Požární čidlo na bázi diody PIN: 4 kroky

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Zde je požární senzor založený na PIN diodách, který aktivuje poplach, když detekuje požár. Termistorové požární hlásiče mají nevýhodu; alarm se zapne pouze v případě, že oheň ohřívá termistor v těsné blízkosti. V tomto obvodu je citlivá PIN dioda použita jako požární senzor pro detekci požáru delšího dosahu.

Detekuje viditelné světlo a infračervené (IR) v rozsahu 430nm - 1100nm. Viditelné světlo a infračervené záření z ohně tak mohou snadno aktivovat senzor a spustit poplach. Detekuje také jiskry v síťových rozvodech a pokud tyto přetrvávají, vydá výstražný poplach. Je to ideální ochranné zařízení pro předváděcí místnosti, skříňky, nahrávací místnosti atd.

Krok 1: Seznam dílů

Polovodiče:

_ IC1 (operační zesilovač CA3140);

_ IC2 (čítač CD4060);

_ T1, T2 (tranzistor BC547 npn);

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

_ D1 (fotodioda BPW34 PIN)

Rezistory (všechny 1/4 W, ± 5% uhlíku):

_ R1, R5, R6 (1 megaohm);

_ R2, R3 (1 kiloohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohmů)

Kondenzátory:

_ C1 (0, 22 μF keramický disk)

Smíšený:

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

_ PZ1 (piezo bzučák)

PIN dioda BPW34 se tedy v obvodu používá jako světelný a IR senzor. BPW34 je 2pinová fotodioda s anodou (A) a katodou (K). Konec anody lze snadno identifikovat z plochého povrchu fotodiody s horním pohledem. Malý pájecí bod, ke kterému je připojen tenký vodič, je anoda a druhý je katodový terminál.

BPW34 je malá PIN fotodioda nebo mini solární článek se zářivě citlivým povrchem, který generuje 350 mV DC napětí v otevřeném obvodu, když je vystaveno světlu 900 nm. Je citlivý na přirozené sluneční světlo a také na světlo z ohně. Je tedy ideální pro použití jako světelný senzor. Fotodiodu BPW34 lze použít ve stavech nulového i předpětí. Jeho odpor klesá, když na něj dopadá světlo.

Krok 2: Schéma zapojení

Schéma zapojení požárního senzoru založeného na PIN diodě je na obr. 3. Je postaven na 9V baterii, PIN diodě BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), čítači CD4060 (IC2), tranzistorech BC547 (T1 a T2), piezoelektrický bzučák (PZ1) a několik dalších komponent.

V obvodu je PIN fotodioda BPW34 připojena k invertujícím a neinvertujícím vstupům operačního zesilovače IC1 v reverzně předpjatém režimu, aby přiváděla fotografický proud na vstup operačního zesilovače. CA3140 je 4,5MHz BiMO op-zesilovač se vstupy MOSFET a bipolárním výstupem. Tranzistory MOSFET (PMOS) chráněné bránou ve vstupním obvodu poskytují velmi vysokou vstupní impedanci, typicky kolem 1,5 T ohmů. Integrovaný obvod vyžaduje velmi nízký vstupní proud, až 10 pA, aby změnil stav výstupu na vysoký nebo nízký. V obvodu je IC1 použit jako transimpedanční zesilovač, který funguje jako převodník proudu na napětí. IC1 zesiluje a převádí fotoproud generovaný v PIN diodě na odpovídající napětí na jeho výstupu. Neinvertující vstup je připojen k zemi a anodě fotodiody, zatímco invertující vstup získává foto proud z PIN diody.

Krok 3: Obvodová operace

Zpětnovazební odpor R1 s velkou hodnotou nastavuje zisk transimpedančního zesilovače, protože je v invertující konfiguraci. Připojení neinvertujícího vstupu k zemi poskytuje fotodiodě zátěž s nízkou impedancí, která udržuje napětí fotodiody nízké.

Fotodioda pracuje ve fotovoltaickém režimu bez vnějšího předpětí. Zpětná vazba operačního zesilovače udržuje proud fotodiody stejný jako proud zpětné vazby přes R1. Vstupní ofsetové napětí způsobené fotodiodou je tedy v tomto samoobjektivním fotovoltaickém režimu velmi nízké. To umožňuje velký zisk bez velkého ofsetového napětí. Tato konfigurace je vybrána pro dosažení velkého zisku za špatných světelných podmínek. Za běžných světelných podmínek je fotoproud z diody PIN velmi nízký; udržuje nízký výkon IC1. Když PIN dioda detekuje viditelné světlo nebo IR z ohně, jeho fotoproud se zvýší a transimpedanční zesilovač IC1 převede tento proud na odpovídající výstupní napětí. Vysoký výkon z IC1 aktivuje tranzistor T1 a LED1 svítí. To znamená, že obvod detekoval požár. Když T1 vede, přenese resetovací pin 12 IC2 na zemní potenciál a CD4060 začne oscilovat.

IC2 je binární čítač s deseti výstupy, které se při oscilacích v důsledku C1 a R6 zvyšují jeden po druhém. Oscilace IC2 je indikována blikáním LED2. Když se výstup Q6 (kolík 4) IC2 po 15 sekundách zvýší, T2 provede a aktivuje piezový bzučák PZ1 a LED3 také svítí. Alarm se opakuje po 15 sekundách, pokud požár přetrvává. Můžete také zapnout alarm AC, který vydává hlasitý zvuk, výměnou PZ1 za reléový obvod (zde není zobrazen). AC alarm je aktivován prostřednictvím kontaktů relé použitého k tomuto účelu.

Krok 4: Konstrukce a testování

Jednostranná deska plošných spojů pro požární senzor na bázi PIN diody je znázorněna na obr. 4 a rozložení jejích součástí na obr. 5. Uzavřete desku plošných spojů v malém boxu takovým způsobem, abyste mohli snadno připojit PIN diodu BPW34 na zadní straně krabice. Nainstalujte PIN diodu na vhodné místo a zakryjte ji tak, aby na ni nedopadalo normální světlo/sluneční světlo.

Testování obvodu je jednoduché. Za normálních okolností, když v blízkosti PIN diody není plamen ohně, nezní piezo bzučák. Když je PIN diodou detekován plamen ohně, spustí piezo bzučák alarm. Jeho detekční dosah je kolem dvou metrů. Může také detekovat jiskry v elektrickém vedení v důsledku zkratu.