Αισθητήρας πυρκαγιάς με βάση τη δίοδο PIN: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Ακολουθεί ένας αισθητήρας πυρκαγιάς με βάση τη δίοδο PIN που ενεργοποιεί έναν συναγερμό όταν εντοπίζει πυρκαγιά. Οι συναγερμοί πυρκαγιάς που βασίζονται σε θερμίστορ έχουν ένα μειονέκτημα. ο συναγερμός ενεργοποιείται μόνο εάν η φωτιά θερμαίνει το θερμίστορ σε κοντινή απόσταση. Σε αυτό το κύκλωμα, μια ευαίσθητη δίοδος PIN χρησιμοποιείται ως αισθητήρας πυρκαγιάς για ανίχνευση πυρκαγιάς μεγαλύτερου βεληνεκούς.

Ανιχνεύει ορατό φως και υπέρυθρο (IR) στην περιοχή 430nm - 1100nm. Έτσι, το ορατό φως και η υπέρυθρη ακτινοβολία από τη φωτιά μπορούν εύκολα να ενεργοποιήσουν τον αισθητήρα για να ενεργοποιήσουν τον συναγερμό. Ανιχνεύει επίσης σπινθήρες στην καλωδίωση του δικτύου και, εάν αυτές επιμένουν, δίνει προειδοποιητικό συναγερμό. Είναι μια ιδανική προστατευτική συσκευή για εκθεσιακούς χώρους, ερμάρια, χώρους εγγραφής κ.ο.κ.

Βήμα 1: Λίστα μερών

Ημιαγωγοί:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (μετρητής CD4060);

_ T1, T2 (τρανζίστορ BC547 npn) ·

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

_ D1 (φωτοδίοδος BPW34 PIN)

Αντιστάσεις (όλα 1/4 watt, carbon 5% άνθρακας):

_ R1, R5, R6 (1 mega-ohm);

_ R2, R3 (1 κιλό-ωμ);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Πυκνωτές:

_ C1 (0, 22 μF κεραμικός δίσκος)

Διάφορα:

_ BATT.1 (μπαταρία 9, 0V)

_ PZ1 (piezo buzzer)

Έτσι, η δίοδος PIN BPW34 χρησιμοποιείται στο κύκλωμα ως αισθητήρας φωτός και υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το BPW34 είναι μια φωτοδίοδος 2 ακίδων με άνοδο (Α) και κάθοδο (Κ). Το άκρο της ανόδου μπορεί εύκολα να αναγνωριστεί από την επίπεδη επιφάνεια της φωτοδιόδου. Ένα μικρό σημείο συγκόλλησης στο οποίο συνδέεται ένα λεπτό σύρμα είναι η άνοδος και το άλλο είναι ο ακροδέκτης καθόδου.

Το BPW34 είναι ένα μικροσκοπικό φωτοδίοδο PIN ή μίνι ηλιακό κύτταρο με ακτινοβόλο ευαίσθητη επιφάνεια που παράγει τάση ανοικτού κυκλώματος DC 350mV όταν εκτίθεται σε φως 900nm. Είναι ευαίσθητο στο φυσικό φως του ήλιου και επίσης στο φως από τη φωτιά. Επομένως, είναι ιδανικό για χρήση ως αισθητήρας φωτός. Η φωτοδίοδος BPW34 μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε καταστάσεις μηδενικής πόλωσης, καθώς και σε αντίστροφη προκατάληψη. Η αντίστασή του μειώνεται όταν πέσει πάνω του φως.

Βήμα 2: Διάγραμμα κυκλώματος

Το διάγραμμα κυκλώματος του αισθητήρα πυρκαγιάς με βάση τη δίοδο PIN φαίνεται στο Σχ. 3. Είναι χτισμένο γύρω από μπαταρία 9V, δίοδο PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), μετρητή CD4060 (IC2), τρανζίστορ BC547 (T1 και T2), έναν πιεζο βομβητή (PZ1) και μερικά άλλα εξαρτήματα.

Στο κύκλωμα, η φωτοδίοδος PIN BPW34 συνδέεται με τις αναστροφικές και μη αντιστρεπτές εισόδους του op-amp IC1 σε λειτουργία αντίστροφης μεροληψίας για να τροφοδοτήσει ρεύμα φωτογραφίας στην είσοδο του op-amp. Το CA3140 είναι ένας ενισχυτής BiMOs 4,5 MHz με εισόδους MOSFET και διπολική έξοδο. Τα τρανζίστορ προστατευόμενα με πύλη MOSFET (PMOS) στο κύκλωμα εισόδου παρέχουν πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, συνήθως περίπου 1,5T ohm. Το IC απαιτεί πολύ χαμηλό ρεύμα εισόδου, τόσο χαμηλό όσο 10pA, για να αλλάξει την κατάσταση εξόδου σε υψηλή ή χαμηλή. Στο κύκλωμα, το IC1 χρησιμοποιείται ως ενισχυτής διαπερατότητας για να λειτουργήσει ως μετατροπέας ρεύματος σε τάση. Το IC1 ενισχύει και μετατρέπει το ρεύμα φωτογραφίας που δημιουργείται στη δίοδο PIN στην αντίστοιχη τάση στην έξοδο. Η μη αναστρέψιμη είσοδος συνδέεται με τη γείωση και την άνοδο της φωτοδιόδου, ενώ η αναστρέφουσα είσοδος λαμβάνει ρεύμα φωτογραφίας από τη δίοδο PIN.

Βήμα 3: Λειτουργία κυκλώματος

Η αντίσταση ανατροφοδότησης μεγάλης αξίας R1 καθορίζει το κέρδος του ενισχυτή διαπερατότητας, δεδομένου ότι βρίσκεται σε ανεστραμμένη διαμόρφωση. Η σύνδεση της μη αναστρέψιμης εισόδου στη γείωση παρέχει χαμηλό φορτίο σύνθετης αντίστασης για τη φωτοδίοδο, γεγονός που διατηρεί χαμηλή την τάση της φωτοδιόδου.

Η φωτοδίοδος λειτουργεί σε φωτοβολταϊκή λειτουργία χωρίς εξωτερική προκατάληψη. Η ανατροφοδότηση του op-amp διατηρεί το ρεύμα φωτοδιόδου ίσο με το ρεύμα ανάδρασης μέσω του R1. Έτσι, η τάση μετατόπισης εισόδου λόγω της φωτοδίοδος είναι πολύ χαμηλή σε αυτήν την αυτο-μεροληπτική φωτοβολταϊκή λειτουργία. Αυτό επιτρέπει ένα μεγάλο κέρδος χωρίς τάση μετατόπισης μεγάλης εξόδου. Αυτή η διαμόρφωση έχει επιλεγεί για να έχει μεγάλο κέρδος σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Κανονικά, σε συνθήκες φωτισμού περιβάλλοντος, το φωτορεύμα από τη δίοδο PIN είναι πολύ χαμηλό. διατηρεί την παραγωγή IC1 χαμηλή. Όταν η δίοδος PIN ανιχνεύει ορατό φως ή IR από τη φωτιά, το ρεύμα της φωτογραφίας αυξάνεται και ο ενισχυτής διαπερατότητας IC1 μετατρέπει αυτό το ρεύμα στην αντίστοιχη τάση εξόδου. Η υψηλή έξοδος από το IC1 ενεργοποιεί το τρανζίστορ Τ1 και η λάμψη LED1. Αυτό υποδεικνύει ότι το κύκλωμα εντόπισε πυρκαγιά. Όταν το T1 διεξάγεται, χρειάζεται επαναφορά του πείρου 12 του IC2 στο δυναμικό γείωσης και το CD4060 αρχίζει να ταλαντεύεται.

Το IC2 είναι ένας δυαδικός μετρητής με δέκα εξόδους που γυρίζουν ψηλά ένας -ένας όταν ταλαντεύεται λόγω των C1 και R6. Η ταλάντωση του IC2 υποδεικνύεται από το αναβοσβήσιμο του LED2. Όταν η έξοδος Q6 (ακίδα 4) του IC2 γίνεται υψηλή μετά από 15 δευτερόλεπτα, το T2 διεξάγει και ενεργοποιεί τον πιεζοηχητικό βομβητή PZ1 και το LED3 επίσης ανάβει. Ο συναγερμός επαναλαμβάνεται ξανά μετά από 15 δευτερόλεπτα εάν η φωτιά επιμένει. Μπορείτε επίσης να ενεργοποιήσετε έναν συναγερμό AC που παράγει δυνατό ήχο αντικαθιστώντας το PZ1 με ένα κύκλωμα ρελέ (δεν φαίνεται εδώ). Ο συναγερμός AC ενεργοποιείται μέσω επαφών του ρελέ που χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό.

Βήμα 4: Κατασκευή και δοκιμή

Ένα μονόπλευρο PCB για τον αισθητήρα πυρκαγιάς με βάση τη δίοδο PIN φαίνεται στο Σχ. 4 και η διάταξη των εξαρτημάτων του στο Σχ. 5. Κλείστε το PCB σε ένα μικρό κουτί με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορείτε να συνδέσετε εύκολα τη δίοδο PIN BPW34 στην πίσω πλευρά του το κιβώτιο. Τοποθετήστε τη δίοδο PIN σε κατάλληλο μέρος και καλύψτε την έτσι ώστε να μην πέσει πάνω της κανονικό φως/ηλιακό φως.

Ο έλεγχος του κυκλώματος είναι απλός. Κανονικά, όταν δεν υπάρχει φλόγα πυρκαγιάς κοντά στη δίοδο PIN, ο πιεζοηχητικός βομβητής δεν ακούγεται. Όταν γίνεται αντιληπτή μια φλόγα πυρκαγιάς από τη δίοδο PIN, ο πιεζοηχητικός βομβητής κρούει συναγερμό. Το εύρος ανίχνευσής του είναι περίπου δύο μέτρα. Μπορεί επίσης να ανιχνεύσει σπινθήρες στην καλωδίωση του δικτύου λόγω βραχυκυκλώματος.