Brandmelder auf PIN-Diodenbasis - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Hier ist ein Brandsensor auf PIN-Diodenbasis, der einen Alarm auslöst, wenn er ein Feuer erkennt. Feuermelder auf Thermistorbasis haben einen Nachteil; der Alarm wird nur aktiviert, wenn das Feuer den Thermistor in unmittelbarer Nähe erhitzt. In dieser Schaltung wird eine empfindliche PIN-Diode als Brandsensor für eine Branderkennung mit größerer Reichweite verwendet.

Es erkennt sichtbares Licht und Infrarot (IR) im Bereich von 430 nm – 1100 nm. So können sichtbares Licht und IR vom Feuer den Sensor leicht aktivieren, um den Alarm auszulösen. Es erkennt auch Funken in der Netzverkabelung und gibt einen Warnalarm aus, wenn diese bestehen bleiben. Es ist ein ideales Schutzgerät für Ausstellungsräume, Schließfächer, Schallplattenräume usw.

Schritt 1: Teileliste

Halbleiter:

_ IC1 (CA3140 Operationsverstärker);

_ IC2 (CD4060-Zähler);

_ T1, T2 (BC547 npn-Transistor);

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

_ D1 (BPW34 PIN-Fotodiode)

Widerstände (alle 1/4 Watt, ± 5% Kohlenstoff):

_ R1, R5, R6 (1 Megaohm);

_ R2, R3 (1 Kiloohm);

_ R4, R7, R8 (100 Ohm)

Kondensatoren:

_ C1 (0, 22 μF Keramikscheibe)

Sonstig:

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

_ PZ1 (Piezo-Summer)

So wird die PIN-Diode BPW34 in der Schaltung als Licht- und IR-Sensor verwendet. BPW34 ist eine 2-polige Fotodiode mit Anode (A) und Kathode (K). Das Anodenende kann leicht von der ebenen Fläche der Photodiode in der Draufsicht identifiziert werden. Eine kleine Lötstelle, an die ein dünner Draht angeschlossen ist, ist die Anode und die andere ist der Kathodenanschluss.

BPW34 ist eine winzige PIN-Fotodiode oder Mini-Solarzelle mit strahlungsempfindlicher Oberfläche, die 350 mV DC Leerlaufspannung erzeugt, wenn sie 900 nm Licht ausgesetzt wird. Es reagiert empfindlich auf natürliches Sonnenlicht und auch auf Licht von Feuer. Daher ist sie ideal für den Einsatz als Lichtsensor. Die Fotodiode BPW34 kann sowohl im Null- als auch im Sperrzustand verwendet werden. Sein Widerstand nimmt ab, wenn Licht darauf fällt.

Schritt 2: Schaltplan

Das Schaltbild des PIN-Dioden-basierten Brandsensors ist in Abb. 3 dargestellt. Er besteht aus einer 9-V-Batterie, einer PIN-Diode BPW34 (D1), einem Operationsverstärker CA3140 (IC1), einem Zähler CD4060 (IC2), Transistoren BC547 (T1 und T2.).), ein Piezo-Summer (PZ1) und einige andere Komponenten.

In der Schaltung ist die PIN-Fotodiode BPW34 mit den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen des Operationsverstärkers IC1 im Sperrmodus verbunden, um Fotostrom in den Eingang des Operationsverstärkers einzuspeisen. CA3140 ist ein 4,5-MHz-BiMOs-Operationsverstärker mit MOSFET-Eingängen und bipolarem Ausgang. Gate-geschützte MOSFET (PMOS)-Transistoren im Eingangskreis bieten eine sehr hohe Eingangsimpedanz, typischerweise etwa 1,5 T Ohm. Der IC benötigt einen sehr geringen Eingangsstrom von nur 10 pA, um den Ausgangsstatus auf hoch oder niedrig zu ändern. In der Schaltung wird IC1 als Transimpedanzverstärker verwendet, um als Strom-Spannungs-Wandler zu wirken. IC1 verstärkt und wandelt den in der PIN-Diode erzeugten Fotostrom in die entsprechende Spannung an seinem Ausgang um. Der nicht invertierende Eingang ist mit Masse und Anode der Photodiode verbunden, während der invertierende Eingang Photostrom von der PIN-Diode erhält.

Schritt 3: Schaltungsbetrieb

Der Rückkopplungswiderstand R1 mit großem Wert legt die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers fest, da er sich in invertierender Konfiguration befindet. Der Anschluss des nicht invertierenden Eingangs an Masse sorgt für eine niederohmige Last für die Fotodiode, wodurch die Fotodiodenspannung niedrig gehalten wird.

Die Photodiode arbeitet im photovoltaischen Modus ohne externe Vorspannung. Die Rückkopplung des Operationsverstärkers hält den Fotodiodenstrom gleich dem Rückkopplungsstrom durch R1. Daher ist die Eingangsoffsetspannung aufgrund der Fotodiode in diesem selbstvorgespannten Photovoltaikmodus sehr niedrig. Dies ermöglicht eine große Verstärkung ohne eine große Ausgangsoffsetspannung. Diese Konfiguration wird ausgewählt, um bei schlechten Lichtverhältnissen eine große Verstärkung zu erzielen. Normalerweise ist der Fotostrom von der PIN-Diode bei Umgebungslicht sehr gering; es hält den Ausgang von IC1 niedrig. Wenn die PIN-Diode sichtbares Licht oder IR von Feuer erkennt, erhöht sich ihr Fotostrom und der Transimpedanzverstärker IC1 wandelt diesen Strom in die entsprechende Ausgangsspannung um. Der hohe Ausgang von IC1 aktiviert den Transistor T1 und LED1 leuchtet. Dies zeigt an, dass der Stromkreis ein Feuer erkannt hat. Wenn T1 leitet, nimmt es den Reset-Pin 12 von IC2 auf Massepotential und CD4060 beginnt zu schwingen.

IC2 ist ein Binärzähler mit zehn Ausgängen, die nacheinander High werden, wenn er aufgrund von C1 und R6 schwingt. Die Schwingung von IC2 wird durch das Blinken von LED2 angezeigt. Wenn der Ausgang Q6 (Pin 4) von IC2 nach 15 Sekunden hoch wird, leitet T2 und aktiviert den Piezo-Summer PZ1 und LED3 leuchtet ebenfalls. Der Alarm wiederholt sich nach 15 Sekunden erneut, wenn das Feuer andauert. Sie können auch einen AC-Alarm einschalten, der einen lauten Ton erzeugt, indem Sie PZ1 durch eine Relaisschaltung ersetzen (hier nicht gezeigt). Der AC-Alarm wird über Kontakte des dafür verwendeten Relais aktiviert.

Schritt 4: Konstruktion und Prüfung

Eine einseitige Platine für den PIN-Dioden-basierten Brandmelder ist in Abb. 4 und deren Bestückung in Abb. 5 dargestellt. Legen Sie die Platine so in eine kleine Schachtel, dass Sie die PIN-Diode BPW34 einfach an der Rückseite anschließen können die Kiste. Installieren Sie die PIN-Diode an einer geeigneten Stelle und decken Sie sie so ab, dass kein normales Licht/Sonnenlicht darauf fällt.

Das Testen der Schaltung ist einfach. Normalerweise ertönt der Piezo-Summer nicht, wenn sich keine Feuerflamme in der Nähe der PIN-Diode befindet. Wenn eine Feuerflamme von der PIN-Diode erkannt wird, ertönt ein Piezo-Summer. Sein Erfassungsbereich beträgt etwa zwei Meter. Es kann auch Funken in der Netzleitung durch Kurzschluss erkennen.