Система охранной сигнализации военной техники связи

С выхода радиостанции сигнал, через устройство сопряжения с радиостанцией поступает одновременно на устройство выделения синхросигнала и на линию задержки. Устройство выделения синхросигнала запускает на время прихода информации устройство сопряжения с ЭВМ. Линия задержки пропускает принятый код в момент, когда начинает работу устройство сопряжения с ЭВМ, которое предназначено для преобразования принятого кода к виду, удобному для работы ЭВМ.

Далее принятый код программно обрабатывается в ЭВМ и выдаёт диспетчеру информацию о состоянии охраняемого объекта.

По сравнению с уже существующими системами охраны данная система имеет следующие преимущества:

- полностью исключает необходимость нахождения человека непосредственно на объекте охраны;

- имеет универсальную структуру, что позволит без значительных материальных затрат преобразовать систему для охраны практически любых стационарных объектов на любые расстояния, с применением различных датчиков;

- благодаря использованию ЭВМ имеется возможность записи времени нарушения, а также других данных о факте нарушения, с последующим анализом;

- получаемая с исполнительного комплекта информация обрабатывается программно, т.е. эффективность работы системы можно значительно повышать, модернизируя программное обеспечение, без изменения принципиальной схемы, что более выгодно с экономической точки зрения;

- нарушение обнаруживается на начальном этапе, а не в момент проникновения на объект.

Но совершенных систем охраны не бывает, поэтому у данной системы имеются свои недостатки:

- сложность реализации системы синхронизации;

- система выйдет из строя при возникновении преднамеренных и не преднамеренных помех;

- существует вероятность ложного срабатывания;

- связь осуществляется только от исполнительного комплекта к диспетчерскому, а обратно нет;

Но данные недостатки могут быть устранены с использованием радиостанций с програмноперестраиваемыми рабочими частотами, резервированием радиоканала проводным, а также дальнейшей модернизацией устройства.

В качестве вывода можно отметить, что благодаря своей универсальной структуре, а также удобству для модернизации устройство может быть применено для охраны любых стационарных объектов и для некоторых подвижных. Устройство имеет сравнительно сложную структуру, но благодаря современной элементной базе, которая будет рассмотрена в следующем разделе, его реализация не вызовет существенных материальных затрат.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

3.1 Сравнительная оценка существующих принципиальных схем контроля состояния охраняемых военных объектов

Существует много простых, надежных и долговечных электронных устройств, которые сигнализируют о проникновении на какой-либо объект. Простым и в то же время безотказным решением задачи охраны является применение микропереключателей, позволяющих разрывать или замыкать электрические цепи при открывании дверей либо окон. Существует большое количество вариантов установки переключателей, среди них наиболее интересные - со скользящими контактами. При открывании двери или створок окна контакт в скользящем переключателе испытывает воздействие электромагнитного поля. Это дает возможность производить запуск сигнального устройства, в котором применен триггер, срабатывающий при открывании дверей даже на очень короткое время. При этом необходимо учитывать, что если триггер находится на значительном расстоянии от контакта, установленного на двери, следует предусмотреть в схеме устройства монтаж электрической цепочки типа RC на входе триггера для предотвращения ложных срабатываний.

Важное значение для устойчивой работы охранных устройств имеет качество и надежность срабатывания конечных выключателей и контактов. Открытые контакты всегда подвержены воздействию внешних атмосферных факторов и нагрузок, среди которых особенно опасной является повышенная относительная влажность окружающей среды. Поэтому через контакты конечных выключателей должен течь лишь минимально допустимый ток или должно подаваться определенное минимально допустимое напряжение для предотвращения искрения и образования на поверхностях этих контактов нагара.

При изготовлении электронных устройств охранной сигнализации и при прокладке электрических цепей от электронных блоков и пультов управления до замыкающих и размыкающих контактов необходимо выполнять строго определенные правила и рекомендации. Например, электрический переключатель, рассчитанный на максимальный ток 10А, допускает минимальный ток 100мА, если речь идет о замыкающих контактах. Но в принципе можно следовать такому проверенному практикой правилу: контактные устройства, предназначенные для меньших максимально допустимых токов, наиболее пригодны для небольших рабочих токов. Это необходимо учитывать также тогда, когда пружины контактов переключателей играют роль и самих контактов. При этом рекомендуется предусмотреть в схеме параллельное резервирование для нормально разомкнутых контактов. Но ток в этом случае распределяется между несколькими контактами. Для монтажа схем с нормально замкнутыми контактами более целесообразным является последовательное резервирование, обеспечивающее предотвращение возможного залипания контактов. Тогда из нескольких последовательно включенных контактов сработает по меньшей мере один.

Используемые в электронных схемах контакты герметичных типов имеют преимущества перед открытыми контактами, так как связаны с ограничением минимального тока, который иногда не превышает 1мА, простотой установки и высокой надежностью срабатывания.

Если контакты, устанавливаемые на дверях или окнах, расположены на значительном расстоянии от пульта управления или от источника электропитания, то потребуется надежная профессиональная прокладка соединительных проводов.

Рассматриваемые устройства охранной сигнализации с большим количеством конечных выключателей и контактных пар менее критичны к воздействию различных условий эксплуатации, если они реализуются на базе малых или больших интегральных микросхем, а контакты соединяются в группы и подключаются к входам одной микросхемы. Необходимо учитывать, что при прокладке длинных соединительных линий, подключаемых к интегральным микросхемам, легко происходят ложные срабатывания и приходится принимать дополнительные меры защиты. Например, при использовании нормально разомкнутых контактов емкость конденсаторов должна быть большой величины, чтобы импульс тока их зарядки не приводил бы к залипанию контактов; в этом случае лучше применять лакопленочные конденсаторы емкостью не менее 1мкФ.

Используя важнейшие и специальные свойства интегральных микросхем, в частности логической системы И-НЕ или 2И-НЕ, и поступление на ее входы потенциалов высокого уровня логической единицы, через которые текут очень маленькие токи, можно собрать на базе таких интегральных микросхем охранные устройства со световой сигнализацией на малогабаритных индикаторных лампочках, напряжения питания которых не превышают 5...6В, а ток на них не превышает 50мА. Сегодня очень часто в электронных схемах применяются вместо лампочек накаливания светодиоды, которые включаются через балластные резисторы. Большинство схем включения светодиодов содержат конденсаторы емкостью до 0,01мкФ и рассчитаны таким образом, что при срабатывании какого-либо контакта происходит передача сигналов на элементы микросхемы, благодаря чему загорается светодиод или лампочка накаливания, включенная между этим входом и плюсовым проводником схемы. На выходе такой интегральной микросхемы низкий уровень логического нуля сменяется высоким уровнем логической единицы. Эта смена сигнала на выходе микросхемы используется или непосредственно для управления входом транзистора n-р-n-структуры, или после инвертирования для управления работой генератора.

На рисунке 3.1 приведена принципиальная электрическая схема контроля охранной сигнализации, собранного на одной интегральной микросхеме.



Рисунок 3.1 Принципиальная схема контроля охранной сигнализации приемного радиоцентра на одной микросхеме

Это устройство предназначено для оповещения о состоянии входных дверей или окон, об их открывании и закрывании. Как видно из схемы, оксидный конденсатор С1 является конденсатором задержки срабатывания и включен параллельно датчику-контакту, замкнут накоротко через резистор R1, предназначенный для предотвращения перегрузки импульсов тока этого конденсатора при его разрядке.

При замкнутых контактах конечного выключателя в режиме ожидания охранного устройства на выходе интегральной микросхемы DAI (выводы 1 и 2) действует низкий уровень логического нуля, в это же время на выходе интегральной микросхемы (вывод 3) действует высокий уровень логической единицы. В режиме ожидания на выводе 4 (выход второго элемента интегральной микросхемы) действует низкий уровень логического нуля; на выводе 10 (выход третьего элемента) действует высокий уровень, логической единицы и на выводе 11 интегральной микросхемы (выход четвертого элемента) действует низкий уровень логического нуля. Вследствие этого транзистор VT1, подключенный к выходу 11 интегральной микросхемы схемы через резистор ограничения тока, заперт.

При размыкании контактов конечного выключателя S1 начинается зарядка конденсатора С1 в течение заданного промежутка времени, который определяется номинальными значениями сопротивления резистора R2 и емкости конденсатора С1. Резистор R2 рассчитан на номинальное сопротивление 100кОм, которое можно изменять, меняя время задержки подачи сигнала открывания дверей охраняемого объекта в широких пределах.

При некотором оптимальном значении напряжения на конденсаторе С1 включается в работу тактовый генератор, собранный на первых двух элементах интегральной микросхемы DA1 (выводы 1-6), вызывая подачу сигналов низкой частоты на вторую часть интегральной микросхемы DA1, и начинают вырабатываться импульсы звуковой частоты, которые поступают на транзистор VT1, усиливаются и передаются на звукоизлучатель: громкоговоритель ВА1 или телефонный капсюль. Телефонный капсюль, примененный в устройстве, может быть выбран из числа электромагнитных, типа ТА-4, ДЭМ-4М, ТК-67.

Простота устройства при правильной сборке и монтаже обеспечивает ему надежную работу без дополнительной настройки и регулировки. Большое значение имеет качество комплектующих элементов.

Рассмотрим другую принципиальную схему контроля охранной сигнализации (см. рисунок 3.2):

Рисунок 3.2 Принципиальная схема контроля охранной сигнализации приемного радиоцентра

На рисунке 3.2 приведена принципиальная электрическая схема контроля охранной сигнализации приемного радиоцентра, разработанная на одной интегральной микросхеме и работающая аналогично рассмотренной выше. Эта принципиальная схема имеет меньшее количество комплектующих электрических радиоэлементов, основным из которых также является интегральные микросхемы, выполненная по КМОП-технологии. Данная интегральная микросхема в соответствии с принятой классификацией относится к числу логических схем и включает в свой состав четыре функциональных элемента типа 2И-НЕ. Она характеризуется высокими электрическими параметрами и незначительным потреблением электроэнергии.

Напряжение электропитания интегральных микросхем равно 9В±5%, ток потребления в состоянии логического нуля не превышает 2?10-4мА, а в состоянии логической единицы - также не более 2?10-4мА, задержка включения и выключения интегральной микросхемы не превышает 80нс. К серии этих интегральных микросхем относятся следующие типы: К176ЛА7, К164ЛА7, К561ЛЛ7, К564ЛА7. Электропитание устройства осуществляется от батареи типа 3336 или любых трех последовательно соединенных элементов типа 316, 332, 343, 373, «Планета», «Сатурн».

Транзистор VT1, включенный на выходе интегральной микросхемы, выполняет функцию усилителя мощности. При замкнутых контактах переключателя S1 или если включить на выходе устройства переменный резистор (на схеме показан пунктирной линией), плюс питающего напряжения попадает на внутреннюю шину интегральной микросхемы через один из диодов, минуя вывод 14. Следует заметить, что интегральная микросхема DA1 работает без подключения к выводу 14 источника питания от батареи GB1. После замыкания контактов S1 включается в работу первый ждущий мультивибратор, собранный на двух элементах интегральной микросхемы (выводы 1, 2, 3, 4, 5, 6), который начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, следующие с частотой 3Гц. С выхода первого мультивибратора (вывод 4) эти импульсы поступают на вход второго мультивибратора (вывод 8), и он включается в работу и начинает вырабатывать импульсы частотой до 3000Гц. В громкоговорителе или телефоне ВА1 слышится звук, который можно изменять переменным резистором R5.

При изготовлении данного устройства применены следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ:

- транзистор VT1 типа КТ315Г;

- интегральная микросхема DA1 типа К176ЛА7;

- резисторы R1 типа МЛТ-0,25-300кОм,

R2 - МЛТ-0,25-330кОм,

R3--МЛТ-0,25-270кОм,

R4--МЛТ-0,25-15кОм,

R5 - СПЗ-1-0,25Вт-100кОм;

- телефон ВА1 типа ДЭМШ или ДЭМ-4М;

- переключатель S1 типа МП-1-1;

- электрические соединители X1-- Х4 типа КМЗ-1;

- приборные конденсаторы С1 типа К73-17-63В-1 мкФ,

С2 - К10-7В-50В-М1500-1000 пФ.

Правильно собранное охранное устройство начинает работать сразу же после сборки и ни регулировки, ни настройки не требует. Необходимо заметить, что устройство не критично к выбору номиналов резисторов и конденсаторов. При их изменениях меняется тональность звуковых колебаний в громкоговорителе.

Итак, из всего вышеописанного можно сделать вывод, что хотя данные устройства лишь на первый взгляд реализуется просто. На самом деле возникает масса проблем связанных с прокладкой и расчетом шлейфа, а надёжность данных охранных систем будет существенно зависеть от внешних факторов. И к тому же, такие системы очень легко обойти, разбив окно, либо проникнув через крышу или стены. Поэтому данные схемы слишком просты, чтобы обеспечить необходимую надёжность охраны.

3.2 Синтез и обоснование элементов принципиальной схемы

По причинам, рассмотренным в предыдущих разделах, применение существующих схем сигнализации либо не обеспечивает необходимой степени охраны, либо не удовлетворяет стоимость охранной системы. Построение охранной сигнализации приемного радиоцентра с использованием, рассмотренной в разделе 2.2 схемы обеспечит высокую надёжность охраны. Но данная схема является довольно сложной, поэтому, чтобы стоимость данного устройства не оказалась высокой, необходимо при его реализации применять современную элементную базу. В данном дипломном проекте из-за сложности всей системы охранной сигнализации приемного радиоцентра стоит цель разработки только его исполнительного комплекта.

Современный этап развития научно-технического прогресса характеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во всех сферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло появление и быстрое совершенствование интегральных микросхем - основной элементной базы современной электроники. Цифровые интегральные микросхемы применяются в вычислительных машинах и комплексах, в электронных устройствах автоматики, цифровых измерительных приборах, аппаратуре связи и передачи данных, медицинской и бытовой аппаратуре, в приборах и т.д.

Цифровые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по законам дискретной функции. Существуют интегральные схемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), на основе КМДП-транзисторов и эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).

Технология ТТЛ основана на биполярных структурах. Базовый элемент ТТЛ (рисунок 3.3) представляет собой схему, содержащую один многоэмиттерный транзистор и один обычный, это логическая схема И-НЕ (функцию И выполняет транзистор VT1, а функцию инверсии выполняет транзистор VT2).

Рисунок 3.3 Базовый элемент ТТЛ

Подобная схема обладает низкой помехоустойчивостью и низким быстродействием, быстродействие можно увеличить, используя сложный инвертор, который позволяет сократить время включения (переход из логического «0» в логическую «1»), но время выключения (переход из логической «1» в логический «0») сократить, не удается.

Более высокое быстродействие позволяют получить схемы семейства ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с использованием транзисторов с барьером Шотки см. рисунок 3.4). В таких схемах барьер Шотки создает нелинейную обратную связь в транзисторе, в результате транзисторы не входят в режим насыщения, хотя и близки к этому режиму.

Рисунок 3.4 Транзистор Шотки

Технология ЭСЛ является так же, как и технология ТТЛ, биполярной, т.е. элементы строятся с использованием биполярных структур. Основой элементов ЭСЛ является так называемый «переключатель тока», на основе которого строится базовый элемент этой технологии - ИЛИ-НЕ (см. рисунок 3.5), по выходу 1 данной схемы реализуется логическая функция ИЛИ-НЕ, а по выходу2 - ИЛИ.

Рисунок 3.5 Базовый элемент ЭСЛ.

Из-за низкого входного сопротивления схемы ЭСЛ обладают высоким быстродействием и работают преимущественно в активном режиме, следовательно, помеха, попавшая на вход, усиливается. Для повышения помехоустойчивости шину коллекторного питания делают очень толстой и соединяют с общей шиной.

По сравнению со схемами ТТЛ, схемы ЭСЛ обладают более высоким быстродействием, но помехоустойчивость у них гораздо ниже. Схемы ЭСЛ занимают большую площадь на кристалле, потребляют большую мощность в статическом состоянии, так как выходные транзисторы открыты и через них протекает большой ток. Схемы, построенные по данной технологии не совместимы со схемами, построенными по другим технологиям, использующим источники положительного напряжения.

В отличие от технологий, рассмотренных выше, технология ПМДП основана на МДП-структурах, которые обеспечивают следующие преимущества по сравнению с биполярными:

- входная цепь (цепь затвора) в статическом режиме практически не потребляет тока (высокое входное сопротивление);

- простая технология производства и меньшая занимаемая площадь на кристалле.

Основными логическими схемами, изготавливаемыми на основе ПМДП, являются схема ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см. рисунок 3.6 а и б).

а б

Рисунок 3.6: а) Схема ИЛИ-НЕ; б) Схема И-НЕ

К недостаткам этих схем можно отнести невысокое быстродействие, по сравнению со схемами ТТЛШ и ЭСЛ. Но в настоящее время благодаря применению новых технологий (окисная изоляция, использование поликремневых затворов, технология «кремний на сапфире») создаются быстродействующие МДП-структуры.

Следующим шагом развития МДП технологии стало использование комплементарных МДП-транзисторов, т.е. транзисторов с разным типом проводимости, причем основными являются транзисторы n-типа, а транзисторы р-типа используются в качестве динамической нагрузки.

Использование КМДП-схем по сравнению со схемами ПМДП позволяет снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и помехоустойчивость, однако это достигается за счет увеличения площади занимаемой на кристалле и усложнения технологии производства.

Базовыми элементами КМДП-схем являются, как и для ПМДП, логические элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см. рисунок 3.7 а и б).

а б

Рисунок 3.7: а) Схема ИЛИ-НЕ; б) Схема И-НЕ

К особенностям интегральных схем, построенных по технологии КМДП можно отнести следующее:

- чувствительность к статическому электричеству (для защиты в буферные каскады ставятся диоды);

- тиристорный эффект (в КМДП структурах образуются паразитные биполярные, подобные тиристору, структуры между шинами питания). При включении питания тиристор включается и замыкает шину «+» на общую шину (для защиты используется окисная изоляция).

Таким образом микросхемы ТТЛ наиболее применимы в нашем случае т.к. являются наиболее разработанной и массовой серией и обладают наиболее широким спектром применения для проектирования цифровых устройств (серии К155, 555, 532, 1533), и, что не маловажно, наиболее дешевые. К тому же они являются более быстродействующими по сравнению с микросхемами на КМДП структуре, более помехозащищёнными и с более низким энергопотреблением по сравнению с микросхемами ЭСЛ. Наиболее широкий выбор элементов ТТЛ представлен в 155 серии. К тому же элементы данной серии являются наиболее дешёвыми, а технология их производства хорошо отлажена.

Принципиальную схему будем строить по структурной, изображенной на рисунке 2.6 синтезируем только исполнительный комплект.

Правильность работы всей схемы будет существенно зависеть от стабильности задающего генератора, поэтому в качестве генератора тактовых импульсов удобно использовать симметричный автомультивибратор, так как его схема наиболее проста. Схема данного мультивибратора и его принцип работы показаны на рисунке 3.8.



Рисунок 3.8 Схема и принцип работы симметричного автомультивибратора

В схеме симметричного автомультивибратора резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2 являются элементами времязадающих - хранирующих цепей. Допустим, что в начальный момент времени DD1 находился в открытом состоянии, а DD2 был закрыт. Конденсатор С1 успел полностью разрядиться через R0вых1 и Rд2пр. Конденсатор С2 заряжается по цепи: Uвых2>С2>R1> корпус. На резисторе за счёт протекания тока заряда конденсатора создаётся падение напряжения U1. Пока U1 > U1пор1 DD1 будет находиться в открытом состоянии. Как только U1 < U1пор1 DD1 закроется, увеличение напряжения будет передано на вход DD2 и он закроется. Процесс будет продолжаться, пока на схему будет подаваться питание. При одинаковых номиналах сопротивлений и конденсаторов период повторения импульсов будет рассчитан по формуле:

Тген=3RC

где Тген - период повторения импульсов в мс, R - сопротивление резисторов в Ом, C - емкость конденсатора в мкФ.

Выберем Тген =0,6мс.

Резистор R выбираем таким, чтобы он не ограничивал входной ток микросхемы Iвх.max=1,6 мА.

Iвх.max рассчитывается по формуле:

Iвх.max=Uвх/R

где Iвх.max - входной ток микросхемы, Uвх.max - напряжение на входе микросхемы, равное 5В. Из этой формулы можно найти сопротивление резистора R:

R= Uвх/ Iвх.max

R=5В/1,6мА=3125 Ом

R=3125Ом. С=0,2мкФ

Диоды выбираем исходя из того, чтобы их паразитная ёмкость была меньше, как минимум в 100 раз, ёмкости времязадающих конденсаторов, а их стоимость была наименьшей. По этим параметрам подходит диод КД522. Его параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры диода КД522

Iпрмах	Iобрмах	tи	Uпрмах	Uобрмах	Iпр	fр	Сд
А	А	мкс	В	В	А	кГц	пФ
1,5	5	10	1,1	60	0,01	50000	3

Устройство оповещения должно выполнять следующие функции:

1. Сбор данных с датчиков и принятие по ним решения;

2. Подача сигналов: на формирование кода, соответствующего сработавшему датчику; на формирование контрольного сигнала, если в течение определённого промежутка времени ни один датчик не сработал; на формирование синхросигнала.

Рисунок 3.9 Принципиальная схема опросного устройства

При срабатывании датчика, на его выходе появляется высокий уровень - 3В, а до этого присутствует низкий уровень - 0В. Датчики подключаются ко входам I1-I8 мультиплексора, а затем в зависимости от комбинации, поступающей на информационные входы S0-S2, поочередно подключаются к его выходу. Таким образом, при срабатывании датчика на выходе мультиплексора появиться высокий уровень, который послужит сигналом для формирования кода сработавшего датчика.

Чтобы обеспечить последовательное подключение входов мультиплексора к его выходу, необходимо на его информационные входы S0-S3 подавать в двоичном коде числа, от 0 до 7. Эту функцию выполняет счетчик, собранный на элементах DD1-DD6. На вход схемы поступает последовательность прямоугольных импульсов с T=0,6мс от генератора тактовых импульсов. Далее каждым JK-триггером эта последовательность делится на два, а после каждого элемента и увеличивается в два раза скважность импульсов. Каждый счетчик (DD9-DD10) делит входную последовательность на 64 раза. Исходя из этого, на выходе счетчика DD10 один раз в 20с будет формироваться импульс длительностью 1,2мс, который служит сигналом для формирования контрольного сигнала.

Перед посылкой контрольного сигнала или кода датчика, будет формироваться сигнал синхронизации. Схема формирователя этого сигнала представлена на рисунке 3.10.



Рисунок 3.10 Принципиальная схема формирователя сигнала синхронизации

Импульс на формирование кода поступает на вход схемы формирования сигнала синхронизации и на выход проходит двумя путями:

- без задержки;

- задержавшись на два такта, что обеспечивается линиями задержки DD2, DD3.

Линии задержки в данной схеме удобно построить на базе D-триггеров. Для чего воспользуемся микросхемой К155ТМ2.

Таблица 2 Режимы работ микросхемы К155ТМ2

Режим работы	Входы	Выходы
			D	C	Q
Асинхронная установка	0	1	x	x	1	0
Асинхронный сброс	1	0	x	x	0	1
Неопределённость	0	0	x	x	1	1
Загрузка "1"	1	1	1	^	1	0
Загрузка "0"	1	1	0	^	0	1

Микросхема ТМ2 содержит 2 независимых однотактных D-триггера, имеющих общую цепь питания. Состояния триггера представлены в таблице 2, основные параметры в таблице 3, а назначение выводов на рисунке 3.11.

Таблица 3 Основные параметры D-триггера

Uи.п.	U0вых	U1вых	I0вх	I0вых	I1вых	Iпот	t0.1зд	t1.0зд	I1вх
В	В	В	мА	мА	мА	мА	нс	нс	мА
5	0,4	2,4	-1,6	-	-	30	16	28	0,04

Рисунок 3.11 Назначение выводов микросхемы К155ТМ2

Схема включения и принцип работы линии задержки на базе микросхемы К155ТМ2 представлена на рисунке 3.12.



Рисунок 3.12 Схема включения и принцип работы лини задержки на базе микросхемы К155ТМ2

При приходе на вход D единицы либо нуля по фронту задающего импульса на входе С первый триггер переключается, а второй не успевает и переключится только по приходу следующего импульса от генератора. До этого предыдущий триггер будет хранить своё состояние. Таким образом, входная последовательности будет задержана на 1 период генератора.

В результате на выходе схемы формирования синхросигнала получим сигнал, изображенный на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 Временная структура синхросигнала

Принципиальная схема устройства формирования кода сработавшего датчика изображена на рисунке 3.14

При срабатывании датчика на выходе мультиплексора образуется высокий уровень, который пропускает на выход схем И (DD1-DD3) код, который в это время подается на информационные входы мультиплексора (т.е. код сработавшего датчика). Далее разряды кода претерпевают разную задержку (время задержки первого разряда равно длительности синхросигнала, второго - две длительности синхросигнала, третьего - три длительности синхросигнала). Длительность задержки обеспечивается подбором частоты генератора.

Контрольный сигнал будет формироваться каждые 20 секунд устройством формирования контрольного сигнала, которая изображена на рисунке 3.15.

Поступающая на вход D единица записывается в D-триггер и хранится в нем до прихода следующего фронта импульса на вход С. Частоту следования импульсов на вход С выбираю такую, чтобы длительность единицы (используемой в качестве контрольного сигнала) была равна длительности четырех импульсов кода. Этим обеспечивается отличие контрольного сигнала от кода сработавшего датчика.

Устройство сопряжения с радиостанцией построим на базе микросхемы К561ПУ4. Микросхема К561ПУ4 содержит шесть независимых преобразователя уровня без инверсии. Особенностью её является то, что она питается от одного источника питания. В микросхеме во входных цепях отсутствуют охранные диоды между шиной питания и затвором. Эта особенность позволяет использовать ПУ4 для преобразования сигналов от КМДП к ТТЛ и обратно, при этом питание преобразователей уровней осуществляется от +5 В.



Рисунок 3.14 Принципиальная схема формирователя кода

Рисунок 3.15 Принципиальная схема устройства формирования контрольного сигнала

Параметры микросхемы приведены в таблице 4, а назначение выводов на рисунке 3.16.

Таблица 4 Параметры микросхемы К561ПУ4

Uи.п.	U0вых	U1вых	Iвх	I0вых	I1вых	Iпот	t0.1зд	t1.0зд	Свх
В	В	В	мА	мА	мА	мА	нс	нс	мкФ
5	0,95	3,6	-1,6	3	0,5	0,3	160	120	-

Рисунок 3.16 Назначение выводов микросхемы К561ПУ4

С учетом всего вышесказанного общая принципиальная схема примет вид (см. рисунок 3.17).

Если ни один датчик не сработал, то через каждые 20 секунд устройство будет посылать контрольный сигнал на диспетчерский комплект. При этом импульс, который служит сигналом для формирования контрольного сигнала, переключит JK-триггер DD19. На его инверсном выходе установится «0», который разрешит работу счетчика DD23. На прямом выходе JK-триггера установится единица, которая переключит реле КА, включив тем самым станцию на передачу. Эта же единица останавливает работу устройства оповещения и устройства формирования контрольного сигнала. В таком состоянии устройство будет находиться, пока счетчик DD23 не посчитает 64 импульса с задающего генератора (примерно 0,3с). За это время на вход радиостанции поступает контрольный сигнал и излучается в пространство. В случае срабатывания одного из датчиков устройство работает аналогичным образом, только управляющим в этом случае является импульс с выхода мультиплексора.



Рисунок 3.17 Принципиальная схема исполнительного комплекта системы охранной сигнализации приемного радиоцентра

Таким образом, разработана принципиальная схема исполнительного комплекта устройства системы охранной сигнализации приемного радиоцентра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения дипломного проекта был произведен анализ возможных способов применения автоматических систем охраны объектов связи различного назначения. Из всех возможных способов охраны военной техники связи было выделено три основных типа:

- несение караульной службы;

- механические средства охраны;

- технические средства охраны.

Достоинство караульной службы как способа охраны, а также главной причиной, по которой данный способ будет существовать ещё долго, является человек, а точнее его интеллект и универсальность. Если для любой, даже самой сложной, охранной системы можно заранее придумать способ её обойти, а преодоление любого механического препятствия является лишь вопросом времени, то предсказать действия вооружённого человека в той или иной ситуации невозможно. Но главное достоинство данного способа является его же недостатком. А именно:

- человеку свойственна усталость, что значительно снижает защищённость охраняемого объекта;

- надёжность охраны объекта будет зависеть от индивидуальных особенностей часового, а также от окружающей обстановки (погода, время суток, различные отвлекающие факторы), что не позволяет осуществить точную оценку надёжности;

- для несения караульной службы необходима специальная подготовка военнослужащих, что требует затраты материальных средств, а также увеличивает процент отрыва личного состава от занятий по боевой и тактико-специальной подготовке.

Достоинством механических средств охраны является простота и дешевизна, что и определяет их повсеместное использование. Для определённой категории военных объектов достаточно той надёжности охраны, которую предлагает данный способ, но из-за ряда существенных недостатков возникает необходимость применения данного способа в сочетании с другими. Главный недостаток заключается в том, что любое механическое препятствие способно задержать нарушителя лишь на время, которое очень трудно рассчитать не зная технической оснащённости нарушителя. Второй недостаток заключается в том, что с ростом технического прогресса появляются новые средства взлома, которые позволяют не затрачивать особого времени и усилий на преодоление простых препятствий.

Достоинства технических средств охраны:

- позволяет минимизировать, хотя и полностью не исключает, роль человека в процессе охраны;

- благодаря новой доступной элементной базе позволяет без больших материальных затрат существенно повысить надёжность охраны;

- позволяет обеспечить любую необходимую степень охраны;

- технические средства проще всего усовершенствовать, что позволяет быстро отреагировать на усовершенствование средств взлома;

- надёжность способа проще всего рассчитать, т.к. она имеет малую зависимость от окружающей обстановки (погода, время суток и т.д.);

- позволяет осуществлять надёжную охрану в самых сложных климатических условиях.

Конечно же, данный способ имеет и свои существенные недостатки:

- данный способ эффективен только в сочетании с двумя другими и практически никогда не используется самостоятельно;

- техническая охранная система срабатывает по определённому алгоритму и можно заранее придумать способ её обойти;

- сложные охранные системы требуют высокой квалификации обслуживающего персонала;

- установка технических средств требует больших временных затрат.

Был сделан вывод о том, что на практике чаще всего приходят к комбинации данных способов с целью максимального обеспечения заданной степени защищённости охраняемого объекта, затратив при этом минимальное количество ресурсов (людских и материальных) и обеспечив наибольшую защищенность средств приемного радиоцентра.

Также была проведена сравнительная оценка существующих технических способов охраны военных объектов, а именно систем видеонаблюдения и систем охранно-пожарной сигнализации приемного радиоцентра. К первому типу систем относятся американская система «Visio-M» и отечественные системы «Барс» и «Арслан», ко второму типу система «Сигнал-20». Существенных различий в американской и отечественной системах видеонаблюдения выявлено не было. К несомненным достоинствам систем видеонаблюдения можно отнести:

- низкую вероятность ложного срабатывания;

- возможность визуального контроля за состоянием приемного радиоцентра;

- возможность записи факта нарушения на видеоноситель.

К недостаткам следует отнести:

- высокую стоимость;

- зависимость эффективности охраны от погодных условий и времен суток;

- влияние так называемого человеческого фактора. От длительного наблюдения за мониторами человек устаёт и может отвлечься. Особенно большое влияние данный фактор будет оказывать ночью.

Достоинства систем охранно-пожарной сигнализации:

- невысокая стоимость;

- хорошая степень надёжности охраны;

- не требуется высокая квалификация диспетчера.

Недостатки:

- имеется высокая вероятность ложного срабатывания при ненадёжной фиксации дверей;

- необходимо постоянное наличие диспетчера на охраняемом объекте в связи с ограниченной дальностью шлейфа;

- факт нарушения обнаруживается, когда нарушитель уже проник на охраняемый объект;

- при повреждении шлейфа необходимо затратить много времени на поиск и устранение неисправности.

Благодаря разнообразию представленных датчиков, а также универсальности контроллеров, системы охранно-пожарных сигнализаций могут легко изменять свою структуру, и эффективно функционировать практически на любом типе объектов охраны, поэтому приведенных систем охраны приемного радиоцентра наиболее перспективными системами являются охранно-пожарные.

Далее была проведена сравнительная оценка существующих схем контроля состояния охраняемых военных объектов. Определена организационно-штатная структура приемного радиоцентра и имеющаяся в её составе техники. Определено, что к технике расположенной в автопарке или хранилищах легче всего через двери, поэтому в существующих охранных системах, для охраны подобных объектов в основном используются датчики открывания дверей. Но данные типы датчиков имеют ряд существенных недостатков:

- при проникновении через стены либо через крышу, его эффективность равна нулю;

- высока вероятность ложного срабатывания при ненадёжной фиксации дверей;

- датчики обнаруживают уже сам факт проникновения, и за время реакции дежурной службы нарушитель может успеть скрыться;

- нарушитель может воздействовать на датчики либо на шлейф и тем самым оставаться незамеченным;

- с увеличением количества дверей необходимо большее количество датчиков открывания дверей, что ведет к усложнению системы охранной сигнализации приемного центра.

Более эффективным в данном случае является периметральный способ охраны, при котором под охрану берётся периметр вокруг охраняемого объекта с помощью датчиков движения. Это позволит:

- обнаружить попытку, а не факт проникновения на объект, что предоставит больше времени дежурной службе;

- разместить шлейф и контрольную панель в зоне охраны датчиков, что существенно снизит вероятность незаметного воздействия на охранную систему нарушителем;

- уменьшить количество используемых датчиков, что позволит упростить схему.

Был сделан вывод, что принцип, по которому построены системы охранно-пожарных сигнализаций, наиболее применим для охраны приемного радиоцентра и принято решение положить в основу построения разрабатываемой в дипломном проекте системы охранной сигнализации приемного радиоцентра.

На основании перечисленных анализов проведен синтез и обоснование элементов структурной схемы системы охранной сигнализации приемного радиоцентра.

После этого проведена сравнительная оценка существующих принципиальных схем контроля состояния охраняемых военных объектов. Были рассмотрены две принципиальные схемы контроля охранной сигнализации приемного радиоцентра, собранные на одной интегральной микросхеме. Рассмотренные схемы контроля предназначены для оповещения о состоянии входных дверей или окон, об их открывании и закрывании. Они имеют практически одинаковый принцип работы. Они характеризуются высокими электрическими параметрами и незначительным потреблением электроэнергии. На этих примерах проведен синтез и обоснование элементов принципиальной схемы.

По сравнению с уже существующими системами охраны данная система имеет следующие преимущества:

- полностью исключает необходимость нахождения человека непосредственно на объекте охраны;

- имеет универсальную структуру, что позволит без значительных материальных затрат преобразовать систему для охраны практически любых стационарных объектов на любые расстояния, с применением различных датчиков;

- благодаря использованию ЭВМ имеется возможность записи времени нарушения, а также других данных о факте нарушения, с последующим анализом;

- получаемая с исполнительного комплекта информация обрабатывается программно, т.е. эффективность работы системы можно значительно повышать, модернизируя программное обеспечение, без изменения принципиальной схемы, что более выгодно с экономической точки зрения;

- нарушение обнаруживается на начальном этапе, а не в момент проникновения на объект.

Но обладает следующими недостатками:

- сложность реализации системы синхронизации;

- система выйдет из строя при возникновении преднамеренных и не преднамеренных помех;

- существует вероятность ложного срабатывания;

- связь осуществляется только от исполнительного комплекта к диспетчерскому, а обратно нет.

Был сделан вывод, что благодаря своей универсальной структуре, а также удобству для модернизации устройство может быть применено для охраны любых стационарных объектов и для некоторых подвижных.

Проведен синтез и обоснование элементов принципиальной схемы системы охранной сигнализации приемного радиоцентра. Рассмотрена современная элементная база, представленная цифровыми интегральными микросхемами, такими как микросхемы ИЛИ-НЕ, И-НЕ, D-триггер, JK-триггер и микросхем различных серий. Были рассмотрены принципы построения и работы схем опросного устройства, симметричного автомультивибратора, формирователя сигнала синхронизации, формирователя кода, устройства формирования контрольного сигнала. Используя рассмотренную элементную базу, была разработана принципиальная схема исполнительного устройства системы охранной сигнализации приемного радиоцентра.

Из проделанной работы можно сделать вывод, что универсальных методов охраны, которые обеспечили бы 100% защиты, не существует. Возможно лишь, задавшись определённой степенью надёжности охраны, выбрать оптимальный способ для каждого конкретного случая. При этом необходимо помнить, что не всегда самые дорогие и сложные схемы являются самыми эффективными. Главным же результатом проделанной работы, явилась разработка устройства охранной сигнализации приемного радиоцентра. Устройство позволяет снизить количество задействованных в охране людей до одного человека. При этом устройство обнаруживает уже саму попытку проникновения на объект. Устройство может быть применено для охраны стационарных объектов площадью до 1600кв.м. При этом возможная дальность нахождения поста охраны определяется только возможностями радиостанции. Также данную систему можно использовать на других объектах войск связи, а именно на передающем радиоцентре, радиобюро, телефонном и телеграфном центрах, центре каналообразования и т.д. также данную систему охранной сигнализации можно использовать для охраны и на гражданских объектах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Охранные устройства для дома и офиса. Под ред. И.Н. Андрианова. М. Дрофа, 2004 г.

2. Цифровые и аналоговые системы передачи. Под ред. В.И. Иванова. М. Радио и связь, 1995 г.

3. Верзунов М.В. Основы техники радиосвязи. М.: Связь, 1992 г.

4. Левин Л.С. Плотник М.А. Цифровые системы передачи информации. М.: Радио и связь, 1995 г.

5. Нефедов А.В. и др. Зарубежные ИМС для промышленной электронной аппаратуры: Справочник. М.: Энергоатомиздат. 1990 г.

Размещено на Allbest.ru