DE2855402A1 - Elektronische alarmsteuervorrichtung - Google Patents

Description

21. Dzz 1978

ELEKTRONISCHE ALAEMSTEUERVORRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Alarmsteuervorrichtung, in der ein Signal im akustischen Frequenzbereich einen Leistungstransistor und somit einen elektroakustischen Wandler ansteuert, und in der Mittel zur zyklischen Modulation der Frequenz dieses Signals und Zeitschaltmittel zur Begrenzung des Alarms vorgesehen sind.

Elektronische Alarmsteuervorrichtungen verwenden oft einen astabilen Multivibrator, dessen Kippfrequenz im akustischen Frequenzbereich liegt und der einen Leistungstransistor und somit einen oder mehrere Lautsprecher mit Rechtecksignälen ansteuert, die reich an Oberwellen sind. Wenn eine Modulation, d.h. eine periodische Veränderung der Tonhöhe notwendig ist, benutzt man meist einen Akkord-Multivibrator zur zyklischen Veränderung der Frequenz.

Wenn außerdem gewünscht wird, die Dauer des Alarmsignals EU begrenzen, dann verwendet man ein Zeitglied, zum Beispiel einen Kondensator, der über einen Widerstand entladen wird.

Es ist auch bekannt, für diese einzelnen Funktionen integrierte Schaltkreise zu verwenden.

Wenn die Erzeugung des Signals im akustischen Frequenzbereich auch meist keine Probleme liefert, so ist es jedoch schwierig, die Modulationsfrequenz und die Zeitbegrenzung für den Alarm bei Vorrichtungen der Serienfertigung hinreichend konstant und reproduzierbar einzustellen, da die benötigten

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Kapazitätswerte meist die Verwendung von elektro-chemischen Kondensatoren erforderlich machen, deren Toleranzen sehr groß sind. Dieses Problem könnte selbstverständlich durch Trimmwiderstände gelöst werden, jedoch verlangen diese eine komplizierte Eichung, was bei der Serienfertigung den Preis deutlich erhöht. Außerdem lassen sich Veränderungen der elektrischen Werte aufgrund von Temperaturänderungen schwer oder gar nicht auf diese Weise korrigieren.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine elektronische Alarmsteuervorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ohne Trimmwiderstände die Kennwerte der elektronischen Alarmsteuervorrichtung in engen Grenzen stabilisiert werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Alarmsteuervorrichtung einen einzigen, genauen Taktgeber und mindestens einen Frequenzteiler enthält, der die Taktfrequenz auf die Frequenz des akustischen Signals herunterteilt, der das Schaltverhältnis des Leistungstransistors bestimmt, der die für die zyklische Modulation benötigten Zeitsignale liefert und der die zeitliche Begrenzung des Alarms bewirkt.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also die drei oben genannten Funktionen von einem einzigen Taktgeber gesteuert, dessen Frequenzstabilisierung keine Schwierigkeiten bereitet.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der einzigen Figur näher erläutert, in der

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das Schaltbild der Vorrichtung gezeigt ist.

Die für die Vorrichtung gemäß der Figur benötigte Energie stammt aus einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise einer Batterie mit den Klemmen P und N, von denen Stromschienen Ll (positiv) und L2 (negativ) ausgehen. Das Auslöseglied für den Alarm ist hier als einziger Schalter Po ausgebildet, der im Ruhezustand geöffnet ist. Dieser Schalter liegt in Reihe mit drei Widerständen R17, R18 und R19 zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle. Zwischen dem Widerstand R17 und dem Widerstand R18 befindet sich der Basisanschluß eines pnp-Transistors T7, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zusammen mit zwei Widerständen R20 und R24 in Serie ebenfalls zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle liegt. Der Verbindungspunkt dieser beiden letztgenannten Widerstände ist an die Basis eines npn-Transistors T8 angeschlossen, dessen Emitter-Kollektor-Strecke ebenfalls in Serie mit einem Widerstand R33 und einem Kondensator C5 zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle liegt. Vom Verbindungspunkt dieses Widerstands und des Kondensators geht eine dritte Stromschiene L3 aus. Der Kondensator C5 dient der Ableitung von Störimpulsen. Ein weiterer Kondensator C7 liegt parallel zur Serienschaltung der Widerstände R17 und R18.

Wenn der Alarm durch Schließen des Schalters Po ausgelöst wird, dann wird der Transistor T7 leitend und dadurch auch der Transistor T8. Nunmehr ist die Schiene L3 mit negativer Betriebsspannung versorgt. Ein Lautsprecher HP liegt in Serie mit der Imitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors T6 zwischen

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den Polen der Gleichspannungsquelle P und N. Die Basis dieses Transistors liegt am gemeinsamen Verbxndungspunkt zweier Widerstände R21 und R22, die zusammen mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren pnp-Transistors T5 ebenfalls zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle angeordnet sind. Die Ansteuerung dieses Transistors T5 erfolgt nur, wenn die eigentliche Steuervorrichtung, die im oberen Teil der Figur dargestellt ist, mit Strom versorgt ist, d.h. wenn der Transistor T8 leitend ist.

Ein Kondensator Cl und ein Widerstand El sind in Serie zwischen den Schienen Ll und L3 angeordnet. Am gemeinsamen Punkt dieser beiden Elemente liegt die Anode'eines programmierbaren Unijunctionstransistors Tl, dessen Kathode über einen Widerstand R4 an der Schiene L3 und dessen Steuerelektrode G einerseits über einen Widerstand R5 an der Schiene L3 und andererseits über eine Diode Dl am Mittelpunkt der Serienschaltung zweier Widerstände R3 und R6 liegt, die zwischen den Schienen Ll und L3 ausgespannt sind. Die Diode Dl, die über den Widerstand R5 aufgeladen wird, dLent der Temperaturkompensxerung der an die Steuerelektrode G gelangenden Spannung. Diese Schaltung ist ein an sich bekannter selbstschwingender Multivibrator. Von der Kathode K des Transistors Tl geht eine Verbindung über einen Widerstand R7 zur Basis eines npn-Transistors T2, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit einem Widerstand R8 in Serie zwischen den Schienen Ll und L3 liegt.

Ein erster Teilerzähler CDI mit zwölf Stufen zählt die am Ausgang des als Impulsformerstufe wirkenden Transistors T2 vorliegenden Impuls©,, die an seinen Eingang El gelangen. Der

Zähler wird mit Betriebsspannung aus den Schienen Ll und L3 versorgt und sein Nullsetzungseingang liegt am Verbindungspunkt eines Kondensators C3 und eines Widerstands R9, die zwischen den Schienen Ll und L3 ausgespannt sind. Der Ausgang S12 der zwölften Binärstufe des Zählers CDI ist mit dem Zähleingang E2 eines zweiten Teilerzählers CD2 verbunden, der ebenfalls aus den Schienen Ll und L3 mit Betriebsspannung versorgt wird (Eingänge 3 und 4). Auch dieser Zähler wird über einen Kondensator C4 zurückgestellt, der in Serie mit einem Widerstand RIO zwischen den Schienen Ll und L3 liegt. Der Ausgang Sl der ersten Binärzählstufe des Zählers CDI ist über einen Widerstand R12 an die Basis eines npn-Transistors T4 angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors liegt direkt an der Schiene L3 und die Basis ist außerdem über einen Widerstand R13 an diese Schiene angeschlossen. Der Ausgang S2 der zweiten Binärstufe des Zählers CDI ist über einen Widerstand RIl mit der Basis eines npn-Transistors T3 verb unden, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors T4 unmittelbar und über einen Widerstand R14 mit seiner eigenen Basis verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T3 führt über die Serienschaltung zweier Widerstände R15 und R16 an die Schiene Ll. Der gemeinsame Punkt dieser Widerstände ist an die Basis des Transistors T5 angeschlossen.

Wenn die Schiene L3 durch den Transistor T8 auf negatives Potential gebracht worden ist, beginnt der Multivibrator zu schwingen und es erscheinen positive Impulse an der Kathode K des Transistors Tl. Im Rhythmus dieser Impulse wird der Transistor

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T2 durchgeschaltet, der wiederum auf den Zähleingang El des Teilerzählers CDI einwirkt. Am Ausgang Sl dieses Zählers ergibt s ich also ein Rechtecksignal der Frequenz F, das als gemeinsames Taktsignal der Vorrichtung dient. Im vorliegenden Beispiel liegt die Frequenz F bei 2800 Hz.

Die Transistoren T3 und T4 bilden gemeinsam ein UND-Glied und dekodieren die beiden niedrigstwertigen Stufen des Teilerzählers CDI, indem sie ein Signal der Frequenz F/2, d.h. 1400 Hz, mit dem Schaltverhältnis 1/3 an den Transistor T5 weiterleiten. Im Lautsprecher ist also eine Grundfrequenz von 1400 Hz hörbar. Die Leitdauer des Leistungstransistors T6 entspricht nur einer Viertelperiode, so daß sich eine reduzierte Verlustleistung bei noch annehmbarer Lautstärke ergibt.

Der Ausgang Sl¹ der ersten Binärstufe des zweiten Teiler zählers CD2, also die dreizehnte Binärstufe der Gesamtzähleranordnung, ist über eine Zenerdiode DZ und einen Widerstand R34 an den Verbindungspunkt eines Kondensators C2 und eines Widerstands R2 angeschlossen, die zusammen mit einer Diode D2 den zeitbestimmenden Widerstand Rl des Multivibrators überbrücken.

Durch diesen Schaltkreis steuert die dreizehnte Zählerätufe,die jeweils nach 0,7 Sekunden ihren Zustand ändert, den Multivibrator derart, daß seine Frequenz während einer Sekunde von 1400 auf 1600 Hz anwächst, um dann in einer weiteren halben Sekunde wieder auf 1400 Hz zurückzufallen. Die unterschiedliche Zeitdauer für das Aufladen und das Entladen des Kondensators C2 ergibt sich aus dem Verhältnis der Widerstände R2 und R34, aus der Zenerdiode DZ und der Diode D2.

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Schließlich ist noch der Ausgang S9¹ der neunten Stufe des zweiten Zählers über eine Diode D3 mit dem Verbindungspunkt des Widerstands R19 und des Alarmschalters Po verbunden. Solange diese Stufe nicht erregt ist, wird über diese Verbindung ein negatives Haltepotential an den Transistor T7 geliefert, so daß dieser leitend bleibt, auch wenn nach Auslösen des Alarms der Schalter Po geöffnet wird. Nach etwa 187,2 Sekunden gelangt an diesen Ausgang S9¹ ein positives Potential, so daß der Transistor T7 abfällt, wenn der Schalter Po inzwischen geöffnet wurde. Wenn der Transistor T7 stromlos wird, dann sperrt auch der Transistor T8 und die im oberen Teil der Figur dargestellte Steuervorrichtung bekommt keine Stromversorgung mehr, so daß der Lautsprecher verstummt.

Dadurch, daß die Frequenz des Taktgebers Rl, Cl und Tl mithilfe der Teilerzähler CDI und CD2 heruntergeteilt wird, kann man die Sendefrequenz des Lautsprechers HP ebenso wie seine Lautstärke und seinen Energieverbrauch (Leitdauer des Transistors To) sowie schließlich die Dauer des Alarmsignals bestimmen.

Die Kondensatoren Cl und C2 werden bei verhältnismäßig hohen Frequenzen benutzt, so daß sie ein Dielektrikum aus Papier oder Plastikmaterial besitzen können. Derartige Kondensatoren werden mit sehr engen Fertigungstoleranzen hergestellt und ihre Temperaturabhängigkeit ist gering, im Gegensatz zu den Elektrolytkondensatoren, die als Zeitglieder bei niedrigeren Frequenzen oder längeren Periodendauern verwendet werden müssen. Man kommt also ohne Trimmglieder für die Zeitbestimmung aus. Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vereinfachte

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Struktur im Vergleich zu Vorrichtungen, bei denen die drei Punktionen in getrennten zeitbestimmenden Schaltkreisen verwirklicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann leicht an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden, beispielsweise an andere Frequenzen oder eine rechteckförmige Tonmodulation. Letztere ergibt sich, indem man die Zenerdiode und den Kondensator C2 wegläßt. In diesem Fall kann durch Dekodierung der Binärstufen 8 und 9 des ersten Teilerzählers CDI eine Dauer von 0,1 und 0,4 Sekunden für ein Tonsignal der Frequenz 554 Hz und 440 Hz erzielt werden, wobei die Frequenzumtastung durch den Schaltkreis mit dem Widerstand R2 und der Diode D2 bewirkt wird.

Will man eine längere Zeitdauer für das Alarmsignal haben, beispielsweise in der Größenordnung einer halben Stunde, so benutzt man hierzu mehrere Ausgänge des zweiten Teilerzählers CD2. Man kann beispielsweise die Ausgänge S9', S8¹ und S7' der Binärstufen 9, 8 und 7 dieses Zählers dekodieren, indem diese Ausgänge über Dioden D3, D4 und D5 an den Widerstand R19 angeschlossen sind. Diese Anschlüsse sind in der Figur gestrichelt eingezeichnet.

Schließlich ist es auch möglich, eine repetitive Betriebsweise vorzusehen, bei der ein moduliertes Signal beispielsweise während ein bis drei Minuten ausgesandt wird, dann eine Pause von ein bis sechs Minuten folgt, dann eine neue Signalaussendung usw., während einer begrenzten Gesamtzeit. Dies wird durch zusätzliche Dekodierungen der Zählerzustände erreicht, durch die die Grundfrequenz des Taktgebers in geeigneter Weise unterteilt wird. Hierzu wird der Transistor T5 von einem weiteren

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Transistor gesteuert, der selbst über einen oder mehrere Ausgänge des Teilerzählers gesteuert wird.

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   Elektronische ^v-,lnrmsteuervorrichtung, in der ein :.'ignal in akustischen Fre^ueii^eraich einen Laistungstrangi^tor und somit einen elekhro-akustischen './ancller ansteuert r ncl in der Mittel zur zyklischen Modulation dor Frequenz dieses Si'jnal.T und Zeitschaltmittel zur Begrenzung des älcirms vorgesehen oind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen einzigen genauen Taktgeber (Rl, Cl, Tl) und mindestens einen Frequenzteiler (CD) enthält, der die Taktfrequenz auf die Frequenz des akustischen Signals herunterteilt, der das Schaltverhältnis des Leistungstransistors (T6) bestimmt, der die für die zyklische Modulation benötigten Zeitsignale liefert und der die Begrenzung des Alarms bewirkt.

   2 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber aus einem Kondensator (Cl), einem Widerstand (Rl) und einem programmierbaren Unijunctionstransxstor (Tl) besteht.

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   3 - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch geke nnzeichnet, daß die Ausgangssignale des Taktgebers, die an der Kathode des Unijunctionstransistors (Tl) abgreifbar sind, einem Formgebungs-Transistor (T2) zugeführt werden.

   4 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteiler aus Teilerzählern (GD) bestehen.

   5 - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Stufen 1 und 2 des Teilerzählers (CDI) in einem UND-Glied (T3, T4) dekodiert werden, so daß ein Signal mit der halben Frequenz des Taktgebers entsteht, das dem Leistungstransistor (T6) zugeführt wird.

   6 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur zyklischen Modulation der Frequenz aus einem Kondensator (C2), einem Widerstand (R2) und einer Diode (D2) bestehen, die parallel zum Widerstand .(Ή1) des Taktgebers liegen und mit Signalen einer Stufe (Sl¹) des Teilerzählers (CD2) über eine Zenerdiode (DZ) und einen Widerstand (R34) gespeist werden.

   7 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Alarms durch Steuerung eines Schalters (T7) erfolgt, der den Leistungstransistor ansteuert, wobei die Steuerung des Schalters (T7) aus einer höheren Teilerstufe (S9¹) des Teilerzählers (CD2) bewirkt wird.

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