Κύκλωμα υπερηχητικού συναγερμού πυρκαγιάς με ανίχνευση στροβιλισμού αέρα

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Το απλό υπερηχητικό κύκλωμα συναγερμού πυρκαγιάς που εξηγείται παρακάτω ανιχνεύει μια κατάσταση κινδύνου πυρκαγιάς λαμβάνοντας τις παραλλαγές στα γύρω κύματα αέρα ή την αναταραχή αέρα. Η υψηλή ευαισθησία του κυκλώματος εξασφαλίζει ότι ακόμη και η παραμικρή αναταραχή αέρα που δημιουργείται από διαφορά θερμοκρασίας ή πυρκαγιά ανιχνεύεται γρήγορα και ακούγεται μια συνδεδεμένη συσκευή συναγερμού.

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ



Οι συμβατικοί αισθητήρες πυρκαγιάς χρησιμοποιούν διαφορετικά συστήματα για τον εντοπισμό της πυρκαγιάς και έρχονται με κάθε είδους πολυπλοκότητες.

Ένα συνηθισμένο σύστημα συναγερμού πυρκαγιάς χρησιμοποιεί ένα αισθητήρας θερμοκρασίας να αισθανθείτε την ασυνήθιστα υψηλή διακύμανση θερμοκρασίας που προκαλείται από πυρκαγιά.



Δεν είναι θεμελιώδες ότι μόνο ένα ηλεκτρονικό μέρος όπως ένα θερμίστορ ή χρησιμοποιείται συσκευή ημιαγωγών θερμοκρασίας, αλλά απλό υλικό όπως εύτηκτος σύνδεσμος χαμηλής θερμοκρασίας ή διακόπτης διμετρικής θερμοκρασίας.

Παρόλο που προτιμάται η απλότητα τέτοιων τύπων συναγερμού, η αξιοπιστία τους είναι αμφισβητήσιμη επειδή η ανίχνευση συμβαίνει μόνο όταν μια πυρκαγιά έχει ήδη ωριμάσει.

Υπάρχουν πιο περίπλοκα συστήματα συναγερμού πυρκαγιάς, για παράδειγμα, ανιχνευτές καπνού που είναι εξοπλισμένοι με ένα ξεχωριστό τμήμα ημιαγωγού που ανιχνεύει την ύπαρξη σωματιδίων καπνού, εύφλεκτων αερίων και ατμών.

Εκτός από αυτό, υπάρχουν οπτικοηλεκτρονική συστήματα συναγερμού πυρκαγιάς που ενεργοποιούνται όταν ο καπνός οποιασδήποτε μορφής εμποδίζει τις φωτεινές ακτίνες τους. Ένας τέτοιος τύπος συστήματος ανίχνευσης πυρκαγιάς δημοσιεύτηκε στο Hobby Electronics.

Ανίχνευση θερμότητας χρησιμοποιώντας Doppler Shift

Μια νέα μέθοδος ανίχνευσης πυρκαγιάς με χρήση υπερηχητικός ήχος περιγράφεται σε αυτό το άρθρο. Φέρει τις ίδιες αρχές λειτουργίας με το περίφημο Συναγερμοί υπερήχων Doppler Shift , αυτό το σύστημα ανίχνευσης πυρκαγιάς είναι εξαιρετικά ευαίσθητο σε αναταράξεις στον αέρα, εκτός από την κίνηση του στερεού αντικειμένου.

Η θερμότητα από μια ηλεκτρική φωτιά παράγει τεράστια αναταραχή και ενεργοποιεί τον συναγερμό. Συχνά, οι ψευδείς συναγερμοί ενεργοποιούνται λόγω της αναταραχής. Ως αποτέλεσμα, αυτός ο τύπος συναγερμού πυρκαγιάς είναι ιδανικός για ένα σπίτι, παρόλο που οι άνθρωποι που ζουν σε αυτό συχνά δεν θα το εκτιμούσαν.

Πώς συμβαίνει η υγιής διάκριση

Ένα μειονέκτημα της χρήσης συναγερμού Doppler Shift ως συναγερμού πυρκαγιάς είναι η μαζική περιοχή ανίχνευσης που παρέχει αυτή η μονάδα. Κατά κάποιο τρόπο, εδώ αποδεικνύεται ευεργετικό γιατί η γρήγορη ανίχνευση καθίσταται δυνατή ακόμα κι αν μια φωτιά ξεκινά σε μια μικρή γωνία της περιοχής ανίχνευσης.

Η συνήθης αρχή των συμβατικών συναγερμών πυρκαγιάς είναι να ανιχνεύουν πυρκαγιές αγνοώντας ταυτόχρονα άτομα που κινούνται στο δωμάτιο. Αυτό είναι σημαντικό καθώς το σύστημα συναγερμού έχει ρυθμιστεί να λειτουργεί έως ότου ενεργοποιηθεί.

Ένας τυπικός συναγερμός υπερήχων Doppler Shift αποτυγχάνει να κάνει διάκριση μεταξύ ανθρώπων και αναταράξεων. Επομένως, είναι πιο λογικό για ένα σύστημα συναγερμού πυρκαγιάς να χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα που διέπει μια μικρή περιοχή λειτουργίας.

Η μονάδα συναγερμού μπορεί να τοποθετηθεί σε μια τοποθεσία στο δωμάτιο όπου η ανθρώπινη κίνηση είναι ελάχιστη, αλλά και πάλι, μπορεί να εντοπίσει γρήγορα την αναταραχή που προκύπτει από πυρκαγιά.

Το σύστημα λειτουργεί

Ένας βασικός συναγερμός υπερήχων είναι εξοπλισμένος με δύο ανεξάρτητα κυκλώματα που συνδέονται μέσω του ίδιου τροφοδοτικού.

Το απλούστερο ηλεκτρονικό κύκλωμα ενεργεί έναν πομπό που εκπέμπει ομοιόμορφες συχνότητες ήχου στον δέκτη, που είναι το πιο περίπλοκο κύκλωμα.

Ένα μπλοκ διάγραμμα του συναγερμού πυρκαγιάς φαίνεται στο σχήμα 1.

Όπως περιγράφηκε, το κύκλωμα του πομπού λειτουργεί για την παραγωγή ήχου υπερήχων χρησιμοποιώντας έναν ταλαντωτή και τροφοδοτεί το σήμα μέσω ενός μεγαφώνου.

Το ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε ηχητικά κύματα από το ηχείο, αλλά οι άνθρωποι δεν μπορούν να τα ακούσουν επειδή βρίσκονται πάνω από το εύρος της ακοής.

Οι συνηθισμένοι ενισχυτές ήχου δεν λειτουργούν καλά στις συχνότητες υπερήχων λόγω του πιεζοηλεκτρικού τύπου μετατροπέα μετάδοσης.

Συνήθως, περιλαμβάνεται ένας συντονιστής επιπέδου εξόδου έτσι ώστε η ευαισθησία του κυκλώματος να μπορεί να προσαρμοστεί στο σωστό επίπεδο.

Δέκτης

Ένα μικρόφωνο στο δέκτη ανιχνεύει τα ηχητικά κύματα από τον πομπό και τα μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα.

Για άλλη μια φορά, α εξειδικευμένος πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας χρησιμοποιείται στο μικρόφωνο λήψης, διότι τα κανονικά δεν είναι κατάλληλα για λειτουργία σε υψηλές, ειδικά υπερηχητικές συχνότητες.

Η εξαιρετικά ευέλικτη κατάσταση του ήχου υπερήχων προκαλεί προβλήματα εντοπισμού μεταξύ του μικροφώνου και του μεγαφώνου σε περίπτωση που και οι δύο συσκευές έχουν εγκατασταθεί σχεδόν το ένα δίπλα στο άλλο.

Σε πρακτικές περιπτώσεις, τα ληφθέντα σήματα είναι αντανακλάσεις από τοίχους ή έπιπλα στο δωμάτιο.

Επιπλέον, η έξοδος από το μικρόφωνο είναι σχετικά χαμηλή και συνήθως περίπου 1 mV RMS. Έτσι, ενσωματώνεται ένας ενισχυτής για την ενίσχυση του σήματος σε επίπεδο λειτουργίας.

Κανονικά, δύο στάδια ενίσχυσης υψηλού κέρδους χρησιμοποιούνται τουλάχιστον σε συναγερμό υπερήχων. Ωστόσο, δεδομένου ότι το αναφερόμενο σύστημα συναγερμού πυρκαγιάς απαιτεί μικρότερη ευαισθησία, επομένως ένα μόνο στάδιο ενίσχυσης είναι πιο κατάλληλο.

Ανιχνευτής

Το επόμενο τμήμα του κυκλώματος είναι ένας ανιχνευτής διαμόρφωσης πλάτους. Σε πρακτική κατάσταση, το ανιχνευόμενο σήμα είναι ένα άμεσο κύμα εξόδου 40kHz από τον πομπό.

Αυτό το σήμα συλλέγεται χρησιμοποιώντας διάφορες διαδρομές και αυθαίρετα σταδιακά. Όμως, τόσο τα πλάτη του σήματος όσο και οι σχέσεις φάσης του διατηρούνται χωρίς καμία αλλαγή. Έτσι, δεν παράγεται έξοδος από τη γεννήτρια πλάτους σε έτοιμες καταστάσεις.

Όποτε υπάρχει κίνηση μπροστά από τον ανιχνευτή ή ο αέρας είναι τυρβώδης, αλλάζει ολόκληρο το σενάριο.

Οι φημισμένοι Doppler Shift παίρνει φόρτιση και παράγει μια ταλάντωση συχνότητας στα σήματα που αντανακλώνται από το αντικείμενο σε κίνηση ή διαταραχή στον αέρα.

Ένα τμήμα του μεταδιδόμενου σήματος συλλέγεται είτε απευθείας είτε χρησιμοποιώντας ακίνητα αντικείμενα μέσω του αέρα που είναι ανθεκτικός στην αναταραχή.

Μετά από αυτό, δύο ή περισσότερες συχνότητες διοχετεύονται στον αποδιαμορφωτή πλάτους. Σε αυτό το στάδιο, η σχέση φάσης είναι πέρα ​​από τη ρύθμιση επειδή τα σήματα έχουν διαφορετικές συχνότητες.

Υπερηχητικές κυματομορφές

Όταν κοιτάτε το διάγραμμα κυματομορφής στο Σχήμα 2 παρακάτω, φανταστείτε ότι η άνω κυματομορφή είναι το τυπικό σήμα 40 kHz και η κάτω κυματομορφή είναι το σήμα που μεταβάλλεται από τη συχνότητα. Στην αρχή, τα σήματα είναι σε φάση ή αυξάνονται και μειώνονται ομοιογενώς σε κλίμακα διατηρώντας ταυτόχρονα την ίδια πολικότητα.

Τα σήματα σε φάση συνοψίζονται μέσα στον αποδιαμορφωτή για να δημιουργήσουν ένα τεράστιο σήμα εξόδου. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια της ακολουθίας κυματομορφής, μπαίνουν στη ζώνη κατά της φάσης.

Αυτό σημαίνει ότι τα σήματα αυξάνουν και μειώνουν το πλάτος τους ομοιόμορφα, αλλά τώρα έχουν αντίθετες πολικότητες.

Ως αποτέλεσμα, ο αποδιαμορφωτής παράγει ένα ασθενές σήμα εξόδου καθώς τα δύο άλλα σήματα ακυρώνουν το ένα το άλλο. Αλλά στο τέλος, τα σήματα επιστρέφουν για να είναι σε φάση και απελευθερώνουν μια ανθεκτική έξοδο από τον αποδιαμορφωτή.

Τη στιγμή που ενεργοποιείται το κύκλωμα, μετράται ένα μεταβαλλόμενο επίπεδο εξόδου από τον αποδιαμορφωτή.

Η συχνότητα του σήματος εξόδου είναι η ίδια με τη διακύμανση μεταξύ των διπλών σημάτων εισόδου.

Αυτό φαίνεται συνήθως σε συχνότητα χαμηλού ήχου ή σε υποηχητική συχνότητα. Χωρίς αμφιβολία, το σήμα από την έξοδο συλλαμβάνεται αβίαστα αφού τον ενισχυτή υψηλού κέρδους το ενισχύσει.

Γεννήτρια συναγερμών

Μόλις ενισχυθεί το σήμα, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ενός τυπικού κυκλώματος μανδάλωσης που μόλις ενεργοποιηθεί, ο συναγερμός συνεχίζει να αναβοσβήνει έως ότου γίνει επαναφορά του συστήματος. Η λειτουργία μανδάλωσης διέπεται από ένα τρανζίστορ μεταγωγής που συνδέει την τάση ελέγχου με το κύκλωμα ανίχνευσης συναγερμού.

Η γεννήτρια συναγερμών έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας έναν ταλαντωτή ελεγχόμενης τάσης (VCO) εποπτευόμενο από έναν ταλαντωτή χαμηλής συχνότητας.

Μια κυματομορφή ράμπας παράγεται από τον ταλαντωτή χαμηλής συχνότητας και μια έξοδος από το VCO θα αυξηθεί σταδιακά στη συχνότητα μέχρι το μέγιστο βήμα του.

Στη συνέχεια, το σήμα θα επανέλθει στο ελάχιστο βήμα και θα αυξηθεί ξανά σταδιακά η συχνότητα. Αυτή η κυκλική διαδικασία συνεχίζεται και παρέχει ένα αποτελεσματικό σήμα συναγερμού.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Το πλήρες σχέδιο κυκλώματος του υπερηχητικού συστήματος ανίχνευσης πυρκαγιάς ή του δέκτη, απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα.

ΚΥΚΛΩΜΑ ΠΑΡΑΛΑΒΗΣ : Οι διακεκομμένες γραμμές ενώνονται με τις ράγες τροφοδοσίας του κυκλώματος πομπού παρακάτω

ΚΥΚΛΩΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

Ο πομπός κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια συσκευή χρονομέτρου 7555, IC1. Αυτό το στοιχείο CMOS είναι ο τύπος χαμηλής ισχύος του χρονοδιακόπτη 555.

Για αυτόν τον τύπο γεννήτριας συναγερμού, το 7555 είναι ιδανικό σε σύγκριση με το 555, επειδή η συνολική κατανάλωση ισχύος του κυκλώματος διατηρείται μόνο σε περίπου 1mA ή λιγότερο, γεγονός που συμβάλλει στην αποδοτική χρήση ισχύος μπαταρίας.

Επιπλέον, το 7555 IC χρησιμοποιείται σε μια τυπική μέθοδο ταλάντωσης με την οποία τα μέρη χρονισμού R13, RV1 και C7 επιλέγονται ειδικά για να παράγουν μια συχνότητα 40 kHz.

Η προεπιλογή ρυθμίζεται ώστε να παράγει τη συχνότητα εξόδου που παρέχει ιδανική απόδοση από τα κυκλώματα λήψης και μετάδοσης. Η προεπιλογή αναγνωρίζεται ως RV2 στο σχηματικό κύκλωμα.

Δέκτης

Το X1 είναι ο αισθητήρας λήψης σήματος στο κύκλωμα δέκτη και η έξοδος του συνδέεται με την είσοδο ενός κοινού ενισχυτή εκπομπής που έχει σχεδιαστεί γύρω από το Q1.

Σε αυτό το σημείο, διατηρείται χαμηλό ρεύμα συλλέκτη περίπου 0,1 Α για να διασφαλιστεί ότι η κατανάλωση ισχύος ολόκληρου του εξαρτήματος είναι χαμηλή.

Συνήθως, κάποιος πιστεύει ότι αυτό προκαλεί μικρότερο κέρδος από έναν ενισχυτή αυτού του είδους, αλλά συνολικά, είναι περισσότερο από αρκετό για την υπάρχουσα λειτουργία.

Ο πυκνωτής C2 συνδυάζει την ενισχυμένη έξοδο από το Q1 σε έναν συνηθισμένο αποδιαμορφωτή AM χρησιμοποιώντας D1, D2, R3 και C3.

Αργότερα, το επακόλουθο σήμα χαμηλής συχνότητας αυξάνεται χρησιμοποιώντας έναν δεύτερο κοινό ενισχυτή εκπομπής που βρίσκεται στο Q2.

Ένα άλλο χρονόμετρο IC1 χρησιμοποιείται ως μάνδαλο. Σε αντίθεση με τη συνήθη πρακτική, ο χρονοδιακόπτης IC1 χρησιμοποιείται στη μονοσταθερή προσέγγιση που παρέχει θετικό παλμό εξόδου εάν ο πείρος 2 μειωθεί κατά 33% από την τάση τροφοδοσίας.

Συνήθως, το πλάτος παλμού εξόδου ρυθμίζεται από ένα ζεύγος αντίστασης χρονισμού και πυκνωτή, αλλά αυτό το κύκλωμα είναι χωρίς αυτά τα εξαρτήματα.

Αντ 'αυτού, οι ακίδες 6 και 7 του IC1 συνδέονται με τη ράγα μείον τροφοδοσίας. Όταν ενεργοποιηθεί, η έξοδος του IC1 ενεργοποιείται και συνεχίζει να βρίσκεται σε αυτήν την κατάσταση, επιτρέποντας τη δράση μανδάλωσης.

Από τον συλλέκτη του τρανζίστορ Q2, ο πείρος 2 του IC1 συνδέεται και ρυθμίζεται στο ίδιο μισό της τάσης τροφοδοσίας.

Έτσι, σε κατάσταση αναμονής, το IC1 δεν είναι ενεργοποιημένο. Τη στιγμή που ξεκινά η μονάδα, η τάση συλλέκτη στο Q2 ταλαντεύεται.

Επιπλέον, κατά τη διάρκεια των αρνητικών ημι-κύκλων, γίνεται χαμηλότερη από την τάση κατωφλίου ενεργοποίησης. Χρησιμοποιώντας τον διακόπτη λειτουργίας SW1 και την είσοδο επαναφοράς της τάσης τροφοδοσίας IC1 έως 0V, μπορεί να γίνει επαναφορά του πλήρους κυκλώματος.

Το εξάρτημα που χρησιμοποιείται για τη διοχέτευση ισχύος στο κύκλωμα συναγερμού όταν ενεργοποιείται το IC1 είναι το τρανζίστορ Q3. Για λόγους ασφαλείας, το R8 δρα ως περιοριστική αντίσταση ρεύματος.

Σήμα συναγερμού

Το IC2 είναι το τελευταίο τσιπ, το οποίο είναι ένας βρόχος κλειδώματος φάσης CMOS 4046BE. Ωστόσο, σε αυτόν τον σχεδιασμό, μόνο το τμήμα VCO είναι κρίσιμο. Ένας συγκριτής φάσεων χρησιμοποιείται κατάλληλα αλλά μόνο ως μετατροπέας στο κύκλωμα συναγερμού.

Η αντιστροφή της εξόδου του VCO έχει ως αποτέλεσμα έξοδο δύο φάσεων που επιτρέπει στον κεραμικό αντηχείο LS1 να λαμβάνει τάση από κορυφή σε κορυφή είναι διπλάσια από την τάση τροφοδοσίας.

Ως αποτέλεσμα, παράγεται ένα σήμα συναγερμού. Εάν χρειαστεί, η έξοδος από τον πείρο 4 του IC2 μπορεί να βελτιωθεί και να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση ενός τυπικού μεγαφώνου. Ο πυκνωτής C6 και η αντίσταση R12 λειτουργούν ως μέρη χρονισμού για το VCO. Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα παρέχουν μια σταθερή συχνότητα εξόδου περίπου 2kHz, η οποία είναι η ζώνη όπου ο κεραμικός αντηχείας φτάνει στην μέγιστη απόδοση.

Το σήμα διαμόρφωσης παράγεται από έναν τυπικό ταλαντωτή χαλάρωσης αποσύνδεσης από το τρανζίστορ Q4. Αυτό παρέχει μια αποκλίνουσα κυματομορφή ράμπας στα 4 kHz.

Πώς να ρυθμίσετε

Ξεκινήστε με το RV1 στο μισό σημείο και το RV2 καθορίζεται για τη μέγιστη έξοδο που περιστρέφεται πλήρως προς την αριστερόστροφη κατεύθυνση.

Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο (εάν υπάρχει), ρυθμίστε το RV2 στην ελάχιστη τάση DC και συνδέστε το κατά μήκος του R3 καθώς ο αρνητικός ανιχνευτής είναι συνδεδεμένος στην αρνητική γραμμή τροφοδοσίας.

Ενεργοποιήστε τη μονάδα και τοποθετήστε τους μετατροπείς που βλέπουν στον τοίχο ή σε οποιαδήποτε λεία επιφάνεια με απόσταση περίπου 10 ή 20 cm.

Όταν το RV1 ενεργοποιείται, θα υπάρξει ανάγνωση ή κίνηση στο πολύμετρο, και στη συνέχεια το RV1 προσαρμόζεται για να φτάσει στη μέγιστη δυνατή ανάγνωση.

Συνιστάται ανεπιφύλακτα να στερεώσετε έναν αγωγό κατά μήκος του SW1 όταν γίνεται ο κανονισμός επειδή η γεννήτρια συναγερμού είναι σιωπηλή και η έξοδος της δεν μπορεί να επηρεάσει τις μετρήσεις.

Σε περίπτωση που ένα πολύμετρο δεν είναι διαθέσιμο, το RV1 μπορεί να συντονιστεί χρησιμοποιώντας την προσέγγιση δοκιμής και σφάλματος για να ανακαλύψετε μια τιμή που λειτουργεί για ολόκληρο το μέρος.

Αν και το RV2 είναι καλά προστατευμένο, η μονάδα συναγερμού εξακολουθεί να είναι ευαίσθητη. Η θέση τοποθέτησης πρέπει να είναι καλά σχεδιασμένη για τη μονάδα. Ένα καλό σημείο θα ήταν λίγο πάνω από τον πάγκο εργασίας του χειριστή όπου υπάρχει ο υψηλότερος κίνδυνος πυρκαγιάς λόγω των ηλεκτρικών εργαλείων και των υλικών συγκόλλησης.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της τοποθέτησης της μονάδας είναι υψηλότερη είναι επειδή ο ζεστός αέρας θα ανέβει και καθιστά ευκολότερη την ενεργοποίηση του συναγερμού χωρίς τους κινδύνους λανθασμένων σημάτων που δημιουργούνται από άτομα που τρέχουν γύρω από το δωμάτιο.

Με λίγες δοκιμές, μπορεί να επιτευχθεί κατάλληλη θέση χωρίς συνέπεια από ανθρώπινους παράγοντες και σταθερή ευαισθησία για τη γεννήτρια συναγερμού πυρκαγιάς.

Για να ελέγξετε την αποτελεσματικότητα της θέσης της μονάδας, ένα συγκολλητικό υλικό τοποθετείται κάτω και μπροστά από το εξάρτημα.

Όταν παράγεται επαρκής τυρβώδης αέρας, θα πρέπει να ενεργοποιεί τον συναγερμό. Κατά την ενεργοποίηση, το κύκλωμα δεν θα ενεργοποιηθεί, αλλά αυτό μπορεί να αναιρεθεί αμέσως τοποθετώντας το SW1 σε επαναφορά.

Το κύκλωμα συναγερμού πυρκαγιάς υπερήχων δεν έχει σχεδιαστεί με διακόπτη καθυστέρησης, αλλά η παρουσία σας πίσω από τη μονάδα πρέπει να διασφαλίζεται κατά τη λειτουργία του SW1. Δεν υπάρχει κίνδυνος αν αφαιρέσετε το χέρι σας μετά την ενεργοποίηση του διακόπτη.

Λίστα ανταλλακτικών

Σχεδιασμός PCB και διάταξη κομματιού

Πρωτότυπο εικόνα




Προηγούμενο: Σειρά 2S, 5S Li-Ion Cell Charger χρησιμοποιώντας BQ7718 Επόμενο: Κύκλωμα συναγερμού αισθητήρα σώματος