7 - 2 Специальный раздел (Система охраны объектов промышленного предприятия с разработкой блока кодирования)

2 СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Разработка структурной схемы системы охраны

Исходя из проведенного анализа возможных структур построения систем сбора и обработки информации охранных систем, структурная схема разрабатываемого устройства должна иметь следующие возможности:

1. должна быть стационарной;

2. по способам соединения станционной аппаратуры с периферийными блоками его топология должна быть шлейфовой без концентраторов;

3. энергообеспечение периферийных блоков должно осуществляться от стационарной аппаратуры системы сбора и отображения информации;

4. не иметь возможностей защиты линий сигнализации от обхода;

5. не обеспечивать регистрацию информации;

6. обеспечивать контроль работоспособности только каналов сигнализации;

7. должна иметь прямое отображение нормовой и ненормовой информации;

8. не иметь возможности информационного обмена с другими системами;

9. должна иметь возможность наращивания количества охраняемых объектов;

10. топология системы должна быть шлейфовой без концентраторов.

Исходя из сказанного выше разрабатываемая многоканальная система в своем составе должна иметь:

• периферийные блоки кодирования с датчиками охранной сигнализации типа сухой контакт (до 12 блоков);

• общий информационный шлейф (линию) с возможностью обеспечения питания по нему периферийных блоков;

• центральный блок декодирования информации с периферийных блоков;

• блок управления;

• блок индикации;

• блок питания.

Таким образом структурная схема устройства охранной сигнализации будет иметь вид представленный на странице 29.

2.2 Разработка структурной схемы блока кодирования

Блок кодирования при работе в составе системы должен реализовывать следующие функции:

• принимать сигналы общесистемного шлейфа (линии);

• преобразовывать постоянное напряжение линии 30 вольт в напряжение необходимое для работы КМОП микросхем;

• генерировать тактовую сетку сигнальных импульсов;

• формировать импульсы необходимой частоты и формы;

• считать временные интервалы между импульсными посылками сигнальных импульсов общесистемной линии;

• формировать собственные импульсные посылки сигнальных импульсов в общесистемную линию;

• управлять работой всех внутренних устройств блока;

устанавливать номер блока в составе системы.

Исходя из перечисленных функций в состав блока кодирования должны входить следующие устройства:

• блок формирования питающего напряжения;

• источник тактовых импульсов;

• счетное устройство;

• устройство управления;

• блок формирования выходных сигналов;

• схему установки номера блока.

Исходя из этого структурная схема блока кодирования будет иметь вид представленный на странице 31.

2.3 Разработка функциональной схемы блока кодирования

Блоки кодирования автоматически синхронизируются и выстраиваются в очередь в порядке возрастания числа импульсов в сигнале. Возможна работа системы при использовании от 1 до 12 блоков одновременно.

Каждый из 12 идентичных блоков кодирования с датчиком тревожного сигнала соединены между собой общей двухпроводной линией связи.

Все блоки кодирования выполняются по одинаковой схеме. Функционально они должны состоять из следующих субблоков:

• блок питания микросхем (для формирования напряжения необходимого для питания логических интегральных микросхем);

• генератор тактовых импульсов (для формирования тактовой сетки импульсов необходимой для синхронной работы всех субблоков блока кодирования);

• счетчик тактовых импульсов (для формирования необходимых временных интервалов);

• формирователи отрицательных и положительных импульсов (формирование отрицательных и положительных импульсов необходимой формы и длительности необходимых для управления работой счетчика тактовых импульсов и функционирования схемы управления);

• схема установки счетчика в ноль и схема включения счетчика (для управления работой счетчика);

• схема установки номера блока в составе системы охраны.

• схема управления (для управления работой схемы формирования импульсных посылок);

• схема согласования выходного сигнала (для согласования параметров выходного импульсного сигнала);

• схема выдачи сигнала тревоги (для выдачи сигналы тревоги при срабатывании тревожного датчика).

Исходя из сказанного функциональная схема блока кодирования будет иметь вид представленный на странице 35.

2.4 Описание работы блока кодирования

Все блоки кодирования выполнены по одинаковой схеме, поэтому рассмот­рим работу только одного из них — первого. На его вход «Линия» приходят пачки импульсов отрицательной полярности амплитудой 30 В, формируемые поочередно другими блоками. Блок питания КМОП микросхем формируют импульсы 7 - 9 В, необ­ходимые для нормальной работы КМОП микросхем. Формирователь отрицательных импульсов формиру­ет два вида импульсов: импульсы отрицательной полярности с крутыми фронтом и спадом, и им­пульс отрицательной полярности, фронт которого совпадает с фронтом первого импульса в пачке, а спад несколько задержан относительно спада последнего импульса пачки этот импульс подается на формирователь коротких положительных импульсов по фронту и спаду длинного отрицательного импульса. Эти короткие импуль­сы, пройдя через схему установки счетчика в ноль устанавливают счетчик тактовых импульсов в нулевое состояние. Счетчик во время паузы между пачками импуль­сов считает тактовые импульсы, поступающие на его вход с тактового генера­тора через схему включения счетчика

Работа тактового генератора и счетчика синхронизированы с нача­лом и концом пачки импульсов, поступающих на их входы. Счетчик во время паузы

между пачками считает тактовые импульсы, измеряя таким образом длительность паузы между пачками.

Если длительность паузы превышает 16 периодов тактовых импульсов, схема формирования импульсных посылок формирует пачку из трех импуль­сов отрицательной полярности, которая выдается в линию.

По окончании третьего импульса прекращается выдача импульсов до появления паузы длитель­ностью 16 импульсов, которая во всех блоках кодирования активизирует их работу.

Во втором блоке кодирования после паузы в четыре импульса этот блок выдает пачку из четырех импульсов и также прекратит работу до появления паузы длительностью 16 импульсов. Следующим сработает третий блок и выдаст пачку из 5 импульсов и т.д.

После срабатывания последнего из подключенных к системе блоков. Возникнет пауза длительностью 16 импульсов, активизирующая работу всех блоков. Далее цикл работы системы повторится.

Длительность полного цикла работы всех блоков кодирования при частоте тактовых импульсов 512 Гц составляет около 0,5 с.

В зависимости от установленной перемычки блок кодирования выдает от 3 до 14 импульсов в пачке.

При срабатывании одного из охранных датчиков прекращается выдача импульсов в линию этим блоком. Питание блока кодирования осуществляется по общесистемной линии связи от источника +30 В.

В качестве линии связи можно использовать обычную двухпроводную ли­нию, для уменьшения наводок и по­мех, целесообразно использовать витую пару или использовать экранированный провод.

2.5 Выбор элементной базы

Так как питание блоков кодирования осуществляется по общей линии длина которой может достигать 200 метров с напряжением постоянного тока 30 вольт, а полезный сигнал передается по этой же линии как высокочастотная составляющая то в качестве элементной базы целесообразно использовать логические микросхемы выполненные по КМОП технологии, поскольку использование логических микросхем ТТЛ уровня, ввиду низкого значения уровней их логических единиц и нулей приведет к затуханию сигнала в линии, что в свою очередь приведет к

нераспознаванию полезного сигнала в общесистемной линии, так как его изменение может приближаться к уровню шума.

Таким образом в качестве логических элементов во всех блоках используются интегральные микросхемы серий К176, К561, Генератор тактовых импульсов выполнен на микросхеме частота которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1 с частотой резонанса 32768 Гц. В качестве усилительных элементов используются кремневые транзисторы КТ315Б, а в качестве вентильных элементов кремневые диоды КД522.

В качестве электрических сопротивлений в схеме устройства целесообразно использовать недорогие резисторы серии МЛТ мощностью 0, 125 Вт.

В проектируемом устройстве используются конденсаторы типа К50-16-16В и электролитические конденсаторы типа КМ-3Б-Н30.

2.6 Разработка принципиальной схемы блока кодирования

Блок питания КМОП микросхем представляет собой формирователь импульсов амплитудой 7 - 9 В и состоит из делителя собранного на резисторах R3, R4 и транзистора VT1. Формирователь отрицательных импульсов собран на микросхемах DD9.1, DD9.2 резисторе R6, диоде VD1 и конденсаторе С3. Формирователь коротких положительных импульсов выполнен на элементе DD9.3, резисторе R7 и конденсатор С4. Элементы DD10.1, DD10.2 и DD7.1 образуют схему установки счетчика в ноль,. Счетчик тактовых импульсов выполненный на элементе DDЗ включается схемой включения выполненной на элементах DD2.1, DD2.2. Генератор тактовых импульсов выполнен на микросхеме DD1 частота которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. После деления импульсы с частотой 512 Гц с вывода 5 поступают на счетчик DD.3 для определения длительности паузы между пачками импульсов.

Применение кварцевого генератора обеспечивает высокую стабильность рабо­ты системы и исключает необходимость дополнительной подстройки всех генера­торов. Работа тактового генератора и счетчика DDЗ синхронизированы с нача­лом и концом пачки импульсов, поступающих на их входы R.

Счетчик DDЗ во время паузы между пачками считает тактовые импульсы, следующие с частотой 512 Гц, измеряя таким образом длительность паузы между пачками.

Если длительность паузы превышает 16 периодов тактовых импульсов, выдается сиг­нал на схему управления собранную на двух триггерах DD6.1, DD6.2 и дешифраторах DD4 и DD5. Пачки импульсов формируются в схеме формирования импульсных посылок выполненной на элементах DD7.2, DD7.3, транзисторе VT3 и резисторе R9.

Для согласования сформированных импульсных посылок с общей линией служит схема согласования выходного сигнала. Данная схема выполнена на конденсаторе С5, резисторе R10, диоде VD3 и транзисторе VT2, выполняющего функцию стабилитрона.

Схема формирования сигнала тревоги включает тревожный датчик согласующий резистор R12 и триггер DD8.1.

Схема установки номера блока реализовывается с помощью разъема Х1 путем установки соответствующей перемычки на входной розетке кабеля общесистемной линии подключаемой к блоку кодирования.

Принципиальная электрическая схема блока кодирования представлена на рисунке 2.4.

2.7 Расчет геометрических параметров печатной платы

2.7.1 Определение конструктивных параметров печатной платы

Разрабатывается оригиналь­ная конструкция ПП так, как изделие не унифицировано.

Не высокая конструкторская сложность устройства не требует значительной трассировочной способности ПП, и примене­ния МПП.

В проектируемом устройстве применяют корпусные ИМС серии серий К176, К561 и КР142, а также резисторы серии ОМЛ мощностью 0, 125 Вт конденсаторы типа К50-16-16В и электролитические конденсаторы типа КМ-3Б-Н30.

Блок кодирования:

1 ИМС К176ИЕ5 установочной площадью 7,6 × 20,3 мм;