Применение радиосвязи в охранной технике часто оказывается удобным, а иногда и единственным способом передачи тревожного сигнала. В предлагаемой статье описан еще один вариант шифратора и дешифратора для такой системы.

Прошло достаточно много времени с того момента, как радиоэфир по известным причинам стал более доступен. И не только для тех, кого изначально принято называть радиолюбителями, но и для тех, кто использует его в практических целях: дистанционное радио­управление, личная радиосвязь, радиомаяки и т. п. Одной из интересных областей применения (а в последнее время и актуальной) является охрана различных удаленных объектов, в частности, автотранспорта.

В журнале "Радио" было опубликовано несколько конструкций, предназначенных для этой цели, в том числе радиоканал Ю. Виноградова [1—3] и радиосторож С. Бирюкова [4]. По своей сложности и во многом элементной базе эти две конструкции похожи, хотя в практическом плане несколько отличаются. В основном это относится к работе в условиях интенсивных радиопомех. Если в первом случае велика вероятность не поступления сигнала тревоги, в другом случае ложные срабатывания будут надоедать владельцу, что также снижает надежность охраны. К тому же наличие постоянных сигналов в эфире может привлечь внимание радиохулиганов. В любом случае, какую конструкцию предпочесть, решать самому радиолюбителю. Автор данной статьи остановил свой выбор на публикации [1—3]. Изменению подверглись шифратор и дешифратор радиоканала.

Схема шифратора [1, рис.1], по мнению автора, содержит "лишние" детали, неоправданно ограничивающие возможности применения радиопередающего блока. Так, наличие "одноразового" триггера на элементах DD4.3 и DD4.4 предполагает, очевидно, работу только с контактными датчиками и требует вмешательства владельца после каждого срабатывания сторожа. Гораздо лучше выполнить радиопередающий блок как дополнение к охранной звуковой сигнализации. Такие сигнализации, как правило, имеют в своем со­ставе необходимые узлы, в том числе и исполнительные (реле, транзисторы, тиристоры и т. д. ). Это позволит владельцу в зависимости от условий выбирать необходимый режим работы сторожа, например, днем использовать звуковую сигнализацию, предназначенную и злоумышленнику, а мочью пере­ходить на "тихую" охрану. Сказанное, впрочем, не означает, что радиопередающий блок не может использоваться самостоятельно

В дешифраторе [1, рис.2] присутствует значительное число связей между логическими элементами, входящими в состав разных микросхем, что затрудняет создание компактной печатной платы. И хотя в предисловии к статье [3] утверждается, что радиоприемный блок владелец может носить с собой, "карманным" его никак не назовешь. К тому же в нем не предусмотрена не­обходимая в таких случаях внутренняя антенна, хотя возможная ее конструкция приведена. Все сказанное побудило автора статьи создать на базе конструкции Ю. Виноградова собственный радиоканал с шифрацией радиосигнала. Габариты радио передающего блока (без антенны) уменьшены почти в 3 раза, а радиоприемного с магнитной антенной—в 2 раза.

Схема шифратора (с передатчиком) показана на рис. 1.

 

Функционально он полностью соответствует аналогичному узлу Ю. Виноградова [1] Сохранено и максимально возможное число шифрокомбинаций - 16384. Изменение коснулось лишь скорости передачи радиосообщения - частота переключения каналов мультиплексора (знакомест) увеличена вдвое при сохранении частоты тактового генератора. Сделано это, с одной стороны, для удобства "разводки" печатной платы, а с другой - из-за особенностей примененного счетчика. Тем не менее нет оснований опасаться, что ширина полосы радиоизлучения выйдет за разрешенные пределы или не хватит ширины полосы пропускания пьезокерамического фильтра в радиоприемнике. В качестве примера можно сослаться на конструкцию [4], где частота модуляции радио­передатчика еще выше.

Как видно из схемы, шифратор со­бран всего на двух микросхемах из оригинальной КМОП-серии 4000 [5]. Микросхема CD4060 (DD1) по своей внутренней структуре аналогична 14-разрядному счетчику CD4020 (К561ИЕ16), но в отличие от него имеет выводы от буферных элементов на входе для построения генератора. Соответственно, у нее отсутствуют выходы от большего числа разрядов - помимо второго и третьего разрядов, не имеют выходов также первый и 11 -и.

Микросхема CD4067 (DD2) представляет собой 16-канальный мультиплексор-демультиплексор, управляемый четырехразрядным двоичным кодом и может заменить две микросхемы К561КП2(КР1561КП2) В схеме шифратора на рис. 1 сохранено справочное обозначение входов A-D микросхемы DD2 и номеров каналов ХО-Х15. При разработке печатной платы был изменен порядок соединения входов A-D с выходами счетчика DD1, поэтому переключение каналов (знакомест) по времени происходит именно в той последовательности, которая указана на схеме (сверху вниз). Вообще, надо заметить, что обозначение входов A—D и номеров каналов достаточно условное, так как номер открытого ключа определяется таблицей истинности в зависимости от адресного кода и ничем иным.

Под радиосообщением здесь следует понимать передачу в эфир одной шифрокомбинации, разбитой на 16 (по числу каналов мультиплексора) одинаковых временных интервалов (знакомест), каждый из которых характеризуется наличием или отсутствием высокочастотного излучения. Первые два знакоместа заняты служебной информацией, необходимой для начала работы дешифратора и его синхронизации с шифратором.

Работа предлагаемого шифратора почти не отличается от описанного Ю Виноградовым, хотя и имеет некоторые особенности. В первую очередь, это относится к формированию паузы между радиосообщениями. В первоисточнике [1] ничего не сказано о ее назначении, но, очевидно, что пауза необходима для выделения стартового бита на фоне шифрокомбинации содержащей во многом аналогичную информацию. Поэтому для надежной совместной работы шифратора и дешифратора (прежде всего при несовпадении пере­данной и принятой информации) желательно, чтобы пауза по длительности не была меньше радиосообщения

Поскольку у счетчика DD1, как уже упоминалось, отсутствует выход 11-го разряда, длительность паузы выбрана равной самому радиосообщению (15,6 мc).

Другая особенность шифратора заключается в том, что он, как и передатчик, в дежурном режиме обесточен. Режим тревоги обеспечивается подачей напряжения питания на радиопередающий блок (включая шифратор), что позволило сократить количество внешних связей. Для установки счетчика DD1 в исходное состояние служит цепь C12R8. Она же обеспечивает задержку начала радиопередачи сигнала тревоги на время необходимое для выхода генератора передатчика на рабочий режим, и позволяет использовать блок непосредственно с контактными датчиками, не принимая дополнительных мер по подавлению дребезга контактов.

Резисторы R9, R10 и кварцевый резонатор ZQ2 являются элементами внутреннего генератора микросхемы DD1. Диод VD1 защищает устройство от неправильного подключения полярности источника напряжения.

 

На рис. 2 показан возможный вариант печатной платы радиопередающего блока, содержащего рассмотренный шифратор.

Шифратор условно отделен от передатчика пунктирной линией.

Плата изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Короткие межэлементные связи и продуманное расположение деталей позволяют обойтись без экранирующей фольги

В радиопередатчике применены малогабаритные импортные резисторы, но подойдут и отечественные (МЛТ, С2 23 и др.) при установке их на плату вертикально.

Между кварцевым резонатором и платой помещена предварительно смазанная с двух сторон клеем 88Н тонкая резиновая прокладка.

Крепление резонатора выполнено изолированным проводом, который одновременно является электрической перемычкой. Если выводы резонатора жесткие (РК169 РК373) их необходимо укоротить до минимальной длины, а соединение с печатной платой выполнить с помощью тонкого провода или использовать выводы резистора R3

Высокочастотное антенное гнездо Х1 установлено на плату с помощью самодельного П-образного хомута, выполненного из проволоки диаметром 2 мм. На его концах нарезана резьба М2 под крепежные гайки. В боковых гранях гнезда, имеющих резьбу, необходимо круглым надфилем проточить две канавки на глубину 1-1,5 мм под хомут. Для изготовления этой детали вместо проволоки удобно использовать стягивающие шпильки от галетного переключателя ПГ-3. Вывод гнезда соединен с платой проводником

В передатчике организован режим непрерывного излучения. Поскольку этот режим используется довольно редко (в основном для настройки радиоканала в целом), реализован он несколько необычно (рис. 3).

 

Корпус передающего блока изготовлен из тонкой луженой жести и соединен электрически с общим проводом.

В крышке корпуса над стойкой каркаса катушки L4 просверлено отверстие диаметром 3 мм.

К внутренней стороне крышки соосно с отверстием припаяна гайка М2,5.

Снаружи в гайку ввернут винт.

Поскольку упомянутая стойка каркаса катушки электрически соединена на плате с коллектором транзистора VT3 (см рис 1), при ввертывании винта произойдет замыкание коллектора на корпус, что соответствует режиму непрерывного излучения

На выступающую часть стойки необходимо "посадить" каплю припоя а под шляпку винта подложить шайбу из упругого материала (например, из пористой резины). Ее толщина должна быть такой, чтобы при отсутствии контакта она была слегка сжата для предотвращения самопроизвольного откручивания винта. Возможно применение и пружины Надежный контакт обеспечивается некоторой упругостью материала корпуса Винт желательно применить медный.

Конденсатор СЮ - К53-1А, остальные - КМ или К10-176. Кварцевый резонатор ZQ2 - в плоском корпусе, чуть меньшем, чем распространенный РВ-72. Возможно применение резона­тора от наручных часов в миниатюрном цилиндрическом корпусе

Выбранную шифрокомбинацию устанавливают соединением выводов микросхемы DD2 с соответствующим печатным проводником с помощью капли припоя.

Шифратор в налаживании не нуждается. При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже он начинает работать сразу при подаче напряжения питания. С помощью осциллографа на выводе 9 микросхемы DD1 можно наблюдать прямоугольные импульсы тактового генератора, а на выводе 1 DD2 (КГ) - набранную шифрокомбинацию.

Схема дешифратора показана на рис. 4.

 

Основное его отличие от описанного Ю Виноградовым заключается в узле сравнения принятой из эфира шифрокомбинации с установленной в дешифраторе.

Сравнение происходит практически мгновенно по положительному фронту импульса счетчика в середине каждого знакоместа (дешифратора).

Это позволило в большей мере пренебречь неодинаковостью частот кварцевых резонаторов в шифраторе и дешифраторе, а также несколько повысить помехозащищенность.

К тому же подобное построение оказалось проще в реализации и потребовало меньшего числа микросхем.

При включении питания дешифратора импульсом высокого уровня через конденсатор С1 триггеры микросхемы DD2 устанавливаются в состояние 1 (независимо от состояния других входов).

Высокий уровень с выхода триггера DD2.2 обнуляет счетчик DD4 и запрещает его дальнейшую работу.

Сразу после этого на выходе триггера DD2 1 появляется низкий уровень, так как на его входе R сохраняется высокий.

Тем самым разрешается работа триггера DD2.2 по тактовому входу С. Дешифратор переходит в дежурный режим.

В этом режиме замкнут канал ХО мультиплексора OD5, на адресных входах A-D которого комбинация 0000. Соответственно, остальные каналы разомкнуты, в том числе XI5, и на выводе 9 элемента D03.3 - низкий уровень (тумблер SA1 замкнут, так как питание включено). Узел тревожной сигнализации [ 1 ] не работает. Для тактового же генератора, собранного на элементах DD1.1 и001 3, низкий уровень на выводе 8 DD1 3 является разрешающим, поэтому в дежурном режиме он вырабатывает прямоугольные импульсы.

При появлении в эфире сигнала тревоги, точнее, стартового бита шифрокомбинации, установленной в радиопередающем блоке, на выходе элемента 001.4 появится высокий уровень. Триггер DD2.2 переключится и разрешит работу счетчика 004, а также триггера DD2 1 по входу С. Синхронно с работой счетчика начинается перебор шифрокомбинации (знакомест) мультиплексором DD5, а последовательности, указанной на схеме (сверху вниз). Ее сравнение с принятой из эфира происходит на элементе DD1.2. Результат сравнения (0 при совпадении и 1, если сигналы разные) передается на информационный вход D триггера DD2 1.

На вход С триггера в середине каждого знакоместа поступают фронты импульсов с выхода 5 счетчика DD4. Переключение триггера в единичное состояние возможно только в том случае, если в каком либо месте сигналы не совпадут. При несовпадении принятой и установленной шифрокомбинации происходит процесс, аналогичный вхождению в дежурный режим, с той лишь разницей, что задержка по времени уже не зависит от времени зарядки конденсатора С1, а определяется только временными параметрами примененных микросхем.

Полное совпадение установленной шифрокомбинации с принятой из эфира означает, что произошел перебор всех знакомест мультиплексором DD5. Последним откроется канал Х15 при комбинации на адресных входах 1111. При этом вход узла тревожной сигнализации и выводе элемента DD1.3 при замкнутых контактах переключателя SA1 1 окажутся подсоединенными к делителю напряжения R1R2. Напряжение на этом делителе составляет примерно 5/6 питающего, что соответствует высокому логическому уровню. Зазвучит сигнал тревоги, а тактовый генератор остановится. Такое состояние будет сохраняться до тех пор, пока не будет нажата кнопка SB1. Применение переключателя SA1 с двумя группами контактов расширяет функциональные возможности радиосторожа.

Одна группа контактов (SA1.2) предназначена для отключения питания приемного блока при использовании его в носимом варианте с питанием от батареи, а вторая группа (SA1.1) используется для отключения фиксации режима тревоги при питании от внешнего блока, подключаемого к разъему XS1. В этом случае состояние контактов SA1.2 не имеет значения, так как батарея отключается кон­тактами 2 и 3 гнезда.

Помимо стабилизированного источника питания на напряжение 6 .9В, внешний блок может содержать и другие электронные устройства, например, узел тревожной сигнализации повышенной громкости с отключением других источников звука, регистратор времени и количества срабатываний [6] или устройство передачи тревожного сообщения по телефону [7].

Конструктивно блок может быть оформлен, например, в электронных часах, радиоприемнике и т. д., которые, кстати, сами могут иметь сигнальные узлы.

При разомкнутых контактах переключателя SA1.1 фиксации сигнала тревоги в дешифраторе не происходит (эту функцию в том или ином виде выполняет внешний блок), поскольку тактовый генератор продолжает работать. В этом случае дешифратор вернется в дежурный режим автоматически (при первом же несовпадении шифрокомбинации), как только в эфире восстановится "тишина".

Естественно, что в сторожевом устройстве, с которым будет работать радиопередающий блок, необходимо предусмотреть подобный режим (например, ограничить сигнал тревоги по времени).

Необходимо обратить внимание на то, что входное сопротивление внешнего устройства, подключаемого к контакту 5 разъема XS1, должно быть достаточно большим, чтобы не шунтировать делитель напряжения R1R2. Допускается снижение напряжения на делителе до 0,7 питающего.

Заметим, что возможно автоматическое отключение узла тревожной сигнализации дешифратора при использовании внешнего блока.

Для этого достаточно вывод 8 элемента DD3.3 соединить с контактом 4 разъема XS1, зашунтировав его дополнительным резистором на общий провод. Чертеж печатной платы радиоприемного блока с дешифратором показан на рис. 5.

 

Плата выполнена из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, но не исключено и применение одностороннего, так как небольшое количество печатных проводников со стороны установки деталей может быть выполнено тонким монтажным проводом.

В отверстия квадратных контактных площадок необходимо вставить проволочные перемычки и пропаять с двух сторон платы

Обозначения деталей приемника (на рисунке он отделен от дешифратора пунктирной линией) соответствуют схеме приемника в [8].

Для возможности автономного использования блока применена магнитная антенна WA1 [3, рис. 7] с катушкой связи L1 и высокочастотным разъемом Х1 для подключения внешней антенны.

Дополнительно на плате предусмотрена установка следующих деталей (показаны штриховыми линиями): подстроечного конденсатора С1' (включен параллельно С1), дополнительного блокировочного конденсатора по питанию входного каскада СЗ' и одиночного колебательного контура L5C21С22 (для повышения избирательности приемника [3]).

В сам приемник внесены незначительные изменения. Необходимо поменять местами резисторы R10 и R11 Пьезокерамический фильтр ZQ2 - ФП1П1-060 1. Вместо компаратора напряжения К554САЗ (DA3) применен К521САЗ с соответствующей цоколевкой.

Возможно применение и 554САЗ, но в 8-выводном корпусе. При этом оказалось, что предпочтителен обратный порядок выводов (по часовой стрелке на виде сверху) Потому эта микросхема установлена на плату не стандартно. Есть несколько вариантов.

Самый простой способ - распаять микросхему со стороны печатных проводников. Второй вариант - отогнуть выводы в противоположном направлении. В случае с металлическим корпусом это предпочтительней (необходимо только надеть на выводы изолирующие трубки).

Выводы 1, 4, 6, 9, 14 микросхемы DA1 (К174ПС1) соединены внутри кристалла между собой - на плате к ним подведен общий провод. Свободные выводы 7 и 8 микросхемы DA2 (К157ХА2) необходимо удалить, а вместо них запаять перемычку. Кстати, в рекомендациях по применению этой микросхемы [9] указывается на не­желательность присутствия на этих выводах каких-либо электрических сигналов

Катушки L1 и L2 намотаны на ферритовом стержне диаметром 8 и длиной 80 мм. Вариант крепления магнитной антенны и малогабаритного ВЧ разъема Х1 (СР75-104 и СР75-103) показан на рис. 6.

 

Разъем 1 закреплен гайкой 2 на угловом кронштейне 3, выполненном из тонкого листового материала.

Удобно использовать жесть (ее можно резать обычными ножницами), предварительно просверлив отверстие диаметром 8 мм под разъем.

Такой кронштейн {его ширина 12 мм) можно припаять к плате с помощью проволочной скобы 4.

Соединение ферритового стержня 6 с разъемом осуществляют с помощью муфты 5, выточенной из подходящего неметаллического материала.

В простейшем случае это может быть полихлорвиниловая трубочка надетая с натягом или подклеенная. Провод от центрального вывода разъема пропускают через отверстие в его корпусе {предназначенное для пайки оплетки кабеля) и прокладывают либо под трубкой, либо поверх ее. В случае применения только наружной антенны катушки L1, L2 можно установить на место конденсаторов С1' иС1, распаяв конденсатор С1 непосредственно на стойках каркаса катушки L1.

Конденсатор С6 в дешифраторе - К53-1А, его металлический корпус служит также экраном между цифровой частью и радиоприемной. Непоказанные на рис. 4 выводы 1, 5, 14, 15 микросхемы DD4 (КР1561ИЕ20) необходимо удалить либо раззенковать под них отверстия с противоположной стороны платы. Под выводы 4, 11 (DD1), 12 (DD2) и 9 (DD4) контактные площадки с той же стороны не выполнять.

Пьезоизлучатель НА1 (ЗП-18) перед установкой на плату необходимо доработать. К основанию пьезоэлемента, вынутому из корпуса, подпаивают перпендикулярно Г-образную проволочную стойку. Ее вставляют в отверстие платы и припаивают так, чтобы пьезоэлемент не касался деталей. Обкладку пьезоэлемента подпаивают к плате с помощью гибкого тонкого проводника.

Такая "свободная" конструкция способствует повышенной отдаче звукового сигнала. При использовании магнитной антенны корпус приемного блока должен быть выполнен из "радиопрозрачного" материала. Подойдет корпус от хорошо известного радиолюбителям конструктора "Юность КП101".

Проверку работы дешифратора можно выполнить, отсоединив выход элемента DD1 4 от других элементов. Для этого удобно проводник со стороны установки деталей между выводами 11 и 6 микросхемы DD1 выполнить монтажным проводом. Вывод 6 DD1 или вывод 11 DD2 соединяют с контрольной точкой (КT) в шифраторе и замыкают контакты переключателя SA1.

При подаче напряжения питания на шифратор в дешифраторе должен раздаться тревожный прерывистый сигнал. При явно недостаточной его громкости можно попробовать подобрать резистор R6.

А. МАРТЕМЬЯНОВ

ЛИТЕРАТУРА:

1 Виноградов Ю. Шифратор и дешифратор радиоканала автосторожа - Радио 1994 № 3,с 30—32.

2 Виноградов Ю. Радиоканал охранной сигнализации Передающий блок - Радио 1995, N1,с 37-40

3 Виноградов Ю. Радиоканал охранной сигнализации Приемный блок - Радио, 1995, № 4, с 47—50

4 Бирюков С. Автомобильный радио сторож - Радио, 2000, N 4, с. 33-35

5 Партала О. Н. Цифровые КМОП микросхемы Справочник. - Санкт-Петербург Наука и техника, 2001

6 Буров М. Многофункциональный звонок на PIC-контроляере - Радио, 2001 № 10, с 17-19

7. Ширяев И. Устройство охраны с сигнализацией по телефонной линии - Радио, 2001, № б, с 36,37

6 Виноградов Ю. Радио электронная охрана поселка - Радио, 2002, № 6, с 34-37

9 Нефедов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги Справочник Том 2 -М:КубК, 1997

материал подготовил А. Кищин (UA9XJK)