Дверные звонки: устройство, история и принцип работы.

Введение

Сигнальное устройство, размещаемое рядом с входной дверью здания, – звуковые сигналы для дверных проемов.

Дверной звонок – это сигнальное устройство, обычно устанавливаемое рядом с дверью входа в здание. Когда посетитель нажимает кнопку, внутри здания раздается звонок, оповещающий находящихся в помещении о присутствии посетителя. Хотя первые дверные звонки были механическими, приводимыми в действие потяжкой за шнур, соединенный с колокольчиком, современные дверные звонки электрические и управляются кнопочным выключателем. Современные дверные звонки часто оснащаются домофонами и миниатюрными видеокамерами для повышения безопасности.

История

Уильям Мердок, шотландский изобретатель, установил ряд собственных разработок в своем доме, построенном в Бирмингеме в 1817 году; одной из них был громкий дверной звонок, работавший на системе трубопроводов со сжатым воздухом. Джозеф Генри изобрел предшественника электрического дверного звонка – а именно, колокол, который можно было звонить дистанционно по электрическому проводу – примерно в 1831 году. К началу 1900-х годов электрические дверные звонки стали широко распространены.

Звонок с проводом

В большинстве проводных систем кнопка снаружи рядом с дверью, расположенная на высоте дверной ручки, активирует сигнальное устройство (обычно колокольчик, звонок или зуммер) внутри здания. Нажатие на кнопку дверного звонка, однополюсный однобросковый (SPST) переключатель, на мгновение замыкает цепь дверного звонка. Один контакт этой кнопки подключен к одному из контактов трансформатора. Трансформатор дверного звонка понижает напряжение сети 120 или 240 вольт переменного тока до более низкого, обычно от 6 до 24 вольт. Другой контакт трансформатора соединяется с одним из трех контактов сигнального устройства. Другой контакт соединен проводом, идущим ко второму контакту кнопки. Некоторые сигнальные устройства имеют третий контакт, который издает другой звук. Если имеется дополнительная кнопка дверного звонка (обычно у задней двери), она подключается между трансформатором и третьим контактом. Первичная обмотка трансформатора, находясь под постоянным напряжением, постоянно потребляет небольшое количество (около 1–2 Вт) энергии в режиме ожидания; системы с подсвеченными кнопками могут потреблять аналогичное количество энергии на каждую кнопку. Компромиссом является то, что проводка к кнопке несет только безопасное низкое напряжение, изолированное от земли. Распространенным сигнальным устройством является колокольчик, состоящий из двух плоских металлических резонаторов, по которым ударяет плунжер, приводимый в действие соленоидом. Плоские стержни настроены на два приятных тона. При нажатии на кнопку дверного звонка плунжер соленоида ударяет по одному стержню, а при отпускании кнопки пружина возвращает плунжер в исходное положение, заставляя его ударить по другому стержню, создавая двухтоновый звук ("динь-дон"). Если используется вторая кнопка дверного звонка, она может быть подключена ко второму соленоиду, который ударяет только по одному из стержней, создавая однотоновый звук ("динг"). В качестве альтернативы, вторая кнопка может подавать питание на единственный соленоид через колебательный переключатель (часто ртутный наклонный переключатель), создавая "трепещущий" звук ("дин дон дин дон дин дон"). Edwards Sylvan C 26 обладал обеими дополнительными функциями, подходя для трех дверей. Некоторые колокольчики имеют трубчатые колокола вместо стержней. Более сложные дверные звонки воспроизводят короткую музыкальную мелодию, например, Вестминстерские куранты. Для слабослышащих людей используются визуальные сигнальные устройства – обычно лампы – вместо звуковых. Также распространены полностью работающие от батарей проводные модели, использующие конструкцию с двумя стержнями или электрический звонок. Они не потребляют энергию в режиме ожидания, но требуют от пользователя замены батарей, которые обычно представляют собой большие первичные элементы, расположенные в корпусе звонка.

In most wired systems, a button on the outside next to the door, located around the height of the doorknob, activates a signaling device (usually a chime, bell, or buzzer) inside the building. Pressing the doorbell button, a single pole, single throw (SPST) pushbutton switch momentarily closes the doorbell circuit. One terminal of this button is wired to a terminal on a transformer. A doorbell transformer steps down the 120 or 240 volt AC electrical power to a lower voltage, typically 6 to 24 volts. The transformer's other terminal connects to one of three terminals on the signaling device. Another terminal is connected to a wire that travels to the other terminal on the button. Some signaling devices have a third terminal, which produces a different sound. If there is another doorbell button (typically near a back door), it is connected between the transformer and the third terminal. The transformer primary winding, being energized continuously, does consume a small amount (about 1 to 2 watts) of standby power constantly; systems with lighted pushbutton switches may consume a similar amount of power per switch. The tradeoff is that the wiring to the button carries only safe, low voltage power isolated from earth ground. A common signaling device is a chime unit consisting of two flat metal bar resonators, which are struck by a plunger operated by a solenoid. The flat bars are tuned to two pleasing notes. When the doorbell button is pressed, the solenoid's plunger strikes one bar, and when the button is released, a spring on the plunger pushes the plunger back, causing it to strike the other bar, creating a two tone sound ("ding dong"). If a second doorbell button is used, it might be wired to a second solenoid, which strikes only one of the bars, to create a single tone sound ("ding"). Alternatively, the second button might feed the single solenoid via an oscillating switch (often a mercury tilt switch), to give a "warbling" sound ("ding dong ding dong ding dong"). The Edwards Sylvan C 26 had both additional features, suiting three doors. Some chimes have tubular bells instead of bars. More elaborate doorbell chimes play a short musical tune, such as Westminster Quarters. Doorbells for hearing impaired people use visual signaling devices — typically light bulbs — rather than audible signaling devices. Fully battery powered wired models are also common, either using a two bar design or an electric bell. These do not consume standby power, but require the user to change the batteries, which are usually large primary cells located in the bell box.

Беспроводные дверные колокола

В последние десятилетия беспроводные дверные звонки стали популярными, чтобы избежать затрат на прокладку проводов через стены здания. Кнопка дверного звонка содержит встроенный радиотрансмиттер, работающий от батареи. При нажатии кнопки, передатчик отправляет радиосигнал на приемное устройство, которое подключается к розетке внутри здания. Когда приемник обнаруживает радиосигнал, он активирует звуковой чип, который воспроизводит звук гонга через динамик – либо двухтоновый звук "динь-дон", либо более длинную последовательность перезвонов, например, Вестминстерские куранты. Обычно используются частоты в диапазоне ISM 2,4 ГГц. Чтобы избежать помех от соседних беспроводных дверных звонков, работающих на той же радиочастоте, устройства обычно можно настроить владельцем на разные радиоканалы. В крупных городах в течение последнего десятилетия сформировалась тенденция использования телефонных технологий для беспроводной подачи сигнала дверного звонка, а также для ответа на дверь и дистанционного разблокирования электромагнитных замков. Во многих городах мира это является основной формой сигнализации дверного звонка.

Музыкальные и непрерывные дверные колокола

Как и в случае с беспроводными дверными звонками, музыкальные дверные звонки также стали более распространёнными. Музыкальные дверные звонки с постоянным питанием – это попытка объединить современные цифровые схемы с традиционными схемами проводки дверных звонков. Основное отличие между стандартной проводной дверной системой и музыкальным дверным звонком заключается в том, что музыкальный звонок должен поддерживать питание после отпускания кнопки, чтобы продолжить воспроизведение мелодии. Этого можно достичь двумя способами. Для простых кнопок с одним полюсом и одним контактом, в устройстве звонка используется выпрямительный диод и балластный конденсатор на входном каскаде цепи. При нажатии кнопки питание подаётся через выпрямительный диод или цепочку выпрямительных диодов, называемую полноволновым выпрямителем, который пропускает ток только в одном направлении, в балластный конденсатор. Балластный конденсатор заряжается быстрее, чем необходимо для завершения воспроизведения мелодии. После отпускания кнопки конденсатор сохраняет заряд и поддерживает питание цепи в течение короткого времени. Для дверных звонков со смешанным беспроводным и проводным входом требуется специальная кнопка, обеспечивающая постоянное питание звонка. Схема аналогична описанной выше, но выпрямительный диод теперь расположен в корпусе кнопки дверного звонка. При нажатии кнопки в цепь поступают как положительная, так и отрицательная полуволны сигнала переменного тока, а при отпускании – только одна из них. Распознавая разницу между полными и полуволнами, дверной звонок функционирует аналогично проводной системе, а также обеспечивает постоянное питание для других целей, например, для приёма сигнала с беспроводной кнопки.

Умные дверные колокола

С появлением Интернета вещей в 2010-х годах на рынке появилось множество интернет-подключенных систем дверных звонков, известных как умные дверные звонки. Популярные системы включают Ring, Vivint Home Security и Nest Hello. Они состоят из единого блока, устанавливаемого на месте традиционной кнопки звонка, и, помимо физической кнопки, содержат камеру высокого разрешения, пассивный инфракрасный датчик и модуль Wi-Fi. Устройство подключается к домашней сети Wi-Fi, а уведомления о нажатии кнопки или обнаруженном движении отправляются на сопряженный смартфон или другое электронное устройство, например, планшет. Получив уведомление, пользователь обычно видит прямую видеотрансляцию с умного дверного звонка, показывающую, кто находится у двери, и может вести двустороннюю аудиосвязь. Устройства могут питаться от встроенного аккумулятора или использовать существующую проводку дверного звонка для непрерывного питания. Видео обычно записывается по Wi-Fi в облачный интернет-сервис, что означает, что даже в случае взлома, повреждения или кражи устройства запись все равно будет сохранена и может быть проанализирована для установления личности ответственного лица.