Požiarny snímač na báze diódy PIN: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tu je požiarny senzor na báze PIN diódy, ktorý aktivuje alarm, keď zistí požiar. Termistorové požiarne hlásiče majú nevýhodu; alarm sa zapne iba vtedy, ak oheň ohreje termistor v tesnej blízkosti. V tomto obvode sa citlivá PIN dióda používa ako požiarny senzor na detekciu požiaru s dlhším dosahom.

Detekuje viditeľné svetlo a infračervené (IR) v rozsahu 430 nm - 1100 nm. Viditeľné svetlo a infračervené žiarenie z ohňa tak môžu senzor aktivovať a aktivovať tak alarm. Detekuje tiež iskry v sieťovom vedení a ak pretrvávajú, spustí výstražný alarm. Je to ideálne ochranné zariadenie pre predvádzacie miestnosti, šatne, nahrávacie miestnosti a podobne.

Krok 1: Zoznam dielov

Polovodiče:

_ IC1 (operačný zosilňovač CA3140);

_ IC2 (počítadlo CD4060);

_ T1, T2 (tranzistor BC547 npn);

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

_ D1 (fotodióda PIN PINWW34)

Rezistory (všetky 1/4 wattu, ± 5% uhlíka):

_ R1, R5, R6 (1 megaohm);

_ R2, R3 (1 kiloohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohmov)

Kondenzátory:

_ C1 (0, 22 μF keramický disk)

Zmiešaný:

_ BATT.1 (9, 0V batéria);

_ PZ1 (piezový bzučiak)

PIN dióda BPW34 sa teda používa v obvode ako svetelný a infračervený senzor. BPW34 je 2-kolíková fotodióda s anódou (A) a katódou (K). Koniec anódy je možné ľahko identifikovať z plochého povrchu fotodiódy s pohľadom zhora. Malý spájkovací bod, ku ktorému je pripojený tenký drôt, je anóda a druhý je katódový terminál.

BPW34 je malá PIN fotodióda alebo mini solárny článok so žiarivo citlivým povrchom, ktorý pri vystavení svetlu 900 nm generuje napätie 350 mV DC v otvorenom obvode. Je citlivý na prirodzené slnečné svetlo a tiež na svetlo z ohňa. Je teda ideálny na použitie ako svetelný senzor. Fotodiódu BPW34 je možné použiť v stavoch s nulovým predpätím aj s reverzným predpätím. Jeho odpor klesá, keď naň dopadá svetlo.

Krok 2: Schéma zapojenia

Schéma zapojenia požiarneho senzora na báze PIN diódy je znázornená na obr. 3. Je postavený na 9V batérii, PIN dióde BPW34 (D1), operačnom zosilňovači CA3140 (IC1), počítadle CD4060 (IC2), tranzistoroch BC547 (T1 a T2), piezoelektrický bzučiak (PZ1) a niekoľko ďalších komponentov.

V obvode je PIN fotodióda BPW34 pripojená k invertujúcim a neinvertujúcim vstupom operačného zosilňovača IC1 v reverznom predpätom režime na napájanie fotografického prúdu na vstup operačného zosilňovača. CA3140 je 4,5 MHz BiMO op-amp so vstupmi MOSFET a bipolárnym výstupom. Tranzistory MOSFET (PMOS) chránené bránou vo vstupnom obvode poskytujú veľmi vysokú vstupnú impedanciu, typicky okolo 1,5 T ohmov. Na zmenu stavu výstupu na vysoký alebo nízky vyžaduje integrovaný obvod veľmi nízky vstupný prúd až 10 pA. V obvode sa IC1 používa ako transimpedančný zosilňovač, ktorý slúži ako prevodník prúdu na napätie. IC1 zosilňuje a prevádza fotografický prúd generovaný v PIN dióde na zodpovedajúce napätie na jeho výstupe. Neinvertujúci vstup je pripojený k zemi a anóde fotodiódy, zatiaľ čo invertujúci vstup získava foto prúd z PIN diódy.

Krok 3: Obvodová prevádzka

Veľkohodnotný odpor so spätnou väzbou R1 nastavuje zosilnenie transimpedančného zosilňovača, pretože je v invertnej konfigurácii. Pripojenie neinvertujúceho vstupu k zemi poskytuje fotodióde nízke impedančné zaťaženie, ktoré udržuje nízke napätie fotodiódy.

Fotodióda funguje vo fotovoltaickom režime bez vonkajšieho zaujatosti. Spätná väzba operačného zosilňovača udržiava prúd fotodiódy rovnaký ako prúd spätnej väzby cez R1. Vstupné ofsetové napätie spôsobené fotodiódou je teda v tomto samosvornom fotovoltaickom režime veľmi nízke. To umožňuje veľký zisk bez akéhokoľvek ofsetového napätia s veľkým výstupom. Táto konfigurácia je zvolená tak, aby dosahovala vysokého zisku pri slabom osvetlení. Za normálnych svetelných podmienok je fotoprúd z diódy PIN veľmi nízky; udržuje výstup IC1 nízky. Keď PIN dióda detekuje viditeľné svetlo alebo IR požiar, jeho fotoprúd sa zvýši a transimpedančný zosilňovač IC1 prevedie tento prúd na zodpovedajúce výstupné napätie. Vysoký výkon z IC1 aktivuje tranzistor T1 a LED1 svieti. To znamená, že obvod zistil požiar. Keď T1 vedie, privedie resetovací kolík 12 IC2 na uzemňovací potenciál a CD4060 začne oscilovať.

IC2 je binárne počítadlo s desiatimi výstupmi, ktoré sa pri oscilácii v dôsledku C1 a R6 jeden po druhom zvyšujú. Oscilácia IC2 je indikovaná blikaním LED2. Keď sa výstup Q6 (kolík 4) IC2 po 15 sekundách zvýši na vysokú hodnotu, T2 vedie a aktivuje piezový bzučiak PZ1 a LED3 tiež svieti. Ak požiar pretrváva, alarm sa zopakuje po 15 sekundách. Môžete tiež zapnúť alarm AC, ktorý vydáva hlasný zvuk, nahradením PZ1 reléovým obvodom (tu nie je zobrazený). Alarm AC sa aktivuje prostredníctvom kontaktov relé použitého na tento účel.

Krok 4: Konštrukcia a testovanie

Jednostranná doska plošných spojov pre požiarny senzor na báze PIN diódy je znázornená na obr. 4 a rozloženie jej komponentov na obr. 5. DPS do malého boxu uzatvorte tak, aby ste mohli ľahko pripojiť PIN diódu BPW34 na zadnú stranu box. PIN diódu nainštalujte na vhodné miesto a prikryte ju tak, aby na ňu nedopadalo bežné svetlo/slnečné svetlo.

Testovanie obvodu je jednoduché. Normálne, keď v blízkosti diódy PIN nie je plameň, piezový bzučiak nezaznie. Keď PIN dióda rozpozná plameň, piezoelektrický bzučiak spustí alarm. Jeho detekčný dosah je okolo dvoch metrov. Môže tiež detekovať iskry v sieťovom vedení v dôsledku skratu.