El senzill circuit d'alarma d'incendis d'ultrasons que s'explica a continuació detecta una situació de perill d'incendi en detectar les variacions de les ones d'aire circumdants o la turbulència de l'aire. L'alta sensibilitat del circuit garanteix que fins i tot la mínima turbulència d'aire creada per una diferència de temperatura o un foc es detecti ràpidament i es faci sonar un dispositiu d'alarma connectat.
Visió general
Els sensors d'incendis convencionals utilitzen diversos sistemes per identificar el foc i vénen amb tot tipus de complexitats.
Un sistema d'alarma contra incendis ordinari utilitza un sensor de temperatura per detectar la variància inusualment alta a la temperatura causada per un incendi.
No és fonamental que només una part electrònica com un termistor o s’utilitza un dispositiu de temperatura de semiconductor, però material senzill com un enllaç fusible de baixa temperatura o un interruptor de temperatura bimetàl·lic.
Tot i que es prefereix la simplicitat d'aquests tipus d'alarma, la seva fiabilitat és qüestionable perquè la detecció només es produeix quan un incendi ja ha madurat.
Existeixen sistemes d'alarma contra incendis més complexos, per exemple, detectors de fum equipats amb una part semiconductora diferent que detecta l'existència de partícules de fum, gas combustible i vapor.
A part d’això, n’hi ha optoelectrònic sistemes d'alarma contra incendis que s'activen quan el fum de qualsevol forma bloqueja els seus feixos de llum. Aquest tipus de sistema de detecció d'incendis es va publicar a Hobby Electronics.
Detecció de calor mitjançant Doppler Shift
Un nou mètode de detecció d'incendis mitjançant so per ultrasons es descriu en aquest article. Amb els mateixos principis de funcionament que el famós Alarmes d'ultrasons d'ultrasons Doppler Shift , aquest sistema de detecció d’incendis és tremendament sensible a la turbulència de l’aire, a més del moviment de l’objecte sòlid.
La calor d'un foc elèctric produeix una turbulència immensa i provoca l'alarma. Sovint, les falses alarmes s’activen a causa de la turbulència. Com a resultat, aquest tipus d'alarma contra incendis és perfecte per a una llar tot i que la gent que hi viu sovint no ho apreciaria.
Com passa la discriminació sòlida
L’inconvenient de l’ús d’una alarma antirobatori Doppler Shift com a alarma contra incendis és l’àrea de detecció massiva que ofereix aquesta unitat. D’alguna manera, aquí resulta ser un avantatge perquè es fa possible la detecció ràpida tot i que s’inicia un incendi en un petit racó de la zona de detecció.
El principi estàndard de les alarmes d'incendi convencionals és detectar incendis ignorant les persones que es barallen per l'habitació. Això és crucial ja que el sistema d'alarma està configurat perquè s'executi fins que s'activi.
Una alarma de desplaçament Doppler per ultrasons no aconsegueix diferenciar persones i turbulències. Per tant, té més sentit que un sistema d’alarma contra incendis utilitzi un circuit que regeixi una àrea petita d’operació.
La unitat d'alarma es pot col·locar en un lloc de l'habitació on el moviment humà és mínim, però, tot i així, és capaç d'identificar ràpidament la turbulència resultant d'un incendi.
Funcionament del sistema
Una alarma d'ultrasons bàsica està equipada amb dos circuits independents que es connecten mitjançant la mateixa font d'alimentació.
El circuit electrònic més senzill actua com un transmissor que emet freqüències de so uniformes al receptor, que és el circuit més complicat.
A la figura 1 es mostra un diagrama de blocs de l’alarma d’incendi.
Com es descriu, el circuit transmissor funciona per produir so ultrasònic mitjançant un oscil·lador i alimenta el senyal a través d'un altaveu.
L’altaveu converteix el senyal elèctric en ones sonores, però els humans no poden escoltar-los perquè estan alçats per sobre del rang auditiu.
Els amplificadors de so comuns no funcionen bé a les freqüències d’ultrasons a causa del tipus de transductor transmissor piezoelèctric.
Normalment, s'inclou un moderador de nivell de sortida perquè la sensibilitat del circuit es pugui ajustar al nivell adequat.
Receptor
Un micròfon al receptor detecta les ones sonores del transmissor i les converteix en senyals elèctriques.
Una vegada més, a transductor piezoelèctric especialitzat s’utilitza al micròfon receptor perquè els normals no són adequats per funcionar a altes freqüències, sobretot per ultrasons.
L'estat extremadament maniobrant del so per ultrasons provoca problemes de detecció entre el micròfon i l'altaveu en cas que els dos dispositius s'instal·lin gairebé l'un al costat de l'altre.
En situacions pràctiques, els senyals captats són reflexos de parets o mobles de l'habitació.
A més, la sortida del micròfon és relativament baixa i sol situar-se al voltant d’1 mV RMS. Per tant, s’incorpora un amplificador per millorar el senyal a un nivell de treball.
Normalment, s’utilitzen com a mínim dues etapes d’amplificació d’alt guany en una alarma antirobatori. No obstant això, atès que el sistema d'alarma contra incendis que es discuteix requereix una sensibilitat menor, per tant, és més adequat una sola etapa d'amplificació.
detector
La següent secció del circuit és un detector de modulació d'amplitud. En una situació pràctica, el senyal detectat és una ona de sortida directa de 40 kHz des del transmissor.
Aquest senyal es recopila mitjançant diversos camins i es fa per fases arbitràries. Però, tant les amplituds del senyal com les seves relacions de fase es conserven sense cap alteració. Per tant, no es genera cap sortida des del generador d'amplitud en situacions preparades.
Sempre que hi ha moviment davant del detector o l’aire és turbulent, tot l’escenari canvia.
Els famosos Canvi Doppler es fa càrrec i produeix un oscil·lació de freqüència en els senyals que es reflecteixen des de l’objecte en moviment o desordre a l’aire.
Una part del senyal comunicat es recull directament o mitjançant elements immòbils a través de l’aire que són resistents a la turbulència.
Després d'això, dues o més freqüències es canalitzen cap al desmodulador d'amplitud. En aquesta etapa, la relació de fase està més enllà de la regulació perquè els senyals tenen freqüències variables.
Formes d'ona per ultrasons
Quan mireu el diagrama de formes d'ona de la figura 2 següent, preveieu que la forma d'ona superior és el senyal estàndard de 40 kHz i la forma d'ona inferior és el senyal alterat en la freqüència. Al principi, els senyals són en fase o augmenten i disminueixen de forma homogènia, mantenint la mateixa polaritat.
Els senyals en fase es resumeixen a l'interior del demodulador per generar un enorme senyal de sortida. Després, durant la seqüència de formes d'ona, entren a la zona antifàsica.
Això significa que els senyals encara augmenten i disminueixen la seva amplitud de manera uniforme, però ara tenen polaritats oposades.
Com a resultat, el demodulador produeix un senyal de sortida feble ja que els altres dos senyals es cancel·len. Però al final, els senyals tornen a estar en fase i alliberen una sortida robusta del demodulador.
En el moment que s’activa el circuit, es mesura un nivell de sortida canviant des del demodulador.
La freqüència del senyal de sortida és la mateixa que la variància entre els senyals de doble entrada.
Això es veu normalment en una freqüència d'àudio baixa o en una freqüència subsònica. Sens dubte, el senyal de la sortida es capta sense esforç després que l'amplificador d'alt guany el millori.
Generador d'alarma
Un cop el senyal s’amplifica, s’utilitza per controlar un circuit de tancament estàndard que, un cop activada, l’alarma continua sonant fins que es reinicia el sistema. L'operació de bloqueig es regeix per un transistor de commutació que uneix la tensió de control al circuit de detecció d'alarma.
El generador d’alarma es construeix mitjançant un oscil·lador controlat per tensió (VCO) moderat per un oscil·lador de baixa freqüència.
L'oscil·lador de baixa freqüència produeix una forma d'ona de rampa i la sortida del VCO augmentarà gradualment en freqüència fins al seu to màxim.
Aleshores, el senyal tornarà al to mínim i tornarà a augmentar progressivament de freqüència. Aquest procés cíclic continua i proporciona un senyal d'alarma eficient.
Com funciona el circuit
A la figura següent es mostra el dibuix complet del circuit del sistema de detecció d'incendis per ultrasons o del receptor.
CIRCUIT DEL RECEPTOR : Les línies de punts es combinen amb els carrils de subministrament del circuit transmissor de sota
CIRCUIT DE TRANSMISSIÓ
El transmissor es construeix mitjançant un temporitzador 7555, IC1. Aquest component CMOS és el tipus de baixa potència del temporitzador 555.
Per a aquest tipus de generador d’alarma, un 7555 és ideal en comparació amb un 555, ja que el consum total d’energia del circuit només es manté al voltant d’1 mA o menys, cosa que contribueix a un ús eficient de la bateria.
A més, el 7555 IC s'utilitza en un mètode oscil·lant típic mitjançant el qual les parts de temporització R13, RV1 i C7 són seleccionades especialment per generar una freqüència de 40 kHz.
El preajust es regula per generar la freqüència de sortida que proporciona una eficiència ideal dels circuits de recepció i transmissió. El valor predefinit s’identifica com a RV2 a l’esquema del circuit.
Receptor
X1 és el sensor de captació de senyal del circuit receptor i la seva sortida està connectada a l'entrada d'un amplificador d'emissor comú dissenyat al voltant de Q1.
En aquesta conjuntura, es manté un corrent de col·lector baix d’aproximadament 0,1 A per assegurar que el consum d’energia de tota la peça sigui baix.
Normalment, es podria pensar que això causa menys guanys d'un amplificador d'aquest tipus, però, en general, és més que suficient per a l'operació existent.
El condensador C2 combina la sortida millorada de Q1 a un demodulador AM habitual utilitzant D1, D2, R3 i C3.
Més tard, el conseqüent senyal de baixa freqüència es fa extensiu mitjançant un segon amplificador d'emissor comú situat a Q2.
Es fa servir un altre temporitzador IC1 com a pestell. Contràriament a la pràctica normal, el temporitzador IC1 s'utilitza en l'enfocament monoestable que proporciona un impuls de sortida positiu si el pin 2 es redueix un 33% a partir de la tensió d'alimentació.
Normalment, l'amplada del pols de sortida es regularia mitjançant un parell de resistència de temporització i condensador, però aquest circuit no té aquests components.
En canvi, els passadors 6 i 7 d’IC1 estan enllaçats amb el rail de subministrament menys. Quan s’activa, la sortida d’IC1 s’encén i continua en aquest estat, permetent l’acció de bloqueig.
Des del col·lector del transistor Q2, el pin 2 d'IC1 es connecta i es regula a la meitat de la tensió d'alimentació.
Per tant, en condicions d’espera, IC1 no s’activa. En el moment que s’inicia la unitat, la tensió del col·lector a Q2 oscil·la.
A més, durant els semicicles negatius, es fa inferior al voltatge del llindar del disparador. Mitjançant l’interruptor de funcionament SW1 i l’entrada de restabliment de la tensió d’alimentació d’IC1 a 0V, es pot restablir el circuit complet.
El component que s’utilitza per canalitzar l’alimentació al circuit d’alarma quan s’activa l’IC1 és el transistor Q3. Per motius de seguretat, R8 actua com una resistència limitadora de corrent.
Senyal d'alarma
IC2 és l'últim xip, que és un bucle de bloqueig de fase CMOS 4046BE. No obstant això, en aquest disseny, només la part VCO és crucial. Un comparador de fases s’utilitza adequadament, però només com a inversor del circuit d’alarma.
La inversió de la sortida del VCO dóna lloc a una sortida de dues fases que permet al ressonador ceràmic LS1 rebre una tensió de pic a pic és el doble de la tensió d’alimentació.
Com a resultat, es produeix un senyal d'alarma cridant. Si cal, la sortida del pin 4 de l'IC2 es pot millorar i utilitzar per dinamitzar un altaveu estàndard. El condensador C6 i la resistència R12 funcionen com a parts de sincronització del VCO. Els components electrònics proporcionen una freqüència de sortida estable al voltant de 2 kHz, que és la zona on el ressonador ceràmic assoleix una eficiència màxima.
El senyal de modulació és produït per un típic oscil·lador de relaxació sense funció del transistor Q4. Això proporciona una forma d’ona de rampa divergent a 4 kHz.
Com configurar-lo
Comenceu per RV1 a la meitat del camí i RV2 determinat per a la producció màxima que es gira completament en sentit antihorari.
Utilitzant un multímetre (si està disponible), ajusteu RV2 a la seva tensió CC mínima i uniu-lo a través de R3 ja que la sonda negativa està connectada a la línia d'alimentació negativa.
Engegueu la potència de la unitat i col·loqueu els transductors cap a una paret o cap superfície llisa a uns 10 o 20 cm de distància.
Quan s’actua RV1, hi haurà lectura o moviment al multímetre i, a continuació, s’ajusta RV1 per assolir la lectura màxima possible.
Es recomana fixar un conductor a través de SW1 quan es realitza la regulació perquè el generador d'alarma està silenciat i la seva sortida no pot afectar les mesures.
En cas que un multímetre no estigui disponible, RV1 es pot ajustar mitjançant l’enfocament de prova i error per descobrir un valor que funciona per a tota la peça.
Tot i que RV2 està ben protegit, la unitat d’alarma continua sent sensible. La ubicació de muntatge ha d'estar ben planificada per a la unitat. Un bon punt estaria lleugerament per sobre del banc de treball de l’operari, on hi ha un major risc d’incendi a causa de les eines elèctriques i els materials de soldadura.
Un altre avantatge de situar la unitat més alt és que augmentarà l’aire calent i facilita l’activació de l’alarma sense el risc de falsos senyals creats per persones que corren per l’habitació.
Amb uns quants assajos, es pot aconseguir una posició adequada sense la conseqüència de factors humans i una sensibilitat estable per al generador d'alarma d'incendi.
Per comprovar l’eficàcia de la posició de la unitat, es col·loca un soldador de treball sota i per davant del component.
Quan es produeixi un aire turbulent adequat, hauria d’activar l’alarma. En activar-lo, el circuit estarà excitat, però es pot anul·lar immediatament si es posa el SW1 a reset.
El circuit d'alarma d'incendis d'ultrasons no està dissenyat amb un interruptor de retard d'encès, però cal garantir la vostra presència darrere de la unitat quan feu servir SW1. No hi ha cap risc si es treu la mà després d’engegar l’interruptor.
Llista de peces
Disseny de PCB i maquetació de pistes
Imatge prototip
Anterior: Sèrie 2S, 5S Li-Ion Carregador de cèl·lules amb BQ7718 Següent: Circuit d’alarma del sensor de ressonància corporal
