Датчик пожара на основе ПИН-диода: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Вот датчик пожара на основе PIN-диода, который активирует тревогу при обнаружении пожара. Пожарная сигнализация на базе термистора имеет недостаток; сигнализация включается только в том случае, если огонь нагревает термистор в непосредственной близости. В этой схеме чувствительный PIN-диод используется в качестве датчика пожара для обнаружения пожара на большом расстоянии.

Он обнаруживает видимый свет и инфракрасный (ИК) диапазон в диапазоне от 430 до 1100 нм. Таким образом, видимый свет и инфракрасный свет от огня могут легко активировать датчик, чтобы вызвать тревогу. Он также обнаруживает искры в электропроводке и, если они не исчезнут, подает предупреждающий сигнал. Это идеальное защитное устройство для выставочных залов, шкафчиков, музыкальных комнат и т. Д.

Шаг 1: Список деталей

Полупроводники:

_ IC1 (операционный усилитель CA3140);

_ IC2 (счетчик CD4060);

_ T1, T2 (транзистор BC547 npn);

_ LED1, LED2, LED3, (светодиод 5 мм);

_ D1 (фотодиод BPW34 PIN)

Резисторы (все 1/4 Вт, ± 5% углерода):

_ R1, R5, R6 (1 МОм);

_ R2, R3 (1 кОм);

_ R4, R7, R8 (100 Ом)

Конденсаторы:

_ C1 (керамический диск 0,22 мкФ)

Разное:

_ BATT.1 (батарея 9,0 В);

_ PZ1 (пьезозуммер)

Итак, PIN-диод BPW34 используется в схеме как световой и ИК-датчик. BPW34 - двухконтактный фотодиод с анодом (A) и катодом (K). Конец анода можно легко определить по плоской поверхности фотодиода, если смотреть сверху. Небольшая точка пайки, к которой подсоединяется тонкий провод, является анодом, а другая - клеммой катода.

BPW34 - это крошечный фотодиод с PIN-кодом или мини-солнечный элемент с чувствительной к излучению поверхностью, который генерирует напряжение холостого хода 350 мВ постоянного тока при воздействии света 900 нм. Он чувствителен к естественному солнечному свету, а также к свету от огня. Таким образом, он идеально подходит для использования в качестве светового датчика. Фотодиод BPW34 может использоваться как в состояниях нулевого, так и в обратном смещении. Его сопротивление уменьшается, когда на него падает свет.

Шаг 2: Принципиальная схема

Принципиальная схема датчика пожара на основе PIN-диода показана на рис. 3. Он построен на базе батареи 9 В, PIN-диода BPW34 (D1), операционного усилителя CA3140 (IC1), счетчика CD4060 (IC2), транзисторов BC547 (T1 и T2).), пьезозуммер (PZ1) и несколько других компонентов.

В схеме PIN-фотодиод BPW34 подключен к инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя IC1 в режиме обратного смещения для подачи фототока на вход операционного усилителя. CA3140 - это операционный усилитель BiMO с частотой 4,5 МГц с входами MOSFET и биполярным выходом. Защищенные от затвора MOSFET (PMOS) транзисторы во входной цепи обеспечивают очень высокое входное сопротивление, обычно около 1,5 Ом. IC требует очень низкого входного тока, всего 10 пА, для изменения состояния выхода на высокий или низкий. В схеме IC1 используется как трансимпедансный усилитель, который действует как преобразователь тока в напряжение. IC1 усиливает и преобразует фототок, генерируемый PIN-диодом, в соответствующее напряжение на его выходе. Неинвертирующий вход подключен к земле и аноду фотодиода, а инвертирующий вход получает фототок от PIN-диода.

Шаг 3: Работа контура

Резистор обратной связи большого номинала R1 устанавливает коэффициент усиления трансимпедансного усилителя, поскольку он находится в инвертирующей конфигурации. Подключение неинвертирующего входа к земле обеспечивает низкоомную нагрузку для фотодиода, что поддерживает низкое напряжение фотодиода.

Фотодиод работает в фотоэлектрическом режиме без внешнего смещения. Обратная связь операционного усилителя поддерживает ток фотодиода равным току обратной связи через R1. Таким образом, входное напряжение смещения из-за фотодиода очень низкое в этом самосмещенном фотоэлектрическом режиме. Это позволяет получить большое усиление без какого-либо большого выходного напряжения смещения. Эта конфигурация выбрана для получения большого усиления в условиях низкой освещенности. Обычно в условиях окружающего освещения фототок PIN-диода очень низкий; он поддерживает низкий уровень на выходе IC1. Когда PIN-диод обнаруживает видимый свет или ИК-излучение от огня, его фототок увеличивается, и трансимпедансный усилитель IC1 преобразует этот ток в соответствующее выходное напряжение. Высокий выходной сигнал IC1 активирует транзистор T1, и светодиод LED1 светится. Это указывает на то, что цепь обнаружила пожар. Когда T1 проводит, он переводит вывод 12 сброса IC2 на потенциал земли, и CD4060 начинает колебаться.

IC2 - это двоичный счетчик с десятью выходами, которые становятся высокими один за другим, когда он колеблется из-за C1 и R6. Колебание IC2 отображается миганием светодиода LED2. Когда на выходе Q6 (контакт 4) IC2 через 15 секунд появляется высокий уровень, T2 проводит и активирует пьезозуммер PZ1, а LED3 также светится. Сигнал тревоги повторится снова через 15 секунд, если пожар не исчезнет. Вы также можете включить аварийный сигнал переменного тока, который издает громкий звук, заменив PZ1 схемой реле (здесь не показано). Аварийный сигнал переменного тока активируется через контакты реле, используемого для этой цели.

Шаг 4: Построение и тестирование

Односторонняя печатная плата для датчика пожара на основе PIN-диода показана на рис. 4, а ее расположение компонентов - на рис. 5. Поместите плату в небольшую коробку таким образом, чтобы вы могли легко подключить PIN-диод BPW34 на задней стороне коробка. Установите PIN-диод в подходящем месте и накройте его так, чтобы на него не падал нормальный свет / солнечный свет.

Проверить схему просто. Обычно, когда рядом с PIN-диодом нет пламени, пьезозуммер не срабатывает. Когда ПИН-диод обнаруживает пламя огня, пьезозуммер подает сигнал тревоги. Дальность обнаружения составляет около двух метров. Он также может обнаруживать искры в электросети из-за короткого замыкания.