Czujnik pożarowy oparty na diodzie PIN: 4 kroki

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

Oto czujnik pożarowy oparty na diodzie PIN, który aktywuje alarm po wykryciu pożaru. Alarmy przeciwpożarowe oparte na termistorach mają wadę; alarm włącza się tylko wtedy, gdy ogień nagrzewa termistor w bliskim sąsiedztwie. W tym obwodzie czuła dioda PIN jest wykorzystywana jako czujnik pożaru do wykrywania pożaru o dużym zasięgu.

Wykrywa światło widzialne i podczerwień (IR) w zakresie 430nm – 1100nm. Tak więc światło widzialne i podczerwień z ognia mogą łatwo aktywować czujnik, aby wywołać alarm. Wykrywa również iskry w okablowaniu sieciowym, a jeśli te utrzymują się, uruchamia alarm ostrzegawczy. Jest to idealne urządzenie ochronne do salonów wystawowych, szafek, pomieszczeń nagraniowych i tak dalej.

Krok 1: Lista części

Półprzewodniki:

_ IC1 (wzmacniacz operacyjny CA3140);

_ IC2 (licznik CD4060);

_ T1, T2 (tranzystor BC547 npn);

_ LED1, LED2, LED3, (LED 5mm);

_ D1 (fotodioda PIN BPW34)

Rezystory (wszystkie 1/4 W, ± 5% węgla):

_ R1, R5, R6 (1 megaom);

_ R2, R3 (1 kiloom);

_ R4, R7, R8 (100 omów)

Kondensatory:

_ C1 (0, 22 μF dysk ceramiczny)

Różnorodny:

_ BATT.1 (akumulator 9, 0V);

_ PZ1 (brzęczyk piezoelektryczny)

Tak więc w układzie zastosowano diodę PIN BPW34 jako czujnik światła i podczerwieni. BPW34 to 2-pinowa fotodioda z anodą (A) i katodą (K). Koniec anody można łatwo zidentyfikować po płaskiej powierzchni fotodiody w widoku z góry. Mały punkt lutowniczy, do którego podłączony jest cienki drut, to anoda, a drugi to zacisk katody.

BPW34 to maleńka fotodioda PIN lub mini ogniwo słoneczne z powierzchnią wrażliwą na promieniowanie, która generuje napięcie jałowe 350mV DC po wystawieniu na działanie światła 900nm. Jest wrażliwy na naturalne światło słoneczne, a także na światło od ognia. Jest więc idealny do stosowania jako czujnik światła. Fotodioda BPW34 może być używana zarówno w stanach zerowego, jak i odwrotnego polaryzacji. Jego odporność maleje, gdy pada na nią światło.

Krok 2: Schemat obwodu

Schemat podłączenia czujnika pożarowego opartego na diodzie PIN pokazano na rys. 3. Zbudowany jest on z baterii 9V, diody PIN BPW34 (D1), wzmacniacza operacyjnego CA3140 (IC1), licznika CD4060 (IC2), tranzystorów BC547 (T1 i T2), brzęczyk piezoelektryczny (PZ1) i kilka innych elementów.

W obwodzie fotodioda PIN BPW34 jest podłączona do wejść odwracających i nieodwracających wzmacniacza operacyjnego IC1 w trybie spolaryzowanym zaporowo w celu dostarczenia prądu foto do wejścia wzmacniacza operacyjnego. CA3140 to wzmacniacz operacyjny BiMO 4,5 MHz z wejściami MOSFET i wyjściem bipolarnym. Tranzystory MOSFET (PMOS) zabezpieczone bramką w obwodzie wejściowym zapewniają bardzo wysoką impedancję wejściową, zwykle około 1,5 T om. Układ scalony wymaga bardzo niskiego prądu wejściowego, nawet 10 pA, aby zmienić stan wyjścia na wysoki lub niski. W obwodzie IC1 jest używany jako wzmacniacz transimpedancyjny, który działa jako konwerter prądu na napięcie. IC1 wzmacnia i przetwarza prąd fotoelektryczny generowany w diodzie PIN na odpowiednie napięcie na jej wyjściu. Wejście nieodwracające jest połączone z masą i anodą fotodiody, natomiast wejście odwracające pobiera prąd foto z diody PIN.

Krok 3: Działanie obwodu

Rezystor sprzężenia zwrotnego o dużej wartości R1 ustawia wzmocnienie wzmacniacza transimpedancyjnego, ponieważ znajduje się on w konfiguracji odwracającej. Połączenie wejścia nieodwracającego do masy zapewnia niską impedancję obciążenia fotodiody, co utrzymuje niskie napięcie fotodiody.

Fotodioda pracuje w trybie fotowoltaicznym bez zewnętrznego obciążenia. Sprzężenie zwrotne wzmacniacza operacyjnego utrzymuje prąd fotodiody równy prądowi sprzężenia zwrotnego przez R1. Tak więc wejściowe napięcie niezrównoważenia spowodowane fotodiodą jest bardzo niskie w tym samoczynnym trybie fotowoltaicznym. Pozwala to na duże wzmocnienie bez dużego napięcia niezrównoważenia wyjściowego. Ta konfiguracja jest wybrana, aby uzyskać duże wzmocnienie w warunkach słabego oświetlenia. Normalnie, w warunkach oświetlenia otoczenia, fotoprąd z diody PIN jest bardzo niski; utrzymuje wydajność IC1 na niskim poziomie. Gdy dioda PIN wykryje światło widzialne lub podczerwień z ognia, jej prąd fotoelektryczny wzrasta, a wzmacniacz transimpedancyjny IC1 przekształca ten prąd na odpowiednie napięcie wyjściowe. Wysokie wyjście z IC1 aktywuje tranzystor T1 i LED1 świeci. Oznacza to, że obwód wykrył pożar. Gdy T1 przewodzi, resetuje pin 12 IC2 do potencjału masy i CD4060 zaczyna oscylować.

IC2 to licznik binarny z dziesięcioma wyjściami, które zmieniają się w stan wysoki jeden po drugim, gdy oscyluje z powodu C1 i R6. Oscylacja IC2 sygnalizowana jest miganiem diody LED2. Gdy wyjście Q6 (pin 4) IC2 zmieni stan wysoki po 15 sekundach, T2 przewodzi i aktywuje brzęczyk piezoelektryczny PZ1, a dioda LED3 również świeci. Alarm powtarza się ponownie po 15 sekundach, jeśli pożar nie ustąpi. Możesz także włączyć alarm AC, który generuje głośny dźwięk, zastępując PZ1 obwodem przekaźnika (nie pokazano tutaj). Alarm AC jest uruchamiany przez styki używanego do tego przekaźnika.

Krok 4: Budowa i testowanie

Jednostronną płytkę dla czujnika pożarowego opartego na diodach PIN pokazano na rys. 4, a jej rozmieszczenie na rys. 5. Płytkę należy umieścić w małym pudełku w taki sposób, aby można było łatwo podłączyć diodę PIN BPW34 z tyłu obudowy pudełko. Zamontuj diodę PIN w odpowiednim miejscu i zakryj ją tak, aby nie padało na nią normalne światło/światło słoneczne.

Testowanie obwodu jest proste. Normalnie, gdy nie ma płomienia ognia w pobliżu diody PIN, brzęczyk piezoelektryczny nie rozbrzmiewa. Gdy dioda PIN wykryje płomień ognia, brzęczyk piezoelektryczny uruchamia alarm. Jego zasięg wykrywania wynosi około dwóch metrów. Może również wykrywać iskry w okablowaniu sieciowym z powodu zwarcia.