Zusammenfassung: Dieser Artikel schlägt eine Methode zur Realisierung akustischer und visueller Alarmfunktionen mithilfe einer Computer-Soundkarte und einer Relaissteuerung vor, um die Überwachung von Umgebungen oder Objekten zu ermöglichen. Das spezifische Schaltungsdesign wird erläutert und PSpice-Simulationsergebnisse werden präsentiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Alarmschaltung einfach, zuverlässig und praktisch ist und die akustische und visuelle Alarmfunktion vollständig realisieren kann. Das soundkartenbasierte akustische und visuelle Alarmgerät wurde bereits in einem Brückenüberwachungssystem eingesetzt. Schlüsselwörter: Soundkarte, Relaissteuerung, akustischer und visueller Alarm, PSpice . Einleitung: In einem Überwachungssystem ist das Alarmmodul eines der wichtigsten Module. In herkömmlichen Alarmsystemen wird die Alarmfunktion durch spezielle Geräte realisiert. Die gleichzeitige Verwendung des Host-Überwachungsrechners und der Alarmgeräte am Einsatzort führt unweigerlich zu Ressourcenverschwendung. Aus diesem Grund wird in diesem Artikel ein Alarmgerät auf Basis einer Computer-Soundkarte vorgestellt. Dieses Gerät ist einfach, zuverlässig, praktisch und kostengünstig und kann die akustische und visuelle Alarmfunktion vollständig realisieren, wodurch es eine kosteneffiziente Komponente in einem Überwachungssystem darstellt. 1. Designziele: Es soll eine Alarmschaltung entworfen werden, die an eine Computer-Soundkarte angeschlossen ist und deren Ausgangssignal als Eingangssignal dient. Bei einem Ausgangssignal der Soundkarte wird die Relaisspule in der Schaltung erregt und der Öffnerkontakt des Relais schließt; andernfalls öffnet er sich. Durch die Reihenschaltung des Öffnerkontakts des Relais mit dem Arbeitskreis des akustischen und optischen Alarms kann der Betriebszustand des Alarms gesteuert werden. Das Blockschaltbild ist in Abbildung 1 dargestellt. 2. Ausgangssignal der Soundkarte: Das Ausgangssignal der Soundkarte ist extrem schwach. Lautsprecher verstärken das Ausgangssignal der Soundkarte mithilfe eines Leistungsverstärkers, bevor sie Töne erzeugen. Analog dazu ist beim Entwurf eines Alarmgeräts der erste Schritt die Signalverstärkung. Das Ausgangssignal der Soundkarte ist eng mit den vom Computer abgespielten Audiodateien verknüpft. Bei der Wiedergabe von Musik und Filmen liefert die Soundkarte ein Signal mit hohem Pegel und einer starken Pulsationskomponente. Die mit einem Oszilloskop beobachtete Wellenform zeigt schnelle Schwankungen mit einer Amplitude von ca. 50 mV bis 2 V. Um den ordnungsgemäßen Betrieb des Halbleiterrelais im Schaltkreis zu gewährleisten, wird ein Standard-Sinussignal verwendet. Unter Berücksichtigung der Frequenzcharakteristik der Audiodatei und der Bandbreite des Verstärkerschaltkreises wird mithilfe der Software „Test Tone Generator“ ein Sinussignal mit einer Frequenz von 1 kHz und einer Amplitude von 0,5 V erzeugt. Abbildung 2.3 zeigt das Designschema und die Simulationsergebnisse von Orcad PSpice[1]. Es gibt zwei Möglichkeiten, das Ausgangssignal der Soundkarte zu verstärken. Die erste Möglichkeit besteht darin, es direkt mit Bauteilen wie Dioden, Transistoren, Widerständen und Kondensatoren aufzubauen; die zweite Möglichkeit verwendet integrierte Operationsverstärker. 3.1 Verstärkerschaltung mit Transistoren und anderen Bauteilen sowie Simulationsergebnisse Die Verstärkerschaltung mit Transistoren und anderen Bauteilen[2][3] ist in Abbildung 3 dargestellt, die zugehörigen PSpice-Simulationsergebnisse in Abbildung 4. Das Funktionsprinzip der Schaltung ist folgendes: Nach der Verstärkung des Eingangssignals durch die Transistorverstärkerschaltung wird dieses gleichgerichtet und gefiltert, um ein relativ stabiles Signal zu erhalten (siehe rote Kurve im Simulationsdiagramm). Idealerweise führt dieses Signal dazu, dass der Transistor Q2 sättigt und leitet, wodurch das Relais J (Nennspannung 12 V) anspricht. Aufgrund von Spannungsbegrenzungen und anderen Faktoren ist die Anstiegszeit des nach Gleichrichtung und Filterung erhaltenen Signals jedoch zu lang und der Spannungsabfall zu gering (< 4 V), sodass der gewünschte Effekt nicht erzielt werden kann. Eine Erhöhung der Stufenzahl der Verstärkerschaltung führt zwar zu einem höheren Spannungsabfall, jedoch ist der Arbeitspunkt jeder Stufe schwer zu bestimmen, was den ordnungsgemäßen Betrieb der einzelnen Transistoren erschwert. Die Idee, einen Operationsverstärker zu verwenden, besteht darin, die Schaltung zu vereinfachen. 3.2 Operationsverstärker-basierte Verstärkerschaltung und Simulationsergebnisse Die Operationsverstärker-basierte Verstärkerschaltung [4] ist in Abbildung 5 dargestellt, ihre PSpice-Simulationsergebnisse in Abbildung 6. Das Funktionsprinzip der Schaltung entspricht dem oben beschriebenen. Aus der Simulationskurve geht hervor, dass die Schaltung eine ideale Vorspannung (nahe 10 V) bereitstellen kann, wodurch der ordnungsgemäße Betrieb von Transistor und Relais gewährleistet ist. Daher wurde die zweite Variante in der Praxis verwendet. 4. Fazit Die Praxis hat gezeigt, dass der Einsatz von Operationsverstärkern zum Aufbau der Verstärkerschaltung erfolgreich ist. Das darauf basierende akustische und optische Alarmgerät funktioniert einwandfrei, erzielt optimale Ergebnisse, erfüllt die praktischen Anforderungen und wird im Brückenüberwachungssystem eingesetzt. Literatur [1] Jia Xinzhang et al. Practical Tutorial of OrCAD/PSpice 9. Xi'an University of Electronic Science and Technology Press. 2001 [2] Yang Suxing et al. Concise Tutorial of Analog Electronics Technology. Higher Education Press. 1998. [3] Yan Shi et al. Grundlagen der digitalen Elektronik (Vierte Auflage). Higher Education Press. 2006 [4] Donald A. Neamen, Analyse und Entwurf elektronischer Schaltungen. Electronic Industry Press. 2003 EIN TON-LICHT-ALARM AUF BASIS DER COMPUTER-SOUNDKARTE Dong Haibing Elektrotechnik & Informationstechnik, Hunan Institute of Technology, Hengyang 421001 Zusammenfassung Der Artikel präsentiert eine Schaltung für einen Ton-Licht-Alarm, der auf der Soundkarte eines Computers und einer Relaissteuerung basiert. Darüber hinaus werden der detaillierte Schaltplan und die Simulationsergebnisse mit PSpice vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Alarmschaltung einfach, zuverlässig und praktisch ist. Der Ton-Licht-Alarm auf Basis der Computer-Soundkarte wird im Überwachungssystem für Brückengesundheit eingesetzt. Schlüsselwörter : Soundkarten-Relaissteuerung, Ton-Licht-Alarm, PSpice. Autorenbiografie: Dong Haibing (geb. 1980), männlich, aus Qichun, Provinz Hubei, absolvierte sein Masterstudium am Schlüssellabor für optoelektronische Technologie und Systeme des Bildungsministeriums der Universität Chongqing und ist derzeit Dozent am Hunan Institute of Technology. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der automatischen Steuerung und der optoelektronischen Technologie.