Cảm biến cháy dựa trên diode PIN: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Đây là cảm biến báo cháy dựa trên diode PIN để kích hoạt báo động khi phát hiện cháy. Các thiết bị báo cháy dựa trên nhiệt điện trở có một nhược điểm; báo động chỉ bật nếu ngọn lửa làm nóng điện trở nhiệt ở gần. Trong mạch này, một diode PIN nhạy được sử dụng làm cảm biến cháy để phát hiện đám cháy ở phạm vi xa hơn.

Nó phát hiện ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại (IR) trong phạm vi 430nm - 1100nm. Vì vậy, ánh sáng nhìn thấy và IR từ đám cháy có thể dễ dàng kích hoạt cảm biến để kích hoạt báo động. Nó cũng phát hiện ra tia lửa trong hệ thống dây điện và nếu vẫn tiếp tục xảy ra, nó sẽ phát ra cảnh báo. Đây là thiết bị bảo vệ lý tưởng cho các phòng trưng bày, tủ khóa, phòng thu âm, v.v.

Bước 1: Danh sách bộ phận

Chất bán dẫn:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (bộ đếm CD4060);

_ T1, T2 (bóng bán dẫn BC547 npn);

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

_ D1 (Diode quang BPW34 PIN)

Điện trở (tất cả 1/4 watt, ± 5% carbon):

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

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Tụ điện:

_ C1 (đĩa gốm 0, 22 μF)

Điều khoản khác:

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

_ PZ1 (còi piezo)

Vì vậy, diode PIN BPW34 được sử dụng trong mạch làm cảm biến ánh sáng và hồng ngoại. BPW34 là một điốt quang 2 chân với cực dương (A) và cực âm (K). Đầu cực dương có thể dễ dàng được xác định từ bề mặt phẳng nhìn từ trên xuống của điốt quang. Một điểm hàn nhỏ được nối với một dây mỏng là cực dương và điểm hàn còn lại là cực âm.

BPW34 là một diode quang PIN nhỏ hoặc pin mặt trời mini với bề mặt nhạy cảm bức xạ tạo ra điện áp mạch hở 350mV DC khi tiếp xúc với ánh sáng 900nm. Nó nhạy cảm với ánh sáng mặt trời tự nhiên và cả ánh sáng từ lửa. Vì vậy, nó lý tưởng để sử dụng làm cảm biến ánh sáng. Điốt quang PW34 có thể được sử dụng ở trạng thái phân cực 0 cũng như phân cực ngược. Điện trở của nó giảm khi có ánh sáng chiếu vào.

Bước 2: Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch của cảm biến cháy dựa trên diode PIN được hiển thị trong Hình 3. Nó được xây dựng xung quanh pin 9V, diode PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), bộ đếm CD4060 (IC2), bóng bán dẫn BC547 (T1 và T2), một bộ rung piezo (PZ1) và một vài thành phần khác.

Trong mạch, diode quang PIN BPW34 được kết nối với đầu vào đảo ngược và không đảo của op-amp IC1 ở chế độ phân cực ngược để cấp dòng điện ảnh vào đầu vào của op-amp. CA3140 là một op-amp BiMOs 4,5MHz với đầu vào MOSFET và đầu ra lưỡng cực. Các bóng bán dẫn MOSFET (PMOS) được bảo vệ bởi nhà nước trong mạch đầu vào cung cấp trở kháng đầu vào rất cao, thường khoảng 1,5T ohms. IC yêu cầu dòng điện đầu vào rất thấp, thấp tới 10pA, để thay đổi trạng thái đầu ra thành cao hoặc thấp. Trong mạch, IC1 được sử dụng như một bộ khuếch đại trở kháng để hoạt động như một bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp. IC1 khuếch đại và chuyển đổi dòng quang được tạo ra trong diode PIN thành điện áp tương ứng trong đầu ra của nó. Đầu vào không đảo ngược được kết nối với mặt đất và cực dương của diode quang, trong khi đầu vào đảo ngược nhận dòng điện từ diode PIN.

Bước 3: Hoạt động mạch

Điện trở phản hồi giá trị lớn R1 đặt mức tăng của bộ khuếch đại cản trở vì nó ở cấu hình đảo ngược. Kết nối đầu vào không đảo ngược với đất cung cấp tải trở kháng thấp cho điốt quang, giúp giữ cho điện áp điốt quang ở mức thấp.

Điốt quang hoạt động ở chế độ quang điện không có phân cực bên ngoài. Phản hồi của op-amp giữ cho dòng điốt quang bằng với dòng phản hồi qua R1. Vì vậy điện áp bù đầu vào do điốt quang rất thấp trong chế độ quang điện tự phân cực này. Điều này cho phép một độ lợi lớn mà không cần bất kỳ điện áp bù đầu ra lớn nào. Cấu hình này được chọn để có được độ lợi lớn trong điều kiện ánh sáng yếu. Thông thường, trong điều kiện ánh sáng xung quanh, dòng quang từ diode PIN rất thấp; nó giữ cho đầu ra của IC1 ở mức thấp. Khi diode PIN phát hiện ánh sáng nhìn thấy hoặc IR từ ngọn lửa, dòng quang của nó sẽ tăng lên và bộ khuếch đại cản trở IC1 chuyển đổi dòng điện này thành điện áp đầu ra tương ứng. Đầu ra cao từ IC1 kích hoạt bóng bán dẫn T1 và LED1 phát sáng. Điều này cho thấy rằng mạch đã phát hiện cháy. Khi T1 dẫn, nó sẽ đặt lại chân 12 của IC2 thành điện thế nối đất và CD4060 bắt đầu dao động.

IC2 là một bộ đếm nhị phân với mười đầu ra lần lượt tăng cao khi nó dao động do C1 và R6. Dao động của IC2 được biểu thị bằng sự nhấp nháy của LED2. Khi ngõ ra Q6 (chân 4) của IC2 tăng cao sau 15 giây, T2 dẫn và kích hoạt bộ rung piezo PZ1, đồng thời LED3 cũng phát sáng. Báo động lặp lại một lần nữa sau 15 giây nếu đám cháy vẫn tiếp diễn. Bạn cũng có thể bật cảnh báo AC tạo ra âm thanh lớn bằng cách thay thế PZ1 bằng một mạch rơ le (không được hiển thị ở đây). Cảnh báo AC được kích hoạt thông qua các tiếp điểm của rơ le được sử dụng cho mục đích này.

Bước 4: Xây dựng và thử nghiệm

Một PCB bên duy nhất cho cảm biến cháy dựa trên diode PIN được hiển thị trong Hình 4 và cách bố trí thành phần của nó trong Hình 5. Bao bọc PCB trong một hộp nhỏ theo cách mà bạn có thể kết nối diode PIN BPW34 dễ dàng ở mặt sau của cái hộp. Lắp đặt diode PIN ở một nơi thích hợp và che nó sao cho ánh sáng bình thường / ánh sáng mặt trời không chiếu vào nó.

Kiểm tra mạch rất đơn giản. Thông thường, khi không có ngọn lửa cháy gần diode PIN, còi piezo không phát ra âm thanh. Khi ngọn lửa cháy được diode PIN cảm nhận, còi piezo phát ra âm thanh báo động. Phạm vi phát hiện của nó là khoảng hai mét. Nó cũng có thể phát hiện tia lửa điện trong hệ thống dây điện do đoản mạch.