ДАТЧИК ПОЖАРА: 7 ступеней

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

Всем привет!

Датчик пожара - это датчик, предназначенный для обнаружения и реагирования на наличие пламени или пожара. Здесь это датчик пожара на основе PIN-диода, который активируется при обнаружении пожара. Пожарная сигнализация на базе термистора имеет недостаток; сигнализация включается только в том случае, если огонь нагревает термистор в непосредственной близости.

Шаг 1. Требуется оборудование

• CA3140 OP-AMP - 1
• СЧЕТЧИК CD4060 - 1
• BC547 NPN ТРАНЗИСТОР - 2
• Фотодиод BPW34 PIN
• LED 5 мм - 3
• ПЬЕЗО-ЗУММЕР-1
• АККУМУЛЯТОР 9В-1
• 0,22 мкФ керамический дисковый конденсатор-1
• Резистор 1 МОм - 3 шт.
• Резистор 1кОм - 2 шт.
• Резистор 100 Ом - 3 шт.

Шаг 2: Принципиальная схема

Принципиальная схема пожарного датчика на основе PIN-диода показана на изображении выше. Он построен на базе батареи 9 В, PIN-диода BPW34, операционного усилителя CA3140 (IC1), счетчика CD4060 (IC2), транзисторов BC547, пьезозуммера и некоторых 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 затвором МОП-транзисторы (PMOS) во входной цепи обеспечивают очень высокий входной импеданс, 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: схематический и компоновочный дизайн

Печатная плата пожарного датчика на основе PIN-кода разработана с использованием EAGLE. Схема и макет платы показаны на изображении выше.

Шаг 5: Отправка файлов Gerber производителю

После экспорта моих файлов GERBER из EAGLE я загружаю их на LIONCIRCUITS, чтобы произвести свою плату. Я обычно заказываю свои печатные платы только у них. Они обеспечивают недорогое прототипирование всего за 6 дней.

Шаг 6: Изготовленные платы

Я получил свою плату от LIONCIRCUITS и делюсь с вами своими файлами Gerber на тот случай, если кому-то понадобится произвести плату.

Шаг 7: Сборка и тестирование

После сборки моей платы с компонентами это выглядит так.

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.