Описание работы электрической схемы охранного устройства

                                                                                                            11        1

                     10                                                                                               6

                                                                7     8     9

4.2.5. Микросхема КР1064ПП1.

            В настоящее время АО «Светлана» в г.С.-Петербурге выпускает специализированную микросхему вызывного устройства КР1064ПП1 (зарубежный аналог – L3240 фирмы «SGS-THOMSON»). Микросхема генерирует сигнал с двумя периодически переключающимися частотами (с соотношением 1,38) и непосредственно управляет пьезоэлектрическим излучателем. Встроенный гистерезис блокирует возможность ошибочного запуска от помех в линии и импульсов номеронабирателя.

Напряжение включения ИС – в пределах 12,1÷13,1 В.

Напряжение выключения - 7,9÷8,9 В.

Ток вызова без присоединённой нагрузки Iсс  1,8 мА.

Амплитуда выходного напряжения Uвых.= (Ucc- 5) В.

Рис. 4.6. Структурная схема ИС КР1064ПП1.

Назначение выводов ИС КР1064ПП1 :

Рис.4.7. Схема включения ИС ВУ КР1064ПП1.

5. Конструкторско-технологическая часть.

5.1. Разработка конструкции устройства.

Печатная плата охранного устройства является основным элементом при проектировании РЭА. Она объединяет печатные узлы и другие элементы. Разработку конструкции печатной платы можно производить исходя из базовых несущих конструкций, то есть исходя из размеров корпуса стандартного кнопочного телефона-трубки, величина которых, независимо от производителя, отличается незначительно, в зависимости от образцов. Это позволяет повысить коэффициент заполнения объема, уменьшить массу и габаритные размеры изделия. Таким образом, применяем пластмассовый корпус телефона-трубки, производством которых занимаются многие отечественные цеха по выпуску пластмассовой продукции.

Для пайки применяют припой ПОС – 61.

Габаритные размеры печатной платы в длину и ширину соответственно: 150 мм и 60 мм.

Высота определяется высотой установки применяемых радиоэлементов на печатной плате и составляет 15 мм.

5.2. Выбор и определение типа платы, ее технологии изготовления, класса точности, габаритных размеров, материала, толщины, шага координатной сетки.

По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием делятся на типы:

-         односторонние;

-         двусторонние;

-         многослойные.

Для данного изделия достаточно использовать одностороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. ОПП с металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами и повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы.

Для изготовления печатной платы в соответствии с ОСТ 4.010.022 и исходя из особенностей производства выбираем комбинированный позитивный метод.

В соответствии с ГОСТ 2.3751-86 для данного изделия необходимо выбрать четвертый класс точности печатной платы.

Габаритные размеры печатных плат должны соответствовать ГОСТ 10317-79. Для ОПП максимальные размеры могут быть 600 х 600 мм. Габаритные размеры данной печатной платы удовлетворяют требованиям данного ГОСТа.

В соответствии с требованиями ОСТ 4.077.000 выбираем материал для платы на основании стеклоткани – стеклотекстолит СФ-2-50-2   ГОСТ 10316-78. Толщина 2 мм.

В соответствии с ГОСТ 24140-78 и исходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм.

Способ получения рисунка – фотохимический.

6.   Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

а) для микросхем

            dэ=0,5 мм        d=0,9 мм

б) для резисторов

            dэ=0,5 мм        d=0,9 мм

в) для диодов и стабилитронов

            dэ=0,5 мм        d=0,9 мм

г) для транзисторов

            dэ=0,5 мм        d=0,9 мм

д) для конденсаторов

            dэ=0,5 мм        d=0,9 мм

е) для разъема

            dэ=1 мм           d=1,4 мм

Значения диаметров сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:

0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для разъема: d=1,5 мм.

5.3. Расчёт показателей надёжности охранного устройства.

            Расчёт надёжности разрабатываемого устройства произведён на IBM-совместимом компьютере на кафедре Радиотехники СЗПИ с помощью Basic-программы для расчёта показателей надёжности радиоэлектронных средств при внезапных отказах их электрорадиоэлементов.

            Ниже приводится листинг программы расчёта и распечатка расчётов программы.

5.4. Оценка вероятности ложного срабатывания устройства охранной сигнализации.

            В общем случае вероятность ложного срабатывания определяется надёжностью всего устройства в целом, которая, по произведённым выше расчётам очень велика – 0,9983391. Поэтому, в большей степени вероятность ложного срабатывания будет зависеть от надёжности применяемых датчиков, а так как датчиков используется несколько (в зависимости от особенностей объекта), то общая вероятность ложного срабатывания будет определяться суммой надёжности применяемых датчиков.

            В нашем случае предпочтительнее всего использовать герконовые датчики, состоящие из герметизированных магнитоуправляемых контактов, представляющих собой контактные ферромагнитные пружины, помещённые в герметичные стеклянные баллоны, заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом. Контактные элементы являются одновременно элементами магнитной цепи. Под действием магнитного поля достаточной напряжённости ферромагнитные контактные пружины деформируются и замыкают или размыкают контакты.  Достоинство  магнитоуправляемых контактов  –  большая износоустойчивость и очень малое время срабатывания. В связи с высокой износоустойчивостью срок службы самих датчиков очень большой.

            Поэтому вероятность ложного срабатывания устройства ничтожна, даже если используется несколько герконовых датчиков, надёжность которых в сумме очень велика.

4.3. Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по телефонной линии.

В состав схемы входят:

-         узел датчика на элементах DD1, R1, R2, C1;

-         узел счёта и выбора выходных сигналов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал имитации нажатия клавиши «Повтор», сигнал звукового оповещения), собранный на элементах  DD3, DD4, DD5, DD2, ключах поднятия трубки VT2, VT3, ключе нажатия клавиши «Повтор» - на VT1;

-         стандартная схема телефона-трубки на ИС номеронабирателя с выходом импульсного ключа с открытым стоком (типа 1008ВЖ10) и ИС вызывного узла на микросхеме КР1064ПП1 (элементы DA1, C2, C3, C6, R3, R4, BQ1).

Телефонная часть схемы особенностей не имеет, принцип работы такой схемы на базе микросхемы - импульсного номеронабирателя достаточно широко рассмотрен в популярной  справочной  радиотехнической  литературе,  например, в [ 4 ]. Рассмотрим работу узла датчика, счёта и ключей.

Если переключатель SA1 не включён, к телефонной линии подключена схема телефона-трубки, при этом охранное устройство работает в обычном режиме телефона-трубки (принимает вызовы, осуществляет набор номера и т.п.).

При нажатии на кнопку SA1 напряжение питания подаётся на схему, в результате чего происходит зарядка конденсатора С1 (время, необходимое для выхода из охраняемого помещения), и элемент DD1.4 переводит RS-триггер в состояние ожидания  (на выходе DD1.1 присутствует логический «0», датчик охраны – нормально замкнутый). При срабатывании датчика (размыкании) на выходе DD1.1 появляется логическая «1», что приводит к запуску схемы счёта на ИС DD2. С выхода 4 DD2 секундные импульсы подаются на тактовый вход DD4, что приводит к появлению на соответствующих выходах DD4 логической «1», которая через RS-триггер на DD5 управляет ключом поднятия трубки на R14, R13, VT2, VT3, а также через ключ R15, VT1 имитирует нажатие клавиши «повтор» телефонной части устройства. При появлении логической «1» на выводе 11 DD4 разрешается подача звукового сигнала с выхода 7 DD2 через C8 на базу VT5 и далее в телефонную линию.

Минутные импульсы, снимаемые с выхода 10 DD2, необходимы для организации цикла работы охранного устройства и через DD5.1, DD5.2 подаются на вход 15 DD4 (для сброса счётчика DD4 и, соответственно, ключей), а также поступают на счётный вход DD3 (для организации подсчёта количества дозвонов до абонента).

После отработки заданного счётчиком DD3 числа дозвонов до абонента (в нашем случае – шесть), через элемент DD1.4 схема приводится в исходное состояние и переходит в режим ожидания.

Практически, для активизации охранного устройства необходимо сделать следующее:

-         проложить охранный шлейф от устройства до датчика     (микропереключатель или геркон в двери, окнах и т.п.);

-         при не включённом переключателе SA1 функции телефона остаются неизменными;

-         при необходимости поставить помещение под охрану  -  набрать номер и дозвониться до выбранного абонента (всё это без включения SA1);

-         после чего нажать режим «охрана» переключателем SA1 и в течение 30 секунд выйти из квартиры (замкнуть датчик охраны).

Информация о набранном номере удерживается в памяти 1008ВЖ10 до тех пор, пока на входе устройства – 60 В от реальной телефонной линии. В случае кратковременного разрыва охранного шлейфа (размыкания датчика) устройство автоматически «снимает трубку», шесть раз с интервалом в одну минуту дозванивается до заранее записанного в память номера и подаёт характерный сигнал тревоги.

Главным достоинством схемного решения разрабатываемого устройства является то, что питание схемы осуществляется от напряжения телефонной линии, в связи с очень малым энергопотреблением применённых микросхем, выполненных по КМДП-технологии. Учитывая, что наличие питающего напряжения в современных телефонных линиях очень высока, можно обойтись и без резервирования питания устройства охраны, что в значительной степени удешевляет конструкцию прибора. Кроме того, резервирование питания устройства приводит (при срабатывании системы резервирования) к меньшей помехозащищённости схемы и повышению вероятности ложного срабатывания охранного устройства. В этом отношении разрабатываемое устройство свободно от перечисленных недостатков.

Схема охранного устройства по своим характеристикам соответствует ГОСТ 7153-85 – «Аппараты телефонные общего применения. Технические условия» и может применяться в качестве индивидуального охранного устройства для помещений.

4.4. Расчёт элементов принципиальной схемы.

 Электрический расчёт электронного ключа.

            Аналоговые ключи предназначены для коммутации аналоговых сигналов от источника на нагрузку с малыми искажениями. Они широко применяются в ЦАП, АЦП, устройствах выборки  и запоминания сигналов, для коммутации аналоговых сигналов источников на общую нагрузку и для других целей. Аналоговые ключи могут коммутировать ток и напряжение. В нашем случае необходим коммутатор напряжения.

            В цепи для коммутации напряжения нагрузка должна иметь достаточно высокое сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением источника сигнала. Реальные аналоговые ключи вносят погрешность при передаче сигнала от источника в нагрузку. Основными параметрами ключа, определяющими величину погрешности, являются: остаточное напряжение на замкнутом ключе, остаточный ток разомкнутого ключа и конечное время переключения. Основной задачей проектирования аналоговых ключей является минимизация перечисленных параметров, и тем самым уменьшение погрешности, вносимой ключами при коммутации сигнала.

Рис. 4.9. Транзисторный ключ с гальванической цепью управления.

            Источником питания аналогового ключа служит коммутируемое напряжение Uвх, значение которого может изменяться в широких пределах и достигать весьма малых значений (десятков милливольт). При подаче отрицательного управляющего нарпяжения Uупр< 0 транзистор закрывается, через резистор Rк будет протекать тепловой ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером  Uкэ = Uвх – Iк0 Rк  Uвх. Пусть под действием отпирающего напряжения Uупр > 0 в базовой цепи проходит ток Iб. Для всех значений коллекторного тока Iк<< β Iб(Iк= Uвх/Rк , β – коэффициент передачи базового тока) транзистор будет насыщен и напряжение Uкэ очень мало. В режиме насыщения коллекторный и эмиттерный переходы открыты, выходное напряжение Uкэ = Uбэ- Uбк. При глубоком насыщении транзистора (Iб β/ Iк > 3…4) остаточное напряжение на замкнутом ключе

Uкэφт/βI+Iб rэн ,

где βI – коэффициент передачи базового тока при инверсном включении транзистора; φт – тепловой потенциал, пропорциональный абсолютной температуре (при 300 К  φт  26 мВ); rэн – объёмное сопротивление области эмиттера насыщенного транзистора.

Выходное сопротивление насыщенного транзистора (сопротивление замкнутого ключа) Rвых обычно составляет единицы и десятки Ом и может быть определено по формуле

Rвых   ,

где rкн  - объёмное сопротивление области коллектора, насыщенного транзистора.

Рассмотрим влияние цепи управления на свойства ключа. Состояние его определяется уровнем управляющего напряжения Uупр и значением сопротивления Rб. Стоит отметить, что схема может коммутировать как положительное, так и отрицательное напряжение Uвх. При отрицательном управляющем напряжении Uупр'  транзистор должен быть заперт (Uбк< 0, Uбэ < 0) и напряжение Uвых= 0. Если на входе действует положительное напряжение Uупр'', транзистор будет насыщен, а напряжение Uвых= Uвх . В насыщенном режиме в схеме установятся следующие токи: Iб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Rб ,    Iн = Uвых / Rн .

Исходя из приведённых формул рассчитаем Rб :

Rб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Iб

Rб = ( 3 - 0,6 – 0,4) / 0,00002 = 100 кОм.

7.1  Безопасность жизнедеятельности

В процессе труда человек подвергается воздействию многочисленных производственных факторов, различных по своему происхождению, формам проявления, характерам действия и другим. В ряде случаев это воздействие может быть неблагоприятным. Такая ситуация возникает, когда система «человек – производственная среда» не сбалансирована, количественные характеристики производственных факторов отклоняются от нормируемого уровня и не соответствуют характеристикам человека. Производственные факторы, воздействие которых на работающего в определённых условиях приводит к повреждению организма (травме), внезапному резкому ухудшению здоровья или заболеванию, снижению работоспособности, называются соответственно опасными или вредными.

Опасные производственные факторы – это электрический ток, движущиеся части машин и механизмов, незащищённые подвижные элементы производственного оборудования и т.п. Их воздействие наносит ущерб здоровью человека почти мгновенно и приводит к такому негативному явлению, как производственный травматизм, характеризующийся совокупностью производственных травм.

Вредные производственные факторы – шум и вибрация машин и оборудования, электромагнитные колебания, недостаточная освещённость, запылённость и загазованность это электрический ток, движущиеся части машин и механизмов, незащищённые подвижные элементы производственного оборудования и т.п. Их воздействие наносит ущерб здоровью человека почти мгновенно и приводит к такому негативному явлению, как производственный травматизм, характеризующийся совокупностью производственных травм.

Вредные производственные факторы – шум и вибрация машин и оборудования, электромагнитные колебания, недостаточная освещённость, запылённость и загазованность производственной среды, чрезмерная нервно-психическая и нервно-эмоциональная нагрузка и т.д. Воздействие вредных производственных факторов на человека имеет кумулятивный характер и приводит к такому негативному явлению, как профессиональные заболевания.

С охраной труда неразрывно связаны техника безопасности, т.е. система организационных и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов, и пожарная безопасность.

Под пожарной безопасностью понимается состояние объектов, при котором исключается возможность возникновения и развития пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.

Появление сложных видов трудовой деятельности, обусловленное техническим прогрессом, влечёт за собой серьёзные требования к скорости выполнения человеком трудового процесса, точности, надёжности и другим системным и психофизиологическим характеристикам человека. Необходимо комплексное изучение процесса труда с точки зрения обеспечения безопасности и улучшения условий труда.

7.4  Противопожарные  мероприятия

            Возникновение пожаров в зданиях и сооружениях, особенности распостранения огня в них зависят от того, из каких материалов (конструкций) они выполнены, каковы размеры зданий и их расположение.

            По взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности производства подразделяются на категории. Согласно существующим строительным нормам и правилам (СНиП) здания и сооружения по огнестойкости подразделяются на пять степеней. Степень огнестойкости зданий и сооружений определяется пределом их огнестойкости, выражаемым временем (в часах) от начала испытаний строительной конструкции на огнестойкость до возникновения в ней разрушающих или температурных признаков, ведущих к невозможности дальнейшей эксплуатации конструкции.

            Так как при изготовлении устройства используются жидкости с температурой вспышки выше 610C, горючие пыли или волокна с нижним пределом взрываемости более 65 г/м3, твёрдые сгораемые вещества и материалы, то производство по пожароопасности относится к категории В, в соответствии с НБП-105-95. По огнестойкости здание относится ко II степени, в которой все конструкции выполнены из несгораемых материалов с пределами огнестойкости от 0,25 до 4 часов.

            Степень огнестойкости может быть требуемой и фактической. Требуемая степень огнестойкости характеризует основные строительные части зданий, сооружений и конструкций. Фактическая степень огнестойкости характеризует в целом здание, сооружение, конструкции и определяется по худшей требуемой степени огнестойкости.

            Причины пожаров и взрывов могут быть электрического и неэлектрического характера. К причинам электрического характера относятся :

-         искрение в электрических аппаратах, машинах, электрические разряды и удары молнии;

-         токи коротких замыканий, нагревающие проводники до высокой температуры, при которой может возникнуть воспламенение их изоляции, а также значительные электрические перегрузки проводов и обмоток электрических аппаратов и машин;

-         плохие контакты в местах соединения проводов, когда вследствие большого переходного сопротивления выделяется большое количество тепла;

-         электрическая дуга, возникающая в результате ошибочных операций с коммутационной аппаратурой при переключениях в электроустановках или во время дуговой электрической сварки, которая может вызвать воспламенение расположенных вблизи горючих материалов.

Причинами пожаров и взрывов неэлектрического характера могут быть :

-         неосторожное обращение с огнём при газосварных работах;

-         неисправность котельных и производственных печей, отопительных приборов и нарушение режимов их работы;

-         неисправность производственного оборудования и нарушение технологического процесса, в результате которого возможно выделение горючих газов, паров или пыли в воздушную среду;

-         курение в пожароопасных и взрывоопасных помещениях;

-         самовоспламенение некоторых материалов.

Мероприятия, устраняющие причины пожаров и взрывов, подразделяются на технические, эксплуатационные, организационные и режимные. К техническим мероприятиям относится соблюдение противопожарных норм при сооружении зданий, устройстве отопления и вентиляции, выборе и монтаже электрооборудования, устройстве молниезащиты и т.п. Эксплуатационные  мероприятия предусматривают правильную эксплуатацию производственных машин, котельных и других  силовых установок и электрооборудования, правильное содержание зданий и территорий предприятий. К организационным мероприятиям относятся обучение производственного персонала противопожарным правилам и издание необходимых инструкций и плакатов.

      По правилам пожарной безопасности территории объектов должны постоянно содержаться в чистоте, мусор систематически удаляться на специально отведённые участки и по мере накопления вывозиться. Готовая продукция, оборудование, тара и другое имущество должны находиться на определённых участках. Все дороги и подъезды к зданиям, сооружениям и источникам воды необходимо очищать от завалов, содержать в исправности и освещать в ночное время. Проезды и противопожарные разрывы между отдельными зданиями и сооружениями не могут использоваться для складирования горючих предметов, различного оборудования, строительных материалов.

            В каждом цехе, мастерской, складе и других помещениях должны быть вывешены таблички с указанием фамилии и должности лиц, ответственных за пожарную безопасность. Коридоры, проходы, основные и запасные выходы, тамбуры, лестничные клетки должны постоянно содержаться в исправном состоянии, ничем не загромождаться, а в ночное время освещаться. Если в технических помещениях применяются легковоспламеняющиеся и горючие жидкости для смазки, промывки и чистки оборудования, аппаратуры и деталей, то количество таких жидкостей не должно превышать суточную потребность. Курение допускается только в специально отведённых местах или комнатах, обозначенных соответствующими надписями и обеспеченных урнами с водой.

            Весь пожарный инвентарь, противопожарное оборудование и первичные средства пожаротушения должны содержаться в исправном состоянии, находиться на видном месте, и к ним в любое время суток должен быть обеспечен беспрепятственный доступ. Все стационарные и переносные средства пожаротушения должны периодически проверяться и испытываться.

            В производственных помещениях, на складах и других пожароопасных помещениях должны находиться средства пожарной сигнализации и тушения пожаров. В системе пожарной защиты находят широкое применение автоматические и полуавтоматические средства извещения о пожаре.

            Наиболее дешёвым и распостранённым средством тушения пожаров является вода. Она обладает высокой теплоёмкостью и большим испарением, что позволяет эффективно отбирать тепло от очагов пожара. Вместе с тем вода не может быть использована для тушения легковоспламеняющихся жидкостей (бензин, бензол, керосин и т.п.), а также электроустановок, находящихся под напряжением, без специальных мер защиты людей от поражения электрическим током через струю воды.

            В пожароопасных помещениях для тушения пожаров применяют спринклерные и дренчерные установки, которые приводятся в действие специальными извещателями.

            Спринклерные установки – автоматические устройства тушения пожаров водой. В этих установках система водопроводных труб, проложенных под потолком, снабжается ввинчиваемыми головками, которые запаиваются легкоплавким припоем. Повышение температуры до 60-80 градусов (по С) вызывает расплавленине припоя и головка открывается, вследствие чего вода начинает литься на место пожара.

            Дренчерная установка представляет собой также систему водопроводных труб, но головки этих установок, в отличие от спринклерных, постоянно открыты. Вода поступает при срабатывании клапанов с легкоплавкими припоями или при открывании задвижек ручным способом.

            Для защиты людей от токсичных продуктов горения и дыма применяется противодымная защита, состоящая из вентилятора и вентиляционных каналов.

            При тушении пожара эффективно применение химической пены, образуемой в результате взаимодействия с водой пеногенераторных порошков, состоящих из кислотной и щелочной частей. Получаемая из пеногенераторных порошков пена является универсальным средством тушения пожаров, за исключением спирта, ацетона и эфира.

            В качестве средств местного пожаротушения применяются химические пенные огнетушители, но они не пригодны для тушения электроустановок, находящихся под напряжением, так как пена обладает свойством электропроводности.

            Эффективным химическим средством тушения огня является углекислота. При быстром испарении углекислоты образуется снегообразная масса, которая, будучи направлена в зону пожара, снижает концентрацию кислорода и охлаждает горящее вещество. Ручные  углекислотные  огнетушители типов ОУ-2, ОУ-5 и ОУ-8 конструктивно отличаются ёмкостью баллона – соответственно 2, 5 и 8 л. Эти огнетушители предназначены для тушения небольших очагов пожара, применяются в закрытых помещениях и могут быть использованы в электроустановках, находящихся под напряжением, вследствие низкой электропроводности углекислоты. Все огнетушители подвергаются периодической проверке и при необходимости – перезарядке.

7.3  Расчёт искусственного освещения

            Произведём расчёт освещения на участке регулировки аппаратуры, где III разряд зрительной работы, со светильниками с люминесцентными лампами.

            Размеры помещения: длина A=15 м; ширина B=10 м; высота H=4,5 м. Потолок и стены  побелены,  мало загрязнены. Напряжение в основной сети U=220 В.  Принимаем систему общего освещения. Характер зрительной работы на участке соответствует III б разряду.

            Норма освещённости на рабочем месте соответствует 300 лк. Для освещения помещения выбираем светильники с люминесцентными лампами типа ЛСПО-2x6,5. Определяем расстояние от потолка до рабочей поверхности:

1	2	3	4	5	6