупериода напряжения электросети, что может понадобиться при установке режима работы симистора VS1.

С выхода элемента DD4.3 сформированные импульсы через RC-цепь C3R6 поступают на вход второго триггера Шмитта (DD4.4, R7, R8). Номиналы элементов RC-цепи выбраны с таким расчетом, чтобы длительность импульсов на выходе этого триггера была в пределах 1…3 мс. Диод VD1 защищает вход элемента DD4.4 от отрицательного напряжения.

Импульсы, формируемые вторым триггером Шмитта, используются для включения симистора VS1, а также как счетные для делителя частоты DD1. Коэффициент деления этой микросхемы установлен с условием, чтобы на выходах счетчика DD2 получить сетку частот с периодами от 5 мин 37 с до 12 ч. Выбранный переключателем SA1 сигнал необходимой частоты поступает на вход CP счетчика DD3, каждый выход которого через диод соединен со «своими» контактами секций SA2.1—SA2.8 переключателя SA2. Разомкнутым контактам этих секций переключателя соответствует включенное состояние управляемого устройства в конкретном интервале. При замкнутых контактах транзистор VT1 открыт и импульсы включения, поступающие с выхода элемента DD4.4, не проходят на управляющий электрод симистора VS1 — запорное устройство отключено и тайник закрыт.

Элементы DD4.1 и DD4.2 образуют узел установки счетчиков DD1—DD3 в исходное состояние при включении питания. При кратковременном отключении напряжения сети таймер сохраняет состояние счетчиков в течение нескольких секунд.

Все детали таймера, кроме переключателей SA1 и SA2, смонтированы на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ-0,25, конденсаторов К50-16 (С2, С5), КМ-5, КМ-6. Остальные диоды и транзисторы могут быть любыми другими из указанных на схеме серий. Микросхема 564ИЕ15 заменима на К561ИЕ15Б. При замене симистора ТС 122-25-11 на другой из серии ТС необходимо пересчитать номиналы резистора R11 и фильтрующего конденсатора С5 в соответствии со значением тока включения используемого типа симистора.