BRANDSENSOR: 7 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dag iedereen!

Brandsensor is een sensor die is ontworpen om de aanwezigheid van een vlam of vuur te detecteren en erop te reageren. Hier is het een op PIN-diode gebaseerde brandsensor die wordt geactiveerd wanneer hij brand detecteert. Op thermistor gebaseerde brandalarmen hebben een nadeel; het alarm gaat alleen aan als de brand de thermistor in de directe omgeving verwarmt.

Stap 1: Benodigde hardware

• CA3140 OP-AMP - 1
• CD4060 TELLER - 1
• BC547 NPN-TRANSISTOR - 2
• BPW34 PIN-fotodiode
• LED 5 mm - 3
• PIEZO BUZZER-1
• 9V BATTERIJ-1
• 0.22uf keramische schijfcondensator-1
• 1M ohm weerstand - 3
• 1k ohm weerstand - 2
• 100 ohm weerstand - 3

Stap 2: Schakelschema

Het schakelschema van de op PIN-diode gebaseerde brandsensor wordt hierboven in de afbeelding weergegeven. Het is opgebouwd rond 9V batterij, PIN-diode BPW34, op-amp CA3140(IC1), teller CD4060(IC2), transistors BC547, een piëzo-zoemer en een paar andere componenten.

In het circuit is PIN-fotodiode BPW34 verbonden met de inverterende en niet-inverterende ingangen van op-amp IC1 in omgekeerde vooringenomen modus om fotostroom in de ingang van de op-amp te voeren. CA3140 is een 4,5 MHz BiMOs-op-amp met MOSFET-ingangen en bipolaire uitgang.

Gate-protected MOSFET (PMOS)-transistors in het ingangscircuit bieden een zeer hoge ingangsimpedantie, meestal rond de 1,5 T ohm. Het IC heeft een zeer lage ingangsstroom nodig, zo laag als 10pA, om de uitgangsstatus te wijzigen in hoog of laag.

In het circuit wordt IC1 gebruikt als een transimpedantieversterker om als stroom-naar-spanningsomzetter te fungeren. IC1 versterkt en converteert de fotostroom die wordt gegenereerd in de PIN-diode naar de overeenkomstige spanning in de uitgang. De niet-inverterende ingang is verbonden met aarde en anode van de fotodiode, terwijl de inverterende ingang fotostroom krijgt van de PIN-diode.

Stap 3: Circuitwerking

Terugkoppelingsweerstand R1 met grote waarde stelt de versterking van de transimpedantieversterker in, aangezien deze zich in een inverterende configuratie bevindt. Aansluiting van niet-inverterende ingang op aarde zorgt voor een lage impedantiebelasting voor de fotodiode, waardoor de fotodiodespanning laag blijft.

De fotodiode werkt in de fotovoltaïsche modus zonder externe bias. Feedback van de op-amp houdt de fotodiodestroom gelijk aan de feedbackstroom door R1. Dus de ingangsoffsetspanning als gevolg van de fotodiode is erg laag in deze zelfvoorzienende fotovoltaïsche modus. Dit maakt een grote versterking mogelijk zonder enige offsetspanning met een groot uitgangsvermogen. Deze configuratie is geselecteerd om een grote winst te behalen bij weinig licht.

Normaal gesproken is de fotostroom van de PIN-diode bij omgevingslicht erg laag; het houdt de output van IC1 laag. Wanneer de PIN-diode zichtbaar licht of IR van vuur detecteert, neemt zijn fotostroom toe en transimpedantieversterker IC1 converteert deze stroom naar de overeenkomstige uitgangsspanning. Hoge output van IC1 activeert transistor T1 en LED1 brandt. Dit geeft aan dat het circuit brand heeft gedetecteerd. Wanneer T1 geleidt, wordt resetpen 12 van IC2 naar aardpotentiaal gebracht en begint CD4060 te oscilleren.

IC2 is een binaire teller met tien uitgangen die één voor één hoog worden als hij oscilleert door C1 en R6. Oscillatie van IC2 wordt aangegeven door het knipperen van LED2. Wanneer uitgang Q6 (pin 4) van IC2 na 15 seconden hoog wordt, geleidt en activeert T2 piëzo-zoemer PZ1 en brandt ook LED3. Het alarm wordt na 15 seconden opnieuw herhaald als de brand aanhoudt.

U kunt ook een AC-alarm inschakelen dat een hard geluid produceert door de PZ1 te vervangen door een relaiscircuit (hier niet weergegeven). Het AC-alarm wordt geactiveerd via contacten van het hiervoor gebruikte relais.

Stap 4: Schematisch en lay-outontwerp

Een PCB voor PIN-gebaseerde brandsensor is ontworpen met behulp van EAGLE. Het schema en de bordlay-out zijn hierboven in de afbeelding weergegeven.

Stap 5: Gerber-bestanden naar de fabrikant verzenden

Nadat ik mijn GERBER-bestanden van EAGLE heb geëxporteerd, upload ik ze op LIONCIRCUITS om mijn bord te laten maken. Ik bestel mijn PCB's meestal alleen bij hen. Ze bieden goedkope prototyping alleen binnen 6 dagen.

Stap 6: Gefabriceerde platen

Ik heb mijn bord ontvangen van LIONCIRCUITS en ik deel mijn Gerber-bestanden met je voor het geval iemand het bord nodig heeft om te worden vervaardigd.

Stap 7: Assembleren en testen

Na het samenstellen van mijn bord met componenten ziet het er zo uit.

Het testen van de schakeling is eenvoudig. Normaal gesproken klinkt de piëzo-zoemer niet wanneer er geen vuurvlam in de buurt van de PIN-diode is. Wanneer een brandvlam wordt gedetecteerd door de PIN-diode, klinkt de piëzo-zoemer een alarm. Het detectiebereik is ongeveer twee meter.