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无线电电子与电气工程百科全书 防盗报警器中的红外通讯线。 无线电电子电气工程百科全书
当无法铺设电线，并且由于某种原因难以使用无线电时，在创建安全系统时，他们通常会转向红外 (IR) 技术。 本文介绍了一种红外发射器，可由在设计此类设备方面没有太多经验的无线电业余爱好者制作。 俄罗斯允许安全系统使用的无线电频道（26 945 kHz 和 26 960 kHz）存在大量干扰，其被轻易封锁，在安全报警设备中使用无线电时出现的各种行政和财务障碍，迫使我们寻找其他手段的无线通信。 随着能够产生强大红外闪光的半导体发射器的出现，这种可能性已成为现实。 上图。 图1示出了IR发射器的图。 在元件 DD1.1 和 DD1.2 上，组装了一个时钟发生器，工作频率为 32 Hz。 DD768 - 计数器，在其输出端3处有频率为11Hz的脉冲，在输出端处有频率为16-14Hz的脉冲。 元件DD2-DD2.1形成开关。 在其输出 (DD2.4) 处，出现频率为 2.4 或 2 Hz 的脉冲，具体取决于 DD16 元件引脚 5 处的电压电平。
在待机模式下，安全环路关闭，引脚 5 DD2.1 为低电平。 元件DD2.2输出的高电平允许频率为2Hz的脉冲通过元件DD2.3。 DD2.1 的输出也为高电平，因此脉冲跟随元件 DD2.4。 当安全环路断开时，DD5 的引脚 2.1 处出现高电平，并且频率为 16 Hz 的脉冲通过该元件。 元件DD2.2的输出为低电平，因此禁止脉冲通过DD2.3。 DD2.3 输出高电平，频率为 16 Hz 的脉冲通过元件 DD2.4。 P1C1电路消除了拾音器对安全回路的影响。 微分电路P5C3和元件DD1.4-DD1.6根据来自输出DD2.4的曲折形成持续时间为10μs的短脉冲。 晶体管VT1集电极电路中产生的电流激励IR二极管BI1，并向空间发射短的IR闪光。 因此，发射器总是会发出一些信号：如果没有报警理由，则发出罕见的脉冲，或者在报警模式下发出频繁的脉冲。 红外发射器以及任何安全设备元件最重要的参数是其在待机模式下的效率。 在表中。 图 1 显示了发射器消耗的电流 Icont 对电源 Upit 电压的依赖性。 报警传输模式下，Iload增加约10%。
低功耗使您可以将备用电源直接插入变送器外壳中，而无需增加其尺寸。 例如，这些电池可以是 11 伏电池 GP11A、E10,3A（直径 16、高 476 毫米）或 GP28A、KS28、K13L。 （直径25毫米，高1毫米）等。使用这种光源连续工作的时间将长达数百小时。 如表所示。 如图XNUMX所示，通过IR二极管Iimp的电流对电源电压的依赖性使得可以判断发射器发射的IR闪光的功率，并相应地判断其“范围”。 发射器的印刷电路板由厚度为1,5毫米的双面箔玻璃纤维制成。 上图。 图2a显示了导体的配置，并且在图2a中显示了导体的配置。 图XNUMXb显示了零件的放置。 部件侧面的箔片（以蓝色显示）仅用作普通电线。 电阻、电容等引线焊接的地方用黑色方块表示，微电路“接地”引脚的连接或跳线的位置用图中带亮点的方块表示。中心。
在板的中心钻了一个 IR 二极管的孔，其引线焊接到覆盖的印刷导体上的相应延伸部分。 电容器C1、C2、C5 - KM-6 型（单向输出），C3 - KM-5a（不同方向输出）。 电解电容器 C4 和 C6 - 任何类型，但电容器 C6 的直径不得超过 10 毫米。 所有电阻均为 MLT-0,125。 市售红外二极管设计用于家用收音机的遥控设备，并具有相当宽的辐射图 - 高达 25 ... 300。 为了增加这种发射器的“范围”，需要使用聚光透镜（图3）。 这里：1——印刷电路板； 2-红外二极管； 3 - 发射器外壳（高抗冲聚苯乙烯 2...2.5 毫米厚）； 4 - 标准五倍放大镜的夹子（上面应该有“x5”图标）； 5-镜头。 放大镜粘在表壳的前壁上，其中有一个直径为 30 ... 35 mm 的孔。 胶水 - 溶解在溶剂 647 中的聚苯乙烯片。 他们还粘合身体本身。 根据图中所示的放大镜底座和印刷电路板之间的距离，红外二极管大约位于透镜的焦点处，并且发射器辐射被压缩成窄光束。 这大大增加了通信线路另一端的红外信号的功率。
放置发射器时，您需要记住其辐射的非常窄的辐射图 - 连接点必须允许发射器精确瞄准并将其牢固固定在最佳位置。 例如，您可以使用相机或电影摄影机的旋转头，将其安装在墙壁、窗框等上。 您可以执行该节点，如图所示。 4. 紧固装置由一根直径为 1,5..2,5 mm 的铜线组成，两端焊接有黄铜圈（例如，可以是旧的五戈比硬币）。 其中一个用螺钉固定在发射器的侧壁上（螺纹 - 在墙上），另一个 - 固定在支架上。 电线被弯曲，以便发射器处于所需的位置。 为了避免明显的振动，电线应该更短。
测试表明，在6V电源电压下，发射器能够提供70m距离的通信，但这并不是限制。 在其他条件不变的情况下，距离 r 对当前 Iimp 的依赖性具有以下形式： r=KVIimp 其中 K 是考虑“其他条件”的系数。 因此，在Upit=10 V r=100 m 时，可以通过选择电阻R7 来增加IR 二极管中的电流：Iimp=(Upit-4)/R7。 但必须小心：在 Upit 和 R7 的任何组合中，IR 二极管中的电流幅度不应超过 2 A，以避免损坏它。 不幸的是，IR 二极管脉冲电流的最大允许值必须通过实验确定 - 通常，参考文献中不提供此信息。 通过使用 AL123A 型红外二极管并重建放大器的“高电流”部分，可以显着增加红外脉冲的功率，如图 5 所示。 XNUMX.
在这种情况下，可以获得脉冲中的电流 Iimp=10 A——这对于 AL123A 类型的 IR 二极管来说是允许的。 电阻器R4——自制，由高电阻率电线绕制。 电线的长度由数字欧姆表确定或根据表格确定。 2.
通过将示波器连接到电阻器 R4 来控制激励 IR 二极管的电流的幅度和形状。 发射头可以被制造为单独的单元。 大功率放大器的印刷电路板如图6所示。 XNUMX.
红外发射器的所有其他元件都可以作为通过三线电缆连接到红外头的片段进入安全系统的电子部分。 IR接收器原理图如图7所示。 1、芯片DA1将BL-1.1光电二极管在IR闪光作用下产生的电流脉冲转换为电压脉冲。 在元件 DD2.1 和 DD1 上制作的单个振动器将该脉冲扩展至 tf5 = 1 ms (tf2 - R5C1.3)。 单个振荡器DD2.3、DD2产生一个持续时间tf1.5=2s（tf4~R6C3）的脉冲，仅在这个时间间隔内允许计数器DD2.5对脉冲进行无阻碍的计数。 声音发生器组装在元件 DD2.6 和 DDXNUMX 上。
接收器由第一个红外闪光灯的前端激活。 推出单振动器DD1.1、DD2.1，以及单振动器DD1.3、DD2.3。 同时，DD2.2C7R6 电路在 DD3 计数器的输入 R 处生成一个脉冲（其持续时间 tR = 7 µs，tR - R6C7）。 将计数器清零 一旦单振子DD1.1、DD2.1工作，元件DD1.1的输出端就会出现低电平，第一个计数脉冲将进入计数器DD3。 如果光电探测器接收到频率为 2 Hz 的脉冲（我们记得在该频率下，待机模式下会出现 IR 闪光），则计数器 DD4 的输出 3 保持低电平，因为第四个脉冲的前面（它将出现在 0,5x4 = 2 c 之后 - 在计数允许间隔 tf2= 1.5 s 结束时） DD3 将返回到预启动状态（图 4 中的图 8）。 如果接收器接收到重复周期为 62,5 ms 的 IR 脉冲（即警报信号），则接收器的行为会有所不同 由于 62,5 个 250 ms 的周期每个周期为 2 ms，远小于间隔 tf1,5 = 3, 4 s，则第四个脉冲将计数器DD5转移到状态“1.2”（引脚1处的高电平）。 该状态下计数器将被阻塞（由于DD1,25输出为低电平），HL0,25 LED将点亮，声音发生器将发出间歇信号。 此情况将持续大约 XNUMX 秒，之后会有 XNUMX 秒的暂停，并且闹钟将重复。
当连接中断时，接收方的行为会有所不同。 如果在大约 1,5 秒内接收器未检测到 IR 闪光，则电容器 C8 通过 VD6R11DD2.3 电路放电。 晶体管VT1进入饱和状态，电阻R8两端电压上升至电源电压，输出DD1.4设为低电平，声音发生器发出频率为1kHz的音调信号。 随着第一个红外闪光的出现，电容器C8将通过R10VD5电路快速充电，音调信号将停止，接收器将开始分析输入信号。 接收器的印刷电路板（图9）由厚度为1,5毫米的双面箔玻璃纤维制成。
红外接收器的光电头（光电二极管BL1、微电路DA1等）对较宽频率范围内的电拾音器高度敏感，必须屏蔽，屏蔽采用锡制成，其切割如图10所示。 XNUMX.
折叠由虚线显示。 将弯曲的屏幕焊接在角上，并将其安装在板上所需的位置，然后在两个或三个点上焊接到它。 IR 接收器外观如图 11 所示。 十一。
从结构上来说，接收器可以如图所示制作。 12.
这里： 1 - 接收器外壳（黑色聚苯乙烯 2 ... 215 毫米厚）： 2 - 七倍手持放大镜的夹子（手柄被切断）； 3 - 其镜头； 4——印刷电路板； 5 - 光电二极管。 放大镜的支架粘在壳体前壁上，壳体前壁上有一个直径约35毫米的孔（溶解在647溶剂中的聚苯乙烯片），光电二极管与同轴站立的透镜之间的距离应接近到镜头的焦距。 这会将入射光通量集中在光电二极管上，并显着提高光电探测器对微弱信号的灵敏度。 在这种情况下，需要提供放置BF1压电发射器和HL1 LED的地方。 接收器安装座与发射器安装座具有相同的要求：必须提供方便的瞄准和可靠的固定在最佳位置。 如果根据通信条件，必须将红外接收器带到街道上（例如，与停在房屋尽头的汽车进行通信），那么为了避免外部光源的侧面照明，可以降低灵敏度，必须将遮光罩推到物镜上。 例如，它可以是一段内部黑色的塑料或金属管，长度为 100 ... 150 毫米，具有合适的内径。 在这种情况下，还必须采取措施保护整个结构免受潮湿。 当然，警报设备（压电发射器、LED）和电源都留在室内。 但在“全天候”版本中，最好由两部分组成红外接收器：外部接收器，在防水罩中，仅放置镜头和摄像头，以及内部接收器，包含所有部件别的。 这些部件通过细三线电缆连接。 如果需要，接收器可以补充一个更高功率的声学发射器，例如动圈头，如图 13 所示。 10，或压电警报器 AST-14（图 110）。 即使电源电压降低，压电警报器仍能保持足够的功率（为了达到标称 12 dB 的辐射，该节点的电源电压必须增加至 XNUMX V）。
初步测试表明，带有这种接收器和发射器的红外通信线的长度达到 70 m。通过切换到可调节光学器件可以显着增加长度 - 如果不是使用具有近似聚焦的固定镜头，而是使用旧镜头使用具有对焦功能的相机。 红外发射器透镜中光线的发散角，即所谓的孔径，沿着红外二极管的花瓣必须至少为 25 ... 300，然后透镜才能完全利用其辐射。 在接收器中，透镜的直径更为重要 - 随着直径的增加，固定发射器红外闪光的距离也会增加。 通过增加红外闪光灯的亮度，发射器的“范围”可以再增加 1,5...2 倍或更多。 另一方面，在不超过 20 ... 25 m 的通信线路中（三四层房屋窗户下的汽车或“外壳”、街道另一侧的房屋等），在任何情况下，红外接收器中都可能根本不需要光学器件。 作者：Yu.Vinogradov，莫斯科
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