Контактные датчики в охранной сигнализации

9 сентября 2010  |  Контактные CO





Различные виды контактных датчиков - микропереключатели, герконы - были, остаются и будут оставаться самыми распространенными элементами в устройствах охранной сигнализации. Простые, практически не потребляющие энергию, управляющие логическими элементами цифровой техники напрямую — без дополнительных элементов усиления и компараторов, они самым лучшим образом выполняют свою работу. Но для повышения надежности устройств, содержащих в своем составе контактные датчики, необходимо применить дополнительные меры по устранению "дребезга" и "шороха" их контактов.

Схема включения контактного датчика с нормально разомкнутыми контактами показана на рис.1,а. "Дребезг" его контактов, возникающий при замыкании, показывает диаграмма, изображенная на рис.1,б. Присоединив такой датчик ко входу С счетчика, показанный штриховыми линиями, то при замыкании в счетчик "запишется" не одна логическая единица, как хотелось бы, а то значение, которое будет соответствовать числу электрических колебаний оказавшемся в том или ином "дребезговом пакете". Такая неоднозначность недопустима в устройствах охранной сигнализации.


Схема включения контактного датчика с нормально разомкнутыми контактами.

Рис.1. Схема включения контактного датчика с нормально разомкнутыми контактами.

Избежать недостаток, описанный выше, возможно применив электронный формирователь, схема которого показана на рис.2. Формирователь выполнен в виде одновибратора, переключающийся в новое состояние при появлении первого же спада напряжения в "дребезговом пакете" импульсов. Время нахождения формирователя в этом состоянии — tф = R3*C2 — должна быть больше максимальной продолжительности "дребезга" контактов (tдр макс).


Устранение дребезга контактов с помощью одновибратора.

Рис.2. Устранение дребезга контактов с помощью одновибратора.

На рис.3 показана схема еще одного формирователя. Формирователь представляет собой триггер состоящий из двух элементах микросхемы К561ЛА7. В исходное, стартовое состояние триггер устанавливают принудительно, при подаче на его вход R отрицательтельного импульса. После срабатывания датчика триггерный формирователь сам не переходит в исходное состояние. Только логика работы охранной сигнализации, выяснив ситуацию, возвращает его в начальное состояние или, установив, например, неисправность канала, удаляет его из списка своих датчиков.


Устранение дребезга контактов с помощью триггера.

Рис.3. Устранение дребезга контактов с помощью триггера.

Описанные выше формирователи обеспечивают работу совместно с нормально разомкнутыми контактными датчиками.

Для работы с другим типом контактных датчиков - нормально замкнутыми - применяются "одновибраторные" и "триггерные" формирователи, показанные на рис.4 и рис.5.


Одновибраторный формирователь устранения дребезга для нормально-разомкнутого контактного датчика.

Рис.4. "Одновибраторный" формирователь устранения дребезга для нормально-разомкнутого контактного датчика.


Триггерный формирователь устранения дребезга для нормально-разомкнутого контактного датчика.

Рис.5. "Триггерный" формирователь устранения дребезга для нормально-разомкнутого контактного датчика.

Устраняя последствие "дребезга" контактных датчиков, формирователи выполняют еще одну важную функцию. Как известно, длительность "счетного" фронта на входе С счетчика ограничена сверху — для серии К176, например, она не должна превышать 15 мкс. Описанные же здесь формирователи за счет усиления в каждом логическом элементе и положительной обратной связи имеют фронты выходных сигналов не хуже 1 мкс.

Резистор R1 и конденсатор С1 во входных цепях формирователей образуют помехозащитную цепочку, которая ослабляет возможные импульсные и высокочастотные помехи так, чтобы они не приводили к срабатыванию первого элемента формирователя. Обычно при использовании элементов микросхем КМОП R2=0,1...3 МОм при условии, что R2

При наличии больших помех подобную защиту можно сделать из нескольких звеньев, например, как показанная на рис.6.


Многозвенная защита от мощных помех.

Рис.6. Многозвенная защита от мощных помех.

Труднее бороться с "шорохом", с "шуршанием" нормально замкнутых контактных пар (рис.7,а,б). В первую очередь это связано с тем, что этот эффект, в отличие от "дребезга", не имеет временной связи с работой датчика, с изменением его состояния. Хаотичное, происходящее без видимых причин изменение сопротивления контакта Rкон, может возникнуть в любой момент времени работы.


*Шорох* контактного датчика

Рис.7. *Шорох* контактного датчика

Изменения сопротивления контакта особенно часто проявляются в контактных датчиках, находящихся под воздействие переменного механического давления, даже если на первый взгляд кажется, что обеспечивается надежное электрическое соединения. Это происходит из-за микроперемещений контактирующей площадки, которая представляет собой небольшую площадь-точку, с выходом ее на загрязненные или окислившиеся участки контактной поверхности. Более заметны изменения значения Rконт при слабом контактном давлении, не способном продавить возникший резистивный слой.

Так же изменение сопротивления может происходить и из-за химических процессов - увеличивающийся слой окиси-изолятора способен со временем увеличить расстояние между электродами контактного датчика и даже образовать в его зазоре электролитическую пару. Не рекомендуется применять для контактного датчика алюминий, окись которого является замечательным изолятор, а также она имеет высокую механическую прочностью даже в тонких слоях. Правда, с относительно малым увеличением контактного сопротивления, даже длительным, справляется та же система помехоэащиты. Необходимо чтобы сопротивление контакта Rконт оставалось малым по сравнению с сопротивлением резистора R1. Кратковременное изменение Rконт даже значительное, подавляется помехозащитной цепочкой при условии, конечно, что постоянная времени R2C1 окажется больше длительности "всплеска" Rконт.

Применение в контактных датчиках неокисляющихся материалов, таких как, золото, палладий, или окисляющихся, но окисный слой которых остается в достаточной мере электропроводным, также ведет к уменьшению "шороха" и исключает вероятность того, что какая-то из флуктуаций Rконт будет принята за тревожный сигнал датчика.

Для исключения эффекта "шорох" иногда используют ртутные контактные датчики, практически не имеющие этого дефекта. Их применение ограничено осторожным обращением и малой доступностью. Лучше с таким веществом, как ртуть, без необходимости дел не иметь.

Еще одним способом борьбы с "шорохом" нормально замкнутых контактных датчиков является параллельное включение нескольких контактных групп (дублирование). Например, если применяется контактные датчики с вероятность случайного срабатывания (*шороха*) каждого из них 0,0001, то вероятность одновременного их отказ (только на такой отказ система с дублированными нормально замкнутыми датчиками сработает как на тревожный сигнал) составит 0,0000001. Такой способ, скорее всего, излишний. Надо учитывать и то, что если эти контактные датчики "шуршат" независимо, каждый сам по себе, чего может и не быть — удар в дверь, например, резко увеличит вероятность одновременного сбоя нескольких нормально замкнутых контактных датчиков.

В системах охранной сигнализации, использующие датчики с нормально замкнутыми контактами (особенно шлейфные датчики), следует учитывать еще один возможный источник помех. И индуктивность L такого датчика и помехозащитная емкость С1 образуют, колебательный контур. Частота резонанса этого контура может совпасть с частотой мощной или расположенной на небольшом удалении радиостанции или какого-либо другого источника помех. Если добротность LC1 -контура окажется достаточно высокой, то на конденсаторе С1 может возникнуть напряжение, переключающее входной элемент формирователя. С другой стороны, резистор R1 способен уменьшить добротность образовавшегося контура в такой степени, что он уже не будет колебательным. Это произойдет при R1 > 1/2пи*f*C1, что практически всегда выполняется.

Все контактные датчики подключаются к системе сбора и обработки информации по отдельно линией связи состоящей из двух проводов. Правда это не всегда обосновано. Например, нет необходимости в информации через какое конкретно окно нарушитель проникает на охраняемую территорию. В таком случае датчики расположенные на окнах необходимо разбить на группы (рис.8,а для нормально разомкнутых контактных датчиков или на рис.8,б для нормально замкнутых контактных датчиков). После этого уже от них ведут отдельные двухпроводные линии.


Разбиение на группы контактных датчиков.

Рис.8. Разбиение на группы контактных датчиков.

В качестве двухпроводкичасто используется стандартный телефонный провод. При наличии мощных помех необходимо выполнить ее скрученными проводами. Если не удается избавиться от помех при применении скрученных проводов то рекомендуется применять экранированный провод или коаксиальный кабель, таких как, марки РК75-1-22 или РК75-1-11.

Так как активное сопротивление линии может быть очень большим, то для закрытых помещений ее допустимо выполнить и из тонкого обмоточного провода. Чтобы проложить линию надо выполнить следующие действия - в старой краске сделать узкую канавку и покрыть открывшуюся поверхность двумя-тремя слоями хорошего (не повреждающего изоляцию проводов) лака или клея. Затем в не совсем еще просохшую дорожку уложить нужное число проводников (лучше ПЭВ-ШО 0,15...0,2} и все это покрыть еще несколькими слоями слоями того же лака или клея. После окончательной просушки и прозвонки проводников дорожку шпаклюют и закрашивают под общий тон. Такая проводка будет незаметной даже на самом видном месте.

Возможная конструкция контактного датчика, который можно установить на дверном или оконном проеме, показан на рис.9. Где: 1 — дверь (или оконная створка); 2 - эластичный вкладыш; 3— микропереключатель типа МП7; 4 — гнездо под КД; 5 — отверстие для проводов подключения контактов датчика к охранной системе; 6 — дверная (или оконная) коробка; 7 — монтажная обойма КД.


Возможная конструкция контактного датчика.

Рис.9. Возможная конструкция контактного датчика.

Микропереключатель крепят к монтажной обойме П-образной скобой, согнутой из провода диаметром 0.9...1 мм. Глубина его гнезда — 10...12 мм. Отверстие 5 должно быть достаточным для прокладки проводов контактного датчика. Шурупы, крепящие монтажную обойму в гнезде, должны быть с "потайной" головкой.

Если есть опасность, что в контактный датчик попадет влага, гнездо следует многократно покрыть влагозащитным лаком, например битумным, а установленную в него обойму заклеить легко проминающейся пленкой. Роль эластичного вкладыша может выполнять резинка от цангового карандаша. От зазора между дверной (или оконной) коробкой и дверью (или оконной створкой), допустимых его изменений, будет зависеть — длина выступающей части эластичного вкладыша. Ее уточняют по месту.

Автор текста: Ю. Виноградов, г. Москва. Радио №2, 1997 г.


Код для размещения на форумах или блоге

»