СЕНСОРНАЯ КНОПКА РАЗБЛОКИРОВКИ ЭЛЕКТРОЗАМКА Российский патент 2019 года по МПК G05B7/02 H03K17/96 

Изобретение относится к области электротехники и электроники и может быть использовано, преимущественно, в системах контроля и управления доступом (СКУД) для подачи сигнала на разблокировку электрозамка.

Например, из уровня техники, известна схема подключения электромагнитного дверного замка, в которой он подключен к блоку электропитания через контроллер СКУД. К контроллеру подключена механическая нажимная кнопка выхода с замыкающим (нормально разомкнутым) контактом, устанавливаемая внутри охраняемой зоны или помещения. Для разблокирования двери, нажатием на нажимную кнопку выхода вход контроллера «кнопка» замыкается на «землю», что является командой контроллеру разорвать цепь питания обмотки электромагнитного замка (Контроллер Z-5R со считывателем Matrix-II EH. Руководство по эксплуатации, http://www.ironlogic.ru).

В некоторых других схемах подключения контроллеров, замок защелкнут и напряжение с него снято. В этом случае, при нажатии на нажимную кнопку выхода, контроллер СКУД кратковременно подает напряжение на замок, что приводит к разблокированию двери.

В любом случае, команда на разблокирование двери подается путем замыкания нормально разомкнутых контактов, подключенных ко входу «кнопка» на контакт «земля» контроллера СКУД.

Основным недостатком известной схемы является низкая надежность нажимной кнопки, являющейся механическим элементом, подверженным постоянному физическому воздействию, окислению контактов и т.д., что неизбежно приводит к ее механическому износу.

С целью повышения надежности и долговечности, по сравнению с механической кнопкой выхода, в схеме подключения электрозамка может быть использовано такое устройство, как сенсорная кнопка (например, по патенту РФ на полезную модель №6452, МПК G05B 7/02, опубл. 16.04.1998 г.) содержащая корпус с отверстиями под крепежные элементы и установленной внутри печатной платой с электронной схемой, содержащей полупроводниковые элементы и, электрически связанный с их цепью, наружный чувствительный элемент.

При срабатывании устройства, выходной контакт замыкается на «землю», что дает контроллеру СКУД команду на открытие электрозамка. Применение этой схемы способно обеспечить более высокую надежность и долговечность, по сравнению с механической кнопкой.

Однако, для питания цепи электронных компонентов известной сенсорной кнопки требуется отдельный источник с выходным напряжением 12 В, либо 24 В, а, следовательно, дополнительные функциональные элементы, позволяющие обеспечить такое питание, что в целом усложняю конструкцию сенсорной кнопки, увеличивая трудозатраты при производстве и монтаже.

Задачей предложенного изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, посредством создания сенсорной кнопки, сочетающей в себе функциональные свойства, обеспечивающие возможность питания от управляющего устройства и формирования на входе контроллера управляющего сигнала на разблокировку электрозамка, с помощью одного разъема, использующего двухпроводную схему подключения, что целом упростит конструкцию сенсорной кнопки, а также уменьшит трудозатраты при ее производстве и монтаже.

Поставленная задача решается сенсорной кнопкой разблокировки электрозамка, имеющей корпус, внутри которого установлена печатная плата с электронной схемой, выполненной с возможностью подключения к управляющему устройству активации сигнала на разблокировку электрозамка, и содержащей полупроводниковые элементы, а также электрически связанный с их цепью наружный чувствительный элемент, при этом полупроводниковые элементы электрической цепи параллельно соединены друг с другом и включают элементы сенсорной схемы обработки команд, подключенной входом к чувствительному элементу, коммутатор и накопительный конденсатор.

В частном случае, накопительный конденсатор может быль включен в цепь элементов электронной схемы сенсорной кнопки не непосредственно параллельно входу, а через резистор или диод. Такое включение не меняет принцип действия, но способно уменьшить ток разряда конденсатора, что позволит использовать конденсатор с меньшей емкостью. При этом, показатели просадки до самого низкого уровня, также улучшатся.

Кроме того, коммутатор может быть выполнен, например, в виде транзисторного ключа, что позволит увеличить рабочий ток в цепи, без риска выхода электронной схемы сенсорной кнопки из строя, либо полевого транзистора, например, полевого транзистора IRF540.

При этом, для защиты электронной схемы и транзисторного ключа от бросков напряжения в цепи, параллельно входу, в обратной полярности, могут быть установлены диоды, стабилитроны, варисторы.

Также, в частном случае, параллельно входу, в цепь электронной схемы сенсорной кнопки могут быть включены последовательно два светодиода, что позволит дополнительно стабилизировать питание электронной схемы и обеспечить подсветку наружного чувствительного элемента без дополнительных проводов.

Кроме того, если в частном случае возникнет задача сделать схему кнопки не нуждающейся в соблюдении полярности при подключении, то целесообразно на входе электронной схемы установить диодный мост. В таком варианте, применение схемы оказывается свободным от каких-либо контроллеров, и может самостоятельно применяться в электронной схеме сенсорной кнопки для коммутации силовых цепей не только электрозамков, но и звонков, и других исполнительных устройств. При этом, ток и напряжение коммутации зависит только от параметров электронного компонента, применяемого в качестве коммутатора. Например, если в качестве коммутатора использовать полевой транзистор IRF540, то (в соответствии со справочными параметрами) ток коммутации достигнет 30 А, а напряжение коммутации - 100 В.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2 чертежей.

На Фиг. 1 показана структурная блок-схема СКУД, состоящая из контроллера (6) и подключенных к нему сенсорной кнопки (1), источника питания (8) и исполнительного механизма электрозамка (7).

На фиг.2 показан график времени удержания конденсатором на входе контроллера низкого потенциала, необходимого для формирования управляющего сигнала на разблокировку электрозамка.

Сенсорная кнопка (1) имеет, предпочтительно, пластиковый корпус с отверстиями под крепежные элементы (не показаны). Внутри корпуса размещена печатная плата с электронной схемой, на которой смонтированы наружный чувствительный элемент (2) и электрически связанные с ним полупроводниковые элементы, образующие параллельную электрическую цепь из последовательно установленных сенсорной схемы обработки команд (3), коммутатора (4) и накопительного конденсатора (5) (емкостью 100-200 мкФ). Возможность реализации сенсорной кнопки (1) достигается при взаимодействии с другими устройствами СКУД, приведенными на Фиг. 1 - контроллером (6), исполнительным механизмом (7) электрозамка и блоком электропитания (8). Совокупность приведенных устройств образует простейшую систему управления доступом, направленную исключительно на решение задачи открытия двери посредством предложенной сенсорной кнопки. Управляющим устройством такой системы, непосредственно обеспечивающим формирование сигнала на разблокировку электрозамка, - является контроллер (6). Он представляет собой сложное устройство, содержащее множество электронных элементов, однако, в рамках заявленного изобретения рассматривается только та совокупность его элементов, которая непосредственно обеспечивает работу предложенной сенсорной кнопки, а именно, - разъемы питания (9), преобразователь напряжения (10), разъем «кнопка выхода» (11), и логическая микросхема (12). Покажем их на примере наиболее известного контроллера «Z-5R» фирмы Ironlogic, при этом, не ограничиваясь им, т.к. указанные элементы контроллера, обеспечивающие формирование необходимого сигнала, не являются новыми и входят в электронные схемы большинства контроллеров СКУД.

Работа сенсорной кнопки разблокировки электрозамка осуществляется следующим образом.

Корпус сенсорной кнопки монтируют с внутренней стороны входной двери на поверхности дверного полотна, либо дверной коробки или на стене рядом с дверью, после чего соединяют с контроллером (6) через его разъем «кнопка выхода» (11). Питание контроллера (6) осуществляется через блок электропитания (8) от стандартной сети переменного тока напряжением ~110 - 220 В частотой 50/60 Гц. Блок электропитания (8) преобразует переменный ток в постоянный напряжением 12-24 вольта, который используется для питания подключаемых к нему через соответствующие разъемы (9) контроллера (6) и исполнительного механизма электрозамка (7). На печатной плате контроллера также имеется преобразователь напряжения (10), понижающий питающее напряжение с 12 до 5 В, которым питаются электронные элементы схемы, в частности, логическая микросхема (12), а также от нее электронная схема сенсорной кнопки (1) через разъем «кнопка выхода» (11), предназначенный для подключения сенсорной кнопки (1). Таким образом, в штатном режиме работы контроллера на входе логической микросхемы присутствует напряжение около 5 В. При этом, логическая микросхема (12) запрограммирована принимать на входе всего 2 сигнала - логическую «единицу», активирующую в штатном режиме на выходе микросхемы сигнал блокировки электрозамка, а также "ноль", который активирует на выходе микросхемы управляющий сигнал на разблокировку электрозамка.

После подачи питания 12 В на контроллер (6), на его разъеме «кнопка выхода» (11) присутствует постоянное или пульсирующее напряжение, порядка 5 вольт. Накопительный конденсатор (5) сенсорной кнопки (1) заряжается этим напряжением, запасая заряд, в результате чего напряжение на его выводах является дополнительным источником напряжения, достаточным для самостоятельного питания полупроводниковых элементов, установленных на печатной плате сенсорной кнопки. При воздействии на чувствительный элемент (2) сенсорной кнопки (1), сигнал-команда от него подается на схему обработки команд (3), она, в свою очередь, дает сигнал на коммутатор (4), который замыкается на «землю», что приводит к разряду накопительного конденсатора (5) до логического нуля, а затем медленному его заряду, а поскольку последний электрически связан с разъемом «кнопка выхода» (11), это падение напряжения на входе логической микросхемы (12) воспринимается как команда на формирование управляющего сигнала на разблокировку электрозамка, в результате чего замок производит непосредственное отпирание двери.

При этом принципиальное значение для активации сигнала на разблокировку электрозамка имеет время удержания на входе логической микросхемы (12) низкого электрического потенциала, которое должно быть достаточным для ее срабатывания. В связи с этим, примененный в электронной схеме сенсорной кнопки накопительный конденсатор (5) является существенным и необходимым для реализации предложенного технического решения элементом. При срабатывании сенсорной схемы (3) происходит замыкание контактов «+» и «-» коммутатора (4). В результате конденсатор разряжается, обеспечивая, таким образом, на какое-то время удержание низкого электрического потенциала. После разряда конденсатора электронная схема сенсорной кнопки обесточивается. В результате коммутатор вновь размыкается, после чего конденсатор тут же переходит из состояния разряда в состояние заряда. При этом, времени удержания конденсатором низкого электрического потенциала оказывается достаточно для срабатывания логической микросхемы, т.е. приема на ее входе логического «нуля» активирующего поступающий на исполнительный механизм (7) управляющий сигнал разблокировки электрозамка.

В качестве подтверждения возможности работы схемы предложенной сенсорной кнопки, на Фиг. 2 приведен график, для примера расчетов которого взят контроллер «Z-5R» фирмы Ironlogic. Из графика видно, что время удержания контроллера на входе в нулевом состоянии (200 мс) складывается из времени разряда конденсатора (68 мс) - начиная от порогового напряжения (2,87 В) срабатывания логической микросхемы контроллера до напряжения (1,5 В) прекращения работы электронной схемы сенсорной кнопки, и времени заряда конденсатора (132 мс) - до порогового напряжения (2,87 В) срабатывания логической микросхемы на активацию подачи управляющего сигнала.

Изобретение относится к сенсорной кнопке разблокировки электрозамка. Кнопка содержит корпус, внутри которого установлена печатная плата с электронной схемой. Схема выполнена с возможностью подключения к управляющему устройству активации сигнала на разблокировку электрозамка и содержит полупроводниковые элементы, а также электрически связанный с их цепью наружный чувствительный элемент. Полупроводниковые элементы электрической цепи параллельно соединены друг с другом и включают элементы сенсорной схемы обработки команд, подключенной входом к чувствительному элементу, коммутатор и накопительный конденсатор. Достигается упрощение конструкции сенсорной кнопки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сенсорная кнопка разблокировки электрозамка, имеющая корпус, внутри которого установлена печатная плата с электронной схемой, выполненной с возможностью подключения к управляющему устройству активации сигнала на разблокировку электрозамка и содержащей полупроводниковые элементы, а также электрически связанный с их цепью наружный чувствительный элемент, отличающаяся тем, что полупроводниковые элементы электрической цепи параллельно соединены друг с другом и включают элементы сенсорной схемы обработки команд, подключенной входом к чувствительному элементу, коммутатор и накопительный конденсатор.

2. Сенсорная кнопка по п. 1, отличающаяся тем, что коммутатор выполнен в виде транзисторного ключа либо полевого транзистора, например транзистора IRF540.

3. Сенсорная кнопка по п. 1, отличающаяся тем, что управляющее устройство активации сигнала на блокировку/разблокировку электрозамка выполнено в виде контроллера либо установленного на выходе электронной схемы диодного моста.