Материал: Груба - Системы охранной сигнализации (2012) 10mb

Предисловие

Охранная сигнализация привлекает активное внимание любителей электроники. Она познавательна, интересна и полезна, но в то же время и сложна. В ней тесно переплетаются многие разделы физики, математики, информатики, биологии, антропометрии, метеорологии. Большинство современных датчиков (преобразователей физических воздействий в электрический сигнал) отличается простотой и доступностью. Поэтому разработка и изготовление средств охранной сигнализации под силу любому радиолюбителю. Для этого необходима только определенная система в доступных сведениях, позволяющая ориентироваться в обилии различных технических решений, а иногда – просто знание терминологии для целенаправленного поиска в Итернете.

После изготовления своей кострукции обычно сам автор выступает в роли первого злоумышленника (или нарушителя), пытающегося преодолеть средство обнаружения (СО, извещатель). В случае удачного (с точки зрения автора) завершения эксперимента возникает естественный вопрос, сработает ли СО при появлении другого нарушителя, отличающегося массой, скоростью, одеждой, обувью? Сработает ли СО в другой обстановке (после его переноса в помещение большего или меньшего размера) или в других условиях? Не будут ли формироваться ложные срабатывания при появлении помеховых воздействий, таких как гроза, дождь, ветер, элекромагнитные наводки, удар палкой, проход на некотором удалении постороннего человека, не имеющего злых намерений, или проезд автомобиля, троллейбуса, трамвая?

Ответ может дать оценка уровней воздействий от различных объектов и факторов с помощью подходящих уравнений физики, которая называется физической моделью обнаружения (ФМО). Выбор ФМО является основой для создания СО и в данном издании ему уделяется наибольшее внимание. Сложность заключается в том, что нарушитель – не шарик и не кубик, вписать его в уравнения физики в точном виде – весьма затруднительно. Но даже приблизительные оценки позволяют выявить основные закономерности сигналообразования и экстраполировать результаты отдельных частных экспериментов на множество более общих ситуаций. Выбор физической модели и ее интерпретация, а также систематизация СО по принципу действия не всегда однозначны и далее отражают личную точку зрения автора.

ФМО позволяет проследить непрерывную цепочку преобразований: параметры человека или помех – величина воздействия на чувствительный элемент (ЧЭ) – величина электрического сигнала на выходе ЧЭ и занимаемая им полоса частот – уровни сигналов на выходе электронного блока обработки – значения вероятности обнаружения (то есть вероятности срабатывания СО при появлении нарушителя) и вероятности ложного срабатывания (при воздействии помех). На каждом шаге преобразования можно дать количественные оценки диапазонов выходных уровней в зависимости от входных. ФМО помогает правильно подобрать подходящий ЧЭ или спроектировать и изготовить

его самостоятельно. Она дает возможность сравнивать уровни сигналов от человека и от помеховых воздействий, определять зависимости сигналов от параметров человека, выявлять возможные источники помех и определять методы борьбы с ними, оценивать потенциальную помехоустойчивость СО какого-либо типа и сравнивать физические принципы обнаружения между собой. Причем все это может быть сделано заранее, в тиши кабинета, до изготовления самого устройства.

Количественные оценки всегда наиболее сложны и ответственны, но именно они дают основу для практических приложений. Взяв в руки поваренную книгу и прочитав в ней стандартное «посолите по вкусу» или «варите до готовности», задумываешься, а кому она предназначена? Начинающего кулинара подобные фразы могут научить лишь на собственном горьком (или соленом) опыте, практикующий специалист и так все знает. Мне всегда казалось, что полезные сообщения должны быть максимально насыщены количественными оценками, хотя бы приблизительными, все же лучше, чем никакими. Данная книга дает именно такие оценки, получаемые на основе элементарных уравнений физики. Она предназначена в основном для любителей, знакомых с основами радиоэлектроники, впервые обратившихся к проблемам охранной сигнализации, и желающих выбрать направление для приложения своих сил к одному из иногочисленных типов СО. Надеюсь, что и более опытные конструкторы, делающие в данной области не первый шаг, найдут в ней много интересного и полезного, что заставит их по-но- вому взглянуть на результаты своего труда, и возможно, усовершенствовать свои разработки. Главная цель данной книги состоит не в том, чтобы привести ряд более или менее удачных конструкций для повторения, а в том, чтобы увидеть в конкретном небольшом приборе проблему обнаружения в целом и проследить прохождение воздействий от начала их формирования до активации выходного сигнала. Зная весь путь, можно найти в нем узкие места, и определить меры по их преодолению.

Необходимость проведения большого количества разнообразных оценок приводит к обилию различных формул и расчетов. Если кому-то они покажутся излишне сложными или громоздкими, то можно пропустить сами формулы и выкладки, но обязательно обратить внимание на результаты вычислений и получаемые выводы. Везде, где это возможно, физические величины измеряются в единицах системы СИ.

На начальном этапе у человека, решившего самостоятельно собрать средство охранной сигнализации для установки дома или на даче, затруднения могут вызвать самые неожиданные вопросы – схема включения ЧЭ, согласование входных и выходных сопротивлений, необходимость настройки отдельных узлов, подавление радиочастотных помех на высокочувствительных входах и т.п. Особенно последнее – знаю по собственному опыту. Иногда важно представить себе сложность достижения поставленной цели и вовремя отказаться от выбранного пути, решив проблему другим способом. Поэтому описание ФМО плавно переходит в вы-

текающую из него типовую электронную схему, иллюстрирующую тот или иной принцип обнаружения. Учитывая ограниченный объем книги, схемы приведены в минимальном достаточном для понимания виде. Все приведенные схемы подготовлены специально для данного издания, они не соответствуют каким-либо конкретным моделям СО.

В приводимых схемах отсутствует много важных узлов и элементов: питания, резервного питания, контроля, вскрытия, подавления специфических помех, настройки, индикации, оповещения. Без них невозможно представить себе законченное СО, но их разработка не представляет особой сложности. По этой причине печатные платы для схем не разрабатывались, предполагая их реализацию на макетных платах.

Хотелось бы сразу обратить внимание на то, что электронные схемы качественных СО многофункциональны и сложны. Следует предостеречь начинающих любителей от повторения схем датчиков, заполонивших страницы популярных журналов, основным достоинством которых является их реализация на одном транзисторе или на одной микросхеме (за исключением чисто познавательных целей). Простота хуже воровства. Экономия нескольких сотен рублей может стать причиной безвозвратной потери автомобиля, мотоцикла или содержимого сейфа, она же может привести к необходимости ежедневно настраивать СО или по несколько раз в день бегать на ложные срабатывания (не предполагая, что они ложные). Если регулировочный элемент выбранной конструкции служит для установки единственной рабочей точки, то скорее всего эта точка сместится при небольшом повышении температуры в комнате или изменении напряжения питания. В минимальном составе в СО должны вхо-

дить: ЧЭ, преобразующий физическое воздействие в электрический сигнал, усилитель этого сигнала с определенным коэффициентом усиления в заданной полосе частот и компаратор,срабатывающий при превышении определенного порога, то есть фактически – если превышен заданный уровень воздействия. Прежде всего СО должно обеспечивать удовлетворительные показатели обнаружения, и лишь потом его можно упрощать.

Хорошее СО всегда является результатом напряженной работы мысли. Оно – не просто пищалка, гуделка, квакалка или хрюкалка, а устройство, противостоящее разумному противнику. Можно дать количественные оценки уровней сигналов для различных ФМО, но нельзя научить думать. А думать надо о многом. Надо опередить нарушителя на один-два шага и выиграть партию, предусмотреть все возможные действия злодея и поставить на его пути препятствия, а также – предвидеть все его ответные шаги и также их пресечь. Поставить себя на место злоумышленника и себя же собственной мыслью преодолеть – только так можно получить хорошее СО. Нарушитель часто бывает знаком с промышленными образцами распространенных СО, но пасует перед неожиданным удачным техническим решением, придуманным и реализованным в своей конструкции обычным радиолюбителем, то есть человеком, любящим свое дело и способным защитить свою собственность.

Надеюсь, что данная книга будет полезна не только при изготовлении новых конструкций, но и при сравнении СО, их выборе, при определении мест установки, оценке качества работы, обслуживании и ремонте. Хотелось бы, чтобы прочитав ее, многие полюбили технику охранной сигнализации, как люблю ее я.