Извещатель охранный объемный адресный
РЕФЕРАТ
охранный извещатель схема
Курсовой проект: страницы, рисунков, источников.
ИЗВЕЩАТЕЛЬ, ОХРАННАЯ СИСТЕМА, МИКРОСХЕМА, КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР,
ТРАНЗИСТОР, РЕЗИСТОР.
Объектом исследования является автономный пожарный извещатель дымовой на
базе микроконтроллера семейства AVR.
В процессе конструирования выполнена следующая работа:
обзор литературы;
разработка структурной схемы;
разработка функциональной схемы;
разработка принципиальной схемы;
чертежи структурной, принципиальной схемы, печатной платы.
ВВЕДЕНИЕ
Основными элементами системы охранной сигнализации являются
устройства, обнаруживающее проникновение по каким-либо его признакам - пожарные
охранные, от качества работы которых в большей мере зависит и эффективность
работы всей системы охранной сигнализации в целом.
Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во
многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых
крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в
классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные
(ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК + микроволновые). Реже
применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные
датчики.
Пассивные инфракрасные извещатели (ПИК) служат для
обнаружения вторжения нарушителя в контролируемый объем. Это один из самых
распространенных типов охранных извещателей. Принцип действия основан на
регистрации изменений потока теплового излучения и преобразовании с помощью
пироэлемента инфракрасного излучения в электрический сигнал. В настоящее время
используются двух- и четырехплощадные пироэлементы. Это позволяет существенно
снизить вероятность ложных тревог. В простых ПИК обработка сигнала производится
аналоговыми методами, в более сложных - цифровыми, с помощью встроенного
процессора. Зона обнаружения формируется линзой Френеля или зеркалами.
Различают объемную, линейную и поверхностную зоны обнаружения. Не рекомендуется
устанавливать инфракрасные извещатели в непосредственной близости от вентиляционных
отверстий, окон и дверей, у которых создаются конвекционные воздушные потоки, а
также радиаторов отопления и источников тепловых помех. Также нежелательно
прямое попадание светового излучения ламп накаливания, автомобильных фар,
солнца на входное окно извещателя. Возможно применение схемы термокомпенсации
для обеспечения работоспособности в области высоких температур (33-37 °C),
когда величина сигнала от движения человека резко уменьшается за счет снижения
теплового контраста между телом человека и фоном.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛОГОВ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА
Охранные извещатели - это устройства, которые в зависимости от принципа
действия и условий эксплуатации, сообщают о любых нарушениях безопасности.
Работа охранных извещателей основана на различных физических принципах.
По принципу формирования информационного сигнала охранные извещатели
делятся на активные и пассивные. Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и
реагируют на изменение его параметров, пассивные реагируют на изменение
параметров окружающей среды, вызванное вторжением нарушителя.
По способу приведения в действие охранные извещатели подразделяют на
автоматические и ручные.
По назначению автоматические охранные извещатели подразделяют на:
охранные извещатели для закрытых помещений;
охранные извещатели для открытых площадок и периметров объектов.
По виду зоны, контролируемой извещателем, охранные извещатели
подразделяют на:
точечные;
линейные;
поверхностные;
объемные.
Охранные извещатели различаются по типу обнаруживаемых тревожных событий:
движение (инфракрасные активные и пассивные, радиоволновые линейные и
объемные, ультразвуковой);
открытие (магнитоконтактные);
разбитие стекла (акустические, ударно-контактные);
приближении или прикосновение (емкостные);
тряску (вибрационные);
преступное нападение (тревожные кнопки и педали);
а также бывают совмещенными или комбинированными, которые сочетают в себе
два или более физических принципа действия.
По количеству зон обнаружения, создаваемых охранными извещателями, их
подразделяют на однозонные и многозонные.
Охранные извещатели в процессе эксплуатации подвергаются воздействию
различных мешающих факторов, среди которых основными являются: акустические
помехи и шумы, вибрации строительных конструкций, движение воздуха,
электромагнитные помехи, изменения температуры и влажности окружающей среды,
техническая неукрепленность охраняемого объекта.
Степень воздействия помех зависит от их мощности, а также от принципа
действия охранного извещателя. принципах. По принципу формирования
информационного сигнала охранные извещатели делятся на активные и пассивные.
Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и реагируют на изменение его
параметров, пассивные реагируют на изменение параметров окружающей среды,
вызванное вторжением нарушителя. Охранные извещатели - это устройства, которые
в зависимости от принципа действия и условий эксплуатации, сообщают о любых
нарушениях безопасности. Работа охранных извещателей основана на различных
физических принципах.
По принципу формирования информационного сигнала охранные извещатели
делятся на активные и пассивные. Активные генерируют в охраняемой зоне сигнал и
реагируют на изменение его параметров, пассивные реагируют на изменение
параметров окружающей среды, вызванное вторжением нарушителя.
По способу приведения в действие охранные извещатели подразделяют на
автоматические и ручные.
По назначению автоматические охранные извещатели подразделяют на:
охранные извещатели для закрытых помещений;
охранные извещатели для открытых площадок и периметров объектов.
По виду зоны, контролируемой извещателем, охранные извещатели
подразделяют на:
точечные;
линейные;
поверхностные;
объемные.
Охранные извещатели различаются по типу обнаруживаемых тревожных событий:
движение (инфракрасные активные и пассивные, радиоволновые линейные и
объемные, ультразвуковой);
открытие (магнитоконтактные);
разбитие стекла (акустические, ударно-контактные);
приближении или прикосновение (емкостные);
тряску (вибрационные);
преступное нападение (тревожные кнопки и педали);
а также бывают совмещенными или комбинированными, которые сочетают в себе
два или более физических принципа действия.
По количеству зон обнаружения, создаваемых охранными извещателями, их
подразделяют на однозонные и многозонные.
Охранные извещатели в процессе эксплуатации подвергаются воздействию
различных мешающих факторов, среди которых основными являются: акустические
помехи и шумы, вибрации строительных конструкций, движение воздуха,
электромагнитные помехи, изменения температуры и влажности окружающей среды,
техническая неукрепленность охраняемого объекта.
Степень воздействия помех зависит от их мощности, а также от принципа
действия охранного извещателя.
Пассивные инфракрасные извещатели движения (ИК-извещатель)
Пассивные инфракрасные извещатели реагируют на перемещение источника
теплового излучения. Чувствительный элемент инфракрасного извещателя - это
сегментированный приёмник теплового излучения, который «смотрит» в защищаемое
помещение. Когда тепловой объект при движении пересекает границы сегментов,
извещатель выдает сигнал тревоги.
Пассивные инфракрасные извещатели различаются по площади и конфигурации
«осматриваемого» участка. Основные характеристики, которые применяются для
классификации этого типа извещателей - это угол обзора и дальность (радиус)
действия. Эта информация отображается производителями в паспортах на извещатели
и называется «диаграмма направленности извещателя».
Пассивные инфракрасные извещатели часто оснащают функцией игнорирования
животных. Игнорирование животных - это возможность извещателя не реагировать на
передвижение теплового объекта определенной массы.
Принцип работы датчика
Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в
поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика
монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика.
При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей,
чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается
напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике
используется оптическая система - линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля
используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы
(линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом
электроимпульс. По мере перемещения источника ИК-излучения, оно улавливается и
фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько
последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности
датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2
или 3 импульса.
Датчики, использующиеся в системах охранной сигнализации,
имеют выходное реле типа «сухой контакт» (нормально замкнутый).
В датчиках, используемых для управления освещением, для
коммутации нагрузки обычно применяются твердотельные выключатели на основе
тиристоров или симисторов.
Извещатель охранный объемный оптико-электронный адресный
"С2000-ИК"
Совместная разработка ЗАО НВП БОЛИД и АО "РИЭЛТА". Первый
Российский адресный инфракрасный пассивный охранный извещатель С2000-ИК
От зарубежных аналогов С2000-ИК отличается:
повышенной надежностью обнаружения
микропроцессорной обработкой сигналов
пониженным энергопотреблением
расширенным диапазоном скоростей движения
более чем в три раза меньшей ценой
выдает адресуемые извещения Взят, Снят, Тревога,Вскрытие, Отключен
подключение к двухпроводной линии до 127 извещателей
С2000-ИК включается в двухпроводную линию связи контроллера "С2000-КДЛ"
и обеспечивает:
надежное обнаружение проникновения в охраняемую зону
отсутствие ложных срабатываний при перемещении мелких животных
отсутствие реакции на перепады фоновой освещенности
защищенность от электромагнитных полей
отсутствие реакции в условиях конвективных тепловых потоков
защищенность от воздействия импульсов напряжения по линии связи
возможность индикации режима тревоги
установку адреса в пределах от 1 до 127
ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
» максимальная рабочая дальность - 12 м
» чувствительность извещателя обеспечивает выдачу тревожного извещения
при перемещении человека со скоростью от 0,3 до 3 м/с на расстояние не более 3
м
» ток, потребляемый извещателем от двухпроводной линии связи, не более -
500 мкА
» время технической готовности извещателя, не более - 60 с
» диапазон рабочих температур - от минус 30 до плюс 50 °С
» габаритные размеры извещателя - 105х75х56 мм
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Устройство охранного извещателя предназначено для совместной работы с ПКП
и служит для обнаружения проникновения на охраняемую территорию. Он
представляет собой комплекс, состоящий из:
· Пассивного ИК датчика;
· Микроконтроллера;
· Цепи питания;
· Усилителя;
· Компаратора;
· Повторителя;
· Адресного блока;
· Интерфейса RS-485.
Пассивный ИК датчик предназначен для непосредственного обнаружения
нарушителя на охраняемой территории, путем изменения ИК излучения.
Сигнал опрашиваемого датчика поступает на вход усилителя. После сигнал
поступает на компаратор, а затем на повторитель. Микроконтроллер получает
сигнал, сигнал приходит на аналогово-цифровой вход, где цифровой сигнал
передается через интерфейс RS-485. Адресный блок показывает, в каком месте было
совершено проникновение. Для питания схемы используются понижающий стабилизатор
напряжения для обеспечения подачи питания 12 В. Индикатор в виде светодиода
служит для отображения информации о проникновении.
Рисунок 1. Структурная схема устройства
3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Принцип действия следующий.
Информация о нарушении охраняемой территории поступает на вход
микроконтроллера далее на ПКП по интерфейсу RS-485. Микроконтроллер обрабатывает полученную информацию и
выдает ответ о состоянии системы в целом.
Усилитель используется для повышения качества сигнала.
Рисунок 2. Функциональная схема устройства
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
.1Выбор элементной базы
.1.1Микроконтроллер семейства MCS 51
В качестве микроконтроллера, используется микроконтроллер ADuC814.
Характеристики
Аналоговый ввод / вывод
Быстродействие процессора 16.78 МГц
Рабочая температура-40°C ~ 125°C
Малая потребляемая мощность при высоком быстродействии
Рабочее напряжение 3.0В…5.25В
Периферийные устройства (блоки I2C, SPI, UART/USART)
6-канальный АЦП 247 кГц
12-битное разрешение
ADC высокоскоростной передачи данных Capture Mode
ADC эффективностью Вплоть до VREF 0,1 В
Двойной ЦАП выходного напряжения
12-бит, 15 с. время установления памяти
8 Кбайт On-Chip Flash / EE память программы
640 байт On-Chip Flash / EE памяти данных
Три уровня Flash / EE память программ безопасности
256 байт On-Chip ОЗУ данных
8051 на базе ядра
32 кГц частота внешнего кристалла
Три 16-разрядных таймера / счетчика
11 программируемых линий ввода / вывода
11 Источники прерываний, двумя уровнями приоритета мощности.
Рисунок 3 - Внешний вид и расположение выводов ADuC814
Таблица 1 - назначения выводов ADuC814
№ Вывода
|
Тип вывода
|
Название
|
Описание
|
Земля
|
DGND
|
Цифровая земля
|
2
|
Вх/Вых
|
DLOAD
|
Порт открытия режима загрузки
|
3-7
|
Вх/Вых
|
P3.0- P3.4
|
Двунаправленые выводы
|
3
|
Вх/Вых
|
P3.0/RXD
|
приемник ввода данных
|
4
|
Вх/Вых
|
P3.1/TXD
|
Данные UART
|
5
|
Вх/Вых
|
P3.2/INT0
|
Прерывание 0
|
6
|
Вх/Вых
|
P3.3/INT1
|
Прерывание 1
|
7
|
Вх/Вых
|
P3.4/T0/CONVST
|
Счетчик времени
|
8
|
Вх/Вых
|
P1.0/T2
|
Вход счетчика времени 2
|
9
|
Вх/Вых
|
P1.1/T2EX
|
Перезагрузка триггера
|
10
|
Вх
|
RESET
|
Вход сброса
|
11-12
|
Вх
|
P1.2-P1.3
|
Ввод
|
11
|
Вх
|
P1.2/ADC0
|
Входной канал 0
|
12
|
Вх
|
P1.3/ADC1
|
Входной канал 1
|
13
|
Питание
|
AVDD
|
Напряжение питания
|
14,15
|
Земля
|
AGND
|
Аналоговая земля
|
16
|
Вх/Вых
|
VREF
|
Справочный Вх/Вых
|
17
|
Вх
|
CREF
|
18-21
|
Вх
|
P1.4-P1.7
|
Вход канал
|
18
|
Вх
|
P1.4/ADC2
|
АЦП входного канала 2
|
19
|
Вх
|
P1.5/ADC3
|
АЦП входного канала 2
|
20
|
Вх/Вых
|
P1.6/ADC4/DAC0
|
АЦП входного канала 4
|
21
|
Вх/Вых
|
P1.7/ADC5/DAC1
|
АЦП входного канала 5
|
22-24
|
Вх/Вых
|
P3.5-P3.7
|
Двунаправленые выводы
|
22
|
Вх/Вых
|
P3.5/T1
|
SPI интерфейс
|
22
|
Вх/Вых
|
P3.5/SS/EXTCLK
|
SPI интерфейс
|
23
|
Вх/Вых
|
P3.6/MISO
|
Рабочий выход данных входа
|
24
|
Вх/Вых
|
P3.7/MOSI
|
Рабочий вход данных входа
|
25
|
Вх/Вых
|
SCLOCK
|
Таймер SPI интерфейса
|
26
|
Вх
|
XTAL1
|
Вход на инвертор кристалла осциллятора
|
27
|
Вых
|
XTAL2
|
Выход из кристалла инвертора осциллятора
|
28
|
Питание
|
DVDD
|
Аналоговое питание
|
Рисунок 4 - Структурная схема микроконтроллера ADuC814
4.1.2 Выбор стабилизатора
В качестве источника питания используется какой-либо элемент с
напряжением 12 В. Так как все элементы, расположенные на схеме имеют входное
питание не более 5 В, необходимо использовать стабилизатор напряжения. В
качестве стабилизатора используем стабилизатора напряжения КР142ЕН5А.
Микросхема КР142ЕН5А трёхвыводной стабилизатор с фиксированным выходным
напряжением 5 вольт могут найти применение в широком спектре радиоэлектронных
устройств в качестве источниках питания логических систем, измерительной
технике, устройств высококачественного воспроизведения и других
радиоэлектронных устройств.
Внешние компоненты могут быть использованы для ускорения переходных
процессов. Входной конденсатор необходим только в том случае, если регулятор
находиться на расстоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника
питания.
Рисунок 3 - Вид стабилизатора
.1.3 Адресный блок
Адресный блок предназначен для работы в составе систем управления
оповещением и эвакуацией совместно с микроконтроллером. Обеспечивают включение
необходимых линий управления и трансляцию тревожных и эвакуационных сообщений в
зоны оповещения по сигналам управления с МК или с ППКП в автономном режиме
работы. Обеспечивает управление восьмью зонами оповещения. Организован в виде
набора ключей, информирующих об адресе проникновения.
4.1.4 Интегральная микросхема MAX485
Современная микросхема драйверов сети RS485 фирмы MAXIM, предназначена для передачи информации от устройства до ПКП на расстояния
больше 20 м по интерфейсу RS 485.
Рисунок 7 - Расположение выводов MAX485
Обозначения выводов:
A - Noninverting Receiver Input and Driver Output
- Неинвертирующий вход/выход.- Inverting
Receiver Input and Driver Output - Инвертирующийвход/выход.
VCC - PositiveSupply - Напряжение питания.
Приемники большинства микросхем RS-485 имеют пороговый диапазон
распознавания сигнала на входах A-B - ±200мВ. Если |Uab| меньше порогового
(около 0), то на выходе приемника RO могут быть произвольные логические уровни
из-за несинфазной помехи. Такое может случиться либо при отсоединении приемника
от линии, либо при отсутствии в линии активных передатчиков, когда никто не
задает уровень. Чтобы в этих ситуациях избежать выдачи ошибочных сигналов на
приемник UART, необходимо на входах A-B гарантировать разность потенциалов
Uab> +200мВ. Это смещение при отсутствии входных сигналов обеспечивает на
выходе приемника логическую "1", поддерживая, таким образом, уровень
стопового бита. Добиться этого просто - прямой вход (А) следует подтянуть к
питанию, а инверсный (B) - к "земле". Получается делитель:
Рисунок 8 - Схема подключения защитного смещения
Rвх - входное сопротивление приемника (обычно 12 кОм);
Rc - согласующие резисторы (120 Ом);
Rзс - резисторы защитного смещения.
Величины сопротивлений для резисторов защитного смещения (Rзс) нетрудно
рассчитать по делителю. Необходимо обеспечить Uab> 200мВ. Напряжение питания
- 5В. Сопротивление среднего плеча - 120Ом//120Ом//12КОм на каждый приемник -
примерно 57 Ом (для 10 приемников). Таким образом, выходит примерно по 650 Ом
на каждый из двух Rзс. Для смещения с запасом - сопротивление Rзс должно быть
меньше 650 Ом. Традиционно ставят 560 Ом.
.2 Схемотехническое решение
Датчик IRA-E710ST0
устроен следующим образом: его термочувствительные элементы закрыты фильтром,
формирующим область спектральной чувствительности датчика.
Полевой транзистор, входящий в саму пироэлектрическую
структуру (D1- IRA-E710ST0) включен истоковым повторителем.
Предварительный усилитель выполнен на операционном усилителе DA1.1, который вводится в линейный
режим работы делителем R2, R4.
ОУ DA1.2
работает компаратором. R8 и R9 служат для установки порога
срабатывания.
При появлении на выходе DA1.1 положительного импульса с амплитудой, превышающей 5мВ,
близкое к нулю напряжение на выходе DA1.2 сменится высоким, близким к Uпит
Оу DA1.3 включен повторителем. В дежурном
режиме на его выходе устанавливается напряжение близкое к нулю (логический 0); при возбуждении датчика - близкое к Uпит.
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Извещатель охранный объемный адресный используется как отдельный прибор.
Стоимость прибора можно оценить исходя из стоимости компонентов входящих
в состав модуля сопряжения и приблизительной стоимости работ по его
изготовлению.
Таблица 2. Стоимость извещателя
Элемент
|
Стоимость у.е.
|
Микросхемы
|
1.5
|
Резисторы
|
1
|
Конденсаторы
|
1
|
Диоды
|
0.2
|
Усилители
|
2
|
Транзисторы
|
1.3
|
Прочее
|
1
|
Итого
|
8
|
При штучном производстве сдельная цена на изготовление корпуса и печатной
платы колеблется в районе 5 у.е.
Исходя из приведенных выше данных стоимость прибора составит
≈13 у.е.
6. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
В данном разделе рассмотрены вопросы охраны труда в проектном отделе при
проектировании устройства сопряжение. Это мероприятия по организации нормальных
условий труда инженера-проектировщика, мероприятия по технике безопасности.
Работа инженера-проектировщика связана с воздействием на него некоторых вредных
производственных факторов, которые могут привести к ухудшению здоровья или
некоторым профессиональным заболеваниям. Негативное влияние компьютера на
здоровье пользователя выражается в:
повышенном зрительном напряжении;
психологической нагрузке, связанной с монотонностью рабочего
процесса;
длительном неизменном положении тела в процессе работы;
воздействии некоторых физиологических факторов (электромагнитных
излучений, статического электричества, ультрафиолетового и рентгеновского
излучения).
Несмотря на отсутствие действительно опасных производственных факторов,
условия труда инженера-проектировщика нуждаются в постоянном контроле и
улучшении. Конструкция устройства соответствует общим требованиям безопасности
согласно ГОСТ 12.2.007.0 (Изделия электротехнические). При проверке, монтаже и
эксплуатации необходимо выполнять меры безопасности в соответствии с «Правилами
технической эксплуатации электроустановок потребителей». По способу защиты
человека от поражения электрическим током прибор относиться к изделиям 3 класса
по ГОСТ 12.2.007.0. При работе с ним не существует опасности поражения
электрическим током.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
охранный извещатель схема
1. Обоснована и выбрана элементная база, составлен перечень используемых
элементов.
. Разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы
устройства.
. Разработаны чертежи печатной платы.
. Проведены расчёты, подтверждающие работоспособность устройства.