Обычный обзор обычного дверного звонка
Здравствуйте читатели муськи! Зачем нужен дверной звонок все Вы и так прекрасно представляете. Тогда что же я расскажу Вам о нём интересного? Ответ ищите под катом.
upd. 26.04.2015: обзор дополнен/исправлен с учётом комментариев читателей.
Я не буду приводить фото упаковки товара и процесс его распаковки, т.к. не считаю эту информацию интересной и/или полезной. Упакован товар был по-китайски стандартно и в таможенной декларации честно указаны цена и другие данные. Описание товара с сайта магазина выглядит следующим образом:
Совершив стандартные действия вроде распаковки посылки и проверки соответствия и работоспособности содержимого посылки, убеждаюсь, что звонок работает и соответствует своему описанию на сайте магазина (приятно, что батарейка, идущая в комплекте звонка, оказалась «свежей» — 12.2 Вольт). Внешний вид звонка:
Как видно на этой картонке заявленная дальность радиосвязи составляет 80 метров (неплохо для дверного звонка), а на обратной стороне написано что дальность радиосвязи на открытой местности составляет 100 метров. Так же указано что частота радиосвязи звонка может быть двух вариантов 315 или 433.92МГц (американский и европейский разрешенный диапазоны соответственно), но ни один из пунктов не отмечен. Более ничего интересного для себя я на этой картонке не увидел. Т.к. форма корпусов базы и кнопки-пульта со скошенными углами, то габаритные размеры я измерял по наибольшему значению. База -95х56х30мм, кнопка-пульт -75х37х23мм. Корпус кнопки-пульта (далее по тексту — передатчик) сделан легко разборным, для того, что бы иметь возможность быстро и легко сменить батарейку типа А23, обеспечивающую его питанием. Разбирается корпус передатчика нажатием каким-либо плоским подходящим предметом на пластмассовый зацеп в прорези нижней части корпуса с одновременным поднятием верхней его крышки. Вот эта заветная щель с зацепом:
А так передатчик выглядит в разборе:
На фото видно, что пластик белый с обеих сторон (такой же пластик и у корпуса базы). Попробовал царапнуть изнутри – цвет пластика одинаков по всей его толщине, т.е. боятся того что со временем корпус передатчика «облезет» оснований нет. Хотя конечно белый цвет не идеальный вариант для предмета в который периодически тыкают грязными руками :). Сама же кнопка выполнена из матового фактурного прорезиненного материала голубоватого оттенка, называемого «эластомером». Так же передатчике установлен синий светодиод, который загорается при нажатии на кнопку.
База звонка, питается от двух элементов типа ААА. База при звонке кроме выдачи звукового музыкального сигнала, моргает синим светом. На левой грани корпуса базы расположены две кнопки. Мелодий много и так сходу сосчитать их у меня не получилось (но не переживайте я дам их вам послушать), выбираются они нижней кнопкой на корпусе базы. Количество мелодий указано на картонке-инструкции. Запоминания выбранной мелодии и уровня громкости при вытаскивании батареек нету. Верхней кнопкой регулируется уровень громкости звонка. Одно короткое нажатие — изменение громкости на один уровень. Всего таких уровней три. Громкость, на мой взгляд, достаточная. Краткий ликбез по способу крепления звонка. Передатчик предполагается устанавливать вблизи входной двери вместо обычной звонковой кнопки и крепить с помощью самоклеящейся тыльной стороны (на тыльной стороне приклеена пластинка наподобие двустороннего скотча), а базу устанавливать в удобном месте Вашей квартиры/дома путём подвешивания на шляпку самореза. На самом же деле никто не запрещает «таскать» базу с собой куда угодно в пределах зоны покрытия, например, вынести с собой на балкон, взять на кухню или примотать скотчем к ноге :). Кстати, в продаже есть вариации подобных звонков с несколькими передатчиками и/или базами (как раз что бы не заниматься описанным мною «тасканием»). Но как показал опыт использования других людей крепить передатчик лучше на саморезы. Скотч держит до первого жаркого летнего дня. Разбирая базу звонка я рассчитывал увидеть китайскую «чёрную кляксу» и был сильно удивлён отсутствием таковой и распаянным двум ИМС в SOIC корпусах для поверхностного монтажа. Но посмотрев на плату внимательнее состояние эйфории меня так же быстро покинуло, как и внезапно наступило. Вот так выглядит плата базы:
Внутри у базы не всё так чисто и красиво – флюс с платы никто убрать не удосужился. Расположение обозначений элементов на шелкографии непродуманное. Да и пайка выводных компонентов аккуратностью не блещет.
Немного измерений. Проверил работу звонка через 3 бетонные перегородки (расстояние по метражу от передатчика до базы около 9 метров) – уверенный приём. Измеренный ток потребления передатчика составил 8.66мА. Передатчик потбреляет ток лишь при своей работе (почему так – смотри принципиальную схему). Много ли это? У меня нет однозначного ответа на этот вопрос. Поэтому предлагаю порассуждать вместе. Конечно, более правильным вариантом было бы измерение выдаваемой мощности передатчика и соотношение этой мощности к потребляемой, но этот вариант оставим для профессионалов располагающих необходимыми знаниями и оборудованием. А мы пойдём иным путём — типовая ёмкость батареек А23 находится в пределах 30-40мА*ч. Давайте примем её равной 35мА*ч. Предположим, что к Вам в дверь ежедневно звонят 10 раз нажимая при этом на кнопку звонка 3 раза и при этом каждый раз удерживая её в нажатом состоянии 2 секунды. На основе этих данных легко посчитать сколько суммарного времени в день будет работать передатчик: 10*3*2=60сек=1мин. Теперь давайте посчитаем, как долго батарейка сможет отдавать ток величиной 8.65мА, для этого разделим её ёмкость на этот ток 35/8.66=4.04, т.е. примерно 4 часа или 240минут. Ну, вот мы знаем, сколько времени работает передатчик в день и знаем, сколько времени батарейка может обеспечивать работу передатчика. А это значит, что мы можем легко вычислить количество дней работы передатчика от одной батарейки — 240мин/1мин=240 дней. Более полугода при описанном режиме эксплуатации. Этот расчёт конечно очень грубый и не учитывает множество второстепенных факторов (вроде саморазряда батарейки), но общую картину увидеть позволяет. Проверил нижний порог напряжения питания при котором ещё удовлетворительно работает («ловит» через 3 бетонные стены) передатчик -7.8В (неуверен что при таком напряжении батарейки типа А23 её внутреннее сопротивление останется на приемлемом уровне что бы выдать необходимые 9мА тока). По опыту читателей батарейки в передатчике хватает минимум на два сезона. Измеренный ток потребления базы в дежурном режиме составляет 0.38мА (хороший результат!), средний потребляемый ток в режиме проигрывания мелодии на максимальной громкости – 40мА (средний потому что его значение колеблется в зависимости от воспроизводимых динамиком звуков/нот и зажигания светодиода в пределах от 5 до 65мА). Путём логических рассуждений, применяемых для расчёта времени жизни одной батарейки передатчика, можно «прикинуть» время жизни батареек в базе. Стоит лишь уточнить начальные условия – типовая номинальная ёмкость дешёвых солевых батареек типа ААА равна 500мА*ч. Звонят 10 раз в день по 3 раза и время проигрывания мелодии — 10сек. 10*3*10=300сек=5мин в день 500мА/40мА =12.5ч=750мин 750мин/5мин=150дней. И это без учёта тока потребления в дежурном режиме. Что ж, батарейки в базе придётся менять определённо чаще, чем в передатчике, но их стоимость заметно ниже стоимости батарейки передатчика. Нижний порог напряжения питания при котором ещё работает база (громкость динамика при уменьшении напряжения питания значительно уменьшается как и яркость свечения сигнального светодиода) – 2.3В, т.е. батарейки база сможет высадить полностью, а так же понятно что в качестве элементов питания базы можно применять 1.2В аккумуляторы, но при этом пострадают громкость мелодии и дальность связи. Помех на фм-радио моего мобильного телефона звонок не оказывает (но это не значит что звонок не «шумит» в своей полосе пропускания).
Принципиальная схема реального устройства. Передатчик.
При замыкании кнопки SB1 подается питание в схему. Загорается светодиод HL1 и генератор выполненный на транзисторах Q2 и Q3 вырабатывает сигнал с частотой кварцевого резонатора Z1 (32 кГц). Этим сигналом модулируется генератор ВЧ собранный на одном транзисторе Q1 (генератор Колпитца) и работающий на частоте 300-500МГц (к сожалению полоса пропускания моего осциллографа гораздо ниже этих значений и у меня нет других приборов вроде анализатора спектра что бы точно измерить эту частоту, а что бы теоретически рассчитать нет точных значений ёмкостей и индуктивностей). Промодулированный сигнал передаётся через антенну выполненную в виде дорожки «змейки» на плате (на принципиальной схеме я её так и начертил, катушка L2 тоже представляет из себя печатную дорожку в форме дуги).
Транслируемый сигнал от передатчика принимается печатной антенной однотранзисторного ВЧ приемника выполненного на Q1 (регенеративный приемник) и поступает на инверторы ИМС U1 CD4069. Где инверторами INV1 и INV2 он усиливается и подается на кварцевый резонатор Z1, у которого сопротивление велико пока его частота не совпадет с частотой сигнала (в нашем случае 32кГц), когда же частоты совпадают его сопротивление становится на столько мало что его хватает для открытия транзисторного ключа Q2. На выходе Q2 сигнал ещё содержит много «шума» и поступая на инверторы INV3 и INV4 он опять же усиливается и пройдя через диод VD1 и INV5-INV6 окончательно «оцифровывается». С выхода INV6 сигнал (+2.6В) подаётся на 7-мой вывод специальной музыкальной ИМС и она в свою очередь выдаёт один из заложенных в её памяти «музыкальных» сигналов на динамик и мигает светодиодом HL1. Все детали передатчика кроме конденсатора фильтра поверхностного монтажа. Транзисторы имеют маркировку J6 и J8, что согласно кодовой маркировке smd-транзисторов соответствует типу транзисторов s9014 и s9018. В базе применён выводной (корпус ТО-92) ВЧ транзистор и тоже типа s9018. Так же в базе выводные все электролитические конденсаторы, катушка индуктивности L2 и светодиод, который вместе с динамиком вклеен в «морду» базы звонка. Диоды в схемах применены типа 1N4148. Ёмкость постоянных конденсаторов для поверхностного монтажа не указывается и мной не измерялась (что бы точно измерить малую величину ёмкости необходимо выпаивать конденсатор из платы, чего я делать не стал). Измеренная осциллографом частота кварцев составила примерно 30кГц и я уверен что это часовые кварцы с резонансной частотой — 32768Гц. Специализированная ИМС имеет маркировку TR1310S24-1, даташит на неё мне найти не удалось. Даташиты на другие элементы схемы: ВЧ-транзистор s9018 транзистор s9014 логическая ИМС 6 инверторов диод 1N4148
Для оценки мелодий выдаваемых звонком я решил записать их с помощью ПК непосредственно с выхода «музыкальной» ИМС. Результат можно скачать и послушать поэтой ссылке (86Мб). А вот так выглядела моя «музыкальная установка»:
Возможно ли улучшить данное устройство и если да, то как? Возможно! :) Самое актуальное, по моему мнению, улучшение обозреваемого устройства — увеличение дальности радиосвязи. А относительно просто реализовать это в данном случае можно путём снижения несущей частоты и/или применением внешней антенны. От первого варианта особого эффекта ожидать не стоит (да и это потребует дальнейшей настройки связи передатчика с приёмником), а вот второй может добавить как раз недостающих пяти-семи метров без существенных затрат и проблем. О первом способе я напишу больше в ознакомительных целях, а не в качестве руководства к действию. И так первый способ. Регулировать/менять частоту данных генераторов (читай – менять несущую частоту передатчика/приёмника) можно как минимум двумя способами: путём изменения ёмкости конденсатора колебательного контура и/или путём изменения индуктивности колебательного контура. Из формулы резонансной частоты колебательного контура ƒ = 1/(2π√LC) видно, что увеличение ёмкости и/или индуктивности контура приведёт к уменьшению значения резонансной частоты. А для того что бы уменьшить ёмкость в колебательном контуре нужно заменить исходный конденсатор контура на конденсатор с меньшей ёмкостью либо подпаять последовательно к исходному конденсатору контура дополнительный конденсатор. Индуктивность контура можно уменьшить уменьшив количество витков катушки индуктивности либо растянув эти витки относительно друг друга, а так же введением во внутрь витков катушки индуктивности прутка меди (или другого диамагнетика). Для увеличения частоты делаем наоборот – увеличиваем ёмкость (паяем параллельно конденсатор) либо вставляем в катушку ферритовый стержень. Естественно данная операция проделывается и в передатчике и в приёмнике и затем один из них долго настраивается под другой. Однако изменение несущей частоты приобретает актуальность в связи с тем, что подобными звонками завален весь рынок, и соответственно чем больше их появляется у ваших соседей, тем больше возрастает вероятность совпадения несущей частоты ваших звонков. Со всеми вытекающими последствиями… Второй способ. Установка внешней антенны в базу (можно и в передатчик, но при этом внешний вид последнего наверняка пострадает). Здесь всё предельно просто, нужно лишь знать значение несущей частоты, формулу для расчёта длинны волны L=300000/ ƒ (длина в метрах, частота в кГц) и правило что длина антенны (речь об самой обычной антенне в виде прямого отрезка проводника) должна быть кратна длине волны. Например несущая частота равна 315МГц, следовательно длина волны равна 95,24см. Естественно метровую антенну устанавливать в базу неохота, поэтому можно применить антенну например в четыре раза меньшую длины волны – 23.81см. Внешнюю антенну следует припаять к печатной антенне, а в нашем случае конкретно сюда:
В качестве бонуса. Радиолюбители, конечно же, сразу смекнули, что этот звонок представляет собой готовый настроенный канал радиосвязи приемо-передатчик применений которому можно придумать огромное множество (удалённая коммутация нагрузки, сигнализация). Для наглядности я сделал пометку на принципиальной схеме:
Конечно же в таком варианте применения речь идёт об однокомандной системе управления (хотя путём использования последовательного кода или методом последовательного перебора можно увеличить количество команд). Но ведь можно пойти ещё дальше и использовать лишь ВЧ части передатчика и приёмника (высшая степень мазохизма «допилинга»).
Подведём итоги. Звонок мне понравился. Я считаю, что своих денег он стоит. Признаться, я ещё не решил, как его буду применять (толи, как есть в сборе, но со стационарным питанием базы, толи в качестве звонка будет использоваться лишь специализированная музыкальная ИМС с коммутацией её через проводную кнопку, а приемо-передатчик будет позаимствован для других целей), но пока что я пользуюсь им как проводным звонком (от звонка мне как раз и хотелось лишь симпатичного внешнего вида и приятных слуху мелодий). Так же полагаю, что данный тип звонков должен быть удобен для частных домов. Однако при этом следует помнить, что кнопка (корпус передатчика) не имеет защиты от влаги, да и обычные батарейки при отрицательной температуре очень быстро приходят в негодность (по опыту читателей батарейки в передатчике переживают не менее двух зим). В квартире же не составит особого труда при ремонте сразу проложить провода под проводную кнопку.