Проектирование охранной системы на логических элементах | Базовая схемотехника R1.11

Концепция охранной системы

Охранная система предназначена для защиты дома, имеющего два окна и одну дверь. В состав системы входят пульт охраны и сирена. На окна устанавливаются датчики D1 и D2, а на дверь — датчик D3. Каждый датчик реагирует на размыкание контактов или разбитие стекла, подавая сигнал на пульт.

При поступлении сигнала от любого датчика должна срабатывать сирена. Однако сирена должна включаться только в том случае, если система находится во взведенном состоянии. Это означает, что сигналы от датчиков должны учитываться лишь при активном режиме охраны, что предотвращает ложные срабатывания, например, при случайном открытии двери, когда система не включена.

Построение схемы в Digital

Для реализации логики охранной системы в программе Digital создаются три датчика D1, D2 и D3, которые моделируют сигналы от окон и двери. Также добавляется индикатор, отображающий состояние сирены, и кнопка K для включения системы. Кнопка K позволяет взводить систему, то есть переводить её в активный режим.

Схема строится с использованием логических элементов. Сигналы с датчиков D1 и D2 (окна) объединяются через элемент И, так как срабатывание сирены должно происходить при нарушении любого из окон. Затем сигнал с двери D3 и объединённый сигнал с окон подаются на элемент ИЛИ, что позволяет учесть любое срабатывание датчиков. Для учёта состояния системы (взведена или нет) используется элемент НЕ (инвертор), который инвертирует сигнал с кнопки K, и элемент И, который пропускает сигнал тревоги только при взведённой системе. Таким образом, сирена активируется только при наличии сигнала от датчиков и одновременно взведённом состоянии системы.

Логика работы схемы

Сигналы с датчиков окон объединяются через элемент И, затем инвертируются инверторами. Это означает, что на выходе инверторов формируется сигнал, который равен нулю, когда все датчики закрыты (не сработали), и единице, когда хотя бы один датчик открыт. Инверторы нужны для того, чтобы ноль означал отсутствие сигнала (ничего не произошло), а единица — наличие события (открытие окна).

Общий сигнал с датчиков и кнопка включения подаются на блокирующий элемент И. Этот элемент выполняет функцию разрешения: он пропускает сигнал только тогда, когда оба входа активны. Если система выключена (кнопка не нажата), блокирующий элемент не пропускает сигнал, и сирена не срабатывает. Таким образом, схема обеспечивает логику, при которой сирена активируется только при одновременном выполнении двух условий: система включена и хотя бы один датчик сработал.

Тестирование схемы

При выключенной системе и открытых датчиках индикатор показывает ноль. Это происходит потому, что блокирующий элемент И не пропускает сигнал, так как кнопка не нажата, и на выходе схемы отсутствует активный уровень. После закрытия всех датчиков и включения кнопки K система активируется: теперь оба условия выполнены, и схема готова к работе.

Если при включенной системе один из датчиков срабатывает (подает ноль), сирена запускается. Это соответствует логике: инвертор преобразует ноль с датчика в единицу, которая вместе с сигналом от кнопки проходит через блокирующий элемент И, вызывая срабатывание сирены. При выключенной системе открытие датчиков не вызывает реакции, так как блокирующий элемент остается закрытым, и сигнал не доходит до сирены.

Практика

Чек-лист по материалу

• Создать три датчика D1, D2, D3 в программе Digital.
• Добавить индикатор для сирены и кнопку K.
• Соединить датчики окон через элемент И.
• Подключить инверторы к выходу элемента И.
• Объединить сигналы с инверторов и датчика двери через элемент ИЛИ.
• Подключить выход элемента ИЛИ и кнопку K к блокирующему элементу И.
• Подключить выход блокирующего элемента к индикатору сирены.
• Проверить работу схемы в режиме симуляции при различных состояниях датчиков и кнопки.

Справка

Термины из видео

Логический элемент И (AND)

Элемент, выход которого равен 1 только тогда, когда все входы равны 1.

Логический элемент ИЛИ (OR)

Элемент, выход которого равен 1, если хотя бы один вход равен 1.

Логический элемент НЕ (NOT, инвертор)

Элемент, который инвертирует входной сигнал: 0 превращает в 1, а 1 в 0.

Датчик

Устройство, которое реагирует на изменение состояния (открытие/закрытие, разбитие стекла) и подает сигнал.

Сирена

Устройство, которое издает звуковой сигнал при срабатывании системы.

Блокирующий элемент

Логический элемент, который пропускает сигнал только при определенном условии (например, при включенной кнопке).