А теперь — коротко об экономичности управления тиристором. При переходе сетевого напряжения через нуль, тиристор закрывается. Открывается же тиристор, когда значение пульсирующего напряжения на нем становится равным примерно 20 В, а напряжение на входе (вывод 5) триггера DD1.4 достигает высокого уровня. Тогда на выходе триггера DD1.4 появляется сигнал низкого уровня, транзистор открывается и в цепи управляющего электрода тиристора возникает импульс тока. Как только тиристор откроется, напряжение на нем скачком уменьшится до 1,5–2 В, а на выводе 5 триггера DD1.4 — до низкого уровня. В результате на выводе 4 триггера DD1.4 появляется сигнал высокого уровня и транзистор закрывается. Таким образом, транзистор открывается лишь на время, равное времени срабатывания тиристора, то есть всего на несколько микросекунд. Соответственно тиристор за полупериод сетевого напряжения управляется одним очень коротким импульсом тока, что и повышает экономичность описываемого устройства.
Все детали устройства, кроме сенсорного контакта, монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Транзистор VT1 может быть любым из серий КТ361, КТ209, КТ502, КТ3107. Тиристор VS1 — КУ202М-КУ202Н, КУ201М, КУ201Н. Диод VD1 — любой детекторный или импульсный диод, VD3 и VD4 — любые выпрямительные диоды. Диоды VD5-VD8 можно заменить на выпрямительный мост типа КЦ401Б, КЦ402А— КЦ402В, КП405А- КЦ402Б. Стабилитрон VD2 должен быть с напряжением стабилизации 10…14 В, типа Д814В-Д814Д, КС210Ж-КС213Ж, КС210Б, КС210Е, КС510А. Конденсатор С5 — оксидный К50-24, другие — КТ, КД (С1 — СЗ) и КЛС, KM (С4). Резистор R2 — типа СПЗ-3, остальные — ВС, МЛТ. В целях безопасности конденсатор C1 должен быть рассчитан на номинальное рабочее напряжение не менее 250 В.
Сенсорный элемент — это металлическая фольга площадью 40…50 см2, помещенная между двумя пластинками тонкого текстолита, органического стекла.
Можно также использовать пластину из одностороннего фольгированного материала и наклеить на ее фольгированную сторону пластину из диэлектрика.
Фольга такого сенсора должна быть удалена по всему периметру. С платой сенсор соединяется проводом в надежной изоляции минимальной длины. Сенсор заклеивается обоями.
Налаживание устройства сводится к установке его чувствительности резистором R2. Здесь приходится выбирать компромисс между максимальной чувствительностью при приближении руки к сенсору и помехоустойчивостью выключателя. Помехоустойчивость можно улучшить путем увеличения емкости конденсатора С4.
Кодовый замок с сенсорным управлением
В радиолюбительской литературе описано немало электронных кодовых замков, управляемых кнопками или микропереключателями. Но множество кнопок на виду у всех неизбежно привлечет внимание.
Чтобы избежать подобных неприятностей, нетрудно соорудить замок достаточно высокой секретности с сенсорным управлением. Функцию сенсорных полей будут выполнять шляпки декоративных гвоздей. Принцип действия сенсорного управления основан на использовании электрических наводок переменного тока осветительной сети на теле человека. Устанавливать такой замок можно только в помещении, где имеется электропроводка.
Логическую часть замка (рис. 2.60) образуют инверторы микросхемы К176ПУ2 (DD1), десятичный счетчик с дешифратором К176ИЕ8 (DD2), элементы 2И-НЕ микросхемы К176ЛА7 (DD3) и четыре D-триггера двух микросхем К176ТМ2 (DD4, DD5). Сенсоры 1.1 и Е2 основные, а ЕЗ вспомогательный.
Чтобы исполнительное устройство сработало (на схеме оно не показано) и можно было открыть тайник, надо, прежде всего, коснуться пальцем вспомогательного сенсора ЕЗ. При этом счетчик и все триггеры устанавливаются в исходное нулевое состояние: на выходе 0 (вывод 3) микросхемы DD2 возникает напряжение высокого уровня (на всех других выходах — лог. «0»), на прямых выходах триггеров DD4.1, DD4.2 и DD5.2 — низкого, а на инверсном выходе триггера DD5.2 — высокого уровня. Затем надо дважды коснуться пальцем сенсора Е1. При каждом касании его на выходе элемента DD1.2 формируется пачка прямоугольных импульсов частотой 50 Гц и амплитудой, близкой к напряжению источника питания микросхем устройства. Преобразованные цепью VD1C1R2 до напряжения высокого уровня, они через формирователь крутизны фронта, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, поступают на вход CN счетчика DD2. При первом касании сенсора Е1 сигнал высокого уровня появляется на выходе 1 (вывод 2) микросхемы DD2, при втором — на ее выходе 2 (вывод 4).
Pиc. 2.60. Кодовый замок с сенсорным управлением
Далее, согласно установленному коду замка, надо коснуться сенсора Е2, чтобы на верхние (по схеме) входы элементов DD3.1, DD3.2, DD3.3 и на вход С триггера DD4.1 подать сигнал высокого уровня. В результате элемент DD3.1 оказывается в единичном состоянии, и в такое же состояние он переключает триггер DD4.2, а элементы DD3.2 и DD3.3 оказываются в нулевом состоянии.
Триггер же DD4.1 продолжает сохранять единичное состояние, так как в это время на его входе D присутствует напряжение низкого уровня.
Теперь надо три раза подряд коснуться сенсора Е1, чтобы напряжение высокого уровня микросхемы DD2 было на се выходе 5 (вывод 1) и, следовательно, на входе элемента DD3.2 (вывод 6). Если затем снова коснуться сенсора Е2, то выходной сигнал элемента DD3.2 переключит триггер DD5.1 в единичное состояние и таким образом подготовит к переключению триггер DD5.2.
Остается два раза коснуться сенсора E1, чтобы установить микросхему DD2 в состояние, при котором сигнал высокого уровня был бы на ее выходе 7 (вывод 6), и еще раз — сенсора Е2. Триггер DD5.2 переключится в единичное состояние и сигналом низкого уровня на инверсном выходе запустит одновибратор, собранный на элементах DD3.4 и DD2.5. Сформированный одновибратором импульс отрицательной полярности длительностью около 2 с элемент DD1.6 проинвертирует и сигналом высокого уровня включит исполнительное устройство. Одновременно этот сигнал поступит через диод VD10 на входы R микросхем DD2, DD4, DD5 и установит их в исходное нулевое состояние.
Резисторы R1, R3 и R4 ограничивают чувствительность устройства и тем самым предотвращают возможный пробой входов микросхем статическим электричеством. Описанная последовательность касания сенсоров обусловлена кодом замка, который определяется порядком подключения к выходам счетчика-дешифратора диодов VD2 —VD8 и нижних (по схеме) входов элементов DD3.2 и DD3.3. При неправильном наборе кода исполнительное устройство не сработает. В случае ошибки набор правильного кода начинается касанием вспомогательного сенсора ЕЗ.
Технология превращения шляпок декоративных гвоздей в сенсорные поля может быть, например, такой. Подберите три декоративных гвоздя, шляпки которых не будут выделяться на фоне окружающей обстановки. В удобном для вас месте недалеко от тайника, лучше всего это делать на его крышке, сверлом чуть меньшего диаметра, чем шейки гвоздей, просверлите отверстия.
Затем с внутренней стороны крышки в отверстия пропустите отрезки провода марки ПЭВ или ПЭЛ, концы которых предварительно должны быть очищены и залужены на длину 15.. 20 мм. Выступающие снаружи концы провода сверните наподобие петли и туго посадите в них декоративные гвозди. С внутренней стороны сенсорные проводники подведите к плате устройства самым коротким путем и, чтобы их нечаянно не оторвать, приклейте к крышке полоской изоляционной лептой, скотчем или лейкопластырем.
В качестве исполнительного устройства можно использовать электромагнит, конструкция которого была рассмотрена в разделе 2.7.1.
Для повышения надежности работы устройства между сенсорами и цепями управления (точками соединений резисторов R1, R3, R4 и входов соответствующих микросхем) следует включить защитные резисторы сопротивлением 100 кОм.
2.7.3. Ключи на фотоэлементах
Запирающие устройства, оснащенные такими ключами, срабатывают при освещении фотоэлемента ключа потоком света. Поскольку современные фотоэлементы имеют весьма малые размеры, то для их установки достаточно использовать отверстия небольшого диаметра, что позволяет хорошо замаскировать ключ и тайник. В качестве фотоэлементов используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, работающие в видимом или ИК диапазонах. Активизация запирающего устройства может происходить при освещении его постоянным световым потоком или, для повышения помехозащищенности, модулированным световым сигналом (используется также кодирование активизирующей посылки). В качестве исполнительных коммутирующих элементов в этих устройствах могут использоваться электромагнитные реле, тиристоры или симисторы.
Простой ключ на фоторезисторе
В предлагаемой конструкции функцию коммутирующего элемента выполняет симистор, а само устройство представляет собой ни что иное, как фотореле.
