Помехоустойчивая автомобильная сигнализация

А.СЕРГЕЕВ,

г.Сасово Рязанской обл.

В настоящее время в продаже имеются различные устройства сигнализации. Несмотря на заве­рения рекламы, работают они не всегда надежно и стабильно. По статистике, среди угнанных авто­мобилей значительное количество имеет сигнализацию. Может быть поэтому в радиолюбительских журналах регулярно появляются описания различных противоугон­ных устройств.

Надежность и стабильность сигнализации во многом зависят от работы примененных в ней датчиков. Идеальный датчик должен с вероятностью 100% об­наружить попытку угона или раз­борки автомобиля и при этом не должен реагировать на различ­ные помехи и посторонние слу­чайные воздействия. Создать та­кой датчик весьма трудно. На практике в автосигнализациях широко используются несколько типов датчиков, каждый из кото­рых имеет свои достоинства и не­достатки.

1.           Контактные датчики. Если они правильно отрегули­рованы, то почти со 100-процен­тной вероятностью срабатыва­ют при открывании дверей, ка­пота и т.д. Но они не сработают при снятии с автомобиля коле­са, стекла и пр.

2.           Акустические датчики. Ре­агируют на звуковые волны, рас­пространяющиеся по кузову ав­томобиля при различных воз­действиях. При достаточной
чувствительности они сработа­ют при любой попытке угнать или разобрать автомобиль. Но
акустические датчики могут ловить различные посторонние шумы и вибрации. Повысить их помехоустойчивость можно только за счет уменьшения чув­ствительности.

3. Инерционные датчики. Реа­гируют на изменение положения кузова автомобиля. Эти датчики сложнее, но они обладают луч­шей помехоустойчивостью. Недо­статок инерционных датчиков — не очень высокая чувствитель­ность {которую, в принципе, мож­но значительно улучшить).

Предлагаю сигнализацию, в которой используется инерцион­ный датчик с повышенной чув­ствительностью. Датчик постро­ен на основе микроамперметра, а его чувствительность улучше­на за счет увеличения коэффи­циента усиления усилителя сиг­нала. Схема устройства приве­дена на рис.1.

В качестве датчика использует­ся микроамперметр М4285 от пор­тативного магнитофона. Элемен­ты R1 и С1, R2 и С4, R3 и С7 об­разуют фильтры нижних частот (ФНЧ). Усилитель сигнала датчи­ка выполнен на микросхеме DA1, на VD1 и VT1 построен пиковый детектор. Элементы DD1.3, DD1.4 и DD2.1, DD2.2 образуют ждущие мультивибраторы (одновибраторы). DD3.1, DD3.2 и DD2.3, DD2.4 — автоколебательные. Элементы DD1.1, DD1.2, DD3.3, DD3.4 рабо­тают в качестве ключей. На тран­зисторе VT3 построен усилитель высокой частоты (УВЧ), а на тран­зисторе VT4 — усилитель мощно­сти сигнала тревоги. Микросхема DA2 — стабилизатор напряжения. На транзисторе VT2 и светодиоде VD4 выполнен индикатор режимов работы сигнализации.

Работает устройство следую­щим образом. При включении питания контакты SA1.2 замыка­ются, a SA1.1 размыкаются. На выходе стабилизатора DA2 по­является напряжение +9 В, и конденсатор С16 заряжается че­рез резистор R18. При этом мультивибратор DD3.1, DD3.2 не работает (на выводе 12 DD3.1 во время заряда С16 — низкий уро­вень). Соответственно, на выхо­дах 10 DD3.2 и 3 DD3.4 — "0", поэтому мультивибратор DD2.3, DD2.4 выключен, и сигнала тре­воги нет.

В усилителе переменного на­пряжения на микросхеме DA1 после включения питания проис­ходят переходные процессы. В результате транзистор VT1 крат­ковременно открывается, сраба­тывают ключи DD1.1, DD1.2 и ждущий мультивибратор на DD1.3, DD1.4. На время 28 с на выходе 3 DD1.3 появляется "1" (высокий уровень), диод VD2 от­крывается, срабатывает ключ на VT2, и загорается светодиод VD4. Эта же "1" поступает на вход 5 DD3.3, но сигнала трево­ги нет, т.к. мультивибратор на DD3.1, DD3.2 в это время не ра­ботает. С выхода 4 DD1.4 "0" по­дается на вход 13 DD1.2 и от­ключает управляющий вход мультивибратора на DD1.3, DD1.4 от выхода пикового детек­тора на VT1 (на те же 28 с). По прошествии 28 с мультивибра­тор на DD1.3, DD1.4 возвраща­ется в исходное состояние, а светодиод VD4 гаснет. Переход­ные процессы в усилителе DA1 к этому моменту уже заканчива­ются.

Примерно через 37 с после включения питания конденсатор С16 зарядится, уровень на входе 12 DD3.1 превысит пороговый, и мультивибратор на DD3.1, DD3.2 включится. С выхода 10 DD3.2 импульсы с частотой примерно 0,5 Гц подаются на вход 6 DD3.3 и на диод VD3. Диод VD3 на вре­мя импульса открывается, и светодиод кратковременно вспыхи­вает, сигнализируя о готовности сигнализации к работе (дежур­ный режим).

Если теперь качнуть кузов ав­томобиля (датчик Н1), то пере­менное напряжение инфранизкой частоты с выхода датчика Н1 через ФНЧ R1-C1-R2-C4 и усили­тель на DA1 поступает на вход пикового детектора VT1. Напря­жение на коллекторе VT1 умень­шается, что вызывает срабатыва­ние ждущего мультивибратора на DD1.3, DD1.4. Открывается диод VD2, загорается VD4 (на 28 с), а на входе 5 DD3.3 появляется "1". Теперь импульсы с выхода мультивибратора на DD3.1, DD3.2 проходят через DD3.3, DD3.4 и включают мультивибратор на DD2.3, DD2.4. Пачки импульсов с частотой 1 кГц с выхода 10 DD2.3 через усилитель мощности на транзисторе VT4 поступают на громкоговоритель ВА1, который излучает сигнал тревоги.

Выключить сигнализацию мож­но двумя способами. Во-первых, тумблером SA1, который находит­ся внутри салона автомобиля. Кроме того, можно воздейство­вать высокочастотным электро­магнитным полем на катушку ин­дуктивности L2,которая крепится на внутренней стороне лобового стекла автомобиля рядом со светодиодом VD4. В результате, в катушке L2 образуется высокоча­стотное переменное напряжение, которое через усилитель высокой частоты VT3 поступает на высо­кодобротный колебательный кон­тур L1-C12. Диод VD5 детектиру­ет образующийся на L1-C12 ВЧ-сигнал, напряжение на конденса­торе С14 увеличивается, а на вхо­де 1 DD2.1 —уменьшается. Жду­щий мультивибратор на DD2.1, DD2.2 на время примерно 6 с пе­реключается, на выходе 4 DD2.2 появляется "0", и конденсатор С16 разряжается (через VD6, R17 и выход DD2.2).

Напряжение на выводе 12 DD3.1 уменьшается, и мульти­вибратор (а также и сигнализа­ция) выключается, светодиод VD4 гаснет. Сигнализация будет выключена до тех пор, пока вновь не зарядится конденсатор С16, т.е. в течение 37 с. Этого времени достаточно, чтобы от­крыть автомобиль ключом и вык­лючить тумблер SA1.

Из сказанного следует, что предлагаемое устройство имеет ряд существенных отличий от опубликованных ранее [3, 4]. Сиг­нал инерционного датчика Н1 до­вольно слабый и узкополосный. Ширина спектра сигнала состав­ляет несколько герц, а максимум спектральной характеристики совпадает с частотой собствен­ных колебаний рамки микроам­перметра (примерно 2 Гц). По­этому нет необходимости усили­вать постоянное напряжение при помощи операционных усилите­лей, как в [2, 3]. В то же время, рамка микроамперметра всегда имеет небольшой люфт (иначе она не будет вращаться), поэто­му микроамперметр обладает микрофонным эффектом и реа­гирует на акустические волны, вызывающие вибрацию его кор­пуса, что может привести к лож­ным срабатываниям. Установка датчика на резиновых амортиза­торах дает незначительный эф­фект.

Для повышения чувствительно­сти и помехоустойчивости устрой­ства полоса пропускания усилите­ля сигнала инерционного датчи­ка уменьшена с 10...20 кГц [2, 3] до 4...5 Гц, а коэффициент уси­ления увеличен до К=300000. В качестве усилителя используется микросхема К157УЛ1А с низким уровнем шумов типа 1/f и боль­шим усилением. Нижняя граница полосы пропускания усилителя составляет 0,3 Гц и может быть уменьшена. В результате стали ненужными переделка микроам­перметра (утяжеление стрелки), контактные и акустические датчи­ки.

Для выключения сигнализации используется генератор электро­магнитного поля (рис.2), схема ко­торого состоит из задающего квар­цевого генератора (VT1, ZQ1) и уси­лителя мощности (VT3). Генератор питается от батареи "Крона" (GB1) и включается кнопкой S1. Конструк­тивно он выполнен в виде брелока в пластмассовом корпусе. Для вык­лючения сигнализации нужно на­жать кнопку S1, поднести катушку L1 на расстояние 2...3 см к катуш­ке L2 (рис.1) и дождаться, когда перестанет вспыхивать светодиод VD4.

Все элементы схемы (рис.1), за исключением L2 и ВА1, раз­мещены в алюминиевом корпу­се размерами 130x100x45 мм. Катушка L1 намотана на сердеч­нике СБ-12а и содержит 20 вит­ков провода ПЭВ 00,44 мм. Ка­тушка L2 намотана внавал на пластмассовом каркасе диамет­ром 8 мм и длиной 12 мм и со­держит 26 витков провода ПЭВ 00,44 мм. Катушка имеет сер­дечник из карбонильного желе­за с резьбой М6. Катушка L1 {рис.2) намотана внавал на пла­стмассовом каркасе диаметром 8 мм и длиной 8 мм с сердечником из карбонильного железа с резьбой Мб и содержит 15 вит­ков провода ПЭВ 00,65 мм.

Налаживание устройства со­стоит из следующих операций. Резистором R5 (рис.1) регулиру­ется чувствительность сигнали­зации, а подбором сопротивле­ния R23 — громкость сигнала тревоги. Колебательные контуры L1-C12 (рис.1) и L1-C5 (рис.2) нужно настроить на частоту квар­цевого генератора ZQ1. Необхо­димо учесть, что резонансная частота контура L1-C5 изменяет­ся при приближении его к катуш­ке L2 (рис.1), поэтому его нужно настраивать, ориентируясь по наиболее четкому выключению сигнализации (погасанию светодиода VD4). Микроамперметр Н1 должен быть закреплен так, что­бы ось вращения рамки совпада­ла с продольной осью автомоби­ля, а его шкала была вертикаль­на, т.е. положение стрелки Н1 близко к горизонтальному.

При предельной чувствительно­сти усилителя (R5=0) возможно самовозбуждение усилителя DA1, которое возникает из-за паразит­ной связи через источник пита­ния. В этом случае один из двух усилителей микросхемы DA1 можно запитать через дополни­тельный стабилизатор напряже­ния на микросхеме КР142ЕН8Г. Катушка L2 (рис. 1) подключается к схеме при помощи экраниро­ванного провода.