Текст книги "Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем"

Автор книги: Андрей Кашкаров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

1.7.4. Внимание, важно: особенности, замеченные на практике

1. Система оповещения по сотовой связи MT9000 на практике имеет разряд батарей CR2430 в выносных беспроводных блоках (напряжение 3 В) примерно 0,5 В за 10 дней при 28 % значении устойчивой связи между выносным и базовым блоками.

При срабатывании датчика (к примеру, на открывание двери или повышение влажности – протечка) безотносительно активированного режима «Охрана» соответствующий световой индикатор на базовом блоке будет мигать. При закрывании двери, возврате в нормальное состояние (относительно влажности) индикатор будет светиться ровным светом в соответствии с расстоянием до выносного датчика – удаленностью.

При близком расположении и до 5 м (без преград) – зеленый цвет свечения индикатора, при дальности до 7–8 метров – желтый, при нестабильной связи (из-за расстояния или преград на пути сигнала) – красным.

2. Мебельные магниты в качестве ответной части для работы геркона (установленного в датчике) не подходят из-за слабой свой силы (незначительное магнитное поле). Очень хорошо подходят большие магниты или малые по размеру (рис. 1.42), но сильные по магнитному полю.

Рис. 1.42. Сильный магнит

То же устройство – в соответствии с приведенными рекомендациями – можно сделать для пенсионеров и инвалидов, всех, кому может потребоваться оперативная помощь.

1.8. Как сделать «автоматический» пульт управления шлагбаумом

Сегодня не в диковинку «картина маслом», когда шлагбаум на въезде во двор дома (гараж, автомобильный паркинг, иная охраняемая территория) открывается автоматически. В кабине автомобиля сидит водитель и нажимает на кнопки пульта дистанционного управления размерами со спичечный коробок. В моем случае это брелок серии (системы) TWIN, работающий на частоте 433.92 МГц, полностью совместимый с брелками-передатчиками CAME более ранних (старых) серий TOP и TAM (см. рис. 1.43).

Изделие разработано и произведено компанией CAME CANCELLI AUTOMATIC S.pA.

Технические данные:

Питание (постоянное от элемента DC 12V 23A) с напряжением 12 В.

Рабочая частота – 433,92 МГц.

Роллинг-код – 4 миллиарда комбинаций.

Каналов – 2 или 4 (в зависимости от модели).

Реальная (именно реальная, проверенная на практике) дальность действия – 0-20 м.

Рис. 1.43. Внешний вид брелока-ПДУ для открывания шлагбаума на охраняемой территории моего дома

Рис. 1.44. Вид на вскрытый корпус ПДУ (брелок) системы Came – десять микропереключателей

Коротко говоря, перед нами универсальный пульт дистанционного управления, произведенный в КНР, работающий на частоте 433,92 МГц и поддерживающий одновременно до четырех каналов.

Такой пульт имеет много достоинств, особенно в сравнении с системами (пультами) более старыми. Приемником сигнала в данном случае служит плата AF43TW, и по этому ориентиру можно найти информацию (или домыслить), какими совместимыми электронными системами/устройствами она может управляться. Два слова скажу об особенностях системы Came Twin2/Twin4; это важно для общего понимания предлагаемой в статье новации.

Серия TWIN с помощью десятипозиционного микропереключателя (см. рис. 1.44) позволяет установить защитный код и предотвратить нежелательное копирование брелков-передатчиков.

Микропереключатели, показанные на рисунке 1.44, в некоторых кругах называют 10-пиновым чипом.

1.8.1. Практические сведения о новом уровне защиты (в том числе от копирования)

Новый уровень защиты существенно поднял цену на брелоки и систему (состоящую из приемника – платы конфигурации AF43TW и передатчика – ПДУ-брелока) в целом. И эта защита была создана в ответ на «рассекречивание» и относительную доступность для копирования (клонирования) ПДУ при наличие оригинального пульта и новых (^запрограммированных) брелоков (ПДУ).

Брелок Came Twin4 содержит светодиодный индикатор, четыре или две (в зависимости от конфигурации) кнопки, набор (линейку) из 10 микропереключателей для ввода (подтверждения) защитного кода (пароля). В ПДУ установлены (подключены последовательно) две дисковые батареи CR2016 (Li-ion) с номинальным напряжением 3 В каждая.

Таким образом, эквивалентное постоянное напряжение питания брелока составляет 6 В. Модель печатной платы (скопировано с оригинальной платы) 78487V5 7FLITI9BF1Mb. Ссылка на специальный сайт производителя – для дополнительной информации: http://pulti-came.ru/index.php.

Можно ли скопировать такой брелок? Есть ли оборудование для копирования? Такими вопросами буквально «засыпаны» форумы Интернета. Действительно, сегодня пришло время автоматических ворот и шлагбаумов, обслуживающие организации в силу разных причин не всегда могут быстро предоставить «прописанный» в память системы брелок. Поэтому услуги по перепрограммированию брелоков – ПДУ современных систем востребованы как никогда. Представьте себе, правление ТСЖ за существенную стоимость продает «запрограммированные» брелоки владельцам квартир большого дома, на придомовую территорию которого распространяется «режим» (территория огорожена, имеет шлагбаум), чтобы «ушлые» соседи из других домов не парковали свои машины в ситуации катастрофической нехватки свободной земли под парковки в мегаполисах. А те, кто не хочет платить, думают взять у соседа попользоваться брелоком, потихоньку снести его «технарю» и «клонировать» почти даром. Настройка канала пульта на заданную частоту легка и доступна без обращения к специалисту. Но… это только кажется.

Такие рационализаторы понимают, что код брелока – это кодированный радиосигнал, который передается на расстояние при нажатии кнопок. Код брелока у старых ПДУ – фиксированный (статический). Относительно новые пульты (плата/конфигурация AF43TW популярна уже 2 года) имеют технологию динамического роллинг-кода (плавающего кода); он меняется каждый раз, когда пользователь нажимает кнопку брелока, при желании открыть или закрыть ворота, шлагбаум, автоматическую дверь-роллету гаража.

Разумеется, плавающий код в части безопасности надежнее фиксированного. Роллинг-код имеет миллиарды кодовых комбинаций, то есть можно быть почти уверенным, что при использовании брелоков с роллинг-кодом последний не повторится (к примеру, http:// www.bftrus.ru…_code/index.php).

Действительно, для копирования оригинального пульта не нужно никакого оборудования, достаточно поднести новый незапрограммированный брелок к оригинальному (запрограммированному) и нажать кнопку.

Положите новый (самообучаемый) брелок рядом со старым, исходным (запрограммированным) брелоком на расстоянии 1–2,5 см друг от друга в горизонтальной плоскости. Вторым действием нажмите первую кнопку «открыть» самообучаемого брелка и удерживайте ее нажатой.

При этом нажмите аналогичную (по расположению на корпусе брелока) кнопку «открыть» исходного брелока и удерживайте ее нажатой, пока на самообучаемом брелоке не будет двухкратной (в некоторых системах – однократной) вспышки светодиода, указывающей на завершение операции копирования. Для копирования других кнопок повторите ту же операцию.

Таким образом, на новый брелок можно скопировать любой уже прописанный в системе брелок с фиксированным кодом. Брелоки с фиксированным кодом имеют чипы: PT2240, PT2260 PT2262, EV1527 FP527, AX5326, PT2242, HT600 HT6207, HT6010 HT6012, HT6014, AX5326-4, SMC5026 SMC5326-3, SMC5326-4, SMC918, SMC918 SMC918-3-4, HT680. Чтобы убедиться в этом, откройте крышку корпуса брелока.

Таким же простым способом нельзя скопировать брелок Came Twin4, поскольку в них используются чипы с маркировкой HCS301, ACM1330/1550 и др., имеющие плавающий код (с каждым новым включением брелока код меняется); проблему копирования не удастся решить при помощи простого дублирования самообучаемых брелоков. Потребуется еще кодовая комбинация, устанавливаемая при копировании как на пульте «доноре», так и на новым (вновь программируемом). И эту комбинацию (по аналогии с pin-кодом) знает только тот, кто монтирует систему (или еще ограниченный круг лиц, включая председателя ТСЖ).

Таким образом, подтверждается повышенная относительно более старых моделей защищенность от взлома брелоков типа Came Twin2/Twin4 и аналогичных.

Но… допустим с программированием/клонированием у вас все в порядке и вы имеете вожделенный «ключ» от общих ворот, можете ставить свою машину на придомовой территории вполне законно. При въезде на территорию (за несколько метров от шлагбаума) кратковременно нажимаете одну кнопку, при выезде – вторую.

Говорят, что все изобретения в мировой истории происходили от лени, от желания облегчить себе труд. Тогда логично, что в данном случае на ум рачительному хозяину приходит рационализаторская идея, как сделать так, чтобы ворота открывались сами при приближении к ним автомобиля, а не нужно было бы тактильно нажимать каждый раз на кнопки, сетовать на свою забывчивость (брелока, к примеру, дома), его утерю, или падение в труднодоступное место между передними и задними сиденьями компактного автомобиля с кузовом «седан».

И тут на помощь приходит автоматика. Один из самых простых вариантов решения проблемы (идеи), какой я использовал на своей практике, – транзисторный мультивибратор, управляющий реле К1, а оно, в свою очередь – двумя кнопками брелока Came Twin2/Twin4.

Его электрическая схема представлена на рисунке 1.45.

Данную электрическую схему мультивибратора можно с полным правом назвать простой и доступной. Особенность устройства – в его подключении последовательно с нагрузкой, которой в базовом варианте служит реле на напряжение 12 В, включенное в разрыв питания нагрузки.

Рис. 1.45. Электрическая схема транзисторного мультивибратора, «нагруженного» (управляющего) на реле

Схема представляет собой генератор на комплементарных транзисторах разной проводимости. Открывание транзистора VT2 происходит в такт заряда-разряда накопительного конденсатора С2. От емкости этого конденсатора и сопротивления резистора R3 зависит частота переключения реле К1.

Оксидный конденсатор С1 совместно с диодом VD1 служит для обеспечения питания устройства в тот момент, когда транзистор VT2 полностью открыт и на реле К1 воздействует почти полное напряжение питания.

Транзисторы 2SA733 и 2SD965 выбраны специально, поскольку имеют подходящие электрические характеристики. Напряжение U_кбо не менее 40 В, запас тока в импульсном режиме, коэффициент усиления h_2le не менее 200, частота переключения до 100 Гц, температурный диапазон -55…+125 °C и малогабаритный корпус типа ТО-92 (или SC-43A) позволяют сделать конструкцию надежной и миниатюрной.

Поскольку при напряжении питания 12 В частота открывания перехода коллектор-эмиттер VT2 примерно 0,5 Гц, а скважность (пауза между вспышками) – в 2,5 раза больше, данный транзистор не успевает перегреваться, даже если мощность нагрузки (реле или иной активной нагрузки) увеличить в 2 раза.

При понижении напряжения питания частота вспышек уменьшается, и наоборот. Работоспособность устройства сохраняется даже при падении питающего напряжения до 4 В; и если вместо электромагнитного реле К1 включить низковольтную лампу накаливания с номинальным напряжением 2,4–3,5 В, можно получить прерыватель тока в цепи с соответствующим напряжением. Лампа будет мигать.

Поэтому с помощью рассмотренной разработки можно сделать и мигающий фонарь (применяемый вместо знака аварийной остановки), и «исправить» вышедший из строя проблесковый маячок. Например, быстро «починить» маячок оранжевого цвета (обозначающий дорожную спецтехнику), если в нем откажет электродвигатель.

Для адаптации устройства в большегрузных автомобилях с напряжением бортовой сети 24 В устройство потребует незначительной доработки, в частности замены транзистора VT2 на другой, с тем, чтобы П_кэ было выбрано с запасом (более 30 В). Также потребуется применить оксидные конденсаторы с большим рабочим напряжением.

Кроме автомобиля устройство удобно применять в широком спектре возможностей: индикация включения/ выключения, детские игрушки (например, сделать мигающими глаза мохнатой собаки), устройства сигнализации. Если вместо К1 включить звуковой капсюль со встроенным генератором 34, например FXP-1205B, звук будет прерывистым.

Вариантов применения данного устройства много и они ограничиваются только фантазией радиолюбителя.

1.8.2. Об особенностях устройства, деталях и монтаже

Транзистор 2SA733 можно заменить на аналогичный транзистор средней мощности, например, КТ502 с любым буквенным индексом. 2SD965 можно заменить на транзистор 2SC945 или отечественный КТ503 с любым буквенным индексом.

Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,25, MF-25. Оксидные конденсаторы фирмы Hitano могут быть замены отечественными типа К50-29, К50-35.

Диод VD1 заменяют на 1N4001, 1N4002, КД522 с любым буквенным индексом или аналогичный.

Реле К1, показанное на схеме (рис. 1.45), потребляет ток 0,06 А. Переход коллектор-эмиттер транзистора VT2 рассчитан на ток до 0,8 А, а в импульсном режиме – до 4 А. Из этого следует исходить при выборе (вместо К1) другой нагрузки для рекомендованного устройства.

Элементы устройства (из-за малочисленности) собраны на макетной плате размерами 1,5х2,5 см. Такая небольшая плата удобно устанавливается в корпус от автомобильного реле (например, типа 3747-06) или в другой компактный.

Соединения между элементами выполнены перемычками из провода МГТФ-0,6.

Устанавливать на теплоотводы транзисторы не требуется.

Мультивибратор часто используется радиолюбителями для построения популярных схем и устройств. Его несложное устройство на 2 транзисторах с успехом может заменить неисправное реле-прерыватель в автомобиле или иной электронный узел в цепи питания 10–15 В.

К примеру, можно использовать и другую схему мультивибратора, любой прерыватель тока, нагруженный на реле с обязательным условием выбранной частоты переключения (включения) реле не быстрее 1 раза в 2 секунды. Реле, в свою очередь, замыкает контакты кнопок 1 и 2 на ПДУ (брелоке). Второй контакт для обеих кнопок – общий и соединен с «общим проводом» – «минусом» питания. Это и позволило решить вопрос довольно простым методом (см. электрическую схему на рисунке 1.45)

Рабочая частота переключения для данного устройства найдена опытным путем, таким образом, устройство, включенное с помощью SB1, способствует поочередному замыканию контактов кнопок «открыть» (1) и «закрыть» (2) на брелоке. Провода от реле к кнопкам брелока имеют минимальную длину 10–12 см и сделаны с помощью провода МГТФ-0,6 (рис. 1.46).

Рис. 1.46. Вид на подключение проводников к печатной плате брелка

Из пластмассового корпуса брелока Came Twin2/Twin4 они выводятся через прорезь, сделанную бокорезами.

Сам брелок расположен и закреплен с помощью одного самореза в моей автомашине в передней ее части, в технологическом отверстии (нише) рядом с решеткой радиатора (с внешней стороны).

Включатель SB1 можно не устанавливать вообще (или не выключать) – на длительную и надежную работоспособность устройства это почти не влияет, если не считать относительно быстрого разряда батарей в брелоке (за месяц). Но здесь на помощь придет электрическая схема стабилизатора напряжения на микросхеме КРЕН5, представленная на рисунке 1.47.

Рис. 1.47. Электрическая схема адаптера напряжения 5 В

С ее помощью вообще нет нужды думать о смене элементов питания (они из брелока изымаются), поскольку для ПДУ обеспечивается стабилизированное напряжение +5 В, от которого брелок работает стабильно. Подключение стабилизатора-адаптера производится к цепи питания, идущей от замка зажигания автомобиля (питание подано при включении зажигания).

Напряжение питания устройства можно довести до 16 В, что вполне возможно при работающем двигателе автомобиля.

В результате при подъезде автомобиля с включенной системой к воротам попеременно, с частотой один раз в две секунды включаются кнопки 1 и 2 на брелоке, поэтому как въездные, так и выездные ворота открываются без участия водителя. Устройство исправно работает в моем автомобиле второй год.

1.9. Перспективные радиоэлементы – ионисторы и их практическое применение в электронных схемах

Об ионисторах сегодня говорят много, и сфера их применения расширяется. Как одна из альтернатив аккумуляторам (особенно малой емкости и напряжения) ионистор вполне пригоден к выполнению широких практических задач при проектировании современные электронные приборов и устройств в блоках резервного или автономного питания. По своему функционалу – накопление и резервирование (аккумулирование) энергии, сохранение разницы потенциалов – сверхмалому току утечки и по определению сверхбольшой емкости (при малом рабочем напряжении) ионисторы также называют суперконденсаторами. По сути, ионистор можно сравнить с импульсным электрическим устройством, обладающим высокой удельной мощностью при небольшой энергоемкостью, в котором получение и сохранение энергии обусловлены химическими процессами. Тем не менее есть ряд случаев в практике, когда обойтись без ионистора действительно невозможно. Об этом и поговорим далее.

Какие же это случаи? Во-первых, задачи реализации автономного питания, когда речь идет о больших, но кратковременных начальных токах. Примером может послужить электроинструмент малой и средней мощности с аккумуляторным (автономным) питанием. Если в этом случае использовать – логичную на взгляд автора – комбинацию АКБ и оксидного (электролитического) конденсатора большой емкости на соответствующее условиям задачи рабочее напряжение, тогда АКБ обеспечивает относительно долговременное питание устройству, а конденсатор – кратковременный ток в нагрузке. Тот же частный случай представляет собой батарею из нескольких аккумуляторов с конденсатором большой емкости.

На этом примере удобно доказать нужность непосредственно ионистора как относительно нового, отдельного и безусловно полезного класса электронных элементов.

Под воздействием разности потенциалов, возникающей при включении ионистора в электрическую цепь постоянного тока в двойном электрическом слое, находящемся на границе электролита и электрода, накапливается электрический заряд. Это поясняет образование «двойного электрического слоя» в ионисторах. В то время как обычный конденсатор представляет собой два элемента, изготовленные из металлической фольги и разделенные между собой слоем диэлектрика, ионистор – принципиально другое устройство, представляющее собой комбинацию обычного конденсатора с химическим аккумулятором. Обкладки разделены между собой слоем электролита. Для изготовления обкладок используется не фольга, а специально подобранные материалы, выбор которых во многом определяет свойства ионистора. В частности, для их изготовления могут использоваться токопроводящие полимеры, оксиды металлов и даже активированный уголь (его применение позволяет не только снизить их себестоимость, но и повысить их электрическую емкость).

1.9.1. Отличия ионистора от АКБ и «классических» конденсаторов

В отличие от «классических» АКБ в ионисторе не используются необратимые и обратимые химические реакции, и он более универсален, даже безопасен. Кроме того, ионистор может применяться в устройствах с более широким температурным режимом (диапазоном). Низкий ток утечки ионистора предполагает высокое сопротивление изоляции (в том числе обкладок), большую емкость в несколько Фарад (к слову, общая емкость земного шара, по оценкам некоторых ученых, составляет всего 6 Ф). В плюсы также можно записать длительный срок службы, отсутствие необходимости контроля процесса зарядки и десятки тысяч циклов заряд/разряд при наработке до отказа.

Электролиты для ионисторов также используются различные. Они могут быть органическими или водными. Применение органического электролита позволяет получить высокое напряжение заряда, но при этом возникает повышенное внутреннее сопротивление ионистора. При использовании водного электролита напряжение заряда не превышает 1 В, но и внутреннее сопротивление ионистора при этом невелико.

С другой стороны, один из недостатков ионистора – появление в нем лавинных токов утечки при напряжении, превышающем его рабочее напряжение, как правило, 2,5, 5,5 или 6,3 В). Это приводит не только к саморазряду ионистора, но и может стать источником опасности при эксплуатации.

Для получения высоких значений напряжения, необходимых для работы автономной электрической сети, ионисторы можно включить в систему последовательно. При этом общее полученное напряжение будет равно сумме значений напряжения, используемых для этого устройства.

Ионистор не имеет диэлектрического слоя (в отличие от электролитических конденсаторов, где в качестве диэлектрика между обкладками применяется оксид алюминия, а в танталовом – пленка из оксида тантала – за это такие «емкости» и называют «оксидными»). Вместо этого процесс зарядки/разрядке в ионисторе происходит непосредственно в слое ионов, на поверхностях соответственно положительного и отрицательного электродов – физический механизм двойного электрического слоя. Так, под воздействием напряжения на выводах ионистора заряженные частицы (анионы и катионы) движутся к соответствующему электроду и накапливаются на его поверхности. Вместе с зарядом самого электрода это образует «двойной электрический слой».

Скопление отрицательно заряженных электронов на электроде приведет к его отрицательному заряду, что неизменно вызовет скопление (у его поверхности) положительно заряженных катионов.

Поскольку ион имеет определенный размер, мешающий ему вплотную приблизиться к электроду, то электроды получаются окруженными двойным облаком ионов, имеющих противоположные заряды. Поэтому получается необычный плоский, но емкий конденсатор, расстояние между обкладками которого равно лишь радиусу иона. К примеру, для получения электрического поля напряженностью 1 000 000 В на обкладках такого конденсатора достаточно иметь разность потенциалов, равную 1 В.

Для предотвращения проникновения ионов между электродами расположен «сепаратор» с хорошими изоляционными свойствами, что позволяет защитить прибор от внутреннего короткого замыкания.

Таким образом, широко известная сегодня аббревиатура EDLS (electric doublelayer capacitor) и обозначает ионистор как «конденсатор с двойным электрическим слоем.