Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

охранный извещатель схема

Курсовой проект: страницы, рисунков, источников.

ИЗВЕЩАТЕЛЬ, ОХРАННАЯ СИСТЕМА, МИКРОСХЕМА, КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР, ТРАНЗИСТОР, РЕЗИСТОР.

Объектом исследования является автономный пожарный извещатель дымовой на базе микроконтроллера семейства AVR.

В процессе конструирования выполнена следующая работа:

- обзор литературы;

- разработка структурной схемы;

- разработка функциональной схемы;

- разработка принципиальной схемы;

- чертежи структурной, принципиальной схемы, печатной платы.

ВВЕДЕНИЕ

Основными элементами системы охранной сигнализации являются устройства, обнаруживающее проникновение по каким-либо его признакам - пожарные охранные, от качества работы которых в большей мере зависит и эффективность работы всей системы охранной сигнализации в целом.

Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК + микроволновые). Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные датчики.

Пассивные инфракрасные извещатели (ПИК) служат для обнаружения вторжения нарушителя в контролируемый объем. Это один из самых распространенных типов охранных извещателей. Принцип действия основан на регистрации изменений потока теплового излучения и преобразовании с помощью пироэлемента инфракрасного излучения в электрический сигнал. В настоящее время используются двух- и четырехплощадные пироэлементы. Это позволяет существенно снизить вероятность ложных тревог. В простых ПИК обработка сигнала производится аналоговыми методами, в более сложных - цифровыми, с помощью встроенного процессора. Зона обнаружения формируется линзой Френеля или зеркалами. Различают объемную, линейную и поверхностную зоны обнаружения. Не рекомендуется устанавливать инфракрасные извещатели в непосредственной близости от вентиляционных отверстий, окон и дверей, у которых создаются конвекционные воздушные потоки, а также радиаторов отопления и источников тепловых помех. Также нежелательно прямое попадание светового излучения ламп накаливания, автомобильных фар, солнца на входное окно извещателя. Возможно применение схемы термокомпенсации для обеспечения работоспособности в области высоких температур (33-37 °C), когда величина сигнала от движения человека резко уменьшается за счет снижения теплового контраста между телом человека и фоном.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛОГОВ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА

Охранные извещатели - это устройства, которые в зависимости от принципа действия и условий эксплуатации, сообщают о любых нарушениях безопасности. Работа охранных извещателей основана на различных физических принципах.

По принципу формирования информационного сигнала охранные извещатели делятся на активные и пассивные. Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и реагируют на изменение его параметров, пассивные реагируют на изменение параметров окружающей среды, вызванное вторжением нарушителя.

По способу приведения в действие охранные извещатели подразделяют на автоматические и ручные.

По назначению автоматические охранные извещатели подразделяют на:

- охранные извещатели для закрытых помещений;

- охранные извещатели для открытых площадок и периметров объектов.

По виду зоны, контролируемой извещателем, охранные извещатели подразделяют на:

- точечные;

- линейные;

- поверхностные;

- объемные.

Охранные извещатели различаются по типу обнаруживаемых тревожных событий:

- движение (инфракрасные активные и пассивные, радиоволновые линейные и объемные, ультразвуковой);

- открытие (магнитоконтактные);

- разбитие стекла (акустические, ударно-контактные);

- приближении или прикосновение (емкостные);

- тряску (вибрационные);

- преступное нападение (тревожные кнопки и педали);

- а также бывают совмещенными или комбинированными, которые сочетают в себе два или более физических принципа действия.

По количеству зон обнаружения, создаваемых охранными извещателями, их подразделяют на однозонные и многозонные.

Охранные извещатели в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных мешающих факторов, среди которых основными являются: акустические помехи и шумы, вибрации строительных конструкций, движение воздуха, электромагнитные помехи, изменения температуры и влажности окружающей среды, техническая неукрепленность охраняемого объекта.

Степень воздействия помех зависит от их мощности, а также от принципа действия охранного извещателя. принципах. По принципу формирования информационного сигнала охранные извещатели делятся на активные и пассивные. Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и реагируют на изменение его параметров, пассивные реагируют на изменение параметров окружающей среды, вызванное вторжением нарушителя. Охранные извещатели - это устройства, которые в зависимости от принципа действия и условий эксплуатации, сообщают о любых нарушениях безопасности. Работа охранных извещателей основана на различных физических принципах.

По принципу формирования информационного сигнала охранные извещатели делятся на активные и пассивные. Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и реагируют на изменение его параметров, пассивные реагируют на изменение параметров окружающей среды, вызванное вторжением нарушителя.

По способу приведения в действие охранные извещатели подразделяют на автоматические и ручные.

По назначению автоматические охранные извещатели подразделяют на:

- охранные извещатели для закрытых помещений;

- охранные извещатели для открытых площадок и периметров объектов.

По виду зоны, контролируемой извещателем, охранные извещатели подразделяют на:

- точечные;

- линейные;

- поверхностные;

- объемные.

Охранные извещатели различаются по типу обнаруживаемых тревожных событий:

- движение (инфракрасные активные и пассивные, радиоволновые линейные и объемные, ультразвуковой);

- открытие (магнитоконтактные);

- разбитие стекла (акустические, ударно-контактные);

- приближении или прикосновение (емкостные);

- тряску (вибрационные);

- преступное нападение (тревожные кнопки и педали);

- а также бывают совмещенными или комбинированными, которые сочетают в себе два или более физических принципа действия.

По количеству зон обнаружения, создаваемых охранными извещателями, их подразделяют на однозонные и многозонные.

Охранные извещатели в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных мешающих факторов, среди которых основными являются: акустические помехи и шумы, вибрации строительных конструкций, движение воздуха, электромагнитные помехи, изменения температуры и влажности окружающей среды, техническая неукрепленность охраняемого объекта.

Степень воздействия помех зависит от их мощности, а также от принципа действия охранного извещателя.

Пассивные инфракрасные извещатели движения (ИК-извещатель)

Пассивные инфракрасные извещатели реагируют на перемещение источника теплового излучения. Чувствительный элемент инфракрасного извещателя - это сегментированный приёмник теплового излучения, который «смотрит» в защищаемое помещение. Когда тепловой объект при движении пересекает границы сегментов, извещатель выдает сигнал тревоги.

Пассивные инфракрасные извещатели различаются по площади и конфигурации «осматриваемого» участка. Основные характеристики, которые применяются для классификации этого типа извещателей - это угол обзора и дальность (радиус) действия. Эта информация отображается производителями в паспортах на извещатели и называется «диаграмма направленности извещателя».

Пассивные инфракрасные извещатели часто оснащают функцией игнорирования животных. Игнорирование животных - это возможность извещателя не реагировать на передвижение теплового объекта определенной массы.

Принцип работы датчика

Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей, чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется оптическая система -- линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы (линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом электроимпульс. По мере перемещения источника ИК-излучения, оно улавливается и фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2 или 3 импульса.

Датчики, использующиеся в системах охранной сигнализации, имеют выходное реле типа «сухой контакт» (нормально замкнутый).

В датчиках, используемых для управления освещением, для коммутации нагрузки обычно применяются твердотельные выключатели на основе тиристоров или симисторов.

Извещатель охранный объемный оптико-электронный адресный "С2000-ИК"

Совместная разработка ЗАО НВП БОЛИД и АО "РИЭЛТА". Первый Российский адресный инфракрасный пассивный охранный извещатель С2000-ИК

От зарубежных аналогов С2000-ИК отличается:

-- повышенной надежностью обнаружения

-- микропроцессорной обработкой сигналов

-- пониженным энергопотреблением

-- расширенным диапазоном скоростей движения

-- широким диапазоном рабочих температур

-- более чем в три раза меньшей ценой

-- выдает адресуемые извещения Взят, Снят, Тревога,Вскрытие, Отключен

-- подключение к двухпроводной линии до 127 извещателей

С2000-ИК включается в двухпроводную линию связи контроллера "С2000-КДЛ" и обеспечивает:

-- надежное обнаружение проникновения в охраняемую зону

-- отсутствие ложных срабатываний при перемещении мелких животных

-- отсутствие реакции на перепады фоновой освещенности

-- защищенность от электромагнитных полей

-- отсутствие реакции в условиях конвективных тепловых потоков

-- защищенность от воздействия импульсов напряжения по линии связи

-- возможность индикации режима тревоги

-- установку адреса в пределах от 1 до 127

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

» максимальная рабочая дальность - 12 м

» чувствительность извещателя обеспечивает выдачу тревожного извещения при перемещении человека со скоростью от 0,3 до 3 м/с на расстояние не более 3 м

» ток, потребляемый извещателем от двухпроводной линии связи, не более - 500 мкА

» время технической готовности извещателя, не более - 60 с

» диапазон рабочих температур - от минус 30 до плюс 50 °С

» габаритные размеры извещателя - 105х75х56 мм

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Устройство охранного извещателя предназначено для совместной работы с ПКП и служит для обнаружения проникновения на охраняемую территорию. Он представляет собой комплекс, состоящий из:

· Пассивного ИК датчика;

· Микроконтроллера;

· Цепи питания;

· Усилителя;

· Компаратора;

· Повторителя;

· Адресного блока;

· Интерфейса RS-485.

Пассивный ИК датчик предназначен для непосредственного обнаружения нарушителя на охраняемой территории, путем изменения ИК излучения.

Сигнал опрашиваемого датчика поступает на вход усилителя. После сигнал поступает на компаратор, а затем на повторитель. Микроконтроллер получает сигнал, сигнал приходит на аналогово-цифровой вход, где цифровой сигнал передается через интерфейс RS-485. Адресный блок показывает, в каком месте было совершено проникновение. Для питания схемы используются понижающий стабилизатор напряжения для обеспечения подачи питания 12 В. Индикатор в виде светодиода служит для отображения информации о проникновении.



Рисунок 1. Структурная схема устройства

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Принцип действия следующий.

Информация о нарушении охраняемой территории поступает на вход микроконтроллера далее на ПКП по интерфейсу RS-485. Микроконтроллер обрабатывает полученную информацию и выдает ответ о состоянии системы в целом.

Усилитель используется для повышения качества сигнала.

Рисунок 2. Функциональная схема устройства

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

4.1Выбор элементной базы

4.1.1Микроконтроллер семейства MCS 51

В качестве микроконтроллера, используется микроконтроллер ADuC814.

Характеристики

- Аналоговый ввод / вывод

- Быстродействие процессора 16.78 МГц

- Рабочая температура-40°C ~ 125°C

- Малая потребляемая мощность при высоком быстродействии

- Рабочее напряжение 3.0В…5.25В

- Периферийные устройства (блоки I2C, SPI, UART/USART)

- 6-канальный АЦП 247 кГц

- 12-битное разрешение

- ADC высокоскоростной передачи данных Capture Mode

- ADC эффективностью Вплоть до VREF 0,1 В

- Двойной ЦАП выходного напряжения

- 12-бит, 15 с. время установления памяти

- 8 Кбайт On-Chip Flash / EE память программы

- 640 байт On-Chip Flash / EE памяти данных

- Три уровня Flash / EE память программ безопасности

- 256 байт On-Chip ОЗУ данных

- 8051 на базе ядра

- 32 кГц частота внешнего кристалла

- Три 16-разрядных таймера / счетчика

- 11 программируемых линий ввода / вывода

- 11 Источники прерываний, двумя уровнями приоритета мощности.



Рисунок 3 - Внешний вид и расположение выводов ADuC814

Таблица 1 - назначения выводов ADuC814

№ Вывода	Тип вывода	Название	Описание
1	Земля	DGND	Цифровая земля
2	Вх/Вых	DLOAD	Порт открытия режима загрузки
3-7	Вх/Вых	P3.0- P3.4	Двунаправленые выводы
3	Вх/Вых	P3.0/RXD	приемник ввода данных
4	Вх/Вых	P3.1/TXD	Данные UART
5	Вх/Вых	P3.2/INT0	Прерывание 0
6	Вх/Вых	P3.3/INT1	Прерывание 1
7	Вх/Вых	P3.4/T0/CONVST	Счетчик времени
8	Вх/Вых	P1.0/T2	Вход счетчика времени 2
9	Вх/Вых	P1.1/T2EX	Перезагрузка триггера
10	Вх	RESET	Вход сброса
11-12	Вх	P1.2-P1.3	Ввод
11	Вх	P1.2/ADC0	Входной канал 0
12	Вх	P1.3/ADC1	Входной канал 1
13	Питание	AVDD	Напряжение питания
14,15	Земля	AGND	Аналоговая земля
16	Вх/Вых	VREF	Справочный Вх/Вых
17	Вх	CREF	Вх. развязка на чипе
18-21	Вх	P1.4-P1.7	Вход канал
18	Вх	P1.4/ADC2	АЦП входного канала 2
19	Вх	P1.5/ADC3	АЦП входного канала 2
20	Вх/Вых	P1.6/ADC4/DAC0	АЦП входного канала 4
21	Вх/Вых	P1.7/ADC5/DAC1	АЦП входного канала 5
22-24	Вх/Вых	P3.5-P3.7	Двунаправленые выводы
22	Вх/Вых	P3.5/T1	SPI интерфейс
22	Вх/Вых	P3.5/SS/EXTCLK	SPI интерфейс
23	Вх/Вых	P3.6/MISO	Рабочий выход данных входа
24	Вх/Вых	P3.7/MOSI	Рабочий вход данных входа
25	Вх/Вых	SCLOCK	Таймер SPI интерфейса
26	Вх	XTAL1	Вход на инвертор кристалла осциллятора
27	Вых	XTAL2	Выход из кристалла инвертора осциллятора
28	Питание	DVDD	Аналоговое питание

Рисунок 4 - Структурная схема микроконтроллера ADuC814

4.1.2 Выбор стабилизатора

В качестве источника питания используется какой-либо элемент с напряжением 12 В. Так как все элементы, расположенные на схеме имеют входное питание не более 5 В, необходимо использовать стабилизатор напряжения. В качестве стабилизатора используем стабилизатора напряжения КР142ЕН5А.

Микросхема КР142ЕН5А трёхвыводной стабилизатор с фиксированным выходным напряжением 5 вольт могут найти применение в широком спектре радиоэлектронных устройств в качестве источниках питания логических систем, измерительной технике, устройств высококачественного воспроизведения и других радиоэлектронных устройств.

Внешние компоненты могут быть использованы для ускорения переходных процессов. Входной конденсатор необходим только в том случае, если регулятор находиться на расстоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника питания.

Рисунок 3 - Вид стабилизатора

4.1.3 Адресный блок

Адресный блок предназначен для работы в составе систем управления оповещением и эвакуацией совместно с микроконтроллером. Обеспечивают включение необходимых линий управления и трансляцию тревожных и эвакуационных сообщений в зоны оповещения по сигналам управления с МК или с ППКП в автономном режиме работы. Обеспечивает управление восьмью зонами оповещения. Организован в виде набора ключей, информирующих об адресе проникновения.

4.1.4 Интегральная микросхема MAX485

Современная микросхема драйверов сети RS485 фирмы MAXIM, предназначена для передачи информации от устройства до ПКП на расстояния больше 20 м по интерфейсу RS 485.

Рисунок 7 - Расположение выводов MAX485

Обозначения выводов:

RO -- ReceiverOutput -- Выходприемника.Если А>B на 200mV RO=1, если А <B на 200mV RO=0.

RE/ -- ReceiverOutputEnable -- Разрешение выхода приемника при RE/=0. При RE/=1 выход RO находится в высокоимпедансном состоянии.

DE -- DriverOutputEnable -- Разрешение выходов передатчика. Если DE=1 выходы активны, в противном случае они находятся в высокоимпедансном состоянии.

DI -- DriverInput -- Вход передатчика.

GND -- Ground -- Общий провод питания.

A -- Noninverting Receiver Input and Driver Output -- Неинвертирующий вход/выход.

B -- Inverting Receiver Input and Driver Output -- Инвертирующийвход/выход.

VCC -- PositiveSupply -- Напряжение питания.

Приемники большинства микросхем RS-485 имеют пороговый диапазон распознавания сигнала на входах A-B - ±200мВ. Если |Uab| меньше порогового (около 0), то на выходе приемника RO могут быть произвольные логические уровни из-за несинфазной помехи. Такое может случиться либо при отсоединении приемника от линии, либо при отсутствии в линии активных передатчиков, когда никто не задает уровень. Чтобы в этих ситуациях избежать выдачи ошибочных сигналов на приемник UART, необходимо на входах A-B гарантировать разность потенциалов Uab> +200мВ. Это смещение при отсутствии входных сигналов обеспечивает на выходе приемника логическую "1", поддерживая, таким образом, уровень стопового бита. Добиться этого просто - прямой вход (А) следует подтянуть к питанию, а инверсный (B) - к "земле". Получается делитель:

Рисунок 8 - Схема подключения защитного смещения

Rвх - входное сопротивление приемника (обычно 12 кОм);

Rc - согласующие резисторы (120 Ом);

Rзс - резисторы защитного смещения.

Величины сопротивлений для резисторов защитного смещения (Rзс) нетрудно рассчитать по делителю. Необходимо обеспечить Uab> 200мВ. Напряжение питания - 5В. Сопротивление среднего плеча - 120Ом//120Ом//12КОм на каждый приемник - примерно 57 Ом (для 10 приемников). Таким образом, выходит примерно по 650 Ом на каждый из двух Rзс. Для смещения с запасом - сопротивление Rзс должно быть меньше 650 Ом. Традиционно ставят 560 Ом.

4.2 Схемотехническое решение

Датчик IRA-E710ST0 устроен следующим образом: его термочувствительные элементы закрыты фильтром, формирующим область спектральной чувствительности датчика.

Полевой транзистор, входящий в саму пироэлектрическую структуру (D1- IRA-E710ST0) включен истоковым повторителем. Предварительный усилитель выполнен на операционном усилителе DA1.1, который вводится в линейный режим работы делителем R2, R4.

ОУ DA1.2 работает компаратором. R8 и R9 служат для установки порога срабатывания.

При появлении на выходе DA1.1 положительного импульса с амплитудой, превышающей 5мВ, близкое к нулю напряжение на выходе DA1.2 сменится высоким, близким к Uпит

Оу DA1.3 включен повторителем. В дежурном режиме на его выходе устанавливается напряжение близкое к нулю (логический 0); при возбуждении датчика - близкое к Uпит.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Извещатель охранный объемный адресный используется как отдельный прибор.

Стоимость прибора можно оценить исходя из стоимости компонентов входящих в состав модуля сопряжения и приблизительной стоимости работ по его изготовлению.

Таблица 2. Стоимость извещателя

Элемент	Стоимость у.е.
Микросхемы	1.5
Резисторы	1
Конденсаторы	1
Диоды	0.2
Усилители	2
Транзисторы	1.3
Прочее	1
Итого	8

При штучном производстве сдельная цена на изготовление корпуса и печатной платы колеблется в районе 5 у.е.

Исходя из приведенных выше данных стоимость прибора составит

?13 у.е.

6. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

В данном разделе рассмотрены вопросы охраны труда в проектном отделе при проектировании устройства сопряжение. Это мероприятия по организации нормальных условий труда инженера-проектировщика, мероприятия по технике безопасности. Работа инженера-проектировщика связана с воздействием на него некоторых вредных производственных факторов, которые могут привести к ухудшению здоровья или некоторым профессиональным заболеваниям. Негативное влияние компьютера на здоровье пользователя выражается в:

- повышенном зрительном напряжении;

- психологической нагрузке, связанной с монотонностью рабочего процесса;

- длительном неизменном положении тела в процессе работы;

- воздействии некоторых физиологических факторов (электромагнитных излучений, статического электричества, ультрафиолетового и рентгеновского излучения).

Несмотря на отсутствие действительно опасных производственных факторов, условия труда инженера-проектировщика нуждаются в постоянном контроле и улучшении. Конструкция устройства соответствует общим требованиям безопасности согласно ГОСТ 12.2.007.0 (Изделия электротехнические). При проверке, монтаже и эксплуатации необходимо выполнять меры безопасности в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей». По способу защиты человека от поражения электрическим током прибор относиться к изделиям 3 класса по ГОСТ 12.2.007.0. При работе с ним не существует опасности поражения электрическим током.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

охранный извещатель схема

1. Обоснована и выбрана элементная база, составлен перечень используемых элементов.

2. Разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы устройства.

3. Разработаны чертежи печатной платы.

4. Проведены расчёты, подтверждающие работоспособность устройства.

Размещено на Allbest.ru

азмещено на Allbest.ru