FEUERSENSOR - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Hallo alle zusammen!

Feuersensor ist ein Sensor, der entwickelt wurde, um das Vorhandensein einer Flamme oder eines Feuers zu erkennen und darauf zu reagieren. Hier handelt es sich um einen PIN-Dioden-basierten Brandsensor, der aktiviert wird, 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.

Schritt 1: Erforderliche Hardware

• CA3140 OP-AMP - 1
• CD4060 ZÄHLER - 1
• BC547 NPN-TRANSISTOR - 2
• BPW34 PIN-Fotodiode
• LED 5 mm - 3
• PIEZO SUMMER-1
• 9V BATTERIE-1
• 0.22uf Keramikscheibenkondensator-1
• 1M Ohm Widerstand - 3
• 1k Ohm Widerstand - 2
• 100-Ohm-Widerstand - 3

Schritt 2: Schaltplan

Das Schaltbild des PIN-Dioden-basierten Brandsensors ist oben im Bild gezeigt. Es besteht aus einer 9-V-Batterie, einer PIN-Diode BPW34, einem Operationsverstärker CA3140 (IC1), einem Zähler CD4060 (IC2), Transistoren BC547, einem Piezo-Summer und einigen anderen Komponenten.

In der Schaltung ist die PIN-Photodiode BPW34 mit den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen des Operationsverstärkers IC1 im Sperrmodus verbunden, um Photostrom 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 in der Eingangsschaltung 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 Photostrom 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 Photostrom 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: Schema- und Layout-Design

Eine Platine für PIN-basierte Brandmelder wird mit EAGLE entworfen. Der Schaltplan und das Platinen-Layout sind oben im Bild zu sehen.

Schritt 5: Senden von Gerber-Dateien an den Hersteller

Nachdem ich meine GERBER-Dateien aus EAGLE exportiert habe, lade ich sie auf LIONCIRCUITS hoch, um mein Board herstellen zu lassen. Normalerweise bestelle ich meine Leiterplatten nur bei ihnen. Sie bieten kostengünstiges Prototyping nur innerhalb von 6 Tagen.

Schritt 6: Vorgefertigte Bretter

Ich habe mein Board von LIONCIRCUITS erhalten und teile meine Gerber-Dateien mit Ihnen, falls jemand das Board zur Herstellung benötigt.

Schritt 7: Zusammenbauen und Testen

Nachdem ich mein Board mit Komponenten zusammengebaut habe, sieht es so aus.

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, gibt der Piezo-Summer einen Alarm aus. Sein Erfassungsbereich beträgt etwa zwei Meter.