セキュリティデバイスの容量性キー。スキーム、説明

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セキュリティデバイス用の静電容量式キー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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田舎の家、ガレージ、アパート、車のセキュリティ装置を設計したことのあるアマチュア無線家なら誰でも、この装置にはどのキーを選択すればよいのか疑問に思ったことがあるでしょう。同じ疑問が記事の著者の前にも生じました。

最も単純なセキュリティデバイスは、時間遅延を考慮して構築されます。この遅延は所有者に与えられ、ドアを開けた後にデバイスの電源をオフにする時間が与えられます。残念ながら、この解決策はすべてのケースに適用できるわけではありません。たとえば、警報システムにショックセンサーが付いている場合、セキュリティオブジェクトのドアが打撃された後、そのような装置は数秒後にのみ機能しますが、これは受け入れられません。

アマチュアの設計で一般的な他の単純なシャットダウンデバイスには、リードスイッチ、タッチセンサー、周波数が数 kHz のコード化されていない IR 放射の赤外線送信機などがあります。しかし、これらの方法には明らかな欠点もあります。これらのキーはすべてユニバーサルであり、一緒にフィットします。たとえば、私が友人と一緒に家に帰っていて、キーホルダーを持って特定の場所に手を上げているのを彼が見た場合、選択肢はほとんどないため、秘密は公開されています。そこにはリードスイッチかセンサーがあります。そして、この問題での情報漏洩は高くつく可能性があります。上記に基づいて、セキュリティシステムを設計するときは、キーがドアロックのキーのように繰り返しが困難であると同時に、コンパクトで製造に労力がかからないという事実から進める必要があります。特殊な超小型回路 (エンコーダとデコーダ) は多くの人にとって手の届かないものであり、すべての都市で購入できるわけではありません。一般的な K561 シリーズのチップでは、キーフォブのサイズが大きくなり、不便です。さらに、超小型回路は電力を必要とするため、非常に不用意な瞬間にバッテリーが故障する可能性があります。

私の意見では、興味深いオプションは、特定の抵抗の抵抗器の形で鍵となります。寸法はコンパクトで、価格は低く、電力は必要ありません。ブリッジの形で作られた「デコーダ」は比較的単純です。ただし、抵抗は変数を使用して非常に簡単に選択できます。

キーコンデンサも小型で安価、電池不要ですが、大容量のバリコンは希少で、アマチュア無線家が所有する古い無線機のものでは容量変更の上限があり、選ぶのがさらに難しくなります。は小さく、通常は 360 ～ 495 pF です。並列接続された 1000 つの KPI セクションの容量も XNUMX pF を超えません。さらに、特定の容量のコンデンサの形のキーを備えたデバイスは一般的な文献には記載されていないため（少なくとも著者はこれを知りません）、したがって、デバイスを解除するこの方法に関する情報はまだ普及していません。。

特定の容量のコンデンサの形をしたキーを備えたセキュリティデバイスの図を図1に示します。

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方形パルス発生器は要素 DD1.1 と DD1.2 に組み込まれています。要素 DD1.3 および DD1.4 は、基準持続時間のパルスを生成する単一バイブレーターです。要素 DD2.1 には比較ユニットがあり、要素 DD2.2 と DD2.3 にはシュミットトリガがあります。装置の動作を詳しく見てみましょう。通常のスタンバイ状態では、コンデンサ C1 はありません。同時に、デバイスの元のバージョンでは、要素 DD1.2 の出力の電圧は電源電圧の半分よりわずかに低くなります。ログ.0。これはそれに関連しています。要素 DD1.1 は、抵抗 R1 および R2 の存在により線形モードで動作します。超小型回路のインスタンスに応じて、要素 DD1.2 の出力電圧は任意の値になる可能性があります。コンデンサを接続するケーブルとコネクタの寄生容量。

要素 DD1 1 と DD1.2 が取り得るさまざまな状態を見てみましょう。コンデンサを接続するためのソケットが閉じられている場合、発電機はシュミットトリッチャーに変わります。要素 DD1.2 の出力はログレベルにすることができます。 0とログ。 1. ロジック 1 の定常状態で回路 C3R3 が存在しない場合、ジェネレータからのパルスがない場合のワンショットの出力もオンになるため、比較ノードはこの状態を「正しい周波数」として認識できます。ロジック 1 の状態。 C3R3 回路はこの可能性を排除します。

抵抗ソケットに接続すると、要素 DD1.1 および DD1.2 も安定した出力状態を備えたシュミットトリガーになります。ランダムなコンデンサのソケットに接続すると、発電機が動作を開始し、要素 DD1.2 の出力にパルスが表示されます。これらはワンショットをトリガーし、DD2 1 上のノードはそれらをワンショットによって生成されたパルスと比較します。発生器と単一バイブレータからのパルスの持続時間が等しくない場合、比較ユニット (要素 DD2.1 EXCLUSIVE OR) の出力にも、ダイオード VD1 を介してコンデンサ C7 を対数レベルまで充電するパルスが含まれます。したがって、要素 DD1 および DD1.1 のどの状態でも、「必要な」周波数を生成することに加えて、比較ノードの出力にログが存在します。 1.2、またはパルス。

DD9 エレメントのピン 2.1 には、デューティサイクルが 8 に近いパルスがあり、ピン XNUMX のデューティサイクルは、周波数が互いにどれだけ近いかによって異なります。

発生器の周波数が公称周波数よりも低くなったり高くなったりすると、オシログラムに示すように、DD2.1 素子の出力に正のパルスが現れます。これらのパルスはコンデンサ C7 を log.1 レベルまで充電し、それに応じてデバイスの出力に log.1 が形成されます。発生器の周波数が増加すると、DD2.1 出力のパルス周波数も増加し、減少するとパルス周波数も減少します。最小周波数は C3R3 チェーンによって制限されます。その時定数は、マスター発振回路 C1R2 の時定数よりも数倍大きく選択されます。

ただし、ロジック 3 が DD3 出力に取り付けられている場合、スイッチの誤検出が発生する可能性があるため、C1R1.2 要素の定格を過大評価しないでください。計算を容易にするために、コンデンサ C1 と C4 は同じになるように選択され、抵抗 R5 と R2 の抵抗も等しくなります。単安定パルスの持続時間を調整するには、抵抗 R6 が必要です。さまざまな不安定要因（電源電圧、温度、湿度の変化、抵抗器 R7 のスライダの変位、相互のキーの違いなど）パルス発生器の持続時間は、単安定回路のパルス持続時間と比較してずれる可能性があります。

シリコンダイオードの代わりに、VD1 の代わりに低電力ゲルマニウムダイオードを配置できます。その場合、コンデンサ C7 がダイオードの逆電流によって放電されるため、抵抗 R7 の必要がなくなります。ただし、これによりデバイスの温度安定性が低下します。

K561LP2 マイクロ回路がない場合、比較ユニットとシュミットトリガは 561 つの K7LA2 マイクロ回路に実装できます。このようなデバイス構築オプションの図を図 XNUMX に示します。

（クリックして拡大）

ここでは、DD2 チップの 3 つの要素が XNUMX つの排他的論理和要素を形成するように接続されています。 DDXNUMX マイクロ回路の XNUMX つの未使用要素の入力は、電源の共通線または「プラス」に接続されます。

タイミング回路に取り付けられるコンデンサと抵抗器には、最小の TKE と TKS が必要です。 K31-11 シリーズのコンデンサはこの目的に最適です。 PM、K73-17、K73-11、K73-9 および抵抗 S2-14、MLT。そのような素子が手元にない場合、どのコンデンサがこの要件をより多く満たし、どのコンデンサがより少ない程度を満たしているかを判断する最も簡単な方法は、はんだごてで素子の端子を加熱し、その持続時間を調べることです。比較ユニットの出力に接続されたオシロスコープの画面上の差パルス。コンデンサ C1 には特別な要件が課せられます。その理由は、コンデンサ CXNUMX の静電容量は、温度、湿度、その他の天候の変化によってほとんど変化しないためです。さらに、電子ロックで複数のキーを使用する場合は、キーのコンデンサーの容量のばらつきが相互に最小限である必要があります。

テスト中、デバイスのオリジナルバージョンは、電源電圧の不安定性に対して高い耐性を示しました。コンデンサ C7 が接続されている場合、15 V から 1 V への変化によって比較ユニットの出力にパルスが現れることはありませんでしたが、安定した電源から電力を取得する方がまだ良いです。

構造的には、このデバイスは適切な寸法の小さなプラスチックの箱で作られており、コンデンサ C1 を接続するためのソケットの近くに配置されます。著者のバージョンでは、ソケットは直径 3,5 mm のヘッドフォンコネクタでした。ボードからコネクタまでのワイヤは最小限の長さでなければなりません。コンデンサ C1 (PM ブランド) は、コネクタのピン部分の金属ハウジング内にあります。キーの設計が異なる場合、接続中にコンデンサのリード線に手で触れると、干渉が発生して発電機の周波数が変化する可能性があるため、望ましくないことを考慮する必要があります。デバイスが高湿度の可能性がある条件で使用される場合は、組み立てと調整後にプリント基板を保護ワニスでコーティングすることをお勧めします。デバイスのセットアップは、コンデンサ C6 が接続されているときに比較ユニットの出力にパルスが存在しないような持続時間の単一振動子パルスを抵抗 R1 に設定することになります。設置場所でオシロスコープを使用できない場合は、要素 DD2.1 (図 1 を参照) または DD2.4 (図 2 を参照) の出力で抵抗を最小読み取り値に調整し、マルチメータを使用してこの操作を実行できます。図XNUMX）。

抵抗 R7 を選択して、コンデンサ C1 の静電容量の公称値からの偏差の最大許容値を設定することもできます。オリジナルバージョンのデバイスの出力は、時定数 100 ms の積分回路に接続されています。不利な状況では持続時間の短い負のパルスが出力に存在する可能性があるため、これは望ましいことです。たとえば、攻撃者はコンデンサ C1 の代わりに、同様の値の 3300 pF のコンデンサを取り付けました。この場合、コンデンサ C7 は電源電圧の半分よりわずかに高い電圧まで充電されます。ログ 1 はデバイス出力に保存されます。ここでコンデンサ C1 を閉じると、要素 DD1.1 および DD1.2 のトリガーが log.1 状態に切り替わり、回路 C3R3 の放電時間中に比較ユニットの出力が log.0 になります。コンデンサ C7 を電源電圧の半分の低い電圧まで放電する時間があり、要素 DD2.4、DD2.1 のシュミットトリガは log.0 状態になります。コンデンサ C3 を放電した後、コンデンサ C7 はパルスまたは定電圧によって再び論理 1 レベルに充電され、デバイスの出力も論理 1 に設定されます。

正のパルスでアラームをオフにする必要がある場合は、要素 DD2.2 (図 1 を参照) の出力または要素 DD3.1 (図 2 を参照) の出力から信号を削除できます。

このデバイスは、受動素子の定格の対応する変化に応じて、数百キロヘルツから数十ヘルツまでの発生周波数の実用化を可能にします。著者は、図 1 の図に従って 2 つのデバイスを組み立て、図 6 の図に従って XNUMX つのデバイスを組み立てました。これらはすべて同時に動作し、必要なのは抵抗 RXNUMX による調整だけです。 XNUMX つのデバイスのキーが他のデバイスをトリガーしませんでした。

著者: V.Sidorov、Kirov-Chepetsk、Kirov 地域

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