Адресная система радиооповещения
В настоящее время на рынке пожарной автоматики получает всё большее распространение новый тип пожарных извещателей, сочетающих свойства тепловых датчиков и источников электропитания и позволяющих одновременно с обнаружением пожара приводить в действие средства пожаротушения.
Одним из таких извещателей является УСП-101. При превышении температуры окружающей среды до определённого значения термочувствительный элемент датчика деформируется и освобождает находящийся в корпусе подпружиненный шток. На штоке закреплён магнит, который, проходя внутри катушки индуктивности, вырабатывает в ней электрический импульс длительностью не менее 1мс и величиной тока 3,5А. Низкое потребление тока микроконтроллерами AVR позволяет, как показала практика, применять их в адресных системах радиооповещения регистрации срабатывания подобных датчиков и питаться энергией их импульсов. Подобные системы весьма актуальны в местах, где применение приборов с постоянно действующими источниками питания нежелательно: в шахтах, в загазованных помещениях, и в других взрывоопасных помещениях категории А.
Представленная в данной работе система позволяет регистрировать сработку до 63-х датчиков и надёжно работает в Си-Би диапазоне в радиусе 500 м с суррогатными антеннами (штырь-75 см). Блок-схема радиоканала изображена на Рис.1. Тракт передачи состоит из умножителя-накопителя напряжения, который преобразует импульс тока в напряжение для питания шифратора и передатчика (Рис.1а). Приёмный тракт (Рис.1б) состоит из приёмника, дешифратора, блока питания, реле коммутации с внешними устройствами и двухсекционного семисегментного индикатора.
Принципиальная схема тракта передачи изображена на Рис.2. На диодах DA2-DA4 и конденсаторах СЕ1 и СЕ2 собран параллельный удвоитель напряжения (схема Латура), который заряжает накопительные конденсаторы СЕ3, СЕ4. За время разрядки накопителя передатчик успевает передать 2-3 восьми- битных посылки с выходной мощностью 15-20 мВт. Передатчик состоит из задающего генератора с кварцевой стабилизацией на VT1 и усилителя мощности на VT2. Модуляция сигнала осуществляется путём изменения напряжения уровня (0-5В) сигнала, поступающего с USART шифратора (вывод TXD) через резистор R13 на кварц ZQ1 задающего генератора, и является импульсной.
Усилитель мощности передатчика собран на транзисторе VT2 с изолированным затвором и имеет высокое входное сопротивление, что позволяет легко согласовать его с задающим генератором. Индуктивность L3 компенсирует ёмкостную составляющую сопротивления антенны.
Шифратор DD1 сделан на микроконтроллере ATtiny2313V и может работать на тактовой частоте 4МГц при напряжении 1,8 – 5,5В. Задание номера датчика (адреса) осуществляется в пределах 0-63 в двоичном коде с помощью перемычек Р1-Р6. Два старших бита служат признаком посылки и постоянно равны 1.
Скорость передачи составляет 2400 бит/с. Программа для шифратора создана в среде AVR Studio 4 и прилагается к данной работе (файлы asm,hex). Она состоит из следующих действий:
- считывание адреса из Порта В в рабочий регистр и включение питания передатчика (PD6=1, ключ на VT3, VT4);
- передача через USART данных для модуляции;
- выключение питания передатчика;
- организация задержки для обработки переданных данных в приёмном тракте и возвращение в цикл.
Принципиальная схема тракта приёма изображена на Рис.3. Радиочастотный сигнал с антенны через переходной конденсатор С2 поступает на входной контур L1, C1, настроенный на частоту 27,12 МГц. Далее сигнал поступает на высокочастотный усилитель – на полевом транзисторе VT1. Этот транзистор согласует несимметричный высокоомный выход контура с низкоомным симметричным входом микросхемы DA1 (смеситель). Диод VD1 ограничивает входной сигнал при малом расстоянии между антеннами передатчика и приёмника. Частота гетеродина DA1 определяется частотой резонатора ZQ1=26,655 МГц. Сигнал промежуточной частоты (ПЧ) 465 КГц выделяется на контуре L2, C9, который является нагрузкой смесителя. Далее сигнал ПЧ через пьезокерамический фильтр поступает на DA2, на которой выполнены усилитель ПЧ, амплитудный детектор, система АРУ и усилитель низкой частоты (НЧ). С выхода детектора (вывод 8) НЧ амплитудой 50 – 100 мВ поступает на предварительный усилитель – микросхема DA3.2 и усиливается до 150 - 300 мВ. Далее через проходной конденсатор сигнал поступает на усилитель НЧ (вывод 9), который усиливает сигнал НЧ до 3 – 4,5 В. Усиленный сигнал (вывод 9) поступает на компаратор DA3.1 и инвертор DD2.3, формирующий крутые фронты для USART (вывод RXD) дешифратора DD1 (ATtiny2313).
Программа создана в среде AVR Studio4 и прилагается к данной работе (asm,hex) и состоит из основного цикла, где осуществляется индикация принятого значения адреса сработавшего датчика. Приём данных происходит по прерыванию. Проверка на ложное срабатывание состоит в выделении признака посылки 0bxx000000 и сравнения его с эталонным значением 0b11000000. В случае равенства из посылки выделяются данные и записываются в регистр adres, а затем индуцируются на семисегментном индикаторе подпрограммой “Ind “ в основном цикле. Очистка индикатора и выключение реле «Пожар» осуществляется по внешнему прерыванию (INT0), кнопка «Очистка».
Следует отметить, что эту систему можно сделать и более чувствительной и более эффективной, если она будет работать не Си-Би, а в более высокочастотном диапазоне, например: в диапазоне 433 МГц дальность действия системы составляет несколько километров.
Автором были испытаны радиоканалы на серийно выпускаемых микросборках таких, как TX-5000 – передатчик (требует дополнительного усилителя мощности), RX-5000 – приёмник (требует дополнительный усилитель высокой частоты), RC1240 – трансивер с выходной мощностью передатчика 10 мВт. Дальность действия систем составила 2 – 4 км на штыревую антенну длиной 16 см.
В заключении следует отметить, что способ формирования импульсов с помощью компаратора (Рис.3), применяемый во многих самодельных радиоканалах, зависит от температуры окружающей среды, что может внести ошибку в приём данных. Вместо этого предлагается использовать селектор импульсов Рис.4. Работа радиоканала с данным устройством была испытана в полевых условиях при температурах от -33 до +37 град С (в шифраторе и дешифраторе применялся AVR контроллер с индексом PI).
Автор andre