Jednoduchý obvod ultrazvukového požiarneho poplachu, ktorý je vysvetlený nižšie, detekuje situáciu nebezpečenstva požiaru zachytením zmien v okolitých vzdušných vlnách alebo turbulencie vzduchu. Vysoká citlivosť okruhu zaisťuje, že aj tie najmenšie turbulencie vzduchu spôsobené teplotným rozdielom alebo požiarom sú rýchlo detekované a zaznie pripojené výstražné zariadenie.

Prehľad

Bežné protipožiarne senzory používajú na identifikáciu požiaru rôzne systémy a prichádzajú s rôznymi komplikáciami.

Bežný požiarny poplachový systém používa a teplotný senzor vycítiť neobvykle vysokú teplotnú odchýlku spôsobenú požiarom.

“dht11 snímač vlhkosti a teploty ”

Nie je zásadné, aby iba elektronická časť ako a termistor alebo sa použije polovodičové teplotné zariadenie, ale jednoduchý materiál, ako je tavná vložka s nízkou teplotou alebo bimetalový teplotný spínač.

Aj keď sa uprednostňuje jednoduchosť takýchto typov alarmov, ich spoľahlivosť je otázna, pretože k detekcii dôjde iba v prípade, že oheň už dozrel.

Zložitejšie systémy požiarnej signalizácie existujú, napríklad detektory dymu, ktoré sú vybavené samostatnou polovodičovou časťou, ktorá sníma prítomnosť častíc dymu, horľavých plynov a pár.

Okrem toho existujú optoelektronický systémy požiarnej signalizácie, ktoré sa spustia, keď dym akejkoľvek formy blokuje ich svetelné lúče. Takýto typ systému detekcie požiaru bol zverejnený na Hobby Electronics.

Detekcia tepla pomocou Dopplerovho posuvu

Nová metóda detekcie požiaru pomocou ultrazvukový zvuk je popísaný v tomto článku. Majú rovnaké prevádzkové princípy ako slávny Ultrazvukové alarmy votrelca s Dopplerovým posunom , tento systém detekcie požiaru je mimoriadne citlivý na turbulencie vo vzduchu, navyše k pohybu pevných predmetov.

Teplo z elektrického ohňa vytvára obrovské turbulencie a spúšťa alarm. Falošné poplachy sú často spustené kvôli turbulenciám. Výsledkom je, že tento typ požiarnej signalizácie je ideálny do domácnosti, aj keď by ju ľudia, ktorí v nej žijú, často neocenili.

Ako sa deje zdravá diskriminácia

Jednou z nevýhod použitia poplašného zariadenia proti vlámaniu Doppler Shift ako požiarneho poplachu je rozsiahla oblasť detekcie, ktorú táto jednotka poskytuje. Nejako sa to tu ukáže ako požehnanie, pretože rýchla detekcia je možná, aj keď v malom rohu oblasti detekcie začína oheň.

Štandardným princípom konvenčných požiarnych poplachov je detekcia požiaru a ignorovanie ľudí, ktorí sa motajú po miestnosti. To je zásadné, pretože výstražný systém je nastavený tak, aby fungoval, kým sa neaktivuje.

Typický ultrazvukový alarm Dopplerovho posunu nedokáže rozlíšiť medzi ľuďmi a turbulenciami. Preto má zmysel, aby systém požiarnej signalizácie používal obvod, ktorý riadi malú oblasť činnosti.

Poplachovú jednotku je možné umiestniť na miesto v miestnosti, kde je ľudský pohyb minimálny, ale napriek tomu dokáže rýchlo identifikovať turbulencie spôsobené požiarom.

Systém funguje

Základný ultrazvukový alarm je vybavený dvoma nezávislými obvodmi, ktoré sú pripojené k rovnakému zdroju napájania.

Jednoduchší elektronický obvod pôsobí na vysielač, ktorý vysiela jednotné zvukové frekvencie do prijímača, čo je komplikovanejší obvod.

Bloková schéma požiarneho poplachu je znázornená na obrázku 1.

Ako bolo opísané, obvod vysielača pracuje na produkcii ultrazvukového zvuku pomocou oscilátora a dodáva signál cez reproduktor.

Elektrický signál je reproduktorom prevedený na zvukové vlny, ale ľudia ich nemôžu počuť, pretože sú umiestnené nad rozsahom sluchu.

Bežné zosilňovače zvuku nefungujú dobre na ultrazvukových frekvenciách kvôli piezoelektrickému typu vysielacieho prevodníka.

Zvyčajne je zahrnutý moderátor výstupnej úrovne, aby bolo možné naladiť citlivosť obvodu na správnu úroveň.

Prijímač

Mikrofón na prijímači detekuje zvukové vlny z vysielača a prevádza ich späť na elektrické signály.

Ešte raz, a špecializovaný piezoelektrický menič sa používa na prijímacom mikrofóne, pretože tie bežné nie sú vhodné na prácu pri vysokých, najmä ultrazvukových frekvenciách.

Extrémne manévrovací stav ultrazvukového zvuku spôsobuje problémy s detekciou medzi mikrofónom a reproduktorom v prípade, že sú obe zariadenia nainštalované takmer vedľa seba.

V praktických situáciách sú zachytené signály odrazmi od stien alebo nábytku v miestnosti.

Okrem toho je výstup z mikrofónu relatívne nízky a zvyčajne okolo 1 mV RMS. Takže je zabudovaný zosilňovač na zvýšenie signálu na pracovnú úroveň.

Normálne sa pri ultrazvukovom poplachu proti vlámaniu používajú minimálne dva stupne zosilnenia s vysokým ziskom. Pretože však diskutovaný požiarny poplachový systém vyžaduje menšiu citlivosť, je vhodnejší jeden stupeň zosilnenia.

Detektor

Ďalšou časťou obvodu je detektor amplitúdovej modulácie. V praktickej situácii je detekovaným signálom priama výstupná vlna 40kHz z vysielača.

Tento signál sa zhromažďuje pomocou rôznych dráh a ľubovoľne fázuje. Ale obidve amplitúdy signálu a jeho fázové vzťahy sú zachované bez akejkoľvek zmeny. Z pripraveného amplitúdového generátora teda nie je generovaný žiadny výstup.

Kedykoľvek sa pred detektorom pohybuje alebo je vzduch turbulentný, celý scenár sa zmení.

Známy Dopplerov posun ujíma zodpovednosť a produkuje kmitočet kmitočtu signálov, ktoré sa odrážajú od objektu v pohybe alebo poruche vo vzduchu.

Časť komunikovaného signálu sa zhromažďuje buď priamo, alebo pomocou nehybných predmetov vzduchom, ktorý je odolný voči turbulenciám.

Potom sa do amplitúdového demodulátora nasmerujú dve alebo viac frekvencií. V tomto štádiu je fázový vzťah mimo reguláciu, pretože signály majú rôzne frekvencie.

Ultrazvukové krivky

Pri pohľade na diagram krivky na obrázku 2 nižšie si predstavte, že horná krivka je štandardný signál 40 kHz a spodná krivka je signál s frekvenčnou zmenou. Na začiatku sú signály fázové alebo sa zvyšujú a znižujú homogénne v mierke pri zachovaní rovnakej polarity.

Signály vo fáze sú zhrnuté vo vnútri demodulátora a generujú obrovský výstupný signál. Potom počas sekvencie kriviek vstúpia do antifázovej zóny.

To znamená, že signály stále rovnomerne zvyšujú a znižujú svoju amplitúdu, ale teraz majú opačnú polaritu.

Výsledkom je, že demodulátor produkuje slabý výstupný signál, pretože dva ďalšie signály sa navzájom rušia. Ale nakoniec signály skočia späť, aby boli fázové, a uvoľnia silný výstup z demodulátora.

V okamihu, keď sa obvod aktivuje, zmeria sa meniaca sa výstupná úroveň z demodulátora.

Frekvencia výstupného signálu je rovnaká ako odchýlka medzi dvojitými vstupnými signálmi.

Toto sa zvyčajne pozoruje na nízkofrekvenčnej alebo podzvukovej frekvencii. Niet pochýb o tom, že signál z výstupu je bez námahy zachytený potom, ako ho zosilňovač s vysokým ziskom zosilní.

Generátor alarmu

Akonáhle je signál zosilnený, používa sa na riadenie štandardného západkového obvodu, ktorý sa po aktivácii alarmu naďalej ozýva, až kým sa systém nevynuluje. Blokovacia operácia je riadená spínacím tranzistorom, ktorý spája riadiace napätie s obvodom detekcie alarmu.

Generátor alarmu je zostavený pomocou napäťovo riadeného oscilátora (VCO) moderovaného nízkofrekvenčným oscilátorom.

Rampový priebeh vytvára nízkofrekvenčný oscilátor a výstup z VCO sa bude postupne zvyšovať vo frekvencii až do maximálnej výšky tónu.

Potom sa signál vráti na minimálnu výšku tónu a postupne znova zvýši frekvenciu. Tento cyklický proces pokračuje a poskytuje efektívny výstražný signál.

Ako funguje obvod

Kompletný výkres obvodu ultrazvukového systému detekcie požiaru alebo prijímača je znázornený na obrázku nižšie.

OBVOD PRIJÍMAČA : Bodkované čiary sa spájajú s napájacími lištami obvodu vysielača nižšie

OBVOD VYSIELAČA

Vysielač je vyrobený pomocou časovacieho zariadenia 7555, IC1. Tento komponent CMOS je typom nízkej spotreby časovača 555.

Pre tento typ výstražného generátora je 7555 ideálny v porovnaní s 555, pretože celková spotreba energie obvodu je udržiavaná iba na hodnote okolo 1 mA alebo menej, čo prispieva k efektívnemu využitiu energie batérie.

Okrem toho sa 7555 IC používa v typickej oscilačnej metóde, pri ktorej sú časovacie časti R13, RV1 a C7 vybrané špeciálne na generovanie frekvencie 40 kHz.

Predvoľba je regulovaná tak, aby generovala výstupnú frekvenciu, ktorá poskytuje ideálnu účinnosť prijímacieho a vysielacieho obvodu. Predvoľba je v schéme zapojenia označená ako RV2.

Prijímač

X1 je snímač zachytávajúci signál v obvode prijímača a jeho výstup je pripojený k vstupu spoločného emitorového zosilňovača, ktorý je navrhnutý okolo obvodu Q1.

V tomto okamihu sa udržuje nízky kolektorový prúd okolo 0,1 A, aby sa zabezpečila nízka spotreba energie celej časti.

Typicky by si niekto myslel, že to spôsobuje menší zisk zo zosilňovača tohto druhu, ale celkovo je to viac ako dosť pre existujúcu operáciu.

Kondenzátor C2 kombinuje vylepšený výstup z Q1 na obvyklý AM demodulátor pomocou D1, D2, R3 a C3.

Neskôr sa následný nízkofrekvenčný signál zvyšuje pomocou druhého spoločného emitorového zosilňovača umiestneného na Q2.

Ako západka sa používa ďalší časovač IC1. Na rozdiel od bežnej praxe sa časovač IC1 používa v monostabilnom prístupe, ktorý poskytuje pozitívny výstupný impulz, ak je pin 2 znížený o 33% od napájacieho napätia.

Šírka výstupného impulzu by bola zvyčajne regulovaná dvojicou časovacieho odporu a kondenzátora, ale tento obvod je bez týchto komponentov.

Namiesto toho sú kolíky 6 a 7 IC1 spojené s mínus napájacou koľajnicou. Po aktivácii sa výstup IC1 zapne a bude naďalej v tomto stave, čo umožňuje aretáciu.

Z kolektora tranzistora Q2 je pin 2 IC1 pripojený a regulovaný na rovnakú polovicu napájacieho napätia.

V pohotovostnom stave teda nie je aktivovaný IC1. V okamihu spustenia jednotky osciluje napätie kolektora na Q2.

Okrem toho sa počas negatívnych polcyklov stáva nižším ako prahové napätie spúšťania. Pomocou prevádzkového spínača SW1 a resetovacieho vstupu napájacieho napätia IC1 na 0V je možné resetovať celý obvod.

Komponent, ktorý sa používa na smerovanie napájania do výstražného obvodu, keď je aktivovaný IC1, je tranzistor Q3. Z bezpečnostných dôvodov R8 funguje ako odpor obmedzujúci prúd.

Signál alarmu

IC2 je posledný čip, ktorým je slučka fázového zámku CMOS 4046BE. V tomto dizajne je však rozhodujúca iba časť VCO. Fázový komparátor sa vhodne používa, ale iba ako invertor poplachového obvodu.

Výsledkom inverzie výstupu VCO je dvojfázový výstup, ktorý umožňuje keramickému rezonátoru LS1 prijímať špičkové napätie, ktoré je dvojnásobkom napájacieho napätia.

Vďaka tomu sa vydá poplašný signál. V prípade potreby môže byť výstup z kolíka 4 IC2 vylepšený a využitý na napájanie štandardného reproduktora. Kondenzátor C6 a odpor R12 fungujú ako časovacie diely pre VCO. Elektronické súčiastky poskytujú stabilnú výstupnú frekvenciu okolo 2 kHz, čo je zóna, kde keramický rezonátor dosahuje špičkovú účinnosť.

Modulačný signál je produkovaný typickým unijunkčným relaxačným oscilátorom z tranzistora Q4. To poskytuje rozdielny priebeh rampy pri 4 kHz.

Ako sa nastavuje

Začnite s RV1 v polovici a RV2 určeným pre maximálny výkon, ktorý je úplne otočený proti smeru hodinových ručičiek.

Pomocou multimetra (ak je k dispozícii) nastavte RV2 na minimálne DC napätie a spojte ho s R3, keď je záporná sonda pripojená k zápornému napájaciemu vedeniu.

Zapnite napájanie prístroja a umiestnite prevodníky smerom k stene alebo na akýkoľvek hladký povrch vo vzdialenosti asi 10 alebo 20 cm.

Keď sa aktivuje RV1, dôjde k čítaniu alebo pohybu na multimetri, a potom sa RV1 naladí, aby sa dosiahlo maximum možného odpočtu.

Keď sa vykonáva regulácia, dôrazne sa odporúča pripevniť vodič cez SW1, pretože generátor alarmu je stíšený a jeho výstup nemôže ovplyvniť merania.

V prípade, že multimetr nie je k dispozícii, je možné vyladiť RV1 použitím metódy pokusu a omylu na zistenie hodnoty, ktorá funguje pre celú časť.

Aj keď je RV2 dobre chránený, výstražná jednotka je stále citlivá. Miesto montáže musí byť pre jednotku dobre naplánované. Dobré miesto by bolo mierne nad pracovným stolom obsluhy, kde je najvyššie riziko požiaru v dôsledku elektrického náradia a spájkovacích materiálov.

Ďalšou výhodou umiestnenia jednotky vyššie je to, že horúci vzduch stúpa a uľahčuje spustenie alarmu bez rizika falošných signálov vytváraných ľuďmi bežiacimi po miestnosti.

Pomocou niekoľkých pokusov sa dá pre generátor požiarnej signalizácie dosiahnuť vhodná poloha bez následkov ľudských faktorov a stabilná citlivosť.

Na vyskúšanie účinnosti polohy jednotky je pod a pred komponentom umiestnená pracovná spájkovačka.

Ak sa vytvorí dostatočný turbulentný vzduch, mal by aktivovať alarm. Po zapnutí môže byť obvod pod napätím, ale je možné to okamžite vyvrátiť uvedením SW1 do resetovania.

Ultrazvukový obvod požiarnej signalizácie nie je navrhnutý s prepínačom oneskorenia zapnutia, ale pri prevádzke SW1 musí byť zabezpečená vaša prítomnosť za jednotkou. Neexistuje žiadne riziko, ak po zapnutí spínača zložíte ruku.