Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 47)

Создание сирены

Четвертый вариант соединения двух таймеров (см. рис. 4.32) представляет для нас особый интерес, потому что так можно создать звук сирены, похожий на тот, который выдают обычные системы охранной сигнализации. Фактически, его можно было бы использовать для аудиовыхода в проекте сигнализации, который остался незаконченным в эксперименте 15.

На рис. 4.34 показана предлагаемая схема. Таймер 1 подключен для работы в автоколебательном режиме по схеме, подобной приведенной на рис. 4.21. Номиналы компонентов выбраны большими, и таким образом таймер генерирует колебания на частоте около 1 Гц. Можете сравнить эту схему с той, что приведена на рис. 2.115. Принцип тот же.

Таймер 2 также подключен для работы в режиме автоколебаний на частоте около 1 кГц. Идея заключается в том, что медленные колебания напряжения от таймера 1 подаются на управляющий вывод таймера 2, в результате возникает тот раздражающий звук, который мы ассоциируем с охранными системами.

Советую вам собрать эту схему, потому что она может понадобиться в заключительной версии охранной сигнализации, к которой мы приступим уже в следующем эксперименте 18. Компоновка макетной платы для сирены приведена на рис. 4.35, а расположение и номиналы компонентов – на рис. 4.36.

После того как вы ее запустите, попробуйте вынуть и заменить другим конденсатор емкостью 100 мкФ, подключенный между контактом 6 и заземлением. Этот конденсатор плавно повышает и понижает частоту, вместо резкого переключения между верхним и нижним значениями. Аналогично конденсатор был использован для плавного включения и выключения светодиода в эксперименте 11.

Рис. 4.34. Один таймер работает относительно медленно, модулируя другой через управляющий вывод (контакт 5), в результате возникает звучание как у сирены сигнализации

Рис. 4.35. Макет сирены

Рис. 4.36. Расположение и номиналы компонентов для сирены

Вы можете изменить этот звук другими способами. Вот несколько предложений:

• Измените номинал времязадающего конденсатора емкостью 0,1 мкФ, чтобы поднять или опустить высоту основного звука.

• Увеличьте или уменьшите емкость конденсатора 100 мкФ, подключенного к контакту 6, в два раза.

• Замените потенциометр с номиналом 10 кОм на резистор 1 кОм.

• Поменяйте емкость конденсатора 3,3 мкФ.

Один из приятных моментов при конструировании – возможность менять что-либо, подгоняя изделие под свой вкус. Как только звучание сирены вас удовлетворит, запишите номиналы компонентов на будущее.

Кстати, можно уменьшить количество микросхем, заменив два таймера 555 на одну микросхему 556, которая содержит пару таймеров 555 в одном корпусе. Но поскольку при этом число внешних соединений (кроме подключения к питанию) остается прежним, я не утруждал себя сборкой этого варианта.

Эксперимент 18. Охранная сигнализация, (почти) завершенная

Теперь, когда вы увидели, на что способен таймер 555, можно выполнить оставшиеся требования из технического задания охранной сигнализации.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)

• Таймер 555 (2 шт.)

• Двухполюсное реле на два направления с напряжением срабатывания 9 В (1 шт.)

• Транзисторы серии 2N2222 (2 шт.)

• Светодиоды: красный, зеленый, желтый (по 1 шт.)

• Однополюсный ползунковый переключатель на два направления, для макетной платы (2 шт.)

• Кнопка (1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (1 шт.), 10 мкФ (2 шт.) и 68 мкФ (2 шт.)

• Резисторы с номиналами 470 Ом (4 шт.), 10 кОм (4 шт.), 100 кОм (1 шт.) и 1 МОм (2 шт.)

• Диод серии 1N4001 (1 шт.)

Необязательно (для сирены):

• Компоненты, показанные на рис. 4.34

Необязательно (для изготовления законченного устройства):

• Паяльник мощностью 15 Вт

• Тонкий припой

• Перфорированная плата с дорожками из меди

• Однополюсный или двухполюсный тумблер на два направления (1 шт.)

• Однополюсная кнопка на одно направление (1 шт.)

• Корпус для устройства, минимальные габариты 15×7,5×5 см (1 шт.)

• Разъем питания и соответствующее гнездо (по 1 шт.)

• Герконы и магниты в необходимом для вашего дома количестве

• Провода для цепи датчиков сигнализации, с длиной, достаточной для вашего дома

Три этапа создания работающего устройства

Это более масштабная и сложная схема, чем те, с которыми мы сталкивались ранее, но на самом деле ее легко собрать, поскольку вы сможете построить ее из трех частей, которые лучше проверить раздельно. В конечном итоге ваша макетная плата будет выглядеть так, как показано на рис. 4.43. Номиналы и расположение компонентов приведены на рис. 4.44, электрическая схема всего устройства – на рис. 4.45. Но начнем мы опять с таймера.

Этап 1

Внимательно посмотрите на рис. 4.37. Обратите внимание на то, что справа от таймера 555 нет времязадающих компонентов. Вы можете сделать вывод, что этот таймер функционирует в триггерном режиме, который я описывал в эксперименте 16 (см. рис. 4.19). Когда таймер запущен, его выходной сигнал будет длиться неопределенно долго, и это подходит для охранной системы.

Но это еще не все. Эта схема также дает вам минуту отсрочки, в течение которой вы можете отключить сигнализацию, прежде чем она начнет выдавать сигнал тревоги, когда вы войдете в помещение. Вы, должно быть, помните, что это был пункт 9 в техническом задании, которое я привел в эксперименте 15.

Рис. 4.37. Схема задержки (на рис. 4.43 показана внизу)

Чтобы увидеть, как все это работает, можете собрать компоненты, показанные на рис. 4.38. Их номиналы и расположение иллюстрирует рис. 4.44, а их размещение в нижней части макетной платы приведено на рис. 4.43.

Размещение компонентов очень важно, поскольку необходимо оставить пространство для дополнительных секций схемы, которые вы будете добавлять. Одна из них будет питать данную схему задержки.

Чтобы убедиться в правильности сборки, проверьте, что резистор 1 МОм, расположенный справа, находится в 29-м ряду платы, если считать сверху. Заметьте также, что питание подается возле компонентов, а не вверху платы, и положительная шина еще не задействована.

Рис. 4.38. Размещение компонентов схемы задержки

Пока что не подавайте питание. Установите диапазон измеряемого постоянного напряжения мультиметра как минимум на 10 В и подключите его в точках, указанных на рис. 4.38; отрицательный щуп к отрицательной шине, а положительный щуп к левому выводу резистора номиналом 1 МОм.

Теперь подайте питание на схему, и вы должны увидеть, как показания мультиметра медленно уменьшаются, начиная с 9 В. Когда мультиметр покажет 3 В, должен запуститься таймер 555 и загореться красный светодиод. Светодиод здесь предназначен для проверки, в окончательном устройстве вы замените его схемой сирены.

Задержку срабатывания таймера обеспечивает конденсатор сравнительно большой емкости (68 мкФ). При подаче питание на схему этот конденсатор пропускает начальный импульс к точке соединения с резистором 1 МОм. Провод от этой точки идет также к запускающему выводу таймера. Таким образом, на запускающем выводе сразу же устанавливается высокий уровень, и вы помните (я надеюсь), что таймер не будет делать ничего, пока запускающий вывод не перейдет в низкое состояние.

Далее конденсатор медленно разряжается через резистор 1 МОм. Наконец напряжение здесь становится достаточно низким, чтобы запустить таймер.

Что касается остальной части схемы, то в экспериментах 16 и 17 я объяснял, как осуществить подавление импульса, чтобы таймер не генерировал импульс при первоначальной подаче питания. Именно по этой причине конденсатор 10 мкФ и резистор 10 кОм подключены к контакту 4 (вывод сброса). Здесь выбран конденсатор емкостью 10 мкФ, а не 1 мкФ, потому что эта схема реагирует медленнее, чем схема из эксперимента 17.

Выводы:

• Вы можете использовать таймер 555 с такими компонентами каждый раз, когда вам понадобится задержка выходного сигнала таймера в ответ на сигнал запуска.

• Выбирая больший или меньший (чем 68 мкФ) номинал конденсатора, вы можете удлинить или сократить интервал задержки.

Пока все замечательно. Эта часть схемы будет обеспечивать задержку, когда на нее подается питание, а затем будет активировать сигнализацию на неопределенно долгое время.

Этап 2

На рис. 4.39 и рис. 4.40 продемонстрирован следующий этап создания устройства. Компоненты, которые вы разместили ранее, остались там же, но обесцвечены, чтобы обратить ваше внимание на новые дополнения.

Не забудьте установить компонент S2, ползунковый переключатель, изображенный внизу, и резистор 470 Ом рядом ним, а также два длинных желтых провода. Ползунковый переключатель добавлен для тестирования. Он имитирует датчики сигнализации, которые присутствуют реальном устройстве.

Реле выполняет ту же функцию, что и в эксперименте 15. Если вы отследите соединения в этой схеме, то обнаружите, что она устроена так же, как схема на рис. 3.88, за исключением пары небольших модификаций. Эти отличия состоят в том, что резистор 470 Ом поставлен вместо резистора 1 кОм, а вверху добавлен переключатель S1 с зеленым светодиодом. Зачем? Скоро мы дойдем до этого.