SENSORE INCENDIO: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ciao a tutti!

Il sensore antincendio è un sensore progettato per rilevare e rispondere alla presenza di una fiamma o di un incendio. Qui si tratta di un sensore antincendio basato su diodi PIN che si attiva 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.

Passaggio 1: hardware richiesto

• CA3140 OP-AMP - 1
• CONTATORE CD4060 - 1
• TRANSISTORE NPN BC547 - 2
• Fotodiodo PIN BPW34
• LED 5 mm - 3
• BUZZER PIEZO-1
• BATTERIA 9V-1
• 0.22uf condensatore a disco ceramico-1
• Resistenza da 1M ohm - 3
• Resistenza da 1k ohm - 2
• Resistenza da 100 ohm - 3

Passaggio 2: schema elettrico

Lo schema del circuito del sensore antincendio basato su diodi PIN è mostrato sopra nell'immagine. È costruito attorno a una batteria da 9 V, diodo PIN BPW34, amplificatore operazionale CA3140 (IC1), contatore CD4060 (IC2), transistor BC547, un cicalino piezoelettrico e alcuni 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 fotocorrente 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.

Passaggio 4: progettazione schematica e del layout

Un PCB per sensore antincendio basato su PIN è progettato utilizzando EAGLE. Lo schema e il layout della scheda sono mostrati sopra nell'immagine.

Passaggio 5: invio di file Gerber al produttore

Dopo aver esportato i miei file GERBER da EAGLE, li sto caricando su LIONCIRCUITS per produrre la mia scheda. Di solito ordino i miei PCB solo da loro. Forniscono prototipazione a basso costo solo entro 6 giorni.

Passaggio 6: schede fabbricate

Ho ricevuto la mia scheda da LIONCIRCUITS e sto condividendo i miei file Gerber con te nel caso in cui qualcuno abbia bisogno che la scheda venga prodotta.

Passaggio 7: assemblaggio e test

Dopo aver assemblato la mia scheda con i componenti, appare così.

Testare il circuito è semplice. Normalmente, quando non c'è fiamma vicino al diodo PIN, il cicalino piezoelettrico non suona. Quando una fiamma viene rilevata dal diodo PIN, il cicalino piezo emette un allarme. Il suo raggio di rilevamento è di circa due metri.