Senzor de incendiu pe bază de diodă PIN: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Iată un senzor de incendiu pe bază de diode PIN care activează o alarmă atunci când detectează focul. Alarmele de incendiu bazate pe termistor au un dezavantaj; alarma se activează numai dacă focul încălzește termistorul în imediata apropiere. În acest circuit, o diodă PIN sensibilă este utilizată ca senzor de incendiu pentru o detectare a focului pe rază mai lungă.

Detectează lumina vizibilă și infraroșu (IR) în intervalul 430nm - 1100nm. Deci, lumina vizibilă și IR de la foc pot activa cu ușurință senzorul pentru a declanșa alarma. De asemenea, detectează scântei în cablurile de rețea și, dacă acestea persistă, dă o alarmă de avertizare. Este un dispozitiv de protecție ideal pentru showroom-uri, dulapuri, săli de înregistrare și așa mai departe.

Pasul 1: Lista pieselor

Semiconductori:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (contor CD4060);

_ T1, T2 (tranzistor BC547 npn);

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

_ D1 (fotodiodă PIN BPW34)

Rezistoare (toate 1/4 wați, ± 5% carbon):

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

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohmi)

Condensatoare:

_ C1 (disc ceramic de 0, 22 μF)

Diverse:

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

_ PZ1 (buzzer piezo)

Deci, dioda PIN BPW34 este utilizată în circuit ca senzor de lumină și IR. BPW34 este o fotodiodă cu 2 pini cu anod (A) și catod (K). Capătul anodului poate fi ușor identificat de pe suprafața plană cu vedere de sus a fotodiodei. Un mic punct de lipit la care este conectat un fir subțire este anodul și celălalt este terminalul catodului.

BPW34 este o minusculă fotodiodă PIN sau o mini celulă solară cu suprafață sensibilă radiantă care generează o tensiune de 350mV în circuit deschis atunci când este expusă la lumina de 900 nm. Este sensibil la lumina soarelui natural și, de asemenea, la lumina din foc. Deci, este ideal pentru a fi utilizat ca senzor de lumină. Fotodioda BPW34 poate fi utilizată atât în stări de polarizare zero, cât și în stare de polarizare inversă. Rezistența sa scade atunci când lumina cade pe ea.

Pasul 2: Diagrama circuitului

Diagrama circuitului senzorului de incendiu bazat pe dioda PIN este prezentată în Fig. 3. Este construită în jurul bateriei de 9V, a diodei PIN BPW34 (D1), a amplificatorului CA3140 (IC1), a contorului CD4060 (IC2), a tranzistoarelor BC547 (T1 și T2)), un buzzer piezo (PZ1) și alte câteva componente.

În circuit, fotodioda PIN BPW34 este conectată la intrările inversoare și non-inversoare ale amplificatorului opțional IC1 în modul polarizat invers pentru a alimenta curentul foto în intrarea amplificatorului op. CA3140 este un op-amp BiMOs de 4,5 MHz cu intrări MOSFET și ieșire bipolară. Tranzistoarele MOSFET (PMOS) protejate la porți din circuitul de intrare oferă o impedanță de intrare foarte mare, de obicei în jur de 1,5T ohmi. IC necesită un curent de intrare foarte scăzut, de până la 10pA, pentru a schimba starea de ieșire la mare sau scăzut. În circuit, IC1 este utilizat ca amplificator de transimpedanță pentru a acționa ca un convertor curent-tensiune. IC1 amplifică și convertește curentul foto generat în dioda PIN la tensiunea corespunzătoare la ieșirea sa. Intrarea fără inversare este conectată la sol și anodul fotodiodei, în timp ce intrarea inversantă primește curent foto de la dioda PIN.

Pasul 3: Funcționarea circuitului

Rezistorul de feedback de mare valoare R1 setează câștigul amplificatorului de transimpedanță, deoarece este în configurație inversă. Conexiunea intrării care nu inversează la sol asigură o sarcină de impedanță redusă pentru fotodiodă, care menține tensiunea fotodiodei scăzută.

Fotodioda funcționează în modul fotovoltaic fără părtinire externă. Feedback-ul amplificatorului operațional menține curentul fotodiodei egal cu curentul de feedback prin R1. Deci, tensiunea de compensare de intrare datorată fotodiodei este foarte scăzută în acest mod fotovoltaic auto-polarizat. Acest lucru permite un câștig mare fără tensiune de offset de ieșire mare. Această configurație este selectată pentru a obține un câștig mare în condiții de lumină slabă. În mod normal, în condiții de lumină ambientală, fotocurentul din dioda PIN este foarte scăzut; menține scăzută ieșirea IC1. Când dioda PIN detectează lumina vizibilă sau IR de la foc, curentul său foto crește și amplificatorul de transimpedanță IC1 convertește acest curent la tensiunea de ieșire corespunzătoare. Ieșirea mare de la IC1 activează tranzistorul T1 și LED1 luminează. Acest lucru indică faptul că circuitul a detectat un incendiu. Când T1 conduce, este nevoie de pinul de resetare 12 al IC2 la potențialul de masă și CD4060 începe să oscileze.

IC2 este un contor binar cu zece ieșiri care se înalță unul câte unul când oscilează datorită C1 și R6. Oscilarea IC2 este indicată prin clipirea LED2. Când ieșirea Q6 (pinul 4) al IC2 devine înaltă după 15 secunde, T2 conduce și activează buzzer-ul piezo PZ1, iar LED3 luminează. Alarma se repetă din nou după 15 secunde dacă focul persistă. De asemenea, puteți activa o alarmă de curent alternativ care produce un sunet puternic înlocuind PZ1 cu un circuit de releu (nu este prezentat aici). Alarma AC este activată prin contactele releului utilizat în acest scop.

Pasul 4: Construcție și testare

Un PCB lateral unic pentru senzorul de incendiu bazat pe diode PIN este prezentat în Fig. 4 și aspectul componentelor sale în Fig. 5. Închideți PCB într-o cutie mică, astfel încât să puteți conecta cu ușurință dioda PIN BPW34 în partea din spate a cutia. Instalați dioda PIN într-un loc adecvat și acoperiți-o astfel încât să nu cadă lumină normală / lumina soarelui pe ea.

Testarea circuitului este simplă. În mod normal, când nu există flacără de foc în apropierea diodei PIN, sonorul piezo nu sună. Când o flacără de foc este detectată de dioda PIN, buzzerul piezoelector sună o alarmă. Domeniul său de detectare este de aproximativ doi metri. De asemenea, poate detecta scântei în cablurile de alimentare din cauza scurtcircuitului.