Sensore antincendio basato su diodi PIN: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ecco un sensore antincendio basato su diodo PIN che attiva un allarme quando rileva un incendio. Gli allarmi antincendio basati su termistori hanno uno svantaggio; l'allarme si attiva solo se il fuoco riscalda il termistore nelle immediate vicinanze. In questo circuito, un diodo PIN sensibile viene utilizzato come sensore antincendio per una rivelazione incendio a lungo raggio.

Rileva la luce visibile e l'infrarosso (IR) nella gamma di 430 nm - 1100 nm. Quindi la luce visibile e gli infrarossi del fuoco possono facilmente attivare il sensore per attivare l'allarme. Rileva anche le scintille nel cablaggio di rete e, se queste persistono, emette un allarme di avviso. È un dispositivo di protezione ideale per showroom, armadietti, sale di registrazione e così via.

Passaggio 1: elenco delle parti

Semiconduttori:

_ IC1 (amplificatore operazionale CA3140);

_ IC2 (contatore CD4060);

_ T1, T2 (transistor BC547 npn);

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

_ D1 (fotodiodo PIN BPW34)

Resistori (tutti da 1/4 watt, ± 5% carbonio):

_ R1, R5, R6 (1 megaohm);

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Condensatori:

_ C1 (disco ceramico da 22 μF)

Varie:

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

_ PZ1 (cicalino piezo)

Quindi, il diodo PIN BPW34 viene utilizzato nel circuito come sensore di luce e IR. BPW34 è un fotodiodo a 2 pin con anodo (A) e catodo (K). L'estremità dell'anodo può essere facilmente identificata dalla superficie piana vista dall'alto del fotodiodo. Un piccolo punto di saldatura a cui è collegato un filo sottile è l'anodo e l'altro è il terminale del catodo.

BPW34 è un minuscolo fotodiodo PIN o una mini cella solare con superficie sensibile radiante che genera una tensione a circuito aperto di 350 mV CC se esposta a luce di 900 nm. È sensibile alla luce solare naturale e anche alla luce del fuoco. Quindi è ideale per l'uso come sensore di luce. Il fotodiodo BPW34 può essere utilizzato in stati di polarizzazione zero e polarizzazione inversa. La sua resistenza diminuisce quando la luce cade su di esso.

Passaggio 2: schema elettrico

Lo schema del circuito del sensore antincendio basato su diodo PIN è mostrato in Fig. 3. È costruito attorno a una batteria da 9 V, diodo PIN BPW34 (D1), amplificatore operazionale CA3140 (IC1), contatore CD4060 (IC2), transistor BC547 (T1 e T2), un cicalino piezoelettrico (PZ1) e pochi altri componenti.

Nel circuito, il fotodiodo PIN BPW34 è collegato agli ingressi invertenti e non invertenti dell'amplificatore operazionale IC1 in modalità polarizzata inversa per alimentare la corrente fotoelettrica nell'ingresso dell'amplificatore operazionale. CA3140 è un amplificatore operazionale BiMOs da 4,5 MHz con ingressi MOSFET e uscita bipolare. I transistor MOSFET (PMOS) protetti da gate nel circuito di ingresso forniscono un'impedenza di ingresso molto elevata, in genere intorno a 1,5 T ohm. L'IC richiede una corrente di ingresso molto bassa, fino a 10 pA, per cambiare lo stato dell'uscita in alto o basso. Nel circuito, IC1 viene utilizzato come amplificatore di transimpedenza per fungere da convertitore da corrente a tensione. IC1 amplifica e converte la fotocorrente generata nel diodo PIN nella corrispondente tensione in uscita. L'ingresso non invertente è collegato alla massa e all'anodo del fotodiodo, mentre l'ingresso invertente riceve la fotocorrente dal diodo PIN.

Passaggio 3: funzionamento del circuito

Il resistore di retroazione di grande valore R1 imposta il guadagno dell'amplificatore di transimpedenza poiché è in configurazione invertente. Il collegamento dell'ingresso non invertente a terra fornisce un carico a bassa impedenza per il fotodiodo, che mantiene bassa la tensione del fotodiodo.

Il fotodiodo funziona in modalità fotovoltaica senza bias esterni. Il feedback dell'amplificatore operazionale mantiene la corrente del fotodiodo uguale alla corrente di feedback attraverso R1. Quindi la tensione di offset in ingresso dovuta al fotodiodo è molto bassa in questa modalità fotovoltaica auto-polarizzata. Ciò consente un grande guadagno senza alcuna tensione di offset di grande uscita. Questa configurazione è selezionata per ottenere un grande guadagno in condizioni di scarsa illuminazione. Normalmente, in condizioni di luce ambientale, la fotocorrente dal diodo PIN è molto bassa; mantiene bassa l'uscita di IC1. Quando il diodo PIN rileva la luce visibile o IR dal fuoco, la sua fotocorrente aumenta e l'amplificatore a transimpedenza IC1 converte questa corrente nella tensione di uscita corrispondente. L'uscita alta da IC1 attiva il transistor T1 e il LED1 si accende. Ciò indica che il circuito ha rilevato un incendio. Quando T1 conduce, porta il pin 12 di reset di IC2 al potenziale di massa e CD4060 inizia a oscillare.

IC2 è un contatore binario con dieci uscite che diventano alte una ad una quando oscilla a causa di C1 e R6. L'oscillazione di IC2 è indicata dal lampeggio del LED2. Quando l'uscita Q6 (pin 4) di IC2 diventa alta dopo 15 secondi, T2 conduce e attiva il cicalino piezoelettrico PZ1 e si accende anche il LED3. L'allarme si ripete di nuovo dopo 15 secondi se l'incendio persiste. È inoltre possibile attivare un allarme CA che produce un suono forte sostituendo PZ1 con un circuito relè (non mostrato qui). L'allarme AC viene attivato tramite i contatti del relè utilizzato a tale scopo.

Fase 4: Costruzione e collaudo

Un PCB a lato singolo per il sensore antincendio basato su diodi PIN è mostrato in Fig. 4 e la sua disposizione dei componenti in Fig. 5. Racchiudere il PCB in una piccola scatola in modo tale da poter collegare facilmente il diodo PIN BPW34 sul lato posteriore del la scatola. Installare il diodo PIN in un luogo adatto e coprirlo in modo che la luce normale/solare non cada su di esso.

Testare il circuito è semplice. Normalmente, quando non c'è fiamma vicino al diodo PIN, il cicalino piezoelettrico non suona. Quando viene rilevata una fiamma di fuoco dal diodo PIN, il cicalino piezo emette un allarme. Il suo raggio di rilevamento è di circa due metri. Può anche rilevare scintille nel cablaggio di rete dovute a cortocircuiti.