Охранный сигнализатор с акселерометром на ATmega48V-10AU (с печатной платой)
Любителям отдыха на природе часто
приходится оставлять свои вещи (рюкзак, палатку, лодку, велосипед и т. п.) без
присмотра. В таких случаях хочется иметь малогабаритный и не требующий
сложного монтажа на "объекте" сигнализатор, способный охранять любой
предмет, и при попытке его переместить вызывать звуковым сигналом находящегося,
как правило, недалеко владельца. В предлагаемом приборе датчиком перемещения
служит акселерометр, оформленный в виде микросхемы.
Акселерометр — устройство, измеряющее
ускорение. В простейшем случае это закрепленный на пружинном подвесе массивный
предмет — маятник. Пока эта система неподвижна или движется в любом
направлении с постоянной скоростью, маятник находится в уравновешенном
исходном состоянии. Но при любом изменении скорости он, сжимая и растягивая
пружины, отклоняется от этого положения в направлении. противоположном направлению
вектора ускорения.
В земных условиях на акселерометр,
даже если он неподвижен, всегда действует ускорение земного притяжения.
направленное к центру нашей планеты и равное 9,8 м/с (это значение обычно
принимают за единицу и обозначают буквой д) Акселерометр, находящийся в покое,
показывает значения проекций вектора притяжения на свои координатные оси.
Любое изменение положения объекта, на котором он установлен, приводит к
изменению этих проекции, что может быть использовано для подачи сигнала тревоги.
К изменению показаний акселерометра приводит и вибрация объекта и его
движение с непостоянной скоростью.
Схема сигнализатора показана на рис.
1. Датчик В1—микромеханический трехосевой акселерометр MMA7260QT (https://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/
MMA7260QT.pdf) Он имеет три выхода аналоговых сигналов, пропорциональных
значениям проекций вектора ускорения на осях X, Y и Z, направления которых
показаны на рис. 2. Предусмотрены два цифровых входа для выбора предела
измерения (1,5 g, 2 g, 4 g или 6 g) и один для перевода акселерометра в
"спящим" режим Фактически используется только один предел — 1,5 д,
однако оба входа его выбора подключены к микроконтроллеру DD1, и если
потребуется можно программно выбрать и другой
Микроконтроллер работает от
встроенного тактового генератора частотой 1 МГц Основное назначение разъема
ХР1 — подключение программатора. Но при необходимости к нему можно подключить
внешнее исполнительное устройство. Звуковые сигналы подаются с помощью НА1 —
пьезокера мического излучателя звука со встроенным генератором SMA-24L-P10 Он
имеет широкий допустимый интервал питающего напряжения (1,8 15 В) малое
потребление тока (менее 10 мА) уровень громкости звука до 98 дБ
При подаче сигнала тревоги, когда
требуется максимальная громкость, напряжение питания излучателя НА1 повышает до
13,5 14,5 В преобразователь напряжения на транзисторе VT1, который открывается
с частотой 500 кГц импульсами с выхода ОСОБ микроконтроллера. Возникающие при
этом на дросселе L1 импульсы напряжения самоиндукции заряжают через диод VD1 конденсаторы
С5 и С6 В этом режиме на выходе РВ7 микроконтроллера установлено напряжение
близкое к нулевому, так что напряжение в точке соединения резисторов R4. R5 и
на входе ADC7 встроенного в микроконтроллер АЦП пропорционально напряжению, до
которого заряжены конденсаторы С5, Сб.
Как только напряжение на конденсаторах
достигает 14,5 В, импульсы на выходе ОСОБ микроконтроллера прекращаются и
конденсаторы более не заряжаются, а лишь разряжаются током, потребляемым
излучателем звука (транзистор VT2 при подаче любого звукового сигнала открыт).
Как только напряжение снижается до 13.5 В. импульсы на выходе ОСОБ
возобновляются и конденсаторы вновь заряжаются. Так организована обратная
связь, стабилизирующая напряжение питания излучателя
Когда сигнал тревоги не подается,
транзистор VT1 закрыт, преобразователь напряжения выключен, на излучатель
поступает через дроссель L1 и диод VD1 напряжение около 3 В от гальванических
элементов G1, G2 Этим обеспечивается сравнительно небольшая, комфортная для
владельца громкость вспомогательных сигналов, подаваемых при включении и
установке режима работы сигнализатора.
На выходе РВ7 микроконтроллера в
отсутствие тревоги установлен высокий уровень напряжения, поэтому цепь R4R5 ток
практически не потребляет. С целью экономии энергии напряжение на переменный
резистор R1 также подается с одного из выходов (РВ5) микроконтроллера Оно
включается лишь время от времени, когда микроконтроллер измеряет установленное
переменным резистором напряжение порога срабатывания сигнализатора.
Сигнализатор собран на односторонней
печатной плате, изображенной на рис. 3 Ее форма выбрана исходя из размещения в
стандартном корпусе G1200 Большинство деталей — для поверхностного монтажа*
постоянные резисторы и керамические конденсаторы — типоразмера 0805, оксидные
конденсаторы — танталовые в корпусе В или С. Они установлены на плату со стороны печатных
проводников. Здесь же имеется одна перемычка из изолированного провода. Остальные, показанные штриховыми линиями
расположены на обратной стороне платы и могут быть неизолированными.
На фотоснимке рис. 4 видно как
расположены на обратной стороне платы переменный резистор R1 (R1212N или
235012), дроссель L1 (SDR0604 его выводы удлинены припаянными к ним проводами,
или другой с допустимым.
током не менее 100 мА),
излучатель звука НА1. разъем ХР1 (PLD-10) и кнопка SB 1 с толкателем высотой
не менее 13 мм. Кассета с двумя гальваническими элементами типоразмера AAA приклеена
к плате.
После подачи питания микроконтроллер,
выполнив необходимые начальные операции, отключив напряжение от резисторов R1,
R4, R5 и "усыпив" акселерометр В1 подачей низкого уровня на его
вывод 12 сам переходит в спящий режим. В
этом состоянии сигнализатор потребляет ток не более 3 мкА, поэтому выключатель
питания в нем не предусмотрен.
Для активизации прибора необходимо
кратковременно нажать на кнопку SB1 Микроконтроллер, "проснувшись",
прежде всего измерит суммарное напряжение элементов G1 и G2. Если оно в норме (более 2,6 В), последует
один короткий звуковой сигнал, ниже этого значения — два сигнала, ниже 2,4 В —
три сигнала При напряжении менее 2.2 В работа сигнализатора невозможна. Подав
шесть сигналов, он возвратится в спящий режим.
При достаточном напряжении питания
сигнализатор необходимо закрепить на охраняемом предмете и еще раз
кратковременно нажать на кнопку SB1. Последует необходимая для успокоения
вибрации 15-секундная пауза, каждая секунда которой отмечается звуковым
сигналом Затем будут измерены и записаны в память микроконтроллера значения
напряжения на трех выходах акселерометра Они послужат исходными для выявления
изменений, требующих подачи сигнала тревоги Измеряется и запоминается также порог
срабатывания, установленный переменным резистором R1 (от 5 до 100 % выбранного
предела измерения ускорения).
Далее сигнализатор переходит в
режим охраны со средним током потребления около 20 мкА. Микроконтроллер
"просыпаясь" два раза в секунду, измеряет показания акселерометра и
оценивает результат. Если изменение ускорения по любой из трех осей превысит
установленный порог для предотвращения ложного срабатывания будет немедленно
выполнено еще пять дополнительных измерений по подозрительной оси. Если хотя бы
три из них превысят порог, будет включен непрерывный звуковой сигнал тревоги
повышенной громкости. Кроме того, на конт. 2 разъема XS1 установится низкий
уровень напряжения, а на конт. 10 — высокий Эти сигналы можно использовать для
включения внешнего исполнительного устройства: мощной сирены, сигнальной лампы
и пр.
Чтобы выключить сигнал тревоги,
необходимо не менее 8 с удерживать кнопку SB1 нажатой. Снять сигнализатор с
охраны (даже если он не сработал) можно, удерживая кнопку нажатой более 3 с.
Но следует иметь в виду, что при большой чувствительности прикосновения к
кнопке может оказаться достаточно для срабатывания В любом случае сигнализатор
перейдет в спящий режим, а уровни напряжения на указанных выше контактах
разъема сменятся противоположными
Программа микроконтроллера сигнализатора находится на FTP-сервере по
адресу: ftp.radio.ru/pub/2010/06/sequrity.zip