GSM исполнитель

После сборки GSM оповещателя решил собрать GSM исполнитель – здесь по телефонному звонку можно включать и выключать обогреватель в гараже. В принципе, задача не очень сложная – простейший вариант можно сделать, присоединив к двигателю виброзвонка телефона некое устройство, имеющее триггерный эффект. Но так как вскрывать телефон и подпаивать к нему провода не хотелось, после некоторых экспериментов получилась схема (рис.1), где микрофон выполняет роль акустического датчика вызывного сигнала.

Рис.1

Резисторы R1, R3 и конденсатор С2 – это цепь питания электретного микрофона MIC1. Сигнал с него через конденсатор С1 и через фильтр низкой частоты, собранный на C3, R2 и C4, поступает на базу транзистора VT1, включенного по схеме с общим эмиттером. Номинал резистора R4, стоящего в цепи отрицательной обратной связи, подобран так, чтобы на коллекторе транзистора было напряжение, близкое к половине напряжения питания – при этом усиленный сигнал будет иметь максимально возможную амплитуду полуволн, достаточную для уверенного детектирования диодами VD1 и VD2. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсаторами С7 и С8 – при этом С8 подключен к выходу выпрямителя не «напрямую», а через резистор R6, имеющий достаточно большое сопротивление. Сделано это для того, чтобы уровень постоянного напряжения на конденсаторе C8 появлялся не сразу, а медленно рос по мере звучания звонка – так выполнена защита от коротких по времени извещений от пришедших sms-ок и других внешних акустических помех. Разряд конденсатора C8 происходит в основном через резистор R8 – его номинал тоже подбирается исходя из тех соображений, что за время звучания одного вызова, напряжение на конденсаторе не должно уменьшаться (только повышаться). Это напряжение поступает на затвор полевого транзистора VT2, который является неким «ключом», срабатывающим на замыкание при появлении на затворе напряжения выше некоторого уровня – по даташиту на транзистор это в границах +1…+2,5 В. Срабатывает этот «ключ» не очень быстро, поэтому для формирования прямоугольных импульсов, а так же для защиты от возможного дребезга на границе переключения, после полевого транзистора установлен триггер Шмитта, собранный на биполярных транзисторах VT3 и VT4 (схема с некоторыми изменениями взята из [1] и уже была ранее проверена в GSM оповещателе).

С коллектора VT4 импульсы подаются на тактовый вход триггера DD1.1, включенного по схеме делителя на «2». Это означает, что поступлении первого звонка триггер поменяет своё состояние и его высокий выходное напряжение откроет транзистор VT5 и подаст напряжение на обмотку реле К1. Реле будет включено до тех пор, пока не поступит второй звонок, по которому триггер опять поменяет своё состояние, что, соответственно, обесточит реле. Третий звонок снова включит реле, а четвёртый его опять выключит и так далее…

Элементы С9R12 служат для установки триггера при подаче напряжения питания в схему.

Для визуализации процесса работы можно посмотреть состояния на входе и выходе триггера DD1 (рис.2). Скриншот при работе программы SpectraPLUS был сделан на этапе отладки схемы, поэтому уровни сигналов не соответствуют градации шкалы напряжений (показания были «сняты» через резисторные делители со случайными коэффициентами деления), да и сами «нулевые оси» были несколько смещены, но это в данном случае не важно - главное увидеть временные соответствия импульсов. В верхней части рисунка – это напряжение на 3-м выводе DD1.1 (шесть входящих звонков, «нормальное» состояние при ожидании – высокий уровень), в нижней части – напряжение на 1-м выводе DD1.1 (три раза напряжение появлялось и три раза пропадало).

Рис.2

Блок питания (рис.3) выполнен на трансформаторе Tr1, мостовом выпрямителе на диодах VD6-VD9 и стабилизаторах VR1 и VR2 серии 7805. Напряжение +13,2 В делается «подставкой» из стабилитрона VD4. А так как для питания телефона, наоборот, требуется «потерять» напряжение 0,65…0,7 В, то в цепь плюсового провода телефона установлен кремниевый диод VD5. «Телефонный стабилизатор» обведён пунктирной рамкой, так как он собран в аккумуляторном отсеке навесным монтажом (рис.4) (аккумулятор пока отсутствует – телефон работает и без него, но в случае кратковременного пропадания сетевого напряжения телефон отключится и «исполнитель» перестанет работать, так как телефон нужно будет включать вручную).

Рис.3

Рис.4

Все остальные детали блока питания, кроме трансформатора Tr1, предохранительной колодки F1 и сетевого переключателя S1, установлены на одной печатной плате, вместе со всеми элементами по рисунку 1. Рисунок печатной платы сделан под установку как обыкновенных выводных, так и деталей для поверхностного монтажа – плата односторонняя, все детали устанавливаются со стороны дорожек. У выводных элементов ножки укорачиваются почти «под самоё брюхо» (ниже будет фото микросхем с укороченными выводами). Файл печатной платы в формате программе Sprint-Layout находится в приложении к статье (вид сделан со стороны установки деталей - рисунок при ЛУТ надо «зеркалить»).

Пока «разводил» печатную плату, появилось желание немного изменить алгоритм работы «исполнителя». Во-первых, сделать так, чтобы реле срабатывало не по первому звонку, а, к примеру, по четвёртому. Во-вторых – время работы реле ограничить 20-30 минутами. В-третьих, продолжать собирать всё это на «россыпухе», так как она с годами накапливается и её надо куда-то девать (шутка, но с большой долей правды)…

После небольших экспериментов появилась схема, показанная на рисунке 5. Та часть схемы, что с микрофонным усилителем и формирователем прямоугольных импульсов, осталась почти прежней (добавился один резистор и не стало одного транзистора) – изменилась только цифровая часть (нумерация элементов другая). С выхода триггера импульсы подаются на тактовый вход двоичного счётчика DD1.1, состояние выходных уровней которого управляет дешифратором DD2. После первого включения «исполнителя» и установки всей цифровой части в «нормальное» состояние, на выход Q0 дешифратора устанавливается высокий уровень. По мере поступлении импульсов состояние на адресных входах ABCD будет меняться и высокий уровень будет последовательно перемещаться с выхода Q0 на Q1, затем на Q2, потом на Q3. При появление «единички» на Q4 откроется транзистор VT8, который своим низким выходным уровнем, во-первых, запустит импульсный генератор, собранный на элементах DD3.1-DD3.3, а во-вторых, поменяет выходное напряжение элемента DD3.4 с низкого на высокое, что вызовет открывание транзисторов VT4 и VT5 и срабатывание реле К1, через контактные пары которого будет подано питание на обогреватель.

Рис.5

На схеме видно, что выходы Q5-Q9 тоже используются для управления транзистором VT8 – это сделано для того, чтобы исключить (или, хотя бы, уменьшить) вероятность ошибки включения GSM исполнителя при потере импульса от звонка. Т.е. в таком варианте включения выходов можно позвонить 5 или 6 раз (или даже 7-8) и если "исполнитель" не сработал от четвёртого звонка, то на последующие-то точно среагирует. А диоды установлены для «развязки» состояний выводов – чтобы «единичка» на одном из них не «закорачивалась на землю» через низкие уровни на других.

Запущенный генератор на элементах DD3.1-DD3.3 выдаёт импульсы с такой частотой, чтобы при их пересчёте двоичными счётчиками DD4.1, DD4.2 и DD1.2 на 12-м выводе DD1.2 примерно через 20-30 минут появился высокий уровень. Этот уровень, во-первых, поменяет выходное состояние DD3.4, что приведёт к выключению исполнительного реле К1, а во-вторых, заставит открыться транзистор VT1, который разрядит конденсатор С7 и закроет транзистор VT2, вызвав этим появление высокого уровня на входах сброса «R» всех счётчиков. Как только все счётчики «сбросятся», на 12-м выводе DD1.2 появится низкий уровень и транзистор VT1 закроется. Соответственно, конденсатор С7 начнёт заряжаться, при достижении на нём напряжения 0,6-0,7 В транзистор VT2 откроется и низкий уровень на входах «R» всех счётчиков вернёт их в «нормальное» рабочее состояние. Вся цифровая часть опять готова к приёму четырёх импульсов.

Конденсатор С7 и резистор R8 нужны для образования импульса сброса при первом включении питания схемы. Кнопка «S1» - это ручной сброс (нужна была на этапе наладки схемы, а потом перекочевала и в готовое устройство).
 
Теперь два скриншота с напряжениями в некоторых точках схемы. Рисунок 6 – это работа микрофонного усилителя и формирователя прямоугольных импульсов. Сверху показано напряжение на коллекторе VT2 при 1-2 секундах звонка, а внизу – напряжение на коллекторе VT9 (нормальное состояние – высокий уровень). Видно, что на коллекторе VT9 переход из высокого уровня в низкий происходит почти сразу при появлении НЧ сигнала, а время возвращение в высокий уровень зависит от того, насколько долгим был звук и как быстро появляется следующий звонок.

Рис.6

На рисунке 7 сверху показаны 4 импульса, приходящие в цифровую часть (это всё тот же коллектор VT9), а внизу появление напряжения на коллекторе VT5 по окончанию четвёртого входного импульса.

Рис.7

Так как в новой схеме применена микросхема 176 серии, напряжение питания пришлось снизить. В результате получился блок питания, показанный на рисунке 8.

Рис.8

Была разведена печатная плата (файл в приложении) и схема была собрана (рис.9). На рисунке 10 видно как укорочены выводы микросхем и как они припаяны к дорожкам. Проводники в белой изоляции – это перемычки из провода МГТФ, заменяющие дорожки, которые было сложно разводить.

Рис.9

Рис.10

После проверки и настройки весь GSM исполнитель был собран в пластиковом корпусе подходящих размеров (рис.11) и установлен в гараже. В качестве обогревателя используются нагреватели из нихромовой проволоки в слюдяной изоляции (от каких-то промышленных печек), принудительно обдуваемые вентиляторами от компьютерных блоков питания. При потребляемой мощности нагревателя менее 1 кВт двух 30-минутных циклов обогрева хватает для того, чтобы поднять температуру в помещении гаража примерно на 10 градусов. Проверял в течении нескольких дней, благо гараж расположен недалеко и сходить в него недолго (за время проверки стояла морозная погода - около –25 градусов днём, а ночью опускалась ниже 30).

Рис.11

Возможные доработки:

Схему простого GSM исполнителя можно перевести на 5-ти вольтовое питание (возможно применение микросхемы ТТЛ) и тогда в блоке питания будет достаточно одного стабилизатора 7805. Но тогда нужно будет переделать схему управления реле - например, сделать как на рисунке 5.

В сложной схеме можно сделать много доработок - например, установкой на выходе триггера Шмитта узла, подобного VT1 и управляемого так же от 12-го вывода DD1.2 (или с 11-го вывода DD3.4), можно получить блокировку входящих импульсов после «сработки» GSM исполнителя.

Если сделать блокировку и если телефон позволяет в качестве звонковой мелодии использовать предварительно обработанный (или заново созданный) звуковой файл, состоящий из 4-5-6 частей с паузами в 5-10 секунд. Теперь, подобрав номиналы RC цепей после выпрямителя в формирователе импульсов в сторону уменьшения времени заряда и разряда, то можно будет не делать 4-5-6 последовательных дозвонов, а достаточно будет одного.

Если не собирать «микрофонную часть», а использовать проводное подключение к телефону, то можно сделать так, чтобы при нахождении «исполнителя» в режиме «Включено» все входные звонки «сбрасывались» (коммутация кнопки «Отбой» телефона). Это позволит дистанционно определять, сработал GSM исполнитель или нет.

Можно модернизировать схему так, чтобы появилась возможность управлять несколькими реле.

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