Sensor de foc basat en díodes PIN: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Aquí hi ha un sensor de foc basat en díodes PIN que activa una alarma quan detecta un foc. Les alarmes contra incendis basades en termistor tenen un inconvenient; l'alarma només s'activa si el foc escalfa el termistor a prop. En aquest circuit, s’utilitza un díode PIN sensible com a sensor d’incendi per a la detecció d’incendis a llarg abast.

Detecta llum visible i infrarojos (IR) en el rang de 430nm a 1100nm. Així, la llum visible i la infrarogia del foc poden activar fàcilment el sensor per activar l’alarma. També detecta espurnes al cablejat de la xarxa i, si persisteix, dóna una alarma d’avís. És un dispositiu de protecció ideal per a sales d’exposició, taquilles, sales de discos, etc.

Pas 1: llista de peces

Semiconductors:

_ IC1 (amplificador operatiu CA3140);

_ IC2 (comptador CD4060);

_ T1, T2 (transistor BC547 npn);

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

_ D1 (fotodiode PIN BPW34)

Resistències (tots 1/4 de watt, ± 5% de carboni):

_ R1, R5, R6 (1 megaohm);

_ R2, R3 (1 quilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Condensadors:

_ C1 (disc ceràmic de 0, 22 μF)

Divers:

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

_ PZ1 (timbre piezoelèctric)

Per tant, el díode PIN BPW34 s’utilitza al circuit com a sensor de llum i IR. BPW34 és un fotodiode de 2 pins amb ànode (A) i càtode (K). L’extrem de l’ànode es pot identificar fàcilment des de la superfície plana vista superior del fotodiode. Un petit punt de soldadura al qual es connecta un fil prim és l’ànode i l’altre és el terminal del càtode.

BPW34 és un petit fotodiode PIN o mini cèl·lula solar amb superfície sensible a la radiació que genera voltatge de circuit obert de 350 mV CC quan s’exposa a llum de 900 nm. És sensible a la llum solar natural i també a la llum del foc. Per tant, és ideal per utilitzar-lo com a sensor de llum. El fotodiode BPW34 es pot utilitzar tant en estats de polarització zero com de polarització inversa. La seva resistència disminueix quan hi cau la llum.

Pas 2: diagrama del circuit

El diagrama de circuits del sensor d'incendi basat en díodes PIN es mostra a la figura 3. Està construït al voltant de bateries de 9 V, díodes PIN BPW34 (D1), amplificador operatiu CA3140 (IC1), comptador CD4060 (IC2), transistors BC547 (T1 i T2)), un brunzidor piezoelèctric (PZ1) i alguns components més.

Al circuit, el fotodiode PIN BPW34 està connectat a les entrades inversores i no inversores de l’ampli operatiu IC1 en mode polaritzat invers per alimentar el corrent fotogràfic a l’entrada de l’amplificador operatiu. CA3140 és un amplificador operatiu BiMOs de 4,5 MHz amb entrades MOSFET i sortida bipolar. Els transistors MOSFET (PMOS) protegits per porta del circuit d’entrada proporcionen una impedància d’entrada molt alta, normalment d’uns 1,5T ohms. L'IC requereix un corrent d'entrada molt baix, tan baix com 10 pA, per canviar l'estat de sortida a alt o baix. Al circuit, IC1 s’utilitza com a amplificador de transimpedància per actuar com a convertidor de corrent a voltatge. IC1 amplifica i converteix el corrent fotogràfic generat al díode PIN a la tensió corresponent a la seva sortida. L'entrada no inversora està connectada a la terra i l'ànode del fotodiode, mentre que l'entrada inversora obté corrent fotogràfic del díode PIN.

Pas 3: funcionament del circuit

La resistència de retroalimentació de gran valor R1 estableix el guany de l'amplificador de transimpedància, ja que està en configuració d'inversió. La connexió d’entrada no inversora a terra proporciona una càrrega d’impedància baixa per al fotodiode, que manté la tensió del fotodiode baixa.

El fotodiode funciona en mode fotovoltaic sense biaix extern. La retroalimentació de l’ampli operatiu manté el corrent del fotodiode igual al corrent de retroalimentació a través de R1. Així, doncs, el voltatge de compensació d’entrada degut al fotodiode és molt baix en aquest mode fotovoltaic autosuficient. Això permet obtenir un gran guany sense cap tensió de desplaçament de sortida gran. Aquesta configuració està seleccionada per obtenir un gran guany en condicions de poca llum. Normalment, en condicions de llum ambiental, la fotocorrent del díode PIN és molt baixa; manté baixa la sortida d’IC1. Quan el díode PIN detecta llum visible o IR del foc, augmenta el seu corrent fotogràfic i l'amplificador de transimpedància IC1 converteix aquest corrent a la tensió de sortida corresponent. L’alta sortida d’IC1 activa els transistors T1 i LED1. Això indica que el circuit ha detectat foc. Quan es condueix T1, es necessita el pin de restabliment 12 de l'IC2 al potencial de terra i el CD4060 comença a oscil·lar.

IC2 és un comptador binari amb deu sortides que augmenten una a una quan oscil·la a causa de C1 i R6. L’oscil·lació d’IC2 s’indica amb el parpelleig de LED2. Quan la sortida Q6 (pin 4) de l'IC2 gira al cap de 15 segons, T2 condueix i activa el brunzidor piezoelèctric PZ1 i el LED3 també brilla. L'alarma es repeteix de nou al cap de 15 segons si el foc persisteix. També podeu activar una alarma de CA que produeixi un so fort substituint PZ1 per un circuit de relé (no es mostra aquí). L'alarma de CA s'activa a través dels contactes del relé utilitzat per a aquest propòsit.

Pas 4: construcció i proves

A la Fig. 4 es mostra un PCB lateral únic per al sensor d'incendi basat en díodes PIN i la seva disposició de components a la Fig. 5. Incloeu el PCB en una caixa petita de manera que pugueu connectar el díode PIN BPW34 fàcilment a la part posterior la Caixa. Instal·leu el díode PIN en un lloc adequat i tapeu-lo de manera que la llum / la llum solar normal no caigui sobre ell.

Provar el circuit és senzill. Normalment, quan no hi ha flama de foc a prop del díode PIN, el brunzidor piezoelèctric no sona. Quan el díode PIN detecta una flama de foc, el zumbador piezoelèctric fa sonar una alarma. El seu abast de detecció ronda els dos metres. També pot detectar espurnes a la xarxa elèctrica a causa d’un curtcircuit.