2. Инфракрасная техника

2.10. ИК генератор «электронного пароля» с шифратором

На рис. 45 приведена принципиальная схема генератора, формирующего подобным образом последовательность инфракрасных вспышек.

Здесь DD1.1, DD1.2, Rl, ZQ1 - задающий генератор, работающий на частоте часового кварцевого резонатора ZQ1 - 32768 Гц. Микросхемы DD4 и DD5 составляют электронный коммутатор, его выход (объединенные выводы 3 DD4 и DD5) оказывается соединенным с одним из Х-входов этих микросхем в зависимости от адреса, поступающего на входы 1, 2,4, и сигнала на входе S (активизируется микросхема с S=0). Адрес и сигнал S формирует счетчик DD3. Легко вычислить, что смена адреса будет происходить здесь каждые 0,976 мс ((2^5)/32768 с), это tзн - длительность знакоместа в кодовой посылке В середине каждого знакоместа может быть сформирован короткий (R4C2@10 мкс) импульс на выходе DD1.4. Но это произойдет лишь в том случае, если данному знакоместу будет соответствовать сигнал 1 на выходе коммутатора. Этот импульс откроет нормально запертый транзисторный усилитель (VT1, VT2 и др.) и ток, возникший в ИК диоде BI1, преобразуется в ИК вспышку той же длительности.

Рис. 45. ИК генератор «электронного пароля»

Генерация кодовой последовательности начинается (SA1 включен, кнопка SB1 нажата) с формирования короткого импульса на входе R счетчика DD3 (tr@R3·C1), устанавливающего его в исходное, нулевое состояние, и заканчивается с появлением сигнала 1 на выходе 29(вьIB. 14) DD3. Знакоместа - их, очевидно, 16 - следуют во времени в соответствии нумерацией (по стрелкам) Х-входов электронных коммутаторов: 1, 2,..., 14, 15 (нулевому знакоместу всегда соответствует 1; это стартовый импульс пакета, не входящий, конечно, в число кодообразующих). Общая продолжительность кодовой посылки составит таким образом 0,976x15@14,6 мс.

Нужное число-код формируют, так или иначе коммутируя Х-входы микросхем DD4, DD5: соединяя i-ую стрелку с «+» источника питания, если в i-том разряде кода должна быть 1 (X1 DD4, формирующий стартовый импульс пакета , уже соединен с +Uп, или с «землей», если должен быть 0. Так, например, для генерации кода 111011100111001 потребуется соединить стрелки 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 15 с «+», а стрелки 4, 8, 9,13, 14 - с «-» источника питания.

Рис. 46. Печатная плата ИК генератора «электронного пароля»

Поскольку n=15, то число различных сигналов, из которых любой может быть закоммутирован в качестве кодового, составляет здесь 2^15=32768.

Генератор монтируют на печатной плате, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,2...1,5 мм (рис. 46). Фольгу со стороны деталей используют лишь в качестве общего провода (с ней соединен «-» источника питания): в местах пропуска проводников она должна иметь выборки - кружки диаметром 1,5...2 мм (на рисунке не показаны). Места соединения с нуль-фольгой «заземляемых» выводов резисторов, конденсаторов и др. показаны черными квадратами; черными квадратами со светлой точкой в центре - «заземляемые» выводы микросхем и положение проволочной перемычки, соединяющей с нуль-фольгой «минусовой» вывод конденсатора С4.

В качестве источника питания генератора можно взять 6-вольтную батарею 11 А (габариты - Ж10,3х16 мм, электрическая емкость - 33 мА·ч).

Выключатель SA1 типа ПД9-1 монтируют непосредственно на корпусе генератора. Кнопка SB1, типа ПКн-159 или подобная ей,
должна иметь провод длиной 6...8 мм, достаточный для его вывода сквозь стенку корпуса.

Рис. 47. Осциллограмма кода «111011100111001»

Правильно собранный генератор наладки не требует. Проконтролировать его работу можно с помощью осциллографа, подключив его вход к коллектору транзистора VT1. После включения SA1 и нажатия кнопки SB1 на экране осциллографа (время ждущей развертки 20...30 мс) должна возникнуть и исчезнуть последовательность импульсов, расставленных во времени в соответствии с закоммутированным сигналом. Если это рассмотренный выше код 111011100111001, то ему будет соответствовать осциллограмма, изображенная на рис. 47 («лишний» импульс ,в начале пакета - стартовый). По амплитуде импульсов, измеренных на резисторе R9, можно судить о токе в ИК диоде Iимп@Uимп /R9 (Iимп - в амперах, Uимп - в вольтах, R9 - в омах), а в быстрой развертке (20...50 мкс, тоже ждущей) - об их форме и длительности, которая должна быть в пределах 5...15 мкс.

Двухступенчатое включение кодового излучателя - сначала выключателем SA1, а затем кнопкой SB1 - связано с особенностью самовозбуждения кварцованных генераторов, с их довольно медленным (из-за высокой добротности кварцевого резонатора) вхождением в рабочий режим.

Рис. 48. Вариант включения генератора

Выключатель SA1 можно исключить, организовав питание генератора так, как показано на рис. 48. Но в таком случае кнопку SB1 потребуется нажимать дважды: первое нажатие даст, скорее всего, неверную комбинацию (которая, кстати, может быть даже полезна как маскирующая истинный код). Без выключателя SA1 можно обойтись и в том случае, если в качестве источника питания генератора будет взята низковольтная батарея достаточной емкости, способная обеспечить продолжительную его работу при постоянно включенных микросхемах. Например, литиевый элемент с ЭДС=3 В, имеющий электрическую емкость 0,1 А·ч, сможет проработать в таком режиме около года.

Таблица 10

Uпит, В	Iпотр, мкА	Iимп, А
2,4	5	0,18
3,7	16	0,38
4,3	30	0,38
5,0	60	0,46
6.0	140	0,59
7,0	360	0,72

В кодовом излучателе могут быть использованы практически любые ИК диоды, ограничения - лишь габаритные: высота деталей на печатной плате не должна превышать 8 мм. Все резисторы здесь типа МЛТ-0,125, неэлектролитические конденсаторы - КМ-5, КМ-6, К10-17Б и др. Конденсатор С4 - типа К50-35 или К50-40. Рабочее напряжение конденсатора С6 (CE-DS Магсоп, его монтируют в положении «лежа») должно соответствовать напряжению источника питания. В варианте, показанном на рис. 48, необходимо предварительно проконтролировать состояние его диэлектрика: ток утечки в С6 должен быть меньше 1 мкА. При увеличении сопротивления резистора R9, ограничивающего ток в ИК диоде, емкость конденсатора С6 может быть соответственно уменьшена. Довольно большая «дальнобойность» ИК излучателя (с R9=3,9 Ом превышающая 10 м) может оказаться просто ненужной.

Кодовый генератор сохраняет свою работоспособность в широком диапазоне питающих напряжений. В таблице 10 показана зависимость потребляемого им тока Iпотр и тока в ИК диоде Iимп от напряжения источника питания Uпит.