Замок кодово-сенсорный

Если последовательно перебрать все комбинации напряжений высоких и низких уровней, поступающих на входы А и В от S1 и S2, и рассмотреть уровни на выходе Q, получим таблицу состояний инвертора И. Когда от S1 и S2 на входы А и В поданы напряжения высокого уровня В, n - каналы транзисторов VT1 и VT2 будут замкнуты, а каналы VT3 и VT4 разомкнуты. На выходе Q окажется напряжение низкого уровня Н. Если на вход А или В поступает хотя бы один низкий уровень, один из каналов VT3 или VT4 оказывается замкнутым и на выходе Q появляется напряжение высокого уровня. В результате вертикальная колонка данных на выходе соответствует функции И. Если на входы А и В подать два положительных импульса, сигнал на выходе Q будет соответствовать площади их совпадения (но с инверсией).

Устройство базового элемента ИЛИ (это один канал микросхемы К561ЛЕ5), как бы обратное по сравнению с элементом И: здесь параллельно соединены n - канальные и последовательно p - канальные транзисторы. На эквивалентной схеме (см. рис.) только совпадение низких входных уровней на входах А и В даст высокий уровень на выходе Q, так как в этот момент замыкаются оба верхних p - канальных транзистора VT1 и VT2. Присутствие хотя бы одного высокого уровня В на входах А, В означает замыкание одного из параллельных n - канальных транзисторов VT3, VT4.

Рис. 3.3. Устройство микросхемы К561ЛЕ5.

Состояние выхода Q в зависимости от уровней, последовательно поступающих от переключателей S1 и S2, дают столбик данных, соответствующих функции ИЛИ. Осциллограмма отклика на выходе ИЛИ показывает, что длительность действия инвертированного сигнала на выходе Q соответствует времени действия обоих входных сигналов.

Кроме указанных на схеме микросхем можно также применить ИМС серий К564, К561. Конденсаторы С1...С5 типа KM, C6...C8 типа К5О-16, , резисторы - МЛТ-0,25.

В качестве реле К1 используется реле РЭС59 (паспорт ХП4.500.021.01) с характеристиками Rном = 130 Ом, Iср = 11 мА, Iош = 1 мА, Uраб = 2.1…2.7 В и временными параметрами tср = 20 мс и tот = 12 мс.

Кодонабиратель представляет собой прямоугольную пластину из изо-лирующего материала, на которой размещены 10 сенсоров. Если длина соединительных проводов между кодонабирателем и корпусом замка имеет значительную длину (более 300 мм), то для повышения помехоу-стойчивости их желательно экранировать.

Собранный замок практически не требует налаживания. Может лишь возникнуть необходимость в более точном подборе величин рези-сторов R12, R13. Для смены кода кодонабиратель соединяют с замком через переключатель.

4. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ.

4.1. Блок питания.

Определим значение тока через вторичную обмотку трансформатора по формуле:

, где

Iн - максимальный ток нагрузки, 0,5 А.

Необходимо определить номинальную мощность:

, где [7]

U2 - напряжение на вторичной обмотке, В;

I2 - максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

Действующие значения напряжений на вторичных обмотках трансформатора

Мощность же на вторичных обмотках находится по формуле

Коэффициент использования трансформатора составляет Ктр = 0,674. Имеем

Pн - номинальная мощность, Вт.

Pтр - мощность трансформатора, Вт

Найдём коэффициент трансформации по формуле

Рассчитаем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода

Подсчитаем число витков первичной и вторичной обмотках по формуле

где U1, U2 - напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

S - площадь сечения магнитопровода, см2.

Необходимо найти диаметр проводов обмоток трансформатора по формуле:

, где

I - ток через обмотку, мА.

Получаем диаметр провода равный 0,6 мм.

После этого можно приступить к подбору трансформаторного железа и провода, изготовлению каркаса и выполнению обмоток. Но следует иметь в виду, что Ш - образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверять, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора.[7]

Для этого мощность трансформатора умножим на 50, получится необходимая площадь окна:

Полученное переменное напряжение и ток необходимо выпрямить.

По закону Ома определим сопротивление нагрузки

Преобразование переменного тока в постоянный производится при помощи полупроводниковых диодов.

Ток через диоды составляет

Выбираем два диода КД202Г, который обеспечивает выпрямленный ток Iпр = 3,5 А, выдерживающий обратное напряжение 70 В, прямое падение напряжения Uпр = 0,9 В, обратный ток Iобр = 0,8 мА, порог выпрямления Епор = 0,35 В.

Прямое сопротивление вентиля

Для сглаживания пульсаций, остающихся после выпрямления, используются схемы фильтрации. В схеме используем Г - образный RC фильтр.

Найдём напряжение на входе фильтра

Определим сопротивление электрического фильтра по формуле:

Ёмкость конденсатора, входящего в состав фильтра находим как

, где

f - частота сети, 50 Гц.

m - отношение частоты пульсаций основной гармоники к частоте сети, 2.

Rф - сопротивление электрического фильтра.

Rн - сопротивление нагрузки.

В качестве интегрального стабилизатора для фиксации напряжения питания ДА1 выбираем К142ЕН1 с параметрами: Uвх = 15…30 В, Uвых = 3…12 В, максимальный пропускаемый ток Imax = 0,1 А, максимальная рассеиваемая мощность Pmax = 0,8 Вт, коэффициент нестабильности напряжения по выходу микросхемы Кнс= 0,5.

Выходной ток микросхемы ДА1 не соответствует заданному и для его повышения устанавливаем последовательно с нагрузкой регулирующий транзистор VТ1 c n - p - n проводимостью.

Ток транзистора определяем как

где

Максимальная рассеиваемая мощность на транзисторе можно рассчитать как

По найденным значениям выбираем транзистор КТ827А со следующими параметрами Uк э max = 100В, Iк max = 20 A, Pk max = 125Вт, h21 э min = 850, h21 э max = 18000.

Определим ток базы транзистора по формуле

что значительно меньше допустимого тока нагрузки микросхемы ДА1 - 0,05 А.

Чтобы транзистор при номинальном токе нагрузки был закрыт и не влиял на работу стабилизатора, а открывался лишь при Iн = Iпор, пороговый ток должен заметно отличаться от номинального значения.

Сопротивление R1 определяет напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Это напряжение пропорционально току нагрузки, поскольку резистор R3 включен последовательно с ней

Устанавливаем самодельный проволочный резистор из манганина.

Отношение R2/R3 выбираем таким, чтобы при номинальном токе нагрузки напряжение между выводами микросхемы 10 и 11 было близким к нулю.

U10-11 = UR1 + Uбэ1 - UR2 = UR3 - Uвых 0

Принимаем R3 = 2,4 кОм

UR1 = Iн * R1 = 0,5 * 0,45 = 0,23 В

Uбэ1 = 0,5 В

UR2 = UR1 + Uбэ1 = 0,23 + 0,5 = 0,73 В

Ток делителя R2, R3

Выходной конденсатор С2 также как и С1 повышает устойчивость стабилизатора и уменьшает пульсации на выходе. Изготовитель микросхемы К142ЕН1 рекомендует ёмкость конденсатора С1 = 0,1 мкФ. Подобную ёмкость можно использовать и для конденсатора С2. Тип конденсаторов К73 - 24.

5. ЗАПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Запорное устройство, выполнение на базе соленоида. Рассчитано оно на рабочее напряжение. Представление о конструкции запирающего устройства дает его сборочный чертеж (в разрезе), показанный на рисунке 3. Характерная особенность запорного устройства - минимальная постоянная сила тяги (около 3 кг) при номинальном напряжении источника питания обмотки соленоида. Это достигнуто применением соленоида с конусным плунжером при минимальном зазоре магнитной цепи. Конструкция длинно-ходового соленоида позволяет получить практически постоянную силу тяги на всем пути плунжера. Оставлять на длительное время плунжер втянутым (обмотка под напряжением) не рекомендуется, так как соленоид потребляет значительный ток - около 1 А. Поэтому, чтобы он не перегревался, после открытия двери электронную часть кодового замка необходимо привести в исходное состояние. Применяемые запирающие устройства имеют, как правило, сходную механическую конструкцию и принцип действия.

Рис. 5.1. Запорное устройство:

1 -- стопорный винт плунжера; 2 -- переходник; 3 -- гайка поджимная; 4 -- хвостовик; 5 -- конический упор; 6 -- пружина; 7 -- стакан; 8 -- плунжер; 9 -- латунная трубка (толщина стенки не более 0,5 мм); 10 -- обмотка соленоида; 11 -- втулка; 12 -- корпус; 13 -- накладка

6. РАЗРАБОТКА И МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

В процессе изготовления плата подвергается действию химических реагентов: при больших размерах платы, возможно, ее коробление.

Размеры и очертания печатных проводников и элементов, контактных площадок, монтажных и контактных отверстий и тому подобное на чертежах печатных  плат указывают с помощью координатной сетки в прямоугольной системе координат. Правила выполнения чертежей печатных плат (ГОСТ 2.417-68) предусматривается также нанесение координатной сетки в полярной системе координат и указание размеров при помощи размерных выносных линий. Допускается комбинированный способ нанесения размеров.

По ГОСТ 10317-72 шаг координатной сетки в двух взаимно перпендикулярных направлениях должен равняться 2,5мм. Для особо малогабаритной аппаратуры, а так же в исключительных, технически обоснованных, случаях применение дополнительного шага 1,25мм.

Схемные детали и печатные проводники размещают на координатной сетке в соответствии с принципиальной схемой. При этом необходимо более экономно использовать  площадь платы и избегать пересечения схемой.

Элементы, имеющие большие габариты следует размещать вне платы, а соединение осуществлять монтажным проводом. Все навесные детали обычно располагают с одной стороны платы, а печатные проводники - на другой. На сторону печатных проводников не должны выходить за крепежные детали, так как с этой стороны выполняется пайка. В ряде случаев целесообразно применить двухсторонний монтаж. Конденсаторы, резисторы, перемычки и другие навесные детали располагают параллельно координатной сетке. Расстояние между корпусами параллельно расположенных деталей должно быть не менее 1мм, а расстояние по торцу - не менее 1,5мм. Центры отверстий для установки навесных деталей располагают в точках пересечения координатной сетки.

Конструирование печатной платы начинают с разработки эскиза, который выполняют в увеличенном масштабе (2:1, 4:1 и т.д.). Для всех элементов, входящих в схему, изготовляют в том же масштабе шаблоны из картона и размешают на поле чертежа. После выбора лучшего варианта их расположения, наносят соединительные проводники. Печатные проводники расположенные на другой стороне платы, показывают штриховыми линиями.

Затем составляют чертеж печатной платы. В узлах координатной сетки показывают окружности, соответствующие местам установки навесных навесных  элементов.

На изображении печатной платы проводники, экраны, контактные площадки и другие печатные элементы штрихуют. Проводники, ширина которых на чертеже

менее 2мм., изображают сплошной утолщенной линией, равной примерно двум толщинам контурной. Контактные площадки, примыкающие к проводникам, изображены сплошной утолщенной линией, не штрихуют.

Наносим краской, лаком или специальным маркером позитивный рисунок схемы проводников. Последующим травлением в растворе хлорного железа удаляется медь с незащищенных участков, и на диэлектрике получается требуемая электрическая схема проводников.

Подготовка поверхности заготовки к нанесению рисунка заключается в очистке поверхности фольги. Зачистку целесообразно выполнять латунными или капроновыми щетками.

Химический метод при сравнительно простом технологическом процессе обеспечивают высокую прочность сцепления проводников с основанием, равномерную толщину проводников и их высокую электропроводность. В настоящее время химический метод является основными при изготовлении односторонних печатных плат. Недостатки этого метода необходимость в металлических втулках при двухстороннем монтаже и непроизводительный расход меди.

Все детали замка, кроме кодонабирателя, исполнительного меха-низма и блока питания, смонтированы на печатной плате из двухсто-роннего фольгированного текстолита размером 90x55 мм (см. приложение ФИРЭ.ИИТ.КП602916/с.002). После сборки плату устанавливают в металлическом корпусе - экране.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. М. Пестриков Домашний электрик и не только…Изд. Нит. - Издание 4-е

2. В. Л. Шило Популярные микросхемы КМОП Справочник., М.: «Ягуар» - 1993

3. Горячева Г. А., Добромыслов Е. Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984

4. Раннев Г. Г. Методы и средства измерений: М.: Издательский центр «Академия», 2003

5. http//www.biolock.ru

6. Калашников В. И., Нефедов С. В., Путилин А. Б. Информационно-измерительная техника и технологии: учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 2002

7. http://www.gelezo.com

Страницы: 1, 2