135887 (Разработка блока управления электромеханическим замком), страница 4

Аппаратуру считают выдержавшей испытание, если:

не нарушена сохранность внешнего вида;

• после испытания характеристики и параметры аппаратуры соответствуют требованиям, установленным в стандартах или ТУ на аппаратуру и в ПИ для испытаний данного вида.

2.4 Анализ электрической схемы

В данной работе поставлена задача разработки только одного блока системы контроля доступа в помещение (СКДП) - электронного блока управления (ЭБУ). Однако для анализа исходных данных необходимо рассмотреть систему в целом. Схема электрическая структурная ЭБУ приведена в приложении В.

Замок электромеханический предназначен для ограничения доступа в охраняемые помещения и может эксплуатироваться как автономно, так и в составе охранных устройств и устройств "электронный вахтер". Замок является врезным дверным замком и устанавливается непосредственно в саму дверь.

Система разработана по модульному принципу и включает в себя следующие блоки:

• блок управления (БУ);

• электромеханическое запирающее устройство – исполнительный механизм (ЭЗУ);

• электронные карточки-ключи.

Блок управления STEGO 01.010, в дальнейшем БУ, предназначен для управления релейными замками с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В. Управление замками осуществляется посредством электронных карточек таблеточной конструкции DS1990, DS1992, DS1994 фирмы DALLAS (США).

БУ обладает функциями автономной охраны двери, что обеспечивается подключением стандартного магниточувствительного дверного датчика и внешнего звукового или светового оповещателя.

БУ состоит из следующих составных функциональных частей:

• электронный блок управления (ЭБУ);

• накладка внешняя;

• накладка внутренняя;

ЭБУ и накладки выполнены в виде самостоятельных конструктивных единиц, что позволяет в зависимости от планировки помещения, типа дверей и т.п. устанавливать эти составные части по месту.

Электронный блок управления, является основной частью БУ, выполнен в разборном металлическом корпусе. На передней панели блока установлены светодиодные индикаторы сети и наличия аккумулятора резервного питания. Для питания ЭБУ используется сетевое напряжение 220В или аккумулятор резервного питания напряжением 12В.

Электронный блок управления осуществляет все необходимые функции, связанные с запоминанием и опознаванием ключей, индикацией режимов, выдачей сигналов управления на ЭЗУ.

В корпусе ЭБУ располагаются:

• базовый модуль;

• модуль световой и звуковой индикации;

• микропроцессорный модуль.

Микропроцессорный модуль управляет режимами работы БУ, принимает и обрабатывает сигналы ключей, датчика, кнопок, обеспечивает хранение кодов ключей, выдает сигналы управления замком, оповещения и тревоги.

Базовый модуль обеспечивает:

• формирование напряжений необходимых для работы БУ, исполнительного реле замка, выносного звукового или светового оповещателя;

• автоматическую подзарядку и подключение аккумулятора резервного питания, при пропадании напряжения сети;

• согласование модуля контроллера с внешними устройствами;

• усиления сигналов управления замком, индикации, оповещения и тревоги.

• Блок управления устанавливается в помещении, в удобном для доступа месте, но не далее 10 м от двери.

Накладка внешняя, конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит: плату с контактным устройством ключей и светодиодным индикатором режимов, вызывную кнопку.

Устанавливается на внешней стороне двери и закрепляется посредством двух винтов со стороны внутренней накладки.

Накладка внутренняя, конструктивно оформлена в декоративном металлическом корпусе и содержит кнопку открывания замка и коммутационную переходную плату для подключения накладки внешней, магниточувствительного датчика и ЭБУ.

Электронные карточки выполняют функцию ключей и представляют из себя электронную схему, встроенную в герметичный корпус таблеточной конструкции. Каждая карточка имеет записанный в ней индивидуальный 48 разрядный код, который не может быть изменен. Большое число комбинаций кодов исключает возможность их подбора и повторения

Кроме обычных карточек, которые пользователь может приобретать независимо, замок комплектуется специальной карточкой ("мастер-ключ") посредством которой осуществляется задание режимов работы БУ, а также программирование и стирание кодов ключей.

Производитель карточек - американская фирма "DALLAS" гарантирует их безотказную работу в течение 10 лет.

Электромеханическое запирающее устройство, является исполнительным механизмом замка. В качестве ЭЗУ используется механизм с курковым механизмом взвода ригеля с пусковым током не более 1.0 А при напряжении 12 В (таких марок как COMMAX, CISA, ABLOY).

Схема электрическая принципиальная ЭБУ приведена в приложении В.

2.4.1 Основные технические параметры

• количество электронных карточек-ключей, программируемых в память БУ - 32;

• режим программирования и стирания ключей - списковый, избирательный;

• максимальный пусковой ток управления замком, при напряжении 12 В, не более, А - 1,5;

• напряжение питания - ( 220 22)В;

• потребляемая от сети мощность в дежурном режиме, не более, Вт - 1,5;

• максимальная мощность подключаемого выносного звукового или светового оповещателя, не более ВА-4,0;

• резервный источник питания - аккумулятор 1,2 Ач; (автоматические подключение и подзарядка);

• время автономной работы с резервным источнком

• питания ч, не менее 36;

• габаритные размеры БУ, не более, мм 185х135х80;

• масса БУ без резервного источника питания, не более, кг 3.

2.4.2 Принцип работы

Работа ЭБУ предполагает:

• формирование и выдачу сигналов управления замком;

• запись и хранение кодов электронных карточек-ключей;

• стирание кодов ключей, утративших полномочия;

• задание и отмену режимов работы;

• обработку сигналов дверного датчика;

• управление оповещателями в режиме охраны.

Принцип работы БУ основан на использовании в качестве ключей электронных карточек, каждая из которых имеет свой уникальный код. Обработка, запись и стирание кодов, а также управление всеми режимами работы БУ осуществляется микроконтроллером ЭБУ. Передача кодов с электронной карточки на микроконтроллер осуществляется при касании ею контактного устройства по командам микроконтроллера. Коды ключей, обладающих полномочиями на управление БУ записываются в энергонезависимую память ЭБУ и сохраняются при полностью обесточенном устройстве не менее 10 лет. Поскольку, микроконтроллер осуществляет только чтение кодов электронных карточек, полностью исключена возможность внешнего несанкционированного доступа к записанным кодам ключей и вмешательства в режимы работы БУ.

Установка режимов, запись и стирания карточек осуществляется посредством специальной карточки - "мастер-ключ", входящей в комплект замка. Каждый БУ имеет единственный "мастер-ключ".

Открывание замка с внутренней стороны осуществляется нажатием кнопки внутренней накладки, или выносной кнопки.

БУ выдает звонковый сигнал посещения, при нажатии кнопки внешней накладки.

Светодиодный индикатор контактного устройства индицирует состояние замка/двери. Цвет индикатора меняется с красного на зеленый при открывании замка. Обратная смена цвета произойдет только при открывании и последующем закрывании двери.

В режиме охраны встроенный звуковой оповещатель БУ выдает длинные прерывистые сигналы оповещения, при незакрытой двери более 20 сек. При несанкционированном открывании двери (без предъявления электронной карточки, нажатия внутренней кнопки) звуковой оповещатель выдает непрерывные короткие звуковые сигналы и осуществляет выдачу сигналов на внешний световой или звуковой оповещатель мощностью не более 4 ВА с частотой 1 Гц. Отключение сигналов тревоги возможно только запрограммированным ключом.

Светодиоды на передней панели ЭБУ индицируют наличие сети и аккумулятора резервного питания:

• красный и зеленый - есть сеть, есть аккумулятор;

• только красный - есть сеть, нет аккумулятора;

• отсутствие свечения обоих индикаторов - нет сети.

В последнем случае о наличии аккумулятора можно судить по свечению индикатора контактного устройства.

БУ не предназначен для эксплуатации в помещениях для хранения активно действующих химикатов, а также в помещениях, содержащих пыль и примеси, вызывающие коррозию металлических частей и повреждение электрической изоляции.

1. Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции

3.1 Выбор и обоснование элементной базы

Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании (блока управления замком электромеханическим) и использовании в режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваются допустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов, не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.

Влияние Э.Д.С. шумов, коэффициентов нелинейности, паразитных емкости и индуктивности и др., должны учитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения.

Для правильного типа элементов необходимо на основе требований к установке в части климатических, механических и др. воздействий проанализировать условия работы каждого элемента и определить:

эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);

значения параметров и их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);

• допустимые режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и т.д.);

• показатели надежности, долговечности и сохраняемости;

Критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям работы и эксплуатации.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:

а) технические параметры:

• номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

• допустимые отклонения величин ЭРЭ от их номинального значения;

• допустимое рабочее напряжение ЭРЭ;

• допустимое рассеивание мощности ЭРЭ;

• диапазон рабочих частот ЭРЭ;

• коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

б) эксплуатационные параметры:

• диапазон рабочих температур;

• относительная влажность воздуха;

• давление окружающей среды;

• вибрационные нагрузки;

• другие (специальные) показатели.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются:

• унификация ЭРЭ;

• масса и габариты ЭРЭ;

• наименьшая стоимость;

• надежность.

Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а также конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:

• значительно сократить сроки и стоимость проектирования.

• сократить на предприятии‑изготовителе номенклатуру применяемых деталей и сборочных единиц, увеличить применяемость и масштаб производства.

• исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭА, т.е. упростить подготовку производства.

• создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий.

• улучшить эксплуатационную и производственную технологичность.

• снизить себестоимость выпускаемого изделия.

Учитывая вышесказанное, перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого блока управления электромеханического замка.

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого блока управления приведена в приложении В.

Здесь применены:

• микросхемы КР561ТЛ1, КР142ЕН5А;

• процессор ЭКР1830ВЕ31;

• память D27С64;

• ППЗУ ЭКР1568РР1;

• регистр ЭК1554ИР22;

• резисторы С2-23-0,125, С2-23-0,5, С2-23-2;

• конденсаторы типа К50‑35, МО21;

• транзисторы КТ3102ГМ, КТ3107ГМ, КТ973А;

• диоды КД243, КД522А;

• светодиоды АЛ307;

• резонатор кварцевый на 4МГц;

• трансформатор;

• вставка плавкая ВП1-1;

• головка динамическая 0,5ГДШ – 2 – 8Ом.

Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационных параметров ЭРЭ используемых в данных модулях.

Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации аналоговых микросхем серии КР142:

интервал рабочих температур	-20...+850С
многократное циклическое изменение температуры	-20...+850С
относительная влажность воздуха при температуре 200С	до 98%
атмосферное давление	0.67...31кПа

Сопоставляя заданные условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации микросхем данной серии, заключаем, что выбранная серия микросхем пригодна для эксплуатации в данных условиях.

Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации конденсаторов следующих типов:

а) для конденсаторов типа К50‑35:

температура окружающей среды	-20...+700С
относительная влажность воздуха при 400С	до 98%
тангенс угла потерь при нормальных климатических условиях	15...40%
атмосферное давление	от 0.67 до 31 кПа
минимальная наработка при температуре 700С	2000 часов
срок сохраняемости	5 лет

б) конденсаторов типа М021:

температура окружающей среды	от -60 до 1500С
относительная влажность воздуха при 350С	до 98%
атмосферное давление	от 10-6 до 800 мм.рт.ст.
минимальная наработка	10000 часов

Сопоставляя условия эксплуатации прибора и условия эксплуатации предлагаемых типов конденсаторов, заключаем, что данные типы пригодны для эксплуатации в заданных условиях.