Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)
Назад: Эксперимент 17. Генерируем звук
Дальше: Эксперимент 19. Измеритель скорости реакции
Эксперимент 18. Охранная сигнализация, (почти) завершенная
Теперь, когда вы увидели, на что способен таймер 555, можно выполнить оставшиеся требования из технического задания охранной сигнализации.
Что вам понадобится
• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр
• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)
• Таймер 555 (2 шт.)
• Двухполюсное реле на два направления с напряжением срабатывания 9 В (1 шт.)
• Транзисторы серии 2N2222 (2 шт.)
• Светодиоды: красный, зеленый, желтый (по 1 шт.)
• Однополюсный ползунковый переключатель на два направления, для макетной платы (2 шт.)
• Кнопка (1 шт.)
• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (1 шт.), 10 мкФ (2 шт.) и 68 мкФ (2 шт.)
• Резисторы с номиналами 470 Ом (4 шт.), 10 кОм (4 шт.), 100 кОм (1 шт.) и 1 МОм (2 шт.)
• Диод серии 1N4001 (1 шт.)
Необязательно (для сирены):
• Компоненты, показанные на рис. 4.34
Необязательно (для изготовления законченного устройства):
• Паяльник мощностью 15 Вт
• Тонкий припой
• Перфорированная плата с дорожками из меди
• Однополюсный или двухполюсный тумблер на два направления (1 шт.)
• Однополюсная кнопка на одно направление (1 шт.)
• Корпус для устройства, минимальные габариты 15x7,5x5 см (1 шт.)
• Разъем питания и соответствующее гнездо (по 1 шт.)
• Герконы и магниты в необходимом для вашего дома количестве
• Провода для цепи датчиков сигнализации, с длиной, достаточной для вашего дома
Три этапа создания работающего устройства
Это более масштабная и сложная схема, чем те, с которыми мы сталкивались ранее, но на самом деле ее легко собрать, поскольку вы сможете построить ее из трех частей, которые лучше проверить раздельно. В конечном итоге ваша макетная плата будет выглядеть так, как показано на рис. 4.43. Номиналы и расположение компонентов приведены на рис. 4.44, электрическая схема всего устройства — на рис. 4.45. Но начнем мы опять с таймера.
Этап 1
Внимательно посмотрите на рис. 4.37. Обратите внимание на то, что справа от таймера 555 нет времязадающих компонентов. Вы можете сделать вывод, что этот таймер функционирует в триггерном режиме, который я описывал в эксперименте 16 (см. рис. 4.19). Когда таймер запущен, его выходной сигнал будет длиться неопределенно долго, и это подходит для охранной системы.
Но это еще не все. Эта схема также дает вам минуту отсрочки, в течение которой вы можете отключить сигнализацию, прежде чем она начнет выдавать сигнал тревоги, когда вы войдете в помещение. Вы, должно быть, помните, что это был пункт 9 в техническом задании, которое я привел в эксперименте 15.
Рис. 4.37. Схема задержки (на рис. 4.43 показана внизу)
Чтобы увидеть, как все это работает, можете собрать компоненты, показанные на рис. 4.38. Их номиналы и расположение иллюстрирует рис. 4.44, а их размещение в нижней части макетной платы приведено на рис. 4.43.
Размещение компонентов очень важно, поскольку необходимо оставить пространство для дополнительных секций схемы, которые вы будете добавлять. Одна из них будет питать данную схему задержки.
Чтобы убедиться в правильности сборки, проверьте, что резистор 1 МОм, расположенный справа, находится в 29-м ряду платы, если считать сверху. Заметьте также, что питание подается возле компонентов, а не вверху платы, и положительная шина еще не задействована.
Рис. 4.38. Размещение компонентов схемы задержки
Пока что не подавайте питание. Установите диапазон измеряемого постоянного напряжения мультиметра как минимум на 10 В и подключите его в точках, указанных на рис. 4.38; отрицательный щуп к отрицательной шине, а положительный щуп к левому выводу резистора номиналом 1 МОм.
Теперь подайте питание на схему, и вы должны увидеть, как показания мультиметра медленно уменьшаются, начиная с 9 В. Когда мультиметр покажет 3 В, должен запуститься таймер 555 и загореться красный светодиод. Светодиод здесь предназначен для проверки, в окончательном устройстве вы замените его схемой сирены.
Задержку срабатывания таймера обеспечивает конденсатор сравнительно большой емкости (68 мкФ). При подаче питание на схему этот конденсатор пропускает начальный импульс к точке соединения с резистором 1 МОм. Провод от этой точки идет также к запускающему выводу таймера. Таким образом, на запускающем выводе сразу же устанавливается высокий уровень, и вы помните (я надеюсь), что таймер не будет делать ничего, пока запускающий вывод не перейдет в низкое состояние.
Далее конденсатор медленно разряжается через резистор 1 МОм. Наконец напряжение здесь становится достаточно низким, чтобы запустить таймер.
Что касается остальной части схемы, то в экспериментах 16 и 17 я объяснял, как осуществить подавление импульса, чтобы таймер не генерировал импульс при первоначальной подаче питания. Именно по этой причине конденсатор 10 мкФ и резистор 10 кОм подключены к контакту 4 (вывод сброса). Здесь выбран конденсатор емкостью 10 мкФ, а не 1 мкФ, потому что эта схема реагирует медленнее, чем схема из эксперимента 17.
Выводы:
• Вы можете использовать таймер 555 с такими компонентами каждый раз, когда вам понадобится задержка выходного сигнала таймера в ответ на сигнал запуска.
• Выбирая больший или меньший (чем 68 мкФ) номинал конденсатора, вы можете удлинить или сократить интервал задержки.
Пока все замечательно. Эта часть схемы будет обеспечивать задержку, когда на нее подается питание, а затем будет активировать сигнализацию на неопределенно долгое время.
Этап 2
На рис. ЦВ-4.39 и рис. 4.40 продемонстрирован следующий этап создания устройства. Компоненты, которые вы разместили ранее, остались там же, но обесцвечены, чтобы обратить ваше внимание на новые дополнения.
Не забудьте установить компонент S2, ползунковый переключатель, изображенный внизу, и резистор 470 Ом рядом ним, а также два длинных желтых провода. Ползунковый переключатель добавлен для тестирования. Он имитирует датчики сигнализации, которые присутствуют реальном устройстве.
Реле выполняет ту же функцию, что и в эксперименте 15. Если вы отследите соединения в этой схеме, то обнаружите, что она устроена так же, как схема на рис. 3.88, за исключением пары небольших модификаций. Эти отличия состоят в том, что резистор 470 Ом поставлен вместо резистора 1 кОм, а вверху добавлен переключатель S1 с зеленым светодиодом. Зачем? Скоро мы дойдем до этого.
Внимательно разместите все компоненты. Не упустите три красных провода слева и три синих провода справа. Убедитесь в том, что выводы реле выровнены с соответствующими обслуживающими проводами.
Убедитесь, что переключатель S1 находится в нижнем положении, а переключатель S2 — в верхнем. В целях проверки удалите конденсатор емкостью 68 мкФ, чтобы красный светодиод реагировал сразу же, а не с минутной задержкой.
Рис. ЦВ-4.39. На втором этапе в схему добавлено реле, использовавшееся в эксперименте 15
Подключите источник питания, и если вы все сделали правильно, то ничего не произойдет. Переключатель S2 соответствует датчикам сигнализации, если он находится в верхнем положении, то имитирует их замкнутое состояние. Передвиньте переключатель вниз для имитации размыкания датчиков, и тестовый светодиод в нижней части схемы сразу же загорится. Переведите переключатель в верхнее положение, и светодиод продолжит гореть. Сигнализация заблокирована во включенном состоянии, невзирая на сброс датчика.
Рис. 4.40. Схема устройства, собранная на втором этапе
Отключите питание, оставьте переключатель S2 в верхнем положении (как имитацию замкнутых датчиков) и снова подайте питание. Теперь передвиньте верхний переключатель S1 в верхнее положение, зажжется зеленый светодиод. Это функция проверки целостности цепи. Она определяет, все ли датчики замкнуты. Когда вы используете сигнализацию, вам понадобится проводить такую проверку, прежде чем покинуть помещение. Так выполняется первая часть пункта 7 технического задания из эксперимента 15.
Оставьте переключатель S1 в верхнем положении, и переведите переключатель S2 в нижнее положение, имитируя размыкание датчика. Зеленый светодиод погаснет. Передвиньте переключатель S2 в верхнее положение, и зеленый светодиод засветится снова. Итак, функция проверки работает.
На деле все могло бы выглядеть так. Вы оставляете переключатель S1 в верхнем (тестовом) положении. Перед уходом из помещения вы подаете питание на устройство. Если зеленый светодиод не зажегся, значит, где-то есть открытая дверь или окно. Найдите источник проблемы и устраните ее. Когда зеленый светодиод зажжется, вы убедитесь, что все датчики замкнуты. Теперь вы можете запустить сигнализацию. Передвиньте переключатель S1 вниз. Зеленый светодиод погаснет, сигнализация поставлена на охрану. Когда вы приходите домой, таймер 555 дает вам одну минуту, чтобы отключить сигнализацию и предупредить ее срабатывание (при условии, что вы вернули в схему конденсатор емкостью 68 мкФ). Вы можете отключить сигнализацию, передвинув ползунок переключателя S1 в верхнее (тестовое) положение.
А теперь разберемся, как и почему работает эта схема.
Когда переключатель S1 находится в нижнем положении, резистор номиналом 10 кОм вверху слева соединен с базой транзистора Q1. При этом полюс правого контакта внутри реле соединен с отрицательным заземлением. Это соединение идет по желтому проводу справа через резистор 470 Ом, через переключатель S2 (который имитирует датчики), а затем возвращается по другому длинному желтому проводу. Он удерживает базу транзистора под низким напряжением (через оранжевый провод). Пока база находится под низким напряжением, транзистор закрыт.
Если датчик размыкается, напряжение на базе транзистора возрастает благодаря наличию резистора 10 кОм, транзистор открывается и начинает проводить ток. Транзистор запускает реле (через длинный изогнутый оранжевый провод). В дальнейшем реле подаст питание на бистабильный таймер, который будет впоследствии активировать сигнализацию. В то же время реле разрывает соединение с отрицательной шиной справа, так что теперь транзистор останется включенным, даже если датчик снова замкнется.
Это почти та же схема, которая была приведена на рис. 3.88. Существенное отличие — зеленый светодиод. Когда вы устанавливаете переключатель S1 в положение проверки, он отключает положительное напряжение от транзистора (чтобы тот не смог вызвать срабатывание сигнализации). Если все датчики замкнуты, этот светодиод соединяется через них и резистор 470 Ом с отрицательной шиной, и он загорается, указывая, что система готова.
Этап 3
Что нам еще нужно в этом проекте? Представьте, что вы используете предлагаемую систему сигнализации. Вы хотите поставить ее на охрану перед тем, как уйти из помещения. И тут вы внезапно понимаете, что если вы ее установите и откроете дверь, чтобы уйти, то это приведет к срабатыванию сигнализации.
Бистабильный таймер с конденсатором емкостью 68 мкФ обеспечил функцию задержки срабатывания сигнализации на минуту, чтобы дать вам время отключить ее, когда вы пришли. Теперь вам нужен другой таймер, который задерживает сигнализацию на минуту, когда вы уходите.
Реализовать это немного сложнее. Суть заключается в том, чтобы установить дополнительный таймер, который понижает напряжение на базе транзистора Q1, чтобы он не смог запустить реле.
Проблема в том, что во время цикла «включено» выходной сигнал таймера находится в высоком, а не в низком состоянии. Придется добавить другой транзистор, чтобы преобразовать высокий выходной сигнал так, чтобы он понижал напряжение на базе транзистора Q1.
Рис. ЦВ-4.41. Третий и последний этап создания схемы сигнализации
На рис. ЦВ-4.41 и рис. 4.42 изображены компоненты, которые позволяют это осуществить. И снова я обесцветил компоненты, которые вы уже разместили ранее.
Новый таймер 555, помеченный как Т1, снабжен цепью подавления импульса на контакте 4 (выводе сброса), как и другой таймер; таким образом, он не будет выдавать паразитный импульс при подаче питания. Чтобы запустить таймер Т1, нужно нажать кнопку, которая заземляет запускающий вывод таймера.
Пока выходной сигнал таймера высокий, ток проходит через контакт 3 (выход) и зажигает желтый светодиод. Так вы узнаете, что система сигнализации отсчитывает время до запуска. Пока вы видите горящий светодиод, сигнализация будет игнорировать любое размыкание датчика.
Рис. 4.42. Схема третьего этапа создания цепи
Контакт 3 соединен также через зеленый провод слева, который похож на вытянутую букву «С». Он изогнут вокруг резистора 100 кОм, который подключен к базе второго транзистора Q2. Выходного сигнала, который проходит через резистор 100 кОм, достаточно для того, чтобы транзистор Q2 открылся. Его эмиттер заземлен через резистор 470 Ом, а коллектор подключен к базе транзистора Q1. Пока транзистор Q2 открыт, он заземляет базу транзистора Q1 и не позволяет ему запустить реле и сигнализацию.
Так таймер Т1 предотвращает срабатывание сигнализации. Когда закончится период минутной задержки, таймер Т1 выключится, Q2 закроется и больше не будет понижать напряжение на базе первого транзистора; сигнализация может запуститься (при условии, конечно, что вы не забыли передвинуть верхний переключатель из положения проверки).
Теперь алгоритм действий будет таков:
1. Вначале переведите переключатель S1 в положение проверки и закройте все двери и окна, пока не загорится зеленый светодиод.
2. Передвиньте переключатель S1 в нижнее положение, чтобы сигнализация была готова к работе.
3. Нажмите кнопку и покиньте помещение, закрыв дверь за собой, пока горит желтый светодиод.
Выполняет ли ваше устройство все, что ему положено делать? Должно, если вы соединили все правильно. Таймер Т1 должен зажигать желтый светодиод при любых обстоятельствах, что облегчает проверку. Вы можете также коснуться щупами мультиметра базы транзистора Q1, чтобы проверить, высокое или низкое там напряжение. Пока напряжение относительно низкое, сигнализация запускаться не будет. Когда напряжение станет высоким, сигнализация сработает.
Не забудьте вернуть в схему конденсатор емкостью 68 мкФ, расположенный сразу под реле, чтобы снова активировать таймер задержки, когда ваше устройство будет готово к применению.
Полная компоновка макетной платы показана на рис. 4.43, номиналы и расположение компонентов — на рис. 4.44, а электрическая схема — на рис. 4.45.
Рис. 4.43. Компоновка макетной платы окончательного варианта сигнализации
Рис. 4.44. Номиналы компонентов и их расположение на макетной плате
Как насчет сирены?
Если вы хотите, чтобы сигнализация издавала сигнал тревоги, то необходимо подключить генератор звука или сирену вместо красного светодиода, который вы использовали для проверки.
Рис. 4.45. Электрическая схема сигнализации
Самый простой способ — приобрести готовое устройство. В продаже можно найти множество недорогих сирен, готовых издавать раздражающий звук при подаче питания. Многие из них рассчитаны на 12 В постоянного тока, но звуковой сигнал практически у всех почти одинаков.
Учтите только, что таймер Т2 не может обеспечить ток больше, чем 150 мА.
Если вы предпочитаете самостоятельно сделать генератор звука, соберите схему, которую я изобразил на рис. 4.34. Просто подайте питание на эту схему с помощью реле, и у вас будет звук.
Как улучшить схему
Вы проверяли схему, просто подавая и отключая питание. Можно поставить обычный выключатель, однако цифровой код для отключения сигнализации был бы предпочтительнее.
Прямо сейчас я не могу показать, как реализовать данную функцию, потому что для этого нужны логические микросхемы, с которыми мы пока еще не сталкивались. Но в эксперименте 21 мы вернемся к этому вопросу.
Изготовление устройства
Тем временем, поскольку схема сигнализации нормально работает в ее текущем виде, хотелось бы поговорить о завершении проекта. Под этим я подразумеваю сборку и пайку деталей на плате, установку платы в корпус и придание законченного вида всему устройству. Моя основная забота в этой книге — это электроника, но все же завершение проекта является важной частью получения опыта, и поэтому я дам вам несколько рекомендаций.
Пайка схемы будет проще, чем процедура в эксперименте 14, где я объяснял монтаж от точки к точке. Вы можете установить компоненты на перфорированную плату с медными дорожками на обратной стороне, конфигурация которых идентична соединениям внутри макетной платы. Просто перенесите каждый компонент в соответствующее место и припаяйте его к медному проводнику на нижней стороне. Соединять провода друг с другом не придется. Указания о том, где найти и купить такую плату, вы найдете в разделе «Расходные материалы» главы 6.
А теперь разберемся, что делать дальше.
Посмотрите расположение компонента на вашей макетной плате, а затем установите его в такое же положение на перфорированной плате, пропустив его выводы сквозь отверстия.
Переверните перфорированную плату на обратную сторону, убедитесь в том, что она лежит устойчиво, и осмотрите отверстия, сквозь которые прошли выводы компонента, как показано на рис. 4.46, который демонстрирует обратную сторону платы (компонент находится на другой стороне). Медная дорожка окружает это отверстие и соединяет его с другими. Ваша задача — расплавить припой так, чтобы он прилип и к меди, и к проводу, образуя надежное соединение между ними.
Закрепите перфорированную плату или положите ее на поверхность, где она не будет скользить. Возьмите маломощный паяльник в одну руку и немного припоя в другую. Удерживайте жало паяльника возле провода и меди, а затем подведите немного тонкого припоя к их пересечению. Спустя две-четыре секунды припой должен начать растекаться.
Рис. 4.46. Обратная сторона перфорированной платы с выводом компонента, проходящим сквозь отверстие
Сформируйте из припоя круглую каплю, покрывающую провод и медь, как показано на рис. 4.47. Подождите, пока припой отвердеет полностью, а затем подцепите провод удлиненными плоскогубцами и покачайте его, чтобы убедиться, что у вас получилось крепкое соединение. Если все хорошо, отрежьте выступающий вывод кусачками (рис. 4.48).
Рис. 4.47. В идеале ваша пайка должна выглядеть похожей на эту
Рис. 4.48. После того как припой остынет и затвердеет, удалите лишний конец провода
Поскольку паяные соединения трудно фотографировать, я использую рисунки, чтобы показать вам провод до и после создания достаточно надежного соединения. Припой показан чисто белым цветом и обведен тонкой черной линией.
Реальный процесс пайки компонентов на перфорированной плате показан на рис. 4.49 и 4.50.
Рис. 4.49. Монтаж компонентов на перфорированной плате. Два или три компонента одновременно вставлены с другой стороны платы, а их выводы загнуты, чтобы компоненты не выпали
Рис. 4.50. После пайки выводы отрезают, а соединения проверяют под увеличительным стеклом. Теперь можно вставить следующие два или три компонента и продолжить монтаж
Самые распространенные ошибки при работе с перфорированной платой
1. Избыток припоя. Прежде чем вы успеете об этом подумать, припой расползется по плате, дойдет до следующей медной дорожки и застынет на ней, как показано на рис. 4.51. Если такое случится, то вы можете либо попытаться убрать лишний припой с помощью набора для выпайки, либо срезать ножом. Лично я предпочитаю нож, потому что если удалять припой резиновой грушей или оплеткой для выпайки, часть его все равно останется.
Даже небольшого количества припоя достаточно для возникновения короткого замыкания. Проверьте соединение проводов с помощью увеличительного стекла, поворачивая плату так, чтобы свет падал под разными углами.
Рис. 4.51. При избытке припоя он окажется не там, где вам хотелось бы
2. Недостаточно припоя. Если соединение тонкое, то провод может отделиться от припоя, когда он остынет. Даже микроскопической трещины достаточно, чтобы схема не заработала. В редких случаях припой остается как на проводе, так и на медной дорожке вокруг него, не создавая соединения между ними; при этом провод остается окруженным припоем, но не касающимся его, как показано на рис. 4.52. Вы можете не заметить этого, пока не исследуете плату при помощи лупы.
Чтобы исправить пайку, можно добавить больше припоя на любое соединение, которое имеет недостаток припоя, только убедившись в том, что полностью место пайки хорошо прогрето.
3. Компоненты размещены неверно. Очень легко можно вставить компонент на одно отверстие в сторону от того, где он должен быть. Также можно забыть перемычку.
Рис. 4.52. Слишком малое количество припоя (или недостаточный нагрев) может оставить припаянный провод не соединенным с припаиваемой медью на макетной плате. Достаточно зазора толщиной всего лишь с волос, чтобы нарушить электрическое соединение
Советую вам распечатать копию схемы и каждый раз, когда вы создаете соединение на перфорированной плате, выделять маркером этот провод на бумаге.
4. Мусор. Когда вы отрезаете провода, их мелкие кусочки не исчезают бесследно. Они начинают скапливаться на вашем рабочем месте, и один из них может легко попасть на перфорированную плату, создавая замыкание там, где вы совсем не ждете.
Очистите обратную сторону платы старой зубной щеткой, прежде чем подавать на нее питание. Обмакните щетку в спирт для протирки, чтобы удалить остатки флюса. По возможности поддерживайте чистоту вашего рабочего места. Чем аккуратнее вы будете, тем меньше проблем возникнет в будущем.
И еще раз убедитесь в том, что проверили каждое соединение с помощью увеличительного стекла.
Поиск неисправностей на перфорированной плате
Если устройство, которое нормально функционировало на макетной плате, не работает после монтажа на перфорированной плате, то поиск неисправностей будет отличаться от того, что я описывал ранее.
Вначале посмотрите на размещение компонентов, потому что его проще всего проверить.
Если все компоненты размещены правильно, слегка согните плату, подавая питание. Если теперь схема время от времени «оживает», то можете быть почти уверены в том, что все дело в плохой пайке: либо замыкания из-за припоя, либо микротрещины в контактах.
Закрепите черный провод мультиметра на отрицательной клемме источника питания, а затем подайте питание и пройдитесь по схеме от точки к точке сверху вниз, проверяя напряжение в каждой точке красным проводом мультиметра, продолжая сгибать плату. В большинстве схем почти на каждом участке должно быть хоть какое- то напряжение. Если вы нашли «мертвую» зону или показания мультиметра «скачут», то можете сосредоточиться на соединении, с которым что- то не в порядке, даже если на первый взгляд оно не вызывает подозрений.
Яркая настольная лампа и увеличительный прибор незаменимы для этой процедуры. Зазора величиной в 0,002 мм или меньше уже достаточно, чтобы нарушить работу вашей схемы. Но вам будет сложно его найти без увеличения, и даже в этом случае иногда свет должен падать точно на него.
Грязь, вода или жир могут помешать хорошему прилипанию припоя к проводам и медным дорожкам. Это еще одна причина для того, чтобы сделать аккуратность одной из рабочих привычек.
Корпус для устройства
Самый простой способ защитить вашу перфорированную плату от внешних воздействий поместит!, ее в корпус. Я упоминал об этом в списке компонентов и расходных материалов в начале главы 3. Существуют сотни вариантов. Алюминиевые корпуса выглядят стильно и профессионально, но вам придется изолировать плату, чтобы предотвратить короткое замыкание внутри такого корпуса. Пластиковые корпуса проще, да и дешевле.
Чтобы все выглядело профессионально, не следует необдуманно начинать сверлить отверстия для переключателей и светодиодов. Нарисуйте эскиз на бумаге (или используйте графическое приложение, а затем распечатайте изображение). Убедитесь в том, что для размещения компонентов достаточно места, и попробуйте расположить их как на схеме, чтобы уменьшить риск путаницы.
Прикрепите ваш эскиз на внутреннюю сторону верхней панели, как показано на рис. 4.53, а затем острым инструментом с тонким кончиком (например, шилом или иголкой) проткните бумагу и отметьте центр каждого отверстия на пластике. Эти отметки помогут вам разместить по центру сверло, когда вы будете делать отверстия.
Если вы собрали звуковой генератор с динамиком (вместо готовой сирены), то понадобится сделать несколько отверстий для выхода звука из динамика, который будет располагаться за верхней панелью корпуса. Панель, которую я изготовил, показана на рис. 4.54.
Я разместил все переключатели и светодиоды на верхней панели. Разъем для подвода питания расположен на одной из сторон корпуса. Естественно, размер каждого отверстия должен соответствовать предназначенному для него компоненту, и если у вас есть штангенциркуль, то он пригодится для проведения измерений и выбора сверла правильного диаметра. В противном случае, лучше взять меньшее сверло, чем слишком большое. Инструмент для снятия заусенцев идеально подходит для небольшого расширения отверстия так, чтобы компонент плотно входил.
Рис. 4.53. Распечатанный эскиз расположения переключателей, светодиодов и других компонентов был прикреплен на внутреннюю часть крышки корпуса. Бумагу проткнули шилом, чтобы отметить центр каждого из отверстий, которые будут просверлены в крышке
Это может понадобиться, если вы просверлили отверстия диаметром 3/16 дюйма (4,7 мм) для светодиодов диаметром 5 мм. Немного расширьте каждое отверстие, и светодиоды будут прочно держаться.
Если у вашего динамика нет крепежных отверстий, приклейте его. Я воспользовался пятиминутным эпоксидным клеем. Действуйте осторожно, избегая излишка клея. Вы же не хотите, чтобы клей попал на диффузор динамика.
Просверлить большие отверстия в тонком мягком пластике корпуса для устройства — задача непростая. Сверло может покорежить пластик. Существуют три способа решения задачи:
• Используйте сверло Форстнера, если оно у вас есть. С его помощью можно сделать очень аккуратное отверстие. Также подойдет кольцевая пила.
• Просверлите отверстие несколько раз, увеличивая диаметр сверла.
• Просверлите отверстие меньшего, чем вам необходимо, диаметра и расширьте его инструментом для снятия заусенцев.
Независимо от способа сверления, вам необходимо зажать или удерживать верхнюю панель корпуса, чтобы его наружная поверхность лежала лицом вниз на каком-либо обрезке из дерева. Затем просверлите ее изнутри так, чтобы сверло проходило сквозь пластик и вонзалось в дерево.
Рис. 4.54. Внешний вид панели после сверления. Отверстия можно аккуратно просверлить с помощью небольшой переносной аккумуляторной дрели, если точно наметить их центры
После этого смонтируйте компоненты на панели, как показано на рис. 4.57, и займитесь их пайкой.
Пайка переключателей
Вначале вам необходимо решить, как должны быть ориентированы переключатели. С помощью мультиметра определите, какие контакты соединяются, когда переключатель замыкается. Возможно, вы захотите, чтобы переключатель был включен, когда тумблер поднят в верхнее положение. Обратная сторона моей панели управления показана на рис. 4.55. Я взял двухполюсный переключатель на два направления просто потому, что он оказался под рукой. Для этого устройства вам подойдет любой однополюсный переключатель на одно направление.
Рис. 4.55. Компоненты закреплены на передней панели (вид с обратной стороны). Динамик приклеен к корпусу. Для надежности немного клея нанесено на светодиоды
Как вы помните, центральный контакт любого переключателя на два направления почти всегда является полюсом (подвижным контактом) переключателя.
Многожильный провод годится для соединения платы с компонентами на верхней панели, потому что жилы являются более гибкими и оказывают меньшую нагрузку на паяные соединения. Скрутка каждой пары проводов делает монтаж аккуратнее и позволяет уменьшить путаницу.
Когда вы припаиваете провода или компоненты к лепестку переключателя, паяльник карандашного типа может не обеспечить достаточного нагрева для создания хороших соединений.
Рис. 4.56. Скрученные пары проводов просто припаяны к компонентам, поскольку монтаж здесь сравнительно несложен
В таких местах целесообразнее более мощный паяльник, но вы обязательно должны обеспечить хороший теплоотвод, чтобы защитить светодиоды. Не позволяйте также паяльнику контактировать с чем-либо более 10 секунд. Он быстро расплавит изоляцию и может даже повредить внутренние детали переключателей.
В более сложных, чем этот, проектах соединять верхнюю панель со схемой на плате следует аккуратнее. Для этой цели идеально подходят штепсельные соединители, которые прикрепляются к плате, и разноцветный плоский кабель. Для этого простого устройства я не стал утруждать себя подобными вещами. Провода располагаются свободно, как показано на рис. 4.56.
Установка платы
Плата со схемой будет располагаться на дне корпуса и крепиться четырьмя винтами с шайбами и контргайками с нейлоновыми вставками. Я предпочитаю использовать вместо клея гайки и болты на тот случай, если мне понадобится вытащить плату для ремонта. Контргайки необходимы здесь, чтобы уменьшить риск ослабления гайки в процессе эксплуатации и предотвратить выпадение компонентов, которое может вызвать короткое замыкание.
Иногда перфорированную плату потребуется обрезать до подходящего размера, следя за тем, чтобы не повредить находящиеся на ней компоненты. Я резал плату ленточной пилой, но ножовка тоже справится с этой задачей. Помните о том, что перфорированные платы часто содержат стекловолокно, которое может затупить пилу по дереву.
После обрезки проверьте обратную сторону платы, нет ли на ней оставшихся фрагментов медных дорожек.
Просверлите отверстия для болтов в плате, снова заботясь о том, чтобы не повредить компоненты. Затем сквозь эти отверстия сделайте отметки на пластиковом дне корпуса и просверлите его. Выполните зенковку отверстий (т. е. снимите фаску с края отверстия так, чтобы винт с плоской головкой вставлялся вровень с окружающей поверхностью), протолкните маленькие болты с обратной стороны и установите плату со схемой. Поскольку контргайки не ослабевают, вам не нужно их специально сильно затягивать. Более того, следует избегать слишком плотной затяжки.
После установки платы снова проверьте, все ли работает как надо.
Внимание!Будьте очень осторожны при установке платы в корпусе. Чрезмерное усилие при затяжке винтов и перекос может привести к появлению деформации, которая способна нарушить соединение и даже разорвать медную дорожку на плате.
Заключительная проверка
Когда вы все соберете, если у вас не окажется заранее смонтированной сети магнитных датчиков, то вместо нее подойдет обычный кусок провода. Для удобства я установил пару клемм на корпусе. С таким же успехом можно вытянуть пару проводов от платы наружу через небольшие отверстия в крышке корпуса.
Если все работает должным образом, можно прикрутить верхнюю часть корпуса на место, упрятав провода внутрь. Поскольку корпус достаточно большой, то внутри не должно возникнуть случайного соприкосновения металлических частей, но все же действуйте осторожно. На рис. 4.57 изображен внешний вид моего собранного изделия.
Установка сигнализации в помещении
Если вы собираетесь завершить этот проект и добавить магнитные датчики с герконами, то вам следует проверить каждый из них, проведя магнитный модуль рядом с герконом, а затем отведя его в сторону. При этом с помощью мультиметра проверяется целостность цепи между контактами переключателя. При приближении магнита переключатель должен замыкаться, а при его удалении — размыкаться.
Рис. 4.57. Сигнализация собрана в корпусе
Рис. 4.58. Двухжильный изолированный кабель соединяет клеммы на блоке управления сигнализацией с магнитными датчиками. Поскольку датчики должны располагаться последовательно, провод был разрезан и снабжен ответвлениями в местах, отмеченных точками
Теперь продумайте, как вы соедините ваши датчики в единую сеть. Всегда помните о том, что они должны подключаться последовательно, а не параллельно! На рис. 4.58 показан пример. Два контакта слева — это клеммы на верхней части корпуса устройства, прямоугольники наверху — это магнитные датчики на окнах и дверях. Поскольку провод для такого вида установки обычно имеет две жилы, вы можете проложить его, как я указал, а затем разрезать, чтобы припаять ответвления. Паяные соединения отмечены точками. Обратите внимание на то, как ток проходит через все переключатели последовательно, а затем возвращается в блок управления.
На рис. 4.59 показана та же цепочка датчиков, установленная в помещении с двумя окнами и одной дверью. Прямоугольники рядом с герконами — это магнитные модули.
Рис. 4.59. При установке на два окна и дверь магниты следует расположить рядом с герконами
Очевидно, вам понадобится много провода. Подойдет белый витой провод для дверного звонка или термостатов. Обычно он 20-го калибра (диаметр 0,8 мм) и выше.
После того как вы установили все переключатели, присоедините щупы мультиметра к проводам, которые прикреплялись бы к блоку сигнализации. Настройте мультиметр на прозвонку цепи и поочередно откройте каждую дверь или окно, чтобы проверить, размыкаете ли вы цепь. Если все в порядке, прикрепите провода сигнализации к клеммам на блоке управления.
Теперь займемся источником питания. Используйте сетевой адаптер, установив выходное напряжение на 9 В, или подключите разъем питания к 9-вольтовой батарее. Эта схема будет работать и от батареи напряжением 12 В, но тогда вам придется поставить реле на 12 В вместо указанного мною.
Единственная оставшаяся задача — нанести надписи возле переключателя, кнопки, разъема питания и клемм на блоке управления. Собрав схему, вы конечно помните, что переключатель включает и выключает сигнализацию в режиме проверки целостности цепи, а кнопка дает вам минуту, чтобы покинуть помещение, прежде чем сигнализация сработает. Но об этом никто кроме вас не знает, и, возможно, вы захотите разрешить какому-либо гостю использовать вашу сигнализацию, пока вы отсутствуете. Если уж на то пошло, то спустя месяцы или годы вы можете сами забыть некоторые подробности.
Итоги
Собрав сигнализацию, вы прошли все основные этапы, которым будете следовать каждый раз, когда что-либо разрабатываете:
• Сформулируйте техническое задание.
• Определите подходящие компоненты.
• Нарисуйте схему и убедитесь в том, что вы понимаете ее.
• Измените ее так, чтобы она соответствовала расположению проводников на макетной плате.
• Установите компоненты на макетной плате и проверьте основные функции.
• Измените или улучшите схему и снова проверьте ее.
• Соберите устройство на печатной плате, проверьте исправность и устраните ошибки, если это необходимо.
• Добавьте переключатели, кнопки и разъем для подключения питания, а также вилку или гнездо, чтобы соединить схему с остальным миром.
• Заключите все в корпус (и добавьте обозначения).
