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無線電子工学および電気工学の百科事典 セキュリティアラームのIR通信回線。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
有線の敷設が不可能であることが判明し、何らかの理由で無線の使用が困難な場合、セキュリティ システムを構築する際に赤外線 (IR) テクノロジーがよく利用されます。 この記事では、このような機器の設計経験があまりないアマチュア無線家でも製造できる IR 送信機について説明します。 ロシアで許可されているセキュリティ システム用の無線チャネル (26 kHz および 945 kHz) での大規模な干渉、それらのブロックの容易さ、およびセキュリティ警報装置で無線を使用するときに生じるさまざまな管理上および財政上の障害により、他の無線通信手段を探す必要があります。 。 強力な IR フラッシュを生成できる半導体エミッターの出現により、この可能性が現実になりました。 図では、 図 1 に、IR 送信機の図を示します。 1.1 Hz の周波数で動作するクロック ジェネレーターは、要素 DD1.2 および DD32 に組み込まれています。 DD768 はカウンタで、出力 3 には 11 Hz の周波数のパルスがあり、出力 16 - 14 Hz にはパルスがあります。 要素 DD2 ～ DD2.1 はスイッチを形成します。 その出力 (DD2.4) では、DD2.4 要素のピン 2 の電圧レベルに応じて、パルスが 16 または 5 Hz の周波数で表示されます。
スタンバイ モードでは、セキュリティ ループが閉じられ、DD5 のピン 2.1 は Low になります。 要素 DD2.2 の出力からの高レベルにより、要素 DD2 を通る 2.3 Hz の周波数のパルスの通過が可能になります。 DD2.1 の出力も High であるため、パルスも要素 DD2.4 を通過します。 セキュリティ ループが切断されると、DD5 のピン 2.1 にハイ レベルが現れ、周波数 16 Hz のパルスがこの要素を通過します。 要素 DD2.2 の出力はローであるため、DD2.3 を通るパルスの通過は禁止されます。 DD2.3 の出力は High で、周波数 16 Hz のパルスが素子 DD2.4 を通過します。 P1C1 回路はセキュリティ ループへの干渉の影響を排除します。 微分回路 P5C3 と素子 DD1.4 ～ DD1.6 は、出力 DD2.4 からの蛇行から持続時間 10 μs の短いパルスを形成します。 トランジスタ VT1 のコレクタ回路で生じる電流は IR ダイオード BI1 を励起し、短い IR フラッシュが空間に放射されます。 したがって、送信機は常に何かを発信します。警報の理由がない場合はまれなパルス、または警報モードでは頻繁なパルスのいずれかです。 IR トランスミッタの最も重要なパラメータは、セキュリティ機器の他の要素と同様に、スタンバイ モードでの効率です。 テーブル内図 1 は、トランスミッタによって消費される電流 Ipot の電源電圧 Upit への依存性を示しています。 警報信号送信モードではIpotが約10%増加します。
消費電力が低いため、トランスミッターのハウジングの寸法を大きくすることなく、バックアップ電源をトランスミッターのハウジングに直接挿入できます。 これらは、たとえば、11 ボルト バッテリ GP11A、E10,3A (直径 16、高さ 476 mm) または GP28A、KS28、K13L です。 （直径 25、高さ 1 mm）など。このようなソースでの連続運転時間は数百時間になります。 表に示します。 図 XNUMX に示すように、IR ダイオード Iimp を流れる電流の電源電圧への依存性により、送信機から発せられる IR フラッシュのパワー、およびそれに応じてその「範囲」を判断することができます。 送信機のプリント基板は、厚さ 1,5 mm の両面箔ガラス繊維ラミネートで作られています。 図では、 図２ａは導体の構成を示し、図２ａは導体の構成を示す。 図２ｂは部品の配置を示す。 部品側の箔（青色）はコモン線としてのみ使用されます。 抵抗器、コンデンサーなどのリード線がはんだ付けされている場所は黒く塗られた四角形で示され、超小型回路の「接地」ピンの接続またはワイヤ ジャンパーの位置は、明るい点のある四角形で示されます。中心。
ボードの中央にIRダイオード用の穴が開けられ、そのリード線は、オーバーレイされたプリント導体の対応するエクステンションにはんだ付けされます。 コンデンサC1、C2、C5はKM-6タイプ（端子が一方向）、C3〜KM-5a（端子が異なる方向）です。 電解コンデンサ C4 と C6 のタイプは任意ですが、コンデンサ C6 の直径は 10 mm 以下にしてください。 すべての抵抗は MLT-0,125 です。 市販の IR ダイオードは、家庭用ラジオのリモコン デバイスで動作するように設計されており、最大 25 ～ 300 のかなり広い放射パターンを持っています。 このようなエミッターの「範囲」を拡大するには、集光レンズを使用する必要があります (図 3)。 ここでは: 1 - プリント基板; 2 - IRダイオード; 3 - 送信機ハウジング (耐衝撃性ポリスチレン、厚さ 2...2.5 mm)。 4 - 標準の 5 倍時間拡大鏡のクリップ (「x5」アイコンが付いているはずです)。 30 - レンズ。 拡大鏡はケースの前壁に接着されており、そこに直径35...647 mmの穴が開けられています。 接着剤 - 溶媒 XNUMX に溶解したポリスチレン片。 ボディ自体の接着にも使用されます。 拡大鏡の底面とプリント基板の間の図に示された距離では、IR ダイオードがレンズの焦点のほぼ位置に現れ、送信機の放射は狭いビームに圧縮されます。 これにより、通信回線の他端での IR 信号の出力が大幅に増加します。
送信機を設置するときは、その放射の非常に狭い指向性パターンについて覚えておく必要があります。取り付けユニットは、送信機の正確な照準を可能にし、最適な位置にしっかりと固定できる必要があります。 たとえば、カメラやムービーカメラの多関節ヘッドを壁や窓枠などに取り付けて使用できます。 そして、図に示すようにこのノードを実行できます。 4. 固定ユニットは、端に真鍮の円がはんだ付けされた直径 1,5 ～ 2,5 mm の銅線で構成されています (古い XNUMX コペイカ硬貨など)。 そのうちの XNUMX つはエミッターの側壁にネジで取り付けられ (ネジは壁にあります)、もう XNUMX つはサポートに取り付けられます。 エミッタが希望の位置になるようにワイヤを曲げます。 大きな振動を避けるために、ワイヤは短くする必要があります。
テストでは、電源電圧が 6 V の場合、送信機は 70 m の距離で通信できることが示されていますが、これが限界ではありません。 距離 r の現在の Iimp への依存性は、他の条件がすべて等しい場合、次の形式になります。 r = KVIimp ここで、K は「その他の条件」を考慮した係数です。 したがって、Upit = 10 V r = 100 m で、IR ダイオードの電流は、抵抗 R7 を選択することによって増加できます: Iimp = (Upit-4)/R7。 ただし、これには注意が必要です。Upit と R7 を組み合わせた場合でも、損傷を避けるために、IR ダイオードの電流振幅が 2 A を超えてはなりません。 残念ながら、IR ダイオードのパルス電流の最大許容値は実験的に確立する必要があり、一般にこの情報は参考文献にはありません。 IR パルスのパワーの大幅な増加は、AL123A タイプの IR ダイオードを使用し、図に示すようにアンプの「高電流」部分を再構築することによって達成できます。 5.
この場合、パルス電流 Iimp = 10 A が得られますが、これは AL123A タイプの IR ダイオードに許容されます。 抵抗器 R4 は自家製で、高抵抗率のワイヤから巻かれています。 ワイヤの長さは、デジタル抵抗計を使用するか、表に従って決定されます。 2.
IR ダイオードを励起する電流の振幅と形状は、オシロスコープを抵抗 R4 に接続することによって制御されます。 発光ヘッドは別ブロックとして製作可能です。 強力なアンプのプリント基板を図に示します。 6.
IR エミッターの他のすべての要素は、XNUMX 線ケーブルで IR ヘッドに接続されたフラグメントとしてセキュリティ システムの電子部分に含めることができます。 IR受信機の概略図を図に示します。 7. DA1 マイクロ回路は、IR フラッシュの影響で BL-1 フォトダイオードで生じる電流パルスを電圧パルスに変換します。 要素 DD1.1 および DD2.1 で作成されたワンショット デバイスは、このパルスを tф1 = 5 ms (tф1 - R2С5) に拡張します。 ワンショット DD1.3、DD2.3 は、持続時間 tф2= 1.5 秒 (tф2~R4С6) のパルスを生成し、この時間間隔でのみカウンタ DD3 によるパルスのカウントを妨げられません。 サウンドジェネレーターは要素 DD2.5 と DD2.6 を使用して組み立てられます。
受信機は最初の IR フラッシュの前面によって起動されます。 ワンショット DD1.1、DD2.1、ワンショット DD1.3、DD2.3 を発売。 同時に、DD2.2C7R6 回路は DD3 カウンタの R 入力でパルスを生成します (その期間は tR = 7 μs、tR - R6C7)。 カウンタをゼロ状態に設定する ワンショット DD1.1、DD2.1 が動作するとすぐに、要素 DD1.1 の出力にロー レベルが現れ、最初のカウント パルスがカウンタ DD3 に到着します。 光検出器が 2 Hz の周波数のパルスを受信した場合 (この周波数では、スタンバイ モードで IR フラッシュが続くことを思い出します)、DD4 カウンタの出力 3 は、0,5 番目のパルスの前から (4 Hz 後に表示されます) ローのままになります。 x2 = 2 秒 - カウント許可間隔 tф1.5= 3 秒の終わりに、DD4 は開始前の状態に戻ります (図 8 の図 XNUMX)。 62,5 ms の繰り返し周期を持つ IR パルス、つまりアラーム信号を受信した場合、受信機は異なる動作をします。62,5 ms の 250 つの周期はそれぞれ 2 ms であり、間隔 tf1,5 = 3, 4 s よりも大幅に短いため、5 番目の周期は 1.2 ms になります。パルスはカウンタ DD1 を状態「1,25」(ピン 0,25 でハイレベル)に移動します。 この状態のカウンタはブロックされ(出力DDXNUMXの低レベルのため)、HLXNUMX LEDが点灯し、サウンドジェネレータが断続的な信号を発します。 これは約 XNUMX 秒間続き、その後 XNUMX 秒の一時停止があり、アラームが繰り返し鳴ります。
接続が失われると、受信機は異なる動作をします。 受信機が約 1,5 秒以内に IR フラッシュを検出しない場合、コンデンサ C8 は VD6R11DD2.3 回路を通じて放電されます。 トランジスタ VT1 が飽和状態になり、抵抗 R8 の両端の電圧が供給電圧まで増加し、出力 DD1.4 が Low になり、サウンド ジェネレータが 1 kHz の周波数のトーン信号を放射します。 最初の IR フラッシュの出現により、コンデンサ C8 が R10VD5 回路を通じて急速に充電され、トーン信号が停止し、受信機は受信信号の分析を開始します。 レシーバーのプリント基板 (図 9) は、厚さ 1,5 mm の両面箔ガラス繊維ラミネートで作られています。
IR受信機のフォトヘッド(フォトダイオードBL1、マイクロ回路DA1など)は、幅広い周波数の電気的干渉に非常に敏感なので、シールドする必要があります。スクリーンは錫製で、その切断は図に示されています。 10.
折り目の位置は破線で示されています。 曲がったスクリーンは角で半田付けされ、基板上の希望の位置に取り付けられた後、XNUMX か XNUMX 点で半田付けされます。 IRレシーバーの外観を図11に示します。 十一。
構造的には、受信機は図のように設計できます。 12.
ここでは: 1 - 受信機本体 (黒色ポリスチレン、厚さ 2...215 mm): 2 - 3 倍手拡大鏡のホルダー (ハンドルは切り取られています)。 4 - そのレンズ。 5 - プリント基板; 35 - フォトダイオード。 虫眼鏡クリップは、直径約 647 mm の穴のあるケースの前壁 (溶媒 XNUMX に溶かしたポリスチレン片) に接着されています。同軸フォトダイオードとレンズの間の距離は焦点に近い必要があります。レンズの長さ。 これにより、入射光束がフォトダイオードに集中し、弱い信号に対する光検出器の感度が大幅に向上します。 ハウジングには、ピエゾ エミッタ BF1 と LED HL1 を収容するスペースが必要です。 受信機の取り付けアセンブリには、送信機の取り付けと同じ要件が適用されます。つまり、狙いを定めやすく、最適な位置に確実に固定できることが保証されなければなりません。 通信条件に従って、IR 受信機を屋外に設置する必要がある場合 (たとえば、家の端に駐車した車との通信のため)、感度を低下させる可能性のある外部光源からの側面光を避けるために、フードを設置してください。レンズの上に置く必要があります。 これは、たとえば、長さが 100 ～ 150 mm で、内側が黒く、適切な内径を備えたプラスチックまたは金属のチューブです。 この場合、構造全体を湿気から保護するための措置を講じる必要があります。 警報装置（ピエゾエミッター、LED）と電源は、もちろん屋内に置きます。 しかし、「全天候型」バージョンでは、XNUMX つの部分からなる IR レシーバーを作成する方が良いでしょう。XNUMX つはレンズとフォト ヘッドのみが防水ハウジング フード内に配置されている外側の部分、もう XNUMX つは他のすべてが入っている内側の部分です。 。 これらの部品は細いXNUMX線ケーブルで接続されています。 必要に応じて、図に示すように、より高出力の音響エミッタ（たとえば、ダイナミック ヘッドをオンにする）を受信機に追加できます。 13、またはピエゾサイレンAST-10（図14）。 ピエゾサイレンは、供給電圧を下げても十分な電力を維持します (公称 110 dB を放射するには、このユニットの供給電圧を 12 V に上げる必要があります)。
予備テストで示されているように、このような受信機と送信機を備えた赤外線通信回線の長さは 70 m に達します。調整可能な光学系に切り替えることで、大幅な延長が可能です - 近似焦点を備えた固定レンズの代わりに古いレンズを使用する場合フォーカシング機能付きのカメラが使用されます。 IR トランスミッターのレンズにおける光線の発散角、いわゆる絞りは、IR ダイオード ブレードに沿って少なくとも 25 ～ 300 度でなければならず、その場合、レンズはその放射を完全に利用します。 レシーバーでは、レンズの直径がより重要になります。レンズの直径が大きくなると、エミッターの IR フラッシュを検出できる距離が長くなります。 IR フラッシュの輝度を高めることで、送信機の「範囲」をさらに 1,5 ～ 2 倍以上延ばすことができます。 一方、20～25mを超えない通信回線（XNUMX～XNUMX階建ての建物の窓の下にある車や「砲弾」、道路の反対側の家など）では、いずれの場合でも、IR 受信機には光学系がまったく必要ない場合があります。 著者：Yu.Vinogradov、モスクワ
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