Устройства радиосвязи и телефонии
2.1. Индикатор занятости телефонной линии на микросхеме
Об индикаторах занятости телефонной линии (ТЛ) не знает разве что ленивый. Однако среди множества разнообразных схем, которые были изучены на практике, очень мало соответствуют определению «простых» и «эффективных». Одно из таких устройств — индикатор занятости ТЛ — собирается на микросхеме LTC1540. Эта микросхема представляет собой компаратор, имеющий очень высокую чувствительность по входу и управляющий нагрузкой в виде светодиодного индикатора. Напряжение питания микросхемы 3— 20 В, а потребляемый ток очень мал — порядка единиц микроампер. Благодаря таким параметрам микросхема LТC1540 практически не нагружает телефонную линию.
На рис. 2.1 представлена электрическая схема индикатора занятости линии.
2.1.1. Принцип работы схемы
Напряжение питания поступает от телефонной линии. Резистор R1 ограничивает ток питания микросхемы после выпрямительного моста VD1—VD4. Оксидный конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения. При «свободной» линии напряжение в ТЛ имеет постоянный вид тока и находится в диапазоне 60—100 В. Если у абонента снята трубка, то напряжение в ТЛ падает до 3-10 В. Эта особенность ТЛ и используется в устройстве «индикатора».
Пока напряжение в ТЛ более 20 В (этот порог чувствительности устанавливается делителем на резисторах R2, R3), на выходе микросхемы (вывод 8 DA1) присутствует низкий уровень и светодиод HL1 не светится. Если напряжение в средней точки резистивного делителя ниже +20 В (относительно «-» питания, т. е. точки «В»), на выходе микросхемы появляется высокий уровень и светодиод HL1 начинает светиться. На схеме намеренно не указан тип светодиодного индикатора, т. к. в качестве HL1 возможно применение практически любого светодиода с током 5…20 мА. Оптимальные результаты достигаются при применении «мигающего» светодиода, например L-36B, L-816BRSC-B и аналогичных.
Индикатор HL1 и ограничительный резистор R4 можно заменить пьезоэлектрическим капсюлем-генератором ЗЧ, например FMQ-2015B, FY-14A или аналогичным. Если применить показанный внизу рисунка капсюль НА1 KPI-4332-12, звук индикатора будет прерывистым, что еще более привлечет внимание, если устройство используется в качестве сигнализатора «прослушки» линии.
2.1.2. Налаживание
При подключении капсюля следует соблюдать полярность так, как показано на рисунке.
Полярность подключения к ТЛ не принципиальна. Устройство в налаживании не нуждается.
Вместо диодов VD1—VD4 применяют КД105, КД103, Д220 с любым буквенным индексом или готовые диодные сборки, например КЦ402, КЦ405, КЦ407, КЦ410 с любым буквенным индексом.
Кроме рассмотренного варианта, данный электронный узел и в частности микросхему LTC1540 применяют в других устройствах, например, в параметрических сигнализаторах различного назначения, где требуется высокое входное сопротивление, малый ток потребления и чувствительный порог срабатывания (переключения) микросхемы-компаратора, гистерезис которого находится в пределах всего 0,3–0,5 В.
2.2. Световой индикатор телефонных звонков
Иногда возникает необходимость световой индикации поступающих телефонных звонков. Индикатор может потребоваться в ситуациях, когда по каким-то причинам вызывное устройство телефонного аппарата отключено или убавлена его громкость; телефонным аппаратом пользуются люди с ослабленным слухом; аппарат установлен в шумном помещении, например, в автомобильном гараже, заводском цеху и в других подходящих случаях.
От других аналогичных устройств конструкцию отличает то, что для индикации могут использоваться несколько ламп накаливания, рассчитанных на напряжение 220 В. Устройство позволяет в случае аварии избегать выхода из строя абонентских телефонных аппаратов, линий связи и оборудования АТС.
Схема устройства показана на рис. 2.2.
Для изоляции входной части устройства от силового узла используются тиристорные оптроны U1 и U2, которые обеспечивают надежную развязку от сетевого напряжения.
2.2.1. Принцип действия устройства
При поступлении вызывного сигнала переменное напряжение через ограничительные резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2 поступает для выпрямления на диодный мост VD1. Выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором C3. В качестве нагрузки к выходу диодного моста VD1 последовательно подключены светодиод HL1 и излучающие диоды оптронов U1 и U2.
Когда поступает вызывной сигнал, тиристорные части оптронов открываются, через диодный мост VD2 и управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 начинает протекать ток, достаточный для того, чтобы тиристоры открылись, что будет сопровождаться зажиганием лампы EL1.
Номиналы элементов подобраны таким образом, чтобы при вызывном сигнале лампа светилась, незначительно мерцая, почти полным накалом, а при наборе номера следовали короткие вспышки примерно вполовину мощности. Такой режим не создает неудобств при пользовании телефонным аппаратом. При необходимости полностью исключить мерцание лампы во время набора номера можно установить в телефонный аппарат дополнительный выключатель, который бы отключал световой сигнализатор от телефонной линии при поднятии трубки. Конденсатор СЗ предотвращает случайные вспышки лампы при коротких импульсных помехах в телефонной линии.
2.2.2. О деталях
Резисторы можно применить типов МЛТ, С2-23. Конденсаторы C1, C2 — К73-11, К73-17, К73-29, C3 — К50-35. Малогабаритные диодные мосты КЦ422Г можно заменить на КЦ407А или выпрямительными диодами серий КД209, КД258 (с индексами Б — Д), КД105 (Б — Г). Тиристорные оптроны АОУ103В можно заменить на 3ОУ103 с индексами А — В или АОУ103Б. Оптрон ЗОУ103Г, по справочным данным, выдерживает выходное обратное напряжение до 400 В. При его применении два оптрона можно заменить одним, в этом случае выравнивающие напряжение резисторы R3 и R4 не нужны.
В устройстве можно применить тиристоры серии КУ202 с индексами К, Л, М, а при мощности ламп накаливания не более 400 Вт — КУ201Л. Устанавливать тиристоры на теплоотводы не требуется.
Предохранитель FU1 выбирают на ток, примерно вдвое больший, чем потребляют лампы. Например, если в качестве нагрузки будет подключена одна лампа на 200 Вт, то предохранитель должен быть рассчитан на 2 А.
2.2.3. Налаживание
Правильно собранный из исправных деталей индикатор звонков начинает работать сразу. К телефонной линии следует подключать не более одного индикатора. При необходимости можно подключить к устройству несколько ламп накаливания, разместив их в разных помещениях.
2.3. Устройства управления и проверки состояния шлейфа охраны по телефону
2.3.1. Простой вариант устройства управления
Телефонная сеть, кроме своего прямого назначения, обладает еще несколькими преимуществами, которые разумно, без вреда для других абонентов, можно эффективно использовать.
Схема телефонной приставки, которую я предлагаю на рис. 2.3, окажет несомненную пользу радиолюбителю, который хочет управлять (включать/выключать) электронные устройства, посылая телефонный вызов по своему номеру.
Очевидно, что связаться по телефону можно из любой точки мира (международная связь), другого города в составе одной страны (междугородная связь), а также практически из любого места (обладая мобильным сотовым телефоном). Область применения предлагаемого устройства ограничивается только фантазией радиолюбителя и особенностями электронных устройств нагрузки (которыми управляет телефонная приставка).
Например, уезжая надолго из квартиры, предусмотрительно подключив в качестве нагрузки таймер с лампой освещения, удается вводить в заблуждение потенциальных воров, для которых включенный в квартире свет — это несомненный признак наличия хозяев.
Устройство реагирует на телефонные звонки не сразу после подачи вызывных посылок (звонков), а после прошествия их определенного количества (устанавливается каждым пользователем индивидуально). Благодаря применению в устройстве популярной микросхемы К561ИЕ8, есть возможность установить режим включения приставки после того, как она пропустит от 1 до 9 звонков. Это позволит не реагировать на случайные звонки, т. к. обычно вызывающий абонент посылает сигнал вызова, состоящий из 4…5 звонков, и отключается. Отличительная черта приставки в том, что она используется одновременно с другим или другими телефонными аппаратами, подключенными в линию параллельно. Главное условие надежной эксплуатации состоит в том, чтобы в качестве телефонных аппаратов, работающих в линии одновременно с рекомендуемой приставкой, не было телефона с АОН.
Переменное напряжение, возникающее в линии при вызове, беспрепятственно проходит через конденсатор С1 и выпрямляется диодным мостом VD1. Частота вызывного сигнала примерно равна 32 Гц ±10 %. Для сглаживания этих пульсаций напряжения предусмотрен оксидный конденсатор С3. Благодаря ему, форма сигнала на входе оптронного ключа DA1 близка к прямой линии. Оптоэлектронный ключ открывается, и напряжение высокого уровня поступает на тактовый вход С счетчиков DD1 и DD2.
Если на входе ЕС (вывод 13 DD1) низкий уровень, то счетчик переключается положительным перепадом напряжения по тактовому входу С. Изменение состояния выходов счетчика происходит после первого сигнала вызова. Изначально на первом выходе счетчика (вывод 2 DD1) устанавливается напряжение высокого уровня (на остальных — сигнал логического «0»). С новым звонком высокий уровень напряжения будет поочередно присутствовать на каждом выходе счетчика DD1. Таким образом, девятый вызов-сигнал определит высокий уровень напряжения на выводе 11 микросхемы DD1. Одновременно этот уровень окажется на выводе 13 микросхемы DD1. Теперь новые импульсы на тактовом входе С уже не будут изменять состояние счетчика.
Высокий уровень через ограничительный резистор R4 достигнет транзистора VT1. Транзистор откроется и замкнет цепь питания реле К1. Контактами К1.1 реле будет коммутировать устройства нагрузки.
При высоком уровне напряжения на входе ЕС счетчика действие тактового входа запрещается, и счет останавливается. При высоком уровне на входе сброса R (вывод 15 DD1) счетчик очищается до исходного состояния. Исходное состояние — это когда все выходы имеют низкий уровень. Сброс счетчика в нулевое состояние происходит при каждом новом включении питания узла. Тогда при подаче питания оксидный конденсатор С2 заряжается от источника питания через резистор R2. По окончании зарядки (через 2…4 сек) на выводе 15 DD1 устанавливается низкий уровень напряжения и счетчик готов к работе.
Цепь С4К5 нейтрализует паразитные помехи, заметные на экране осциллографа при вызывном сигнале телефонной линии. Аналогичный узел собран на микросхеме DD2. После того как реле К1 включилось, его контакты второй группы К1.2 переключают оптоэлектронный ключ на вход второго счетчика. После того как вторая пачка вызывных посылок, состоящая из 9 вызов-сигналов, поступит на вход приставки, на выводе 11 DD2 установится высокий уровень, который появится и на выводе сброса первого счетчика. Таким образом, микросхемы DD1 и DD2 обнулятся, транзистор VT1 закроется, и реле обесточится. Контакты К1.2 переключат оптронный ключ на тактовый вход первого счетчика и цикл повторится сначала.
Диодный мост можно заменить на КЦ402, КЦ405 с любым буквенным индексом. Конденсатор С1 типа МБМ, МБГО, К73-3 на рабочее напряжение не ниже 100 В. Оксидный конденсатор С3 типа К50-6, К50-12 на рабочее напряжение 50 В. Конденсатор С2 — типа К50-24 на напряжение не менее 16 В. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5. Реле К1 — любое, уверенно срабатывающее при напряжении 10 В на обмотке. Максимально допустимая мощность нагрузки определяется электрическими характеристиками реле К1.
Оптоэлектронный ключ можно заменить КР293КП4В.
Транзистор VT1 типа КТ603, КТ608 с любым буквенным индексом. Диод VD2 препятствует броскам обратного тока через реле К1. VD2 можно заменить на КД102, КД105, КД212 с любым буквенным индексом.
Налаживание устройства сводится к подбору оптимального значения емкости конденсатора С3. Если емкость конденсатора увеличить, то он не успеет разрядиться в интервале времени между вызывными посылками АТС — оптронный ключ DA1 будет замкнут дольше, чем длится вызывная посылка и счетчик DD1 воспримет несколько вызывных посылок, как одну и весь алгоритм работы устройства потеряет смысл. Если емкость конденсатора С3 уменьшить, то это приведет к тому, что недостаточно сглаженные пульсации напряжения при замыкании телефонной линии с частотой 32 Гц во время вызывной посылки станут помехой для счетчика DD1.
Элементы устройства монтируются на плату, изготовленную из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, которая закрепляется в пластмассовом корпусе 50^60 мм. Проводящая поверхность (фольга) аккуратно разрезается на сектора, к которым методом пайки крепятся выводы электронных элементов. В корпусе прибора устанавливается разъем типа МРН-14-1, благодаря которому устройство легко отстыковать и перенести в желаемое место.
Потребляемый ток устройства в режиме ожидания не более 8 мА. Напряжение питания находится в пределах 5…15 В. Если напряжение питания изменяется (относительно рекомендуемого на схеме), это повлечет за собой замену реле К1. Исполнительное реле должно четко срабатывать при напряжении на обмотке 2–2,5 В меньшем, чем напряжение источника питания.
Источник питания — стабилизированный, с понижающим трансформатором. Это обеспечивает необходимую развязку сетевого напряжения и телефонной линии.
Помех для нормальной работы телефонного аппарата ТА в связи с параллельным включением данного устройства не обнаружено. Замыкание исполнительных контактов реле К1.1 происходит во время действия вызывных посылок с АТС, начиная с 9 вызова (определяется подключением к соответствующему выходу счетчика DD1) и прекращается с 9 вызов-посылкой АТС следующего звонка. Включенное состояние устройства нагрузки может иметь место сколь угодно долго, пока не поступит вторая длительная серия звонков.
Основной помехой для нормальной работы устройства являются «случайные» телефонные звонки (от которых, естественно, никто не застрахован) на данный телефонный номер, к которому подключена приставка. Если кто-то позвонит и даст серию звонков (вызовов, гудков) не менее 9, устройство включит исполнительное реле и нагрузки, а при следующей такой серии звонков, выключит нагрузку, что может привести к несанкционированным последствиям в зависимости от того, какое устройство управления или звуковой сигнализации подключено к контактам исполнительного реле К1.1. Кроме того, как показывает практика, при вызовах с мобильного телефона городская АТС «пропускает» не более 7–8 посылок с последующим сбросом. Уменьшение количества посылок, после которых произойдет реакция узла, приведет к увеличению ложных срабатываний (см. ранее).
Эти моменты следует иметь в виду при эксплуатации устройства. Таким образом, включать его надо на определенное время, когда очевидна или предполагается возможность и необходимость управления каким-либо устройством нагрузки с помощью телефонной линии.
2.3.2. Альтернативный вариант
Чтобы собрать устройство, лишенное перечисленных ранее недостатков, с тем, чтобы его можно было эксплуатировать в любое время с возможностью постоянного подключения к телефонной линии, не опасаясь ложных срабатываний, рекомендую альтернативную схему приставки, представленную на рис. 2.4.
Это устройство позволяет проверить состояние шлейфа охраны в любое время суток, а также подать импульс для включения какого-либо устройства нагрузки (например, осветительной лампы для имитации эффекта присутствия) длительностью до 1 мин. Источник питания подключается контактами исполнительного реле К2.1 только тогда, когда с телефонной линии поступит вызов-сигнал. Этим решением достигается экономичность в работе устройства.
К телефонной линии (ТЛ) постоянно подключен диодный мост VD1 через конденсатор С1. Конденсатор не пропускает постоянную составляющую напряжения, поэтому данное устройство не является нагрузкой для ТЛ (имеет большое сопротивление) пока нет вызовов.
С приходом первой посылки (вызова с ТЛ) срабатывает реле К1, контакты которого замыкают цепь управления одновибратором на микросхеме DD1. Количество замыканий реле соответствует количеству вызов-посылок от ТЛ.
На элементах микросхемы DD1 собран одновибратор, исключающий эффект «дребезга» контактов. Одновибратор необходим для стабильной помехоустойчивой работы устройства. Благодаря зарядной цепи С4R4 выходной импульс с вывода 10 DD1.1 по длительности перекрывает продолжительность вызов-посылки. После прихода пятого вызова (зависит от подключения к выходу счетчика DD2) на выводе 1 DD2 установится высокий уровень напряжения. Это приведет к остановке счета, т. к. этот же сигнал поступит на вывод 15 DD2 (вход сброса R). Далее, этот сигнал через ограничивающий резистор R6 поступит в базу транзистора VT2, включенного как усилитель тока. Транзистор VT2 открывается и вызывает срабатывание реле К3, которое соответственно своими контактами К3.1 подключает к ТЛ стандартный телефонный аппарат (ТА). ТА в данной схеме (со снятой предварительно трубкой) имитирует подключение к ТЛ реального ТА.
При поступлении сигнала вызова от ТЛ выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается оксидным конденсатором С2, в результате чего постоянное напряжение поступает на узел задержки на элементах R1R2C3 и на транзистор VT1, управляющий работой реле К2. После первого вызов-сигнала с ТЛ транзистор VT1 открывается и включает реле К2, которое своими контактами К2.1 подключает источник питания к элементам устройства. Оксидный конденсатор С3 при этом заряжается с каждой вызов-посылкой через резистор R1, и после прекращения вызов-посылок отдает накопленный заряд, обеспечивая открытое состояние транзистора VT1 и включенное — реле К2 еще в течение 35–38 сек. Затем реле К2 отключается, контакты К2.1 размыкаются, напряжение питания от источника более не поступает, размыкаются контакты реле К3.1 (ТА отключается от ТЛ). Теперь восстановлено первоначальное состояние и устройство готово к приему следующих вызов-посылок.
Узел звуковой сигнализации собран на пьезоэлектрическом капсюле НА1 со встроенным генератором ЗЧ внутри. Благодаря применению такого капсюля, существенно упрощается схема, поэтому нет необходимости в дополнительном генераторе ЗЧ. Как работает звуковая сигнализация?
К контактам шлейфа охраны Х1 постоянно подключен концевой выключатель (геркон или микропереключатель, установленный на входной двери, датчик движения или аналогичное устройство-датчик, дистанционно контролирующее помещение) с нормально разомкнутыми контактами. При нормально разомкнутых контактах шлейф охраны считается не нарушенным.
При нарушении шлейфа охраны контакты шлейфа Х1 замыкаются и подключают звуковой капсюль НА1. Но он не активен, т. к. контакты реле К2.1 разомкнуты. Это сделано специально, чтобы «замаскировать» устройство, пока нет проверки по ТЛ. Если требуется постоянная звуковая сигнализация, капсюль НА1 подключают иначе или с помощью дублирующего шлейфа включают еще один капсюль (такие схемы многократно описаны в литературе и представляют собой «классику» охранных сигнализационных систем). Но это может только отпугнуть нарушителя.
В данном случае капсюль не звучит, пока не будет проверки с помощью ТЛ. В этом случае (см. ранее) контакты К2.1 оказываются замкнутыми, и в течение 35–38 сек (в зависимости от задержки выключения реле К2, определяемой значениями элементов С3R2) и капсюль НА1 излучает громкий звук. Его располагают рядом (снятой с ТА) с телефонной трубкой, поэтому при подключении ТА к ТЛ в линию передается звуковой сигнал.
Если в качестве капсюля НА1 применить капсюль с прерывистым сигналом ЗЧ (или с сигналом сирены — такие капсюли также есть в продаже), эффект получится еще более привлекательным.
Набрав номер телефона объекта, абонент в трубке слышит пять вызывных посылок (гудков), после этого имитацию подключения к ТЛ телефона, а далее — или тишину (или акустический фон помещения, где установлен ТА со снятой телефонной трубкой) или звуковой сигнал тревоги от капсюля НА1. Имитация автоматического снятия трубки уже может насторожить потенциальных криминальных элементов, проверяющих по телефону факт отсутствия дома хозяев, поэтому данное устройство выполняет еще одну полезную функцию по предупреждению правонарушений и преступлений.
Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 или аналогичные. Оксидный конденсатор С3 с малым током утечки, например, К53-8 или аналогичный. Остальные оксидные конденсаторы типа К50-24. Транзисторы VT1, VT2 однотипные. Кроме указанных на электрической схеме, их можно заменить КТ503, 2N5551, КТ603, КТ605, КТ608, КТ940 с любым буквенным индексом или аналогичные.
Реле К1—К3 на напряжение срабатывания 7—10 В с током 25–40 мА. В авторском варианте применены реле РЭС-15 (исполнение РС4.591.003). Их можно заменить WJ118-1C, Relpol RM85-2011-35-1012, 111SC-DD12-W, JZC-20F(4088) и аналогичные.
Диоды VD2, VD3 служат для исключения бросков обратного тока при включении-отключении соответствующих реле, защищая при этом соответственно транзисторы VT1 и VT2.
Остальные элементы подбирают по аналогии с предыдущей схемой. Напряжение стабилизированного источника питания 10–13 В.
Устройство просто в сборке и повторении, не требует дорогостоящих деталей и может быть собрано всего за один вечер. Оно также не требует налаживания, и при исправных элементах и безошибочном монтаже начинает работать сразу и надежно. По сути, электрическая схема настолько проста и естественна, что в ней попросту нечему ломаться. Именно к простоте оригинальных конструкций без потери их качества и стремится автор в своих разработках.
Самая ненадежная часть данного устройства — слаботочные электромагнитные реле (СЭМР) К1—К3. Хотя рекомендуемые реле имеют долгий срок наработки до отказа, все же предполагать, что устройство будет служить десятилетиями трудно. В этой области есть простор для дополнительного совершенствования схемы, достижимом, например, при замене СЭМР на оптроны.
Применение RC-цепи в качестве времязадающей также сделано для простоты схемы (вместо этого узла можно установить цифровой счетчик времени, более точный). Поэтому задержка выключения (отсоединения устройства от ТЛ) может колебаться время от времени и это колебание достигать 10 % от расчетного — 35 сек. Задержка выключения узла пропорционально зависит от емкости оксидного конденсатора С3. Но в данной схеме это не принципиально, т. к. и с таким «недостатком» устройство работает в авторском варианте надежно и эффективно.
Устройство можно совершенствовать практически до бесконечности, заменяя отдельные его блоки и узлы.
Так, например, с помощью несложной доработки устройства, которая сейчас проходит авторские испытания, можно с помощью ТА с тональным набором управлять различными устройствами нагрузки, как-то: включить мощный ревун, свет во всей квартире или заблокировать дверь на лоджию с помощью электромагнита.
При использовании реле К2 или К3 с двумя и более группами контактов разумно одну из таких групп подключить для коммутации освещения в помещении. Это придаст устройству дополнительный колорит, интерьерам привлекательность, а для криминальных элементов имитацию наличия дома хозяев. И все это можно осуществить дистанционно с помощью обычного или сотового телефона в любое время суток.
Подключив в качестве шлейфа Х1 не один, а несколько шлейфов (датчиков) и соответственно к ним различные по тональности генераторы ЗЧ (или генераторы с прерыванием), можно дистанционно с помощью ТЛ за один звонок контролировать сразу несколько устройств (например, дверь на лоджию, входную дверь, целостность стекол и даже… закрытую дверь холодильника). Поэтому в данном направлении имеется большой простор для творчества.