GSM оповещатель

Однажды пришёл в гости знакомый, принёс сотовый телефон и спросил, а нельзя ли сделать «некое устройство», которое звонило бы с этого телефон на другой в случае понижения температуры воды в отопительной системе частного дома? Допустим, при понижении до 40 градусов? Принесенный телефон – ALCATEL 2000X, у него на задней стенке есть «красная кнопка», нажатие на которую заставляет телефон производить звонки (или рассылать sms-ки) на номера, заранее записанные в память – это так называемый режим «SOS». Ну, почему нельзя? Можно, надо только приделать какое-то управление этой кнопкой.

Придумывание «устройства» начинаем с осмотра телефона (рис.1, рис.2, рис.3). Импульсный блок питания соединяется с подставкой для заряда аккумулятора. На её выводах напряжение 4,97 В. На всякий случай подписываем полярность. В телефоне нет аккумулятора – это плохо, но не критично. Телефон, установленный на подставку на нажатие кнопок никак не реагирует.

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Если открутить 4-е винта на дне подставки, то можно увидеть, что внутри ничего особенного нет – на одной печатной плате установлены разъём, пружинные контакты и токоограничительный резистор для синего светодиода, на другой плате – сам светодиод (рис.4).

Рис.4

Теперь телефон. Сняв заднюю крышку и открутив 6 винтов по периметру, аккуратно разбираем корпус, вынимаем из защёлок печатную плату, смотрим, где находится кнопка аварийного вызова. Так как собираемся экспериментировать «серьёзно», то сразу снимаем липкую наклейку с мембраной и к контактным площадкам припаиваем два временных гибких и удобных для многократных изгибов проводника (рис.5, рис.6).

Рис.5

Рис.6

В белой крышке корпуса сверлим отверстие рядом с кнопкой, пропускаем проводники наружу и аккуратно всё закрываем (рис.7).

Рис.7

Теперь надо разобраться с питанием. Телефон использовался с 4-х выводным аккумулятором. Ну, три – это понятно, а вот четвёртый зачем? Простая прозвонка тестером позволила определить «плюс» и «минус» (он же «корпус»). Два других между собой не соединяются, относительно питающих выводов прозваниваются одинаково и учитывая показания тестера при смене щупов, можно сказать, что это «входные» выводы (но нельзя исключать, что они могут работать и на «вывод»). Пробное включение с временно подпаянным «неродным» аккумулятором (рис.8) показало, что телефон включается и работает, но если его поставить в зарядную подставку, выдаёт сообщение о низкой температуре аккумулятора (рис.9). После нажатия кнопки «сброс» сообщение пропадает и появляется «бегающий» индикатор заряда (рис.10), но сам заряд аккумулятора не происходит. При включении телефона индикатор всё также «бегает» и всё также нет заряда (рис.11).

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Недолгие поиски в сети какой-либо информации о 4-х выводных аккумуляторах ничего полезного не сказали, кроме того, что дополнительный контакт может использоваться для передачи сервисной информации – идентификационного номера и некоторых параметров аккумулятора. Ну, что ж, может быть…

Ладно, а как это дело обойти? В общем, бегающий индикатор и появляющееся сообщение о низкой температуре ничем не страшны и не мешают, но надо как-то организовать заряд аккумулятора. Учитывая то, что в телефоне есть напряжение 5 В, можно попробовать его его до уровня, безопасного для литий-ионных аккумуляторов и напрямую, проводами, подать его на клеммы телефона. «Потерять» 1 В можно на двух последовательно включенных диодах, как показано на рисунке 12.

Рис.12

Опять вскрываем корпус и «прозвонкой» тестером находим на плате контрольную точку, напрямую связанную с вводным контактом +5 В. Припаиваем к ней короткий проводник и собрав корпус, выводим его в аккумуляторный отсек (рис.13, рис.14).

Рис.13

Рис.14

Припаяв (по схеме на рисунке 12) два первых попавших под руку диода (рис.15), ставим телефон на подставку и через некоторое время, сняв его, видим, что индикатор заряда пополнился одним делением. Так, заработало… Это хорошо… Теперь, главное, надо не забыть перед пайкой окончательного варианта схемы подобрать марки диодов так, чтобы «потерять» на них 0,9…1,1 В.

Рис.15

С питанием, вроде, разобрались и теперь можно проверить как работает режим SOS.

В телефоне находим, где «вбивается» номер, на который надо звонить, заносим туда нужный номер, выходим в головное меню и замыкаем концы чёрных проводников. Телефон начинает громко верещать сиреной и дважды пытаться делать звонки. «Пытаться» - это потому что на счёте sim-карты уже давно отрицательный баланс и оператор не позволяет провести полноценный вызов, но так как есть услуга «Вам звонили», то пользователю того телефона, на который мы пытались звонить, приходит сообщение о том, что ему пытались звонить с такого то номера телефона. Прикольно и удобно…

При проверке выяснилось, что нажатие на «красную» кнопку должно быть не короче 3-х секунд. Про максимальное время нажатия ничего выяснить не удалось, но при замыкании концов проводов «крокодилом» на 3 часа повторных звонков больше не происходило. Но всё это время подсветка экрана не гасла.

Так, хорошо, телефон работает, но теперь надо собрать какую-то схему, которая контролировала бы температуру и при её понижении до 40 градусов имитировала бы нажатие «красной» кнопки. Хорошо бы ещё сделать так, чтобы телефон звонил и при пропадании сетевого напряжения – работа газового водогрейного котла в таких случаях останавливается, поэтому пусть «устройство» звонит сразу, а не дожидается понижения температуры в системе.

После небольших экспериментов появилась схема, показанная на рисунке 16. Здесь на транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмитта (схема с некоторыми изменениями взята из [1]). Триггер управляется напряжением, приходящим с делителя, образованного резисторами R1 и R2 (верхнее плечо) и терморезистором VDR1 (нижнее). В нормальном рабочем состоянии, когда температура высокая и сопротивление терморезистора низкое, напряжение на базе VT1 ниже напряжения на резисторе R4 и транзистор закрыт. Соответственно, высокий уровень на его коллекторе открывает VT2 и поддерживает на его коллекторе низкий уровень. При остывании терморезистора его сопротивление увеличивается, напряжение на базе VT1растёт и когда оно превысит порог открывания транзистора, тот откроется и на его коллекторе появится низкий уровень. Это вызовет закрывание VT2, на его коллекторе появится высокий уровень и конденсатор C3 начнёт заряжаться. Заряд происходит через резисторы R5, R9 и база-эмиттерный переход транзистора VT4 и на протяжении почти всего времени, пока он длится, транзистор VT4 будет открыт и будет пропускать через себя ток, заставляющий светиться светодиод в оптроне HL1. А это заставит открыться транзистор оптрона и имитировать нажатие «красной» кнопки.

Рис.16

В нижней части схемы на транзисторах VT3 и VT5 собран «контроллер» напряжения 220 В. На самом деле, он контролирует не переменное 220 В, а постоянное +5 В, приходящее из ИБП – ведь если пропадёт «сеть», то не станет и +5 В.

Принцип работы «контроллера» прост – пока есть напряжение на базе транзистора VT3, он открыт и на его коллекторе присутствует низкое напряжение. Как только напряжение +5 В пропадёт, транзистор закроется и начнётся заряд C4 и в последующих цепях произойдут такие же процессы, что и при заряде конденсатора C3. Параллельное соединение коллекторов VT4 и VT5 никак на их работе не сказывается. А перемычкой Jmp1 при желании можно отключить режим контроля сетевого напряжения.

Диоды VD1 и VD2 служат для защиты транзисторов VT4 и VT5 от отрицательного импульса, появляющегося в момент открывания транзисторов VT2 и VT3 (хоть напряжения и небольшие, но защита не повредит, к тому же она ускоряет возвращение нормального режима работы VT4 и VT5).

Временной процесс работы схемы можно посмотреть и в графическом виде (программа SpectraPLUS). Так как сигналы из схемы берутся через делители, значения не соответствуют шкале "Y", а в первом случае ещё и разные - т.е. верны только изменения уровней и временные параметры. Итак, на рисунке 17 вверху видим график изменения напряжения на базе VT1, внизу – на коллекторе VT2. Нагрев и охлаждение терморезистора происходили при приближении и удалении горячего жала паяльника. Начальный момент записи – это паяльник убран и температура терморезистора начинает понижаться. На верхнем графике видно, что напряжение на базе VT1 растёт и примерно на 18 секунде транзистор открывается. На нижнем графике этот момент виден как затянутый на 2-3 секунды переход из низкого уровня в высокий. Напряжение на базе VT1 немного понижается и это, скорее всего, связано с тем, что триггерный эффект обусловлен изменением уровня напряжения на резисторе R4 – т.е. при «перещёлкивании» триггера уменьшается и напряжение на эмиттере VT1, а так как падение напряжения на база-эмиттерном переходе больше не может увеличиваться, то меняется и оно. В связи с этим, дальше по времени виден ровный участок графика - управление транзистором переходит в токовый режим. Примерно на 35-й секунде к терморезистору был поднесён паяльник и его сопротивление начало понижаться. Изменений на базе VT1 не видно, но на 43-ой секунде транзистор закрывается и триггер «перещёлкивается».

Рис.17

Теперь можно посмотреть как изменение состояния триггера преобразуется в импульсы управления оптроном. На рисунке 18 вверху – уровень напряжения на коллекторе VT2, внизу – на коллекторе VT4. Начальный момент записи такой же, как на рисунке выше – температура терморезистора начинает понижаться. На 7 секунде триггер «перещёлкивается», в этот момент транзистор VT4 открывается и соединяет катод светодиода оптрона с минусовым проводом питания (сопротивление между выводами 3 и 4 оптрона становится малым – около 70 Ом, проверялось тестером). Транзистор VT4 полностью открытым находится около 1,5…2 секунд, а затем он начинает плавно закрываться и спустя примерно 2 секунды протекающий через него ток уменьшается настолько, что светодиод полностью гаснет и сопротивление между выводами 3 и 4 оптрона становится большим. При повышении температуры и возвращении триггера в «нормальное» состояние на 36-37 секунде, с транзистором VT4 ничего не происходит и, соответственно, никаких импульсов нет.

Рис.18

Теперь посмотрим работу «контроллера» напряжения 220 В (рис.19). Вверху – график изменения напряжения на базе VT3, внизу – на коллекторе VT5. Видно, как при пропадании напряжения на базе VT3, транзистор VT4 открывается на 3-6 секунд. Здесь длительность импульса управления оптроном больше, чем на графике с рисунка выше, так как VT3 открывается более быстрым изменением управляющего тока базы. Но в остальном всё так же – оптрон управляется импульсом только при исчезновении напряжения +5 В.

Рис.19

Детали и конструкция.

Отладочный макет схемы проверялся на транзисторах КТ315Б и с обыкновенными выводными деталями, но для окончательного варианта была изготовлена односторонняя печатная плата размером 40 мм х 30 мм под установку деталей поверхностного монтажа (файл платы в формате программы Sprint-Layout 5.0 находится в приложение, при использовании ЛУТ рисунок надо «зеркалить»).

Применённые транзисторы обозначены как «1АМ», справочники говорят, что это какие-то из серии 3904, заменить их можно на любые подобные – например, ВС846…ВС850, но лучше выбрать с большим статическим коэффициентом передачи тока.

Диоды VD1 и VD2 – любые подходящие по месту кремниевые или германиевые. Диоды VD3 и VD4 (из зарядной цепи аккумулятора с рисунка 8) рассчитаны на ток не менее 1 А и подобраны по падению напряжения. На одном из них «теряется» 0,77 В, на другом – 0,3 В. Суммарные потери составляют 1,03 В, т.е. в данном случае максимально возможное напряжение на аккумуляторе – это 3,93 В (индикатор на телефоне заполнен полностью). Диоды устанавливаются на печатной плате.

Оптрон использован обыкновенный, выводной, но его ножки откушены под самое «брюхо». На этапе экспериментов применялся РС817, так что можно поставить и его.

Терморезистор был взят из материнской платы компьютера (рис.20), конструктивное исполнение его не важно – можно как с жёсткими выводами, так и «плёночный». К выводам припаиваются свитые толстые проводники МГТФ и всё это обтягивается термоусадочной трубкой (рис.21).

Рис.20

Рис.21

Так как печатная плата получилась небольшой и к внешнему виду «устройства» никакие требования по красоте не предъявлялись – «не важно, как выглядит, главное, чтобы оно работало», – то плата была установлена в аккумуляторном отсеке (рис.22, рис.23), а сам аккумулятор был приклеен скотчем к задней стенке телефона (рис.24).

Рис.22

Рис.23

Рис.24

Показанная но фотографиях печатная плата немного отличается от той, что находится в приложении, но это некритичные изменения.

Настройка схемы.

При проверке работоспособности для визуализации работы схемы можно впаять между плюсовой шиной питания и коллектором VT4 цепочку из последовательно включенных резистора 100…200 Ом и светодиода видимого излучения, например, АЛ307. Теперь, если выставить резистор R1 в максимальное сопротивление, уровень на базе транзистора VT1 будет низким и это будет имитация «нормального» состояния схемы (вода достаточно горячая). Затем следует подать напряжение питания +3,7 В (желательно через резистор сопротивлением 100 Ом…1 кОм) на базу VT1 – это имитация остывания воды. Припаянный светодиод должен загореться и через некоторое время погаснуть. Если это время менее 3-х секунд (или слишком велико), то следует подобрать ёмкость конденсатора С4 (увеличить или уменьшить, соответственно).

Установку реального порога срабатывания лучше проводить с помощью трёх ёмкостей, наполненных водой разной температуры и термометра. Например, в первой ёмкости вода будет +39 градусов по шкале Цельсия, во второй +41, в третьей +50…60. Первые две ёмкости нужны для выставления порога срабатывания при аварийной ситуации, третья – для возвращения триггера в «нормальное» состояние.

Технология настройки проста. Сначала выключаем телефон, чтобы он не пытался звонить. Смотрим, что светодиод с резистором всё ещё припаяны к печатной плате. Затем, для того, чтобы не намочить терморезистор, заворачиваем его в тонкий полиэтиленовый пакет (можно «продуктовый»). Потом опускаем пакет в воду с высокой температурой. Через некоторое время, достаточное для того, чтобы терморезистор прогрелся (30-60 секунд), пакет переносим в воду с температурой +39 градусов. Если через некоторое время (примерно в течении минуты) схема не сработала, то начинаем медленно, не торопясь и с паузами в 5…10 секунд перемещать движок к одной из сторон. Если «срабатывания» не произошло, а движок уже дошёл до конца, то начинаем вращать в другую сторону. При каком-то положении движка светодиод должен загореться и это будет означать «грубое» нахождение нижнего порога (рис.25). Возможно, конечно, что нам повезло и мы сразу попали на нужный порог срабатывания и тогда при очередном переносе термодатчика из третей ёмкости во вторую схема не будет срабатывать, но, скорее всего, это не так и понадобится небольшое возвращение движка резистора назад для более «тонкой» настройки. Т.е. сопротивление R1 надо установить таким, чтобы при переносе терморезистора из третей ёмкости во вторую светодиод не загорался, а при переносе в первую – загорался.

Рис.25

После настройки следует отпаять диод с резистором, закрыть телефон, включить его и окончательно проверить правильность работы схемы, оставив термодатчик в ёмкости с горячей водой. Опустить туда же термометр и медленно размешивая им воду, подождать, пока она не остынет и телефон не начнёт верещать и делать звонки. Остаётся посмотреть, при какой температуре это произошло.

«Контроллер» напряжения 220 В в настройке не нуждается, но подавая и убирая напряжение питания на верхний вывод R6, по длительности свечения светодиода можно проверить импульс управления оптроном.

Возможные доработки.

Если собрать преобразователь состояния триггера в два импульса управления оптроном, то в GSM оповещателе можно использовать любой телефон, на котором можно производить вызов на последний набранный номер двойным нажатием кнопки «Вызов» (не проверялось).

В принципе, всю схему можно упростить и не собирать цепи образования одиночного «трёхсекундного» импульса, но тогда в «аварийных» случаях оптрон будет имитировать долговременное нажатие «красной кнопки». Этот вариант проверялся, схема получается немного другая и чтобы она не была больше той, что показана на рис.16, лучше отказаться от «контроллера» напряжения 220 В.

И уж если совсем упрощать, то можно вообще не собирать электронную схему, а применить термореле из утюга или электроплитки – достаточно настроить их на температуру, близкую к 40 градусам. Вариант с биметаллическим реле от электроплитки проверялся, но без электронной начинки скучно :-).

Если вместо терморезистора поставить «геркон» или кнопку с нормально-разомкнутым контактом, то «устройство» можно использовать и в качестве GSM охранной сигнализации.А если последовательно подключить и пиротехнический датчик – то получится ещё и пожарная.

Установка на рабочем месте.

GSM оповещатель был установлен в котельной частного дома. Нагрев воды в отопительной системе происходит в газовом котле, поэтому в помещении всё чисто и в защите телефона от агрессивной среды нет никакой нужды (рис.26 и рис.27). Датчик закреплён на поверхности пластиковой трубы и замотан в поролон и полиэтилен – первый для того, чтобы создать теплоизолирующую прослойку, второй – для предотвращения циркуляции воздуха ну, и для внешнего вида, конечно. Подставка под телефон – кусок древесно-стружечной плиты. Осталось немного «облагородить» внешний вид - спрятать провод питания в кабель канал и покрасить подставку.

Рис.26

Рис.27

При «запуске» и наладке оказалось, что выставленный порог в 40 градусов был великоват – пришлось немного «повозиться», соображая, почему «устройство» перестало реагировать на изменение температуры, но потом просто понизили порог до 35 градусов и всё встало на свои места. Возможно, в самые морозы придётся ещё раз подкорректировать порог срабатывания.

Литература:
1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.

Андрей Гольцов, г. Искитим

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• GSM
• Сотовый телефон