Sensor Kebakaran Berdasarkan Diod PIN: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Berikut adalah sensor api berasaskan diod PIN yang mengaktifkan penggera ketika mengesan kebakaran. Penggera kebakaran berasaskan termistor mempunyai kelemahan; penggera menyala hanya jika api memanaskan termistor di kawasan berhampiran. Di litar ini, diod PIN sensitif digunakan sebagai sensor kebakaran untuk pengesanan kebakaran jarak jauh.

Ia mengesan cahaya yang dapat dilihat dan inframerah (IR) dalam lingkungan 430nm - 1100nm. Oleh itu cahaya yang dapat dilihat dan IR dari api dapat dengan mudah mengaktifkan sensor untuk mencetuskan penggera. Ia juga mengesan percikan api di kabel elektrik dan, jika berterusan, ia memberi penggera amaran. Ia adalah alat pelindung yang sesuai untuk bilik pameran, loker, bilik rakaman dan sebagainya.

Langkah 1: Senarai Bahagian

Semikonduktor:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (kaunter CD4060);

_ T1, T2 (transistor BC547 npn);

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

_ D1 (BPW34 PIN fotodioda)

Perintang (semua 1/4 watt, ± 5% karbon):

_ R1, R5, R6 (1 mega-ohm);

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Kapasitor:

_ C1 (cakera seramik 0, 22 μF)

Pelbagai:

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

_ PZ1 (buzzer piezo)

Jadi, diod PIN BPW34 digunakan dalam litar sebagai sensor cahaya dan IR. BPW34 adalah fotodiod 2-pin dengan anod (A) dan katod (K). Hujung anod dapat dikenali dengan mudah dari permukaan rata fotodioda pandangan atas. Titik pateri kecil di mana wayar nipis disambungkan adalah anod dan yang lain adalah terminal katod.

BPW34 adalah fotodiod PIN kecil atau sel solar mini dengan permukaan sensitif berseri yang menghasilkan voltan litar terbuka 350mV DC apabila terkena cahaya 900nm. Ia sensitif terhadap cahaya matahari semula jadi dan juga cahaya dari api. Oleh itu, ia sangat sesuai untuk digunakan sebagai sensor cahaya. Fotodiod BPW34 boleh digunakan dalam keadaan bias sifar dan juga keadaan bias terbalik. Rintangannya berkurang apabila cahaya jatuh di atasnya.

Langkah 2: Rajah Litar

Gambarajah litar sensor api berasaskan diod PIN ditunjukkan pada Rajah 3. Ia dibina di sekitar bateri 9V, diod PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), kaunter CD4060 (IC2), transistor BC547 (T1 dan T2), piezo buzzer (PZ1) dan beberapa komponen lain.

Dalam litar, PIN fotodiod BPW34 disambungkan ke input terbalik dan tidak terbalik op-amp IC1 dalam mod bias terbalik untuk menyalurkan arus foto ke input op-amp. CA3140 adalah op-amp BiMO 4.5MHz dengan input MOSFET dan output bipolar. Transistor MOSFET (PMOS) yang dilindungi pintu dalam litar input memberikan impedans input yang sangat tinggi, biasanya sekitar 1.5T ohm. IC memerlukan arus input yang sangat rendah, serendah 10pA, untuk menukar status output ke tinggi atau rendah. Di litar, IC1 digunakan sebagai penguat transimpedance untuk bertindak sebagai penukar arus ke voltan. IC1 menguatkan dan menukar arus foto yang dihasilkan dalam diod PIN ke voltan yang sesuai dalam outputnya. Input bukan pembalik dihubungkan ke tanah dan anod fotodiod, sementara input terbalik mendapat arus foto dari diod PIN.

Langkah 3: Operasi Litar

Perintang maklum balas nilai besar R1 menetapkan keuntungan penguat transimpedans kerana dalam konfigurasi terbalik. Sambungan input bukan pembalik ke tanah memberikan beban impedans rendah untuk photodiode, yang menjaga voltan photodiode rendah.

Fotodiod beroperasi dalam mod fotovoltaik tanpa bias luaran. Maklum balas op-amp memastikan arus fotodiod sama dengan arus maklum balas melalui R1. Oleh itu, voltan mengimbangi input kerana photodiode sangat rendah dalam mod fotovoltaik yang bias diri ini. Ini membenarkan keuntungan besar tanpa voltan offset output besar. Konfigurasi ini dipilih untuk mendapatkan keuntungan besar dalam keadaan cahaya rendah. Biasanya, dalam keadaan cahaya ambien, mata wang dari diod PIN sangat rendah; ia mengekalkan output IC1 rendah. Apabila diod PIN mengesan cahaya yang dapat dilihat atau IR dari api, arus fotonya meningkat dan penguat transimpedance IC1 menukar arus ini kepada voltan keluaran yang sesuai. Output tinggi dari IC1 mengaktifkan cahaya transistor T1 dan LED1. Ini menunjukkan bahawa litar telah mengesan kebakaran. Semasa T1 melakukan, ia memerlukan pin reset 12 dari IC2 ke potensi tanah dan CD4060 mula berayun.

IC2 adalah pembilang binari dengan sepuluh output yang berubah tinggi satu persatu ketika berayun kerana C1 dan R6. Osilasi IC2 ditunjukkan dengan sekelip mata LED2. Apabila output Q6 (pin 4) IC2 bertukar tinggi setelah 15 saat, T2 melakukan dan mengaktifkan piezo buzzer PZ1, dan LED3 juga menyala. Penggera akan berulang sekali lagi setelah 15 saat sekiranya api berterusan. Anda juga boleh menghidupkan penggera AC yang menghasilkan bunyi kuat dengan menggantikan PZ1 dengan litar relay (tidak ditunjukkan di sini). Penggera AC diaktifkan melalui kenalan geganti yang digunakan untuk tujuan ini.

Langkah 4: Pembinaan dan Pengujian

PCB sisi tunggal untuk sensor api berdasarkan diod PIN ditunjukkan pada Gambar. 4 dan susun atur komponennya pada Gambar. 5. Tutup PCB dalam kotak kecil sedemikian rupa sehingga anda dapat menyambungkan diod PIN BPW34 dengan mudah di bahagian belakang kotak itu. Pasang diod PIN di tempat yang sesuai dan tutup sehingga cahaya / cahaya matahari yang normal tidak jatuh di atasnya.

Menguji litar adalah mudah. Biasanya, apabila tidak ada nyalaan api di dekat diod PIN, bel piezo tidak berbunyi. Apabila nyala api dirasakan oleh dioda PIN, piezo buzzer membunyikan penggera. Jangkauan pengesanannya sekitar dua meter. Ia juga dapat mengesan percikan di pendawaian elektrik kerana litar pintas.