Читать книгу "Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт"

в аналогичном корпусе (вверху справа)

Рис. 3.76. Устройство датчика системы сигнализации: геркон (внизу) и магнит, который его активирует (вверху)

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.

Устройство управления на транзисторе

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.

Рис. 3.77. Схема, в которой светодиод включается при размыкании нормально замкнутой кнопки

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.

Похоже, эта схема нам подойдет. Хотя для разных дверей и окон понадобится несколько датчиков, но мы сможем подключить их столько, сколько нужно, как показано на рис. 3.78, где датчик сигнализации условно показан в виде кнопки. Провода можно проложить по всему дому, а их общее сопротивление должно быть меньше, чем сопротивление резистора номиналом 10 кОм.

Пока все датчики остаются замкнутыми, транзистор потребляет крайне малый ток – около 1 мА. Для демонстрации вы можете запустить описанную схему с помощью батареи на 9 В. Для практического использования вам понадобился бы аккумулятор на 12 В, который будет автоматически заряжаться от специального устройства. Это выходит за рамки данной книги, но примите к сведению то, что аккумуляторы и зарядные устройства для сигнализации широко доступны, и вы легко при необходимости их найдете.

Рис. 3.78. Если любой из последовательно соединенных датчиков разомкнется, то транзистор включится

Теперь предположим, что мы заменили светодиод на реле, как показано на рис. 3.79. (Я изобразил двухполюсное реле, хотя второй полюс пока нам не понадобится.) Пока все кнопки остаются замкнутыми, на базе транзистора присутствует относительно низкий потенциал, поэтому транзистор закрыт, ток в обмотке реле отсутствует, и его контакты остаются в исходном состоянии.

Когда любой из датчиков размыкается, более высокое напряжение на базе транзистора вызовет подачу тока на катушку реле, которое запустит сигнализацию, как на рис. 3.80.

Замечание

Работа реле в таком режиме вполне допустима, потому что оно не будет «всегда включено». Для него нормальное состояние – выключенное, а мощность потребляется только при срабатывании сигнализации.

Рис. 3.79. В этой схеме реле срабатывает, когда размыкается любой из датчиков

Обратите внимание на то, что я изъял резистор 470 Ом из схемы, потому что реле не нуждается в какой-либо защите от источника питания.

Если хотите, то можете самостоятельно собрать эту схему с тем же реле, как и в эксперименте 7 (см. раздел «Эксперимент 7. Исследование реле» главы 2). Но, возможно, следует подождать, пока я доработаю ее.

Рис. 3.80. Теперь, когда датчик в цепи разомкнут, транзистор включает реле

Рис. 3.81. Датчик снова замкнут. Транзистор выключен, но сигнал тревоги выдается

Вам следует выяснить два обстоятельства:

• Будет ли реле перегружать транзистор? Вы найдете ответ, заглянув в технические описания этих двух компонентов.

• Помните, что во включенном состоянии на транзисторе имеется небольшое падение напряжения. Хватит ли оставшегося напряжения для надежного срабатывания 9-вольтового реле? В техническом паспорте реле указано минимальное рабочее напряжение его обмотки. Вы можете проверить эти сведения опытным путем.

Самоблокирующееся реле

Схема, которая разработана на данный момент, будет активировать сигнализацию, когда происходит размыкание любого датчика. Это хорошо, но что случится, если Датчик вернется в замкнутое состояние? На базу транзистора вновь будет подано низкое напряжение, поэтому он отключит сигнализацию. А вот это уже плохо.

В соответствии с пунктом 8 из моего технического задания сигнализация должна продолжать выдавать сигнал тревоги, даже после того как кто-то открыл дверь или окно и быстро закрыл его. Поэтому реле должно каким-то образом блокировать себя.

Один из способов это сделать – использовать реле с блокировкой, которое остается в одном из двух положений и требует электропитания только для переключения из одной позиции в другую. Но у реле с блокировкой две катушки, и для возврата его в исходное состояние потребуется дополнительное схемное решение, чтобы вы смогли отключить сигнализацию. На самом деле, проще использовать реле без блокировки, и придумать способ удержания реле включенным на неопределенное время, после того как на него лишь один раз было подано питание.

Рис. 3.82. Объяснение принципа самоблокировки