CZUJNIK POŻARU: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Cześć wszystkim!

Czujnik ognia to czujnik przeznaczony do wykrywania i reagowania na obecność płomienia lub ognia. Tutaj jest to czujnik pożarowy oparty na diodzie PIN, który aktywuje się po wykryciu pożaru. Alarmy przeciwpożarowe oparte na termistorach mają wadę; alarm włącza się tylko wtedy, gdy ogień nagrzewa termistor w bliskim sąsiedztwie.

Krok 1: Wymagany sprzęt

• CA3140 WZMACNIACZ OPERACYJNY - 1
• CD4060 LICZNIK - 1
• Tranzystor BC547 NPN - 2
• Fotodioda PIN BPW34
• LED 5mm - 3
• PIEZO BRZĘCZYK-1
• AKUMULATOR 9V-1
• Ceramiczny kondensator dyskowy 0,22 uf-1
• Rezystor 1M ohm - 3
• Rezystor 1 kΩ - 2
• Rezystor 100 omów - 3

Krok 2: Schemat obwodu

Schemat obwodu czujnika pożarowego opartego na diodzie PIN pokazano powyżej na rysunku. Zbudowany jest z baterii 9V, diody PIN BPW34, wzmacniacza operacyjnego CA3140(IC1), licznika CD4060(IC2), tranzystorów BC547, brzęczyka piezo i kilku innych elementów.

W obwodzie fotodioda PIN BPW34 jest podłączona do wejść odwracających i nieodwracających wzmacniacza operacyjnego IC1 w trybie z polaryzacją zaporową, aby podawać fotoprąd 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 omów. 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 zamienia fotoprąd generowany w diodzie PIN na odpowiednie napięcie na jej wyjściu. Wejście nieodwracające jest połączone z masą i anodą fotodiody, natomiast wejście odwracające pobiera fotoprąd 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 wyjście IC1 na niskim poziomie. Gdy dioda PIN wykryje światło widzialne lub podczerwień z ognia, jej fotoprąd 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: Projekt schematu i układu

Płytka PCB dla czujnika pożarowego opartego na PIN jest zaprojektowana przy użyciu EAGLE. Schemat i układ tablicy pokazano powyżej na obrazku.

Krok 5: Wysyłanie plików Gerber do producenta

Po wyeksportowaniu moich plików GERBER z EAGLE, przesyłam je do LIONCIRCUITS, aby wyprodukować moją płytę. Zazwyczaj zamawiam tylko od nich swoje PCB. Zapewniają tanie prototypowanie tylko w ciągu 6 dni.

Krok 6: Płyty sfabrykowane

Otrzymałem swoją płytkę z firmy LionCIRCUITS i udostępniam Ci moje pliki Gerber na wypadek, gdyby ktoś potrzebował płyty do wyprodukowania.

Krok 7: Montaż i testowanie

Po złożeniu mojej płytki z podzespołami wygląda to tak.

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 włącza alarm. Jego zasięg wykrywania wynosi około dwóch metrów.