Dzwonek bezprzewodowy
Do czego to służy?
Opisany układ został przewidziany
2202
głównie do pracy w roli dzwonka furtki.
Uzyskany zasięg, stabilność i znikomy po-
bór energii zachęcą wielu Czytelników do
wykorzystania układu także do innych ce-
lów. Dla osób, które próbują samodziel-
nie konstruować układy wykorzystujące
promieniowanie podczerwone, analiza
układu i podanych wskazówek może się
okazać bardzo przydatna, zwłaszcza że
w artykule omówiono problem stabilnoś-
ci cieplnej, napięciowej i kwestię ochrony
przed wpływami atmosferycznymi.
Dlaczego potrzebny bywa bezprzewo-
dowy dzwonek od furtki?
Posiadacze niektórych domków jedno-
rodzinnych najpierw ułożyli chodniki i za-
gospodarowali teren, choćby urządzając
trawnik lub kwietnik, a dopiero potem
przypomniało im się, że do furtki trzeba
doprowadzić przewód od dzwonka.
Przerzucenie przewodu górą, z dachu
domu do słupka furtki nie zawsze jest Jak to działa? W układzie nadajnika głównym podze-
dobrym wyjściem. W takiej sytuacji zna- Schemat blokowy urządzenia można społem jest kostka U1 (CMOS 4047),
r
y
s
u
n
k
u
1
komitym rozwiązaniem jest wykorzysta- znalez
ć na rysunku 1. Naciśnięcie przycis- pracująca jako generator wyzwalany sta-
nie opisywanego układu. ku S1 powoduje wytworzenie impulsu nem wysokim podawanym na wejście
Urządzenie składa się z nadajnika wyzwalającego o czasie trwania około AST (nóżka 5). Częstotliwość generatora
umieszczonego przy furtce, zasilanego 1 milisekundy. Ten impuls uruchamia ge- wyznaczona przez elementy R10, PR1
z baterii 9-woltowej i odbiornika umiesz- nerator o częstotliwości 36kHz. Genera- i C1 musi wynosić 36kHz i może być pre-
czonego w mieszkaniu w pobliżu okna. tor ten pracuje przez czas jednej milise- cyzyjnie ustawiona za pomocą potencjo-
Po naciśnięciu przycisku dzwonka na- kundy, czyli zdąży wytworzyć mniej wię- metru PR1.
dajnik wysyła krótką paczkę impulsów cej 36 impulsów. W stanie spoczynku na wyjściu OSC
promieniowania podczerwonego. Pro- Te impulsy sterują pracą nadawczej występuje stan niski i tranzystor T2 nie
mieniowanie to, odebrane przez odbior- diody podczerwieni. przewodzi. Gdy na wyjściu OSC pojawią
nik podczerwieni, uruchamia sygnał Impulsy promieniowania podczerwo- się dodatnie impulsy (o częstotliwości
dz
więkowy (brzęczyk piezo). nego zostają odebrane przez scalony od- 36kHz i wypełnieniu 50%), tranzystor T2
Dzięki zastosowaniu nowoczesnych biornik podczerwieni TFMS5360 lub będzie przez nie otwierany i przez nadaw-
elementów uzyskano zasięg przekracza- SFH506-36. Po odebraniu porcji impul- czą diodę podczerwieni D1 popłynie
jący 80 metrów i to bez użycia jakichkol- sów, na wyjściu tego układu pojawi się prąd. W układzie przewidziano obwód
wiek elementów optycznych (soczewek). pojedynczy impuls ujemny o czasie trwa- ograniczania tego prądu do wartości oko-
Pobór prądu przy tak dużym zasięgu jest nia około 1 milisekundy. Impuls ten zo- ło 3A. Realizuje to tranzystor T1, który się
znikomy i mała bateryjka zasilająca nadaj- stanie przedłużony i podany na brzęczyk otwiera po pojawieniu się na jego bazie
nik starczy na wiele miesięcy pracy. piezo, który zasygnalizuje naciśnięcie napięcia około 0,6V i obniża napięcie na
przycisku w nadajniku. bramce tranzystora T3. Otwieranie tran-
Szczegółowy schemat ideowy nadaj- zystora T1 następuje przy napięciu około
r
y
s
u
n
k
u
2
nika i odbiornika pokazano na rysunku 2. 0,6V, czyli przy przepływie prądu około
Rys. 1. Schemat blokowy
R
y
s
.
1
.
S
c
h
e
m
a
t
b
l
o
k
o
w
y
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/98 51
że radykalnie zmniej-
szyć żywotność diody
nadawczej D1 w nadaj-
niku.
Z tego niedwuznacz-
nie wynika, że przy tak
dużych prądach diody
niemożliwa jest praca
urządzenia w sposób
ciągły. Jeśli ktoś chciał-
by przerobić układ do
pracy przy częstym po-
wtarzaniu paczek im-
pulsów, powinien skró-
cić czas ich trwania do
około 0,4...0,5ms
i zmniejszyć prąd diody
D1 do około 2A przez
wylutowanie rezysto-
rów R8 i R9. W każdym
razie średni pobór prą-
du przez diodę D1 nie
powinien przekroczyć
100mA.
Szczegółowe infor-
macje o sterowaniu
diod podczerwonych
zawarte są w EdW 1/98
na stronach 11  14.
Impulsy promienio-
wania wysyłane przez
diodę D1 w nadajniku
są odbierane przez spe-
cjalizowany układ
TFMS5360 lub
SFH506-36. Układ ten
w module odbiornika
ma oznaczenie U1. Na
wyjściu tego układu
(nóżka 3 układu U1) po
odebraniu paczki impul-
Rys. 2. Schemat ideowy
R
y
s
.
2
.
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
sów z nadajnika, na
3A przez wypadkową rezystancję rezys- runkach dioda nadawcza D1 w żadnym około 1 milisekundę pojawi się stan niski.
torów R5  R9, wynoszącą 0,2&!. wypadku nie może pracować w sposób Spowoduje on szybkie naładowanie kon-
Prąd o dużej chwilowej wartości (3A) ciągły. W EdW 1/98 na stronie 13 pokaza- densatora C2 przez diodę Schottky ego
pobierany jest z kondensatorów C4  C6, no charakterystykę pewnej diody nadaw- D1. Stan niski na kondensatorze C2 i we-
a nie bezpośrednio z małej baterii 9-wol- czej i z rysunku b wyraz
nie wynika, że jściach bramki U2A utrzyma się przez
towej, która sama z siebie nie byłaby czas trwania paczki impulsów powinien dłuższy czas po powrocie wyjścia U1 do
w stanie dostarczyć prądu o wartości być krótszy niż 1 milisekunda. Podane stanu wysokiego. W rezultacie, po ode-
chwilowej większej niż 100mA. ograniczenie związane jest z silnym na- braniu paczki impulsów, na wyjściu bram-
Obwód R3 C3 filtruje napięcie zasila- grzewaniem się delikatnego złącza diody ki U2A pojawi się stan wysoki na czas
nia układu scalonego. podczerwonej w czasie przepływu duże- wyznaczony stałą R2 C2. Spowoduje to
Po naciśnięciu S1 przycisku kondensa- go prądu. szybkie rozładowanie (normalnie nałado-
tor C2 ładuje się i w obwodzie S1, R1, W prezentowanym dziś układzie czas wanego) kondensatora C3 przez diodę
C2, R11 płynie prąd. Na rezystorze R11 trwania paczki impulsów nadajnika jest D5 a potem powolne ładowanie przez re-
i na wejściu zezwalającym AST na około wyznaczony przez stałą czasową R11 C2, zystor R3. Stan wysoki na wejściu bram-
1 milisekundę pojawi się stan wysoki, co przy podanych wartościach tych ele- ki U2B uruchomi generator zbudowany
który tylko na ten czas uruchomi genera- mentów daje czas około 1 milisekundy. na tej bramce na czas wyznaczony przez
tor U1. Ponieważ dzwonek używany będzie elementy R3 C3. Czas działania odbiorni-
Na uwagę zasługuje fakt, że dioda na- stosunkowo rzadko (można przyjąć, że ka po jednokrotnym naciśnięciu przycisku
dawcza jest sterowana impulsami o mak- chodzi o pojedynczy impuls), można so- S1 można dowolnie zmieniać, dobierając
symalnej dopuszczalnej wartości wyno- bie pozwolić na pracę na pograniczu da- wartość pojemności C3 (1�F...220�F).
szącej 3A i współczynniku wypełnienia nych katalogowych. Ale znaczne zwięk- Generator U2B pracuje z małą częstotli-
około 50%. Daje to średni prąd diody szanie czasu trwania paczki impulsów wością rzędu 10Hz, i służy do modulowa-
w czasie pracy równy 1,5A! W takich wa- przez zwiększenie wartości R11, C2 mo- nia dołączonego do punktów C, D brzę-
52 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/98
cą innego urządzenia, na przykład prze- Kto nie posiada żadnego częstościo-
kaz
nika lub układu dzwonka o większym mierza może w stosunkowo prosty spo-
poborze prądu. sób wyregulować częstotliwość genera-
Ponieważ układ dzwonka powinien tora, strojąc go po prostu na maksimum
mieć rezerwowe zasilanie, przewidziano czułości odbiornika.
obwód z diodą D2 i punkty P1, O1 do W tym celu diodę nadawczą D1 nale-
podłączenia baterii o napięciu 6V. Nie na- ży wstępnie dołączyć do układu, ale włą-
leży używać baterii 9-woltowej, choćby czoną przez szeregowy rezystor o war-
dlatego, że układ U1 powinien być zasila- tości kilku kiloomów. Szeregowy rezystor
ny napięciem 4,5...6V. Aby w czasie nor- jest niezbędny do ograniczenia prądu dio-
malnej pracy układ był zasilany z sieci, dy do niewielkiej wartości. Zasięg znacz-
podwyższono napięcie stabilizatora U3 nie się zmniejszy, ale właśnie o to chodzi.
(7805) o około 1,6V, włączając w obwód Przy pełnej mocy świecenia odbiornik re-
jego masy czerwoną diodę LED D4. Aby aguje na światło odbite od ścian i sufitu
przy zasilaniu bateryjnym stabilizator nie pomieszczenia, co uniemożliwiłoby regu-
pobierał prądu z baterii włączono diodę lację. Przy małej mocy świecenia diody
D3, która jednocześnie obniża napięcie nadawczej nadajnik i odbiornik należy
z około 6,6V na wyjściu U3 do około 6V umocować w ustalonych pozycjach na-
na kondensatorze C5. przeciw siebie i naciskając przycisk S1,
regulować potencjometr PR1 na maksi-
Montaż i uruchomienie mum czułości. Po naciśnięciu przycisku
Nadajnik i odbiornik można zmonto-
r
y
s
u
n
wać na płytkach pokazanych na rysun-
kach 3 i 4. Montaż nie sprawi trudności.
k
a
c
h
3
4
Wykaz elementów
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
W pierwszej kolejności należy wlutować
nadajnika
n
a
d
a
j
n
i
k
a
zwory, na końcu układy scalone.
Uwaga! W tej fazie nie montować dio- Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
R1,R3: 100&!
dy nadawczej D1 w nadajniku!
R2,R11: 10k&!
Jedyną niezbędną regulacją urządze-
R4: 6,8k&!
nia jest dobranie właściwej częstotliwoś- R5-R9: 1&!
R10: 10k&!
ci generatora U1 w nadajniku za pomocą
PR1: PR 4,7k&! miniaturowy cermetowy
potencjometru PR1. Częstotliwość po-
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
winna wynosić 36kHz ą1kHz.
C1: 1nF foliowy
Podczas tej regulacji nadajnik należy
C2: 100nF foliowy
zasilać z zasilacza o napięciu 9V ą0,3V.
C3: 100�F/10V
Rys. 5. Możliwości sterowania urządzenia- C4-C6: 470�F/10V
R
y
s
.
5
.
M
o
ż
l
i
w
o
ś
c
i
s
t
e
r
o
w
a
n
i
a
u
r
z
ą
d
z
e
n
i
a
Przy naciskaniu przycisku S1, genera-
mi zewnętrznymi
m
i
z
e
w
n
ę
t
r
z
n
y
m
i
Półprzewodniki
P
ó
ł
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
tor nadajnika jest włączany tylko na około
D1: dioda IRED np. LD274
1 milisekundę. Tego czasu nie trzeba
T1: BC548B
czyka piezo z generatorem. Wartość po- mierzyć, jest on z wystarczającą toleran-
T2: BUZ10
jemności C4 można zwiększyć, by uzy- cją wyznaczony przez elementy R11, C2. U1: 4047
skać mniejszą częstotliwość modulacji. Przy tak krótkim czasie pracy genera- Pozostałe
P
o
z
o
s
t
a
ł
e
S1: włącznik dzwonka (nie wchodzi w skład
Dla zwiększenia wydajności prądowej, tora, nie da się jednak zmierzyć jego
kitu)
do sterowania brzęczyka wykorzystano częstotliwości. Na czas pomiaru częstot-
dwie kolejne bramki z kostki U2. Dodat- liwości trzeba więc zewrzeć nóżki 14
odbiornika
o
d
b
i
o
r
n
i
k
a
kowy tranzystor T1 przewidziany jest na i 5 układu U1, czyli włączyć generator na
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
wypadek, gdyby układ miał sterować pra- stałe. Teraz można zmierzyć i wyregulo-
R1: 390&!
wać częstotliwość korzystając
R2: 330k&!
R3,R4: 1M&!
choćby z cyfrowego multimetru
R5: 2,2k&!
mającego taką opcję, a potem wy-
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
łączyć generator.
C1: 22�F/10V
C2: 470nF
C3,C6: 10�F/10V
C4: 100nF
C5: 100�F/10V
C7: 100�F/25V
Półprzewodniki
P
ó
ł
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
D1: dioda Schottky ego 0,2A np. BAT84
D2,D3,D5: dioda 1N4148
D4: LED zielona
T1: BC548B
U1: TFMS5360 lub SFH506-36
U2: 4093
U3: LM78L05
Pozostałe
P
o
z
o
s
t
a
ł
e
Y1: piezo z generatorem
Uwaga  w skład zestawu AVT-2202 wchodzą
U
w
a
g
a
Rys. 4. Schemat montażowy
R
y
s
.
4
.
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
elementy zarówno nadajnika, jak i odbiorni-
odbiornika
o
d
b
i
o
r
n
i
k
a
Rys. 3. Schemat montażowy nadajnika ka.
R
y
s
.
3
.
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
n
a
d
a
j
n
i
k
a
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/98 53
w nadajniku powinien się odezwać brzę- zawodne, płytkę należy starannie polakie- kowy (np. układ z melodyjką), i wtedy od-
czyk w odbiorniku. rować lakierem izolacyjnym (np. w aero- biornik będzie tylko sterował pracą dodat-
Tak metoda eksperymentalna jest na- zolu). Miejsce wyjścia przewodów należy kowego urządzenia. W przypadku stero-
wet lepsza od ustawiania częstotliwości za hermetyzować za pomocą jakiejś zalewy wania urządzeniami zewnętrznymi niepo-
pomocą częstościomierza, bowiem odbior- silikonowej. trzebna, a nawet niepożądana będzie pra-
niki podczerwieni mogą mieć pewien roz- Egzemplarz modelowy nie był wpraw- ca generatora modulującego U2B. Aby
rzut od nominalnej częstotliwości 36kHz. dzie zastosowany zgodnie z przeznacze- go wyłączyć i uzyskać na wyjściach syg-
Po wyregulowaniu częstotliwości, dio- niem, ale sprawdzono stabilność częstot- nał ciągły, wystarczy zewrzeć punkty X1,
dę nadawczą D1 należy ostatecznie liwości generatora nadajnika. X2 i nie montować elementów R4, C4.
wmontować w układ. Jeśli układ ma nadawać się do celów Rysunek 5 pokazuje kilka sposobów ste-
W roli diody nadawczej warto zastoso- praktycznych, musi pracować tak zimą rowania urządzeniami zewnętrznymi.
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
wać diodę o wąskim kącie promieniowa- przy temperaturach do -20�C, jak i latem Piotr Górecki
nia, na przykład LD274, TSIP520X czy przy temperaturach powyżej +30�C. Wia-
SFH400. Pozwoli to uzyskać zasięg domo, że w niskich temperaturach bate-
Komplet podzespołów z płytką jest
K
o
m
p
l
e
t
p
o
d
z
e
s
p
o
ł
ó
w
z
p
ł
y
t
k
ą
j
e
s
t
ponad 80 metrów. Tyle uzyskano w mo- rie tracą pojemność i mają większy opór
dostępny w sieci handlowej AVT jako
d
o
s
t
ę
p
n
y
w
s
i
e
c
i
h
a
n
d
l
o
w
e
j
A
V
T
j
a
k
o
delu z diodą LD274. Ale nawet ze zwykłą wewnętrzny. Dlatego do zasilania nadaj-
 kit szkolny AVT-2202

k
i
t
s
z
k
o
l
n
y

A
V
T
2
2
0
2
diodą podczerwoną o szerokim kącie nika nie należy stosować najtańszych ba-
świecenia (od pilota zdalnego sterowa- teryjek węglowo-cynkowych, tylko droż-
nia), zasięg przekraczał 30m. sze baterie alkaliczne.
Płytkę nadajnika można umieścić Krytycznym parametrem urządzenia
w hermetycznej puszcze używanej przez jest nie kwestia zasilania, tylko częstotli-
elektryków. Należy wtedy obciąć zazna- wość generatora 36kHz. Przy zmianach
czone narożniki płytki. Jeśli puszka okaza- temperatury i napięcia w założonych gra-
łaby się za niska i byłyby kłopoty z umiesz- nicach, częstotliwość nie powinna zmie-
czeniem baterii, należy dodatkowo obciąć niać się więcej niż o ą5% (por. charakte-
nie wykorzystaną część płytki drukowa- rystykę czułości odbiornika w EdW 1/98
nej. Z puszki wychodzić będzie tylko prze- na str. 12).
wód do przycisku dzwonka S1 oraz dioda Przeprowadzono stosowne testy mo-
nadawcza IRED lub przewód do niej. delu i wyniki okazały się znakomite. Oka-
W stanie spoczynku nadajnik nie po- zało się, iż przy zmianie napięcia zasilania
biera prądu, a po naciśnięciu przycisku z 9V na 6V częstotliwość zmniejszyła się
włącza się jedynie na milisekundę. Jedna tylko o 4%. Przy zwiększeniu napięcia
bateria wystarczy więc na wiele miesięcy z 9V do 12V częstotliwość wzrosła tylko
pracy. Zużyje się ona wskutek samorozła- o 1,8%. Przy wzroście temperatury do
dowania, a nie przez pobierany prąd. +50�C częstotliwość spadła o 2,1%,
Trzeba jednak pamiętać, że nawet trochę a przy spadku do -18�C wzrosła o 5,4%.
wilgoci i zmniejszenie rezystancji między Właśnie do osiągnięcia takiej stabilności
stykami przycisku dzwonka może powoli zastosowano stabilny układ scalony
rozładować baterię, bo prąd będzie prze- 4047, a nie prosty generator z bramką
pływał przez niedoskonałą rezystancję Schmitta, jak w eksperymentalnym ukła-
styków przełącznika S1, rezystor R1 i R2. dzie opisanym w EdW 1 i 2/98. Dla uzys-
W skrajnym przypadku silnego zawilgoce- kania takiej stabilności w roli kondensato-
nia przycisku S1 (rezystancja izolacji ra C1 w nadajniku nie wolno stosować
mniejsza niż 10k&!) praca nadajnika będzie kondensatora ceramicznego ferroelekt-
niemożliwa, bo na rezystorze R2 będzie rycznego, tylko foliowy.
występować napięcie większe niż połowa Z odbiornikiem nie będzie takich prob-
napięcia zasilającego (i będzie płynął prąd lemów, bo będzie
około 0,4...0,8mA). Takie katastrofalne on umieszczony
zmniejszenie oporności izolacji między w temperaturze
stykami przycisku S1 jest wprawdzie bar- pokojowej. Od-
dzo mało prawdopodobne, ale wykluczyć biornik może być
się nie da, dlatego w roli S1 trzeba zasto- zasilany z jakiego-
sować taki przycisk, który ma duży odstęp kolwiek zasilacza
styków i konstrukcję uniemożliwiającą do- o napięciu 9...12V
stanie się wody czy wilgoci. Dobrym roz- i prądzie 100mA
wiązaniem byłby przycisk z magnesem lub nawet mniej-
i kontaktronem, który można dobrze za- szym.
bezpieczyć przed wilgocią. W układzie mo-
Zastosowanie puszki hermetycznej za- delowym elemen-
bezpieczy układ przed wpływami atmos- tem wykonaw-
ferycznymi. Ale nie chodzi tu tylko o za- czym jest brzę-
bezpieczenie przed deszczem. Dla pra- czyk piezo. Wielu
widłowej pracy układu groz
na może być Czytelników ze-
nawet wilgoć osądzająca się w postaci chce zastosować
rosy. Dlatego jeśli urządzenie ma być nie- inny sygnał dz
wię-
54 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/98