Квартирная сигнализация

Для осмысления цели создания прибора, попытаемся сформулировать требования к охранной системе квартиры и проанализировать, что в связи с этим нам предлагает рынок, как из отечественной, так и из импортной номенклатуры приборов. Итак:

1. Назначение охранной сигнализации.

Понятно, что сигнализация не есть панацея от квартирной кражи, тем более автономная, без выхода сигнала на пульт централизованной охраны (ПЦО) в милицию, или куда еще. Если сигнализация не имеет выхода на ПЦО, то желательно организовать выход сигнала тревоги через телефонную линию или радиоканал хозяину квартиры. Если сигнал тревоги выведен через телефон, то необходимо позаботиться об маскировке телефонной линии, или выводить ее через окно сразу на чердак с последующей маскировкой на чердаке. Но даже если сигнализация чисто автономная, это все же гораздо лучше, чем вообще ничего! Для вызова милиции можно договориться с соседями, имеющими телефон. Ложную телефонную линию из квартиры в щиток на лестничной клетке следует оставить!

2. Датчики и шлейф сигнализации.

Ныне опутывать все окна и балконную дверь датчиками, как это делалось еще 10 лет назад, уже не модно. Поэтому ставим герконные датчики (например СМК-1) на входную и балконную двери, а все остальное пространство квартиры защищаем инфракрасными датчиками движения. Таких датчиков на рынке много, как отечественных, так и зарубежных. Качество у них хорошее и цена приемлема. Обычно хватает одного датчика, максимум двух. В импортных сигнализациях стало модным на каждый контактный и инфракрасный датчик ставить радиопередатчик с шифроканалом и батареей питания и радиоприемник с дешифратором в базовом блоке. На это существует железное правило охранной техники: несколько метров телефонного провода всегда дешевле и надежней радиоканала. Следует также обратить внимание на электрический режим шлейфа сигнализации. Типовой ошибкой радиолюбительских систем сигнализации является то, что шлейф подключается напрямую ко входу логического КМОП - элемента через резистор в сотни килоом. Эта схема подкупает своей коварной простотой! Но, во первых, шлейф - это не просто последовательная цепь нормально - замкнутых контактов датчиков и соединительных проводов, но и куча клеммных соединений в соединительных коробках, как правило типа УК. В этих коробках может появиться вода от прорванной батареи отопления у соседа сверху, в них может ослабнуть клемма из-за плохой резьбы, в них могут пописать и покакать извечные друзья Человека - тараканы. То есть может возникнуть либо шунтирование шлейфа с пропуском сработки и кражей, либо не будет зафиксировано увеличение сопротивления шлейфа, что приведет к ложным сработкам в периоды охраны и, соответственно, к нездоровому интересу многочисленных соседей, особенно великовозрастных детишек из неблагополучных семей, если после ложной тревоги вы вообще не появитесь в квартире! Ложная тревога с непринятием никаких мер - самая опасная ситуация в охранном деле. Отсюда следует вывод 1: ток в шлейфе охраны должен быть не менее 5 миллиампер. Тогда прослабленная клемма либо приведет к несдаче квартиры под охрану, либо будет выявлена омметром при первом-же случае ложной тревоги, а влага и загрязнения коробок не приведут к выкорачиванию шлейфа сигнализации. Во вторых шлейф представляет собой замкнутый контур, то есть по сути дела большую рамочную антенну, склонную ловить всякие электромагнитные импульсы, особенно КЗ в электросети и грозовые разряды. КЗ могут вызвать ложную тревогу, а гроза может, кроме ложной тревоги, вообще вывести из строя входную цепь охранного прибора. Отсюда вывод 2: шлейфный вход охранного прибора должен иметь низкое входное сопротивление и достаточный запас допустимой перегрузки по току и напряжению. То есть на входе должен быть не логический КМОП - элемент с маленьким керамическим конденсатором, как это любят делать многие радиолюбители, а биполярный транзистор с приличным электролитическим конденсатором на входе, который и предохраняет входной транзистор от пробоя, и обеспечивает необходимую помехоустойчивость, и осуществляет задержку на срабатывание от дребезга и флуктуаций сопртивления контактов датчиков шлейфа охраны. Особого рассмотрения требуют также объемные приборы - детекторы движения. Они бывают емкостные, инфракрасные лучевые, инфракрасные допплеровские, ультазвуковые допплеровские и СВЧ - допплеровские. Самые ненадежные - емкостные. Однако, если их загрубить, чтобы они срабатывали с близкого расстояния, то можно применять и их. Самые надежные - СВЧ, но они-же и самые дорогие. К тому -же они реагируют на движение в соседних квартирах, поэтому применять их в многоэтажных домах затруднительно. Инфракрасные оптимальны по надежности и цене, поэтому получили максимальное распространение. Но какой бы датчик движения ни применялся, именно он будет самым ненадежным элементом охранной системы, то есть самой вероятной причиной ложных сработок! Поэтому лучше вообще от них по возможности отказаться и применять систему ловушек. Ловушка - это пара геркон - магнит, установленная в нетривиальном месте: в мебели, в системе стена - картина, в системе пол - ножка стула и т.д. , то еть там, где хватит фантазии и желания их понаставить. При этом система ловушек должна иметь скрытую проводку и иметь такое расположение, чтобы исключить доступ к прибору системы охраны и жизненно-важным ее элементам и нешлейфным цепям. Недостаток системы ловушек - трудоемкость монтажа, обслуживания, сдачи квартиры под охрану. Достоинство - минимально-возможная вероятность ложной тревоги!

3. Внешняя индикация.

Назначение внешней индикации - контроль состояния сигнализации владельцем и сообщение посторонним о том, что квартира оборудована охранной сигнализацией. В качестве внешних индикаторов удобней всего применять светодиоды. Они должны быть установлены в дверь и иметь вандалозащищенное исполнение. Самая простая конструкция: Берем болт на М8. На токарном станке сверлим по оси болта сквозное отверстие диаметром 2.5 - 3.5 мм и обтачиваем головку болта полусферой, чтобы ее нельзя было ухватить пассатижами снаружи двери. Со стороны резьбы сверлим углубление диаметром 5 мм, чтобы вставить в него светодиод АЛ 307БМ. Берем три гайки М8. К одной из них припаиваем шайбу с отверстием 4 мм. Сверлим в двери отверстие диаметром 8 мм. Вставляем в него болт, головкой с наружной стороны двери. Намертво крепим болт гайкой. На гайку намертво наворачиваем вторую гайку (конргайку). Вставляем в болт со стороны резьбы светодиод и гайкой, с напаянной шайбой, крепим светодиод. При этом выводы светодиода проходят в отверстие в шайбе. На выводы напаиваем провода и надеваем трубки ПХВ. Рядом с болтом на дверь, с внутренней стороны, ставим коробку УК для монтажа светодиода в схему сигнализации. Провода от светодиода подключаем к коробке. Переход проводки входная дверь- косяк двери (стена) необходимо делать мягким многожильным проводом, лучше всего телефонным кабелем ШТ.

В режиме охраны светодиод должен не светить, а мигать! Во первых, мигающий сигнал сильнее давит на психику вора. Во вторых, сейчас развелось много экономных граждан, которые вместо охранной системы ставят в дверь светодиод, подключенный через резистор к батарейке, или китайскому адаптору питания. Воровской общественности это также известно. Фирменные приборы имеют, как правило, немигающий сигнал в режиме охраны.

4. Энергонезависимость.

Вор может отключить ваши автоматы в электрощитке и посмотреть, потух светодиод у вас в двери, или нет. Если потух, то он выйдет из подъезда и посмотрит, приедут менты, или нет? Если не потух, то такой маневр теряет смысл. Правда такой метод не дает вору полной уверенности в том, что ваша сигнализация отключилась полностью. Есть приборы, которые при потере питания от электросети, переходят на питание от линии пульта централизованной охраны милиции. Поэтому, после отключения ваших сетевых автоматов, вор не забудет перерезать и все телефонные провода, идущие из вашей квартиры. Желательно, чтобы эти провода были ложными!

Посему вся система сигнализации должна иметь полностью независимое от электросети питание от аккумулятора. Причем звуковая сирена тоже должна работать от аккумулятора, и без потери мощности! Так как сирена и/ или радиоканал работают кратковременно, то достаточно аккумулятора напряжением 12В и емкостью 2 - 4 АЧ. Применять аккумуляторы на 6В не следует, так как на них невозможно получить достаточную мощность сирены без применения громоздких трансформаторов. Отечественные охранные приборы, за исключением последних коммерческих разработок, не имеют аккумулятора резервного питания и при пропадании электросети переходят на питание от линии ПЦО. Если же сигнализация автономная, то без электросети она вообще не работает. Импортные приборы, как правило имеют маломощный аккумулятор резервного питания. При пропадании электросети внешняя индикация работает, но сирена не работает, или работает с потерей мощности. Правда есть сигнализации и с мощными аккумулятором и сиреной, но, как говорит великий сатир Петросян, у них "цена - от самолета!".

5. Звуковая сирена.

Отечественные квартирные приборы охраны, как правило, в качестве звуковой сирены используют маломощные квартирные электрозвонки на 220В. Такая звуковая сигнализация энергозависима и совершенно не эффективна. На нее никто не обратит внимания: мало ли - пришел какой - то пьяный и давит на кнопку звонка, да и уже в соседней квартире ее не слышно. Импортные приборы, как правило, используют пьезоэлектрические сирены. На сирене гордая надпись: 110 db, то есть звуковое давление 110 децибел. И действительно - включишь, аж уши выдавливает и в голове тошно! Но уже через квартиру ее и не слышно потому, что это - липовые децибелы. Читаем далее на корпусе сирены: 12V 150mA. Отсюда находим мощность - 1.8 Вт! Весь энергоспектр этих сирен находится в области более 4 кГц, потому и давит на уши. Но ухо человека приспособлено к речевому диапазону 0.3 - 3 кГц. К тому же эти высокие частоты сильно поглощаются строительными конструкциями. Звук же сирены очень похож на жульканье в играх телевизионных приставок типа Dendy и им подобных. Не знаю, может быть и есть эффективные пьезосирены (по цене турбореактивного двигателя), но я их не видел.

Сирена должна иметь мощность такую, чтобы слышал весь подъезд, тогда вору будет не до шмона. Для этого сирена должна излучать в речевом диапазоне и иметь мощность не менее 15 Вт. В качестве звуковых излучателей лучше использовать рупорные динамики, или излучающие головки от динамиков типа "колокол". Питать сирену нужно не от линейного усилителя, а от импульсного мостового формирователя, что обеспечивает высокие мощность и КПД при малых габаритах схемы, что и сделано в предлагаемой конструкции.

6. Система блокировки.

Как правило, квартирные приборы имеют задержку на переход в режим "тревога" при открывании входной двери. Это дает возможность хозяину заблокировать срабатывание сигнализации. В качестве элементов блокировки применяются потайные кнопки, открытые клавиатуры, радио и инфракрасные брелки. Брелки - совершенно излишняя и дорогая роскошь. Потайная кнопка - самый простой и самый плохой вариант. Ее недостаток в том, что если придете домой с посторонним, то он увидит, где находится потайная кнопка, что категорически нежелательно. К тому же провода, идущие к потайной кнопке необходимо маскировать, что также создает дополнительные проблемы. Оптимальным вариантом является открытая клавиатура. Чтобы не городить электронный огород в клавиатуре, следует применять принцип одновременного нажатия нужных клавиш, лучше трех, чем двух. При этом данные клавиши соединяются последовательно и включаются в цепь, вызывающую блокировку прибора. Все остальные клавиши - ложные, и соединяются параллельно. Нажатие любой ложной клавиши приводит к невозможности блокировки прибора и "правильными" клавишами. Тогда остается только одно - отключить питание прибора, для чего необходимо иметь ключ от замка ящика, в котором он смонтирован! Открытую клавиатуру нужно ставить на уровне груди в таком месте, чтобы, если с вами пришел посторонний, то он должен видеть вашу спину, а не клавиши, которые вы нажимаете. В отечественных приборах в основном применяется потайная кнопка. В импортных и некоторых наших есть и открытая клавиатура, которая почему - то стоит на базовом блоке, который имеет ну очень "ителлигентный" корпус, явно не расчитанный на русского вандала!

7. Система выходных сигналов.

Стандартным сигналом тревоги в охранных приборах является размыкание токовой цепи. При этом обычно используются нормально разомкнутые контакты реле. То есть, сигнал тревоги выдается при отпускании реле, а в режиме охраны реле включено. Это делается для того, чтобы при потере питания прибора выдавался сигнал тревоги. Но это создает неудобство, так как при блокировке прибора с последующим отключением питания, всегда выдается сигнал тревоги на другие компонеты охранной системы, например на ПЦО. При этом приходится каждый раз ставить под охрану и внешнюю по отношению к квартирному прибору систему. Если прибор надежно питается от аккумулятора в буфере схемы питания, то лучше использовать нормально замкнутые контакты реле. Тогда сигнал тревоги будет выдаваться на другие компоненты системы охраны только при переходе прибора в режим "тревога", и не будет выдаваться при блокировке прибора, отключении питания и т. д. Такой принцип и применен в предлагаемом приборе в реле тревоги. Второе реле выдает сигнал "норма" и применяется для коммутации внешней индикации. Два контакта применены для того, чтобы одним коммутировать светодиод в двери, а другим, в случае необходимости, лампу накаливания на 220В через тиристорный ключ, либо иной элемент охранной системы. Применение электронных элементов коммутации для формирования выходных сигналов нежелательно вследствии их неуниверсальности при сопряжении квартирного прибора с другими элементами охранной системы.

8. Неуязвимость.

В задачу охранного прибора входит выдача сигнала тревоги на другие компоненты системы и формирование звукового сигнала сиреной в течении 2 - 3 минут. Конструкция системы должна быть такой, чтобы на это время выдержать любую вандальную атаку с применением фомок, ломиков и т.д. При этом могут быть два основных варианта конструктивного исполнения системы: "труднодоступное место" и "неуничтожимый ящик". По схеме "труднодоступное место" ккумулятор, динамик сирены и прибор устанавливаются внутрь мебели, например в антресоль или комод. При этом на дверку или ящик мебели устанавливается внутренний замок, а мебель изнутри усиливается стальными уголками. Клавиатуру блокировки системы устанавливают снаружи мебели так, чтобы подводящие провода не были доступны снаружи. Выходное акустическое отверстие сирены должно быть сделано на тыльной, недоступной стороне мебели, т.е. к стене.

Схема "неуничтожимый ящик": аккумулятор, прибор, сирена, клавиатура монтируются внутри прочного стального ящика, крепко устанавливаемого прямо на стену у входной двери. Выключатель питания находится внутри ящика. На дверцу ящика ставится внутренний замок. В четырех углах ящика , не с фронтальной стороны, сверлятся поля из круглых отверстий для выхода звука сирены. Изнутри ящика, напротив полей отверстий на коротких металлических втулках, крепятся металлические антивандальные пластины с такой-же сеткой отверстий, что и в корпусе ящика, но не соосной наружным отверстиям, т.е. наружные и внутренние отверстия расположены в шахматном порядке. Тогда звук свободно выходит из ящика, но доступ воровского "инструмента" внутрь ящика закрыт. Клавиатура ставится на дверцу ящика. Сразу за клавиатурой внутри ящика на мелаллических втулках крепится антивандальный металлический экран, чтобы, разбив клавиатуру, не было доступа вышеуказанным инструментом к внутреннему монтажу "неуничтожимого ящика".

Все внешние цепи в обоих вариантах, где емеется цепь питания, (например линия питания инфракрасного детектора движения или полюс питания кодового поля открытой клавиатуры или потайной кнопки) подключаются через предохранительные резисторы МЛТ-0125 сопротивлением 10 Ом. Это необходимо для пожарной безопасности охранной системы и для ликвидации просадки напряжения аккумулятора (и рестарта системы) при перерезании внешнего монтажа системы, или случайного КЗ во внешнем монтаже.

С учетом всего вышеизложенного и был разработан предлагаемый приемно-контрольный охранный квартирный прибор. Он не содержит никаких Ноу-Хау. Просто это тщательно проработанная конструкция, изготовленная в нескольких экземплярах и показавшая безотказную работу в течении нескольких лет эксплуатации.

Рис. 1. Принципиальная схема (щелкните мышью для увеличения)

Для оценки объема работы по изготовлению платы прибора, привожу расположение деталей на плате:

На первый взгляд может показаться, что плата сильно наворочена, что здесь так и напрашивается какой-нибудь PIC16F84, однако не стоит торопиться с выводами! От реле и их ключей никуда не деться, от входного шлейфного каскада тоже. Никуда не деться от сирены и ее мостового формирователя. Можно заменить 70% микросхем контроллером, но выигрыша в цене не будет, а вот сокращения размеров платы и ее удешевления добиться можно. Однако за это придется заплатить самой большой в охранном деле ценой- надежностью! Любая микропроцессорная система есть динамическая система с ветвящимся алгоритмом работы, склонная к сбоям под действием помех. Аппаратная статическая реализация всегда надежней программной реализации без резервирования при том же порядке аппаратных затрат. Из-за сбоев контроллеров теряют спутники и межпланетные станции, так что применять их нужно там, где нет другого приемлемого решения и желательно в тех устройствах, которые работают не сами по себе, а под бдительным оком человека, например в системных блоках компьютеров ;-). Сократить схему можно и применив аналоговые задержки на электролитических конденсаторах, но электролит- самая ненадежная радиодеталь! Так что лучше оставить цифровые задержки, мирясь с ростом числа микросхем ради сохранения высокой надежности. Схема содержит электролитические конденсаторы, но они стоят в цепях, не критичных к их качеству. В схемах временных задержек требования к качеству конденсаторов очень высоки.

Внешний вид системы сигнализации, выполненной по схеме "Неуничтожимый ящик":

Справа в середине виден внутренний замок, в середине- открытая кодовая клавиатура, слева три светодиода: "Электросеть включена", "Идет зарядка аккумулятора" и "Норма". Сверху ящика виден радиатор Блока автоматической подзарядки аккумулятора:
Сверху ящика, с правой стороны виден разъем "ШР-30", через который к системе подключены все периферийные цепи.

Вид системы с открытой дверцей:

Внутри ящика: Слева внизу виден аккумулятор 12В, 4Ач, слева вверху- головка от десятиваттного динамика сирены типа "колокол", рядом с ней вертикально стоит плата блока автоматической подзарядки аккумулятора. Слева вверху тумблер включения цепи 220В, тумблер отключения динамика сирены на время профилактической проверки системы и регулировки чувствительности датчиков движения и предохранитель цепи 220В. В середине, на дне ящика, установлены две монтажные колодки, к которым припаяны резисторы 10 Ом, 0.125 Вт, которые используются, как предохранители периферийных цепей системы. Справа вверху видна основная печатная плата системы. Справа внизу виден силовой трансформатор блока подзарядки аккумулятора, выпрямитель и конденсаторы фильтра питания. Спереди справа внизу предохранитель цепи 12В и тумблер включения системы в режим охраны. Им же система отключается при приходе и открытии замка системы после ее блокировки с клавиатуры. На открытой дверце виден механизм замка и антивандальный экран кодовой клавиатуры.

Описание, схемы, платы: ops3.zip (178Kb)

Использованная литература:

1. А.Ожегов "Автосторож" Радио, #10, 1995г.
2. Ю.Виноградов "Радиолюбителю- конструктору" Москва,ДМК, 1999г.