PIN -diodebaseret brandsensor: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Her er en PIN -diodebaseret brandsensor, der aktiverer en alarm, når den registrerer brand. Termistorbaserede brandalarmer har en ulempe; alarmen tændes kun, hvis ilden opvarmer termistoren i umiddelbar nærhed. I dette kredsløb bruges en følsom PIN-diode som en brandsensor til en branddetektering af længere rækkevidde.

Det registrerer synligt lys og infrarød (IR) i området 430nm - 1100nm. Så synligt lys og IR fra ilden kan let aktivere sensoren for at udløse alarmen. Det registrerer også gnister i netledningen, og hvis disse vedvarer, giver det en advarselsalarm. Det er en ideel beskyttelsesanordning til showrooms, skabe, opbevaringsrum og så videre.

Trin 1: Deleliste

Halvledere:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (CD4060 tæller);

_ T1, T2 (BC547 npn transistor);

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

_ D1 (BPW34 PIN -fotodiode)

Modstande (alle 1/4 watt, ± 5% kulstof):

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

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Kondensatorer:

_ C1 (0, 22 μF keramisk disk)

Diverse:

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

_ PZ1 (piezo summer)

Så PIN -diode BPW34 bruges i kredsløbet som lys- og IR -sensor. BPW34 er en 2-benet fotodiode med anode (A) og katode (K). Anodeenden kan let identificeres fra fotodiodens flade overflade set ovenfra. Et lille loddepunkt, hvortil en tynd tråd er forbundet, er anoden, og den anden er katodeterminalen.

BPW34 er en lille PIN-fotodiode eller mini-solcelle med strålende følsom overflade, der genererer 350mV DC åben kredsløbsspænding, når den udsættes for 900 nm lys. Det er følsomt over for naturligt sollys og også for lys fra ild. Så den er ideel til brug som lyssensor. BPW34-fotodiode kan bruges i både nul-bias- og reverse-bias-tilstande. Dens modstand falder, når lys falder på den.

Trin 2: Kredsløbsdiagram

Kredsløbsdiagram over den PIN-diodebaserede brandsensor er vist i fig. 3. Den er bygget op omkring 9V batteri, PIN-diode BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), tæller CD4060 (IC2), transistorer BC547 (T1 og T2), en piezo -summer (PZ1) og et par andre komponenter.

I kredsløbet er PIN-fotodiode BPW34 forbundet med inverterings- og ikke-inverterende indgange på op-amp IC1 i reverse-bias-tilstand for at indføre fotostrøm til input af op-amp. CA3140 er en 4,5 MHz BiMO'er op-amp med MOSFET-indgange og bipolar output. Portbeskyttede MOSFET (PMOS) transistorer i inputkredsløbet giver meget høj inputimpedans, typisk omkring 1,5T ohm. IC kræver meget lav indgangsstrøm, så lav som 10pA, for at ændre udgangsstatus til høj eller lav. I kredsløbet bruges IC1 som en transimpedansforstærker til at fungere som en strøm-til-spændingsomformer. IC1 forstærker og konverterer fotostrømmen genereret i PIN -dioden til den tilsvarende spænding i dens output. Den ikke-inverterende indgang er forbundet til jorden og anoden af fotodiode, mens den inverterende indgang får fotostrøm fra PIN-dioden.

Trin 3: Kredsløb

Feedback-modstand R1 med stor værdi indstiller forstærkningen af transimpedansforstærkeren, da den er i omvendt konfiguration. Tilslutning af ikke-inverterende input til jord giver lav impedansbelastning for fotodioden, som holder fotodiodespændingen lav.

Fotodioden fungerer i fotovoltaisk tilstand uden ekstern bias. Feedback på op-amp holder fotodiodestrømmen lig feedbackstrømmen gennem R1. Så indgangsforskydningsspændingen på grund af fotodioden er meget lav i denne selvbestemmede fotovoltaiske tilstand. Dette tillader en stor forstærkning uden stor offset spænding. Denne konfiguration er valgt for at få stor gevinst under dårlige lysforhold. Normalt er fotostrømmen fra PIN -dioden i omgivelsernes lys meget lav; det holder output fra IC1 lavt. Når PIN -dioden registrerer synligt lys eller IR fra ild, øges dens fotostrøm, og transimpedansforstærker IC1 konverterer denne strøm til tilsvarende udgangsspænding. Høj output fra IC1 aktiverer transistoren T1 og LED1 lyser. Dette indikerer, at kredsløbet har registreret brand. Når T1 leder, tager det nulstillingsstift 12 på IC2 til jordpotentiale, og CD4060 begynder at svinge.

IC2 er en binær tæller med ti output, der bliver høje en efter en, når den svinger på grund af C1 og R6. Oscillation af IC2 angives ved blinkende LED2. Når output Q6 (pin 4) på IC2 bliver høj efter 15 sekunder, leder og aktiverer T2 piezo -summer PZ1, og LED3 lyser også. Alarmen gentages igen efter 15 sekunder, hvis ilden fortsætter. Du kan også tænde for en vekselstrømalarm, der producerer en høj lyd ved at erstatte PZ1 med et relækredsløb (ikke vist her). Vekselstrømsalarmen aktiveres via kontakter på det relæ, der bruges til dette formål.

Trin 4: Konstruktion og test

Et enkelt sidekort til PIN -diodebaseret brandsensor er vist i fig. 4 og dets komponentlayout i fig. 5. Omslut printkortet i en lille kasse på en sådan måde, at du let kan tilslutte PIN -diode BPW34 på bagsiden af kassen. Installer PIN -dioden et passende sted og dæk den til, så der ikke falder normalt lys/sollys på den.

Test af kredsløbet er enkelt. Normalt, når der ikke er nogen ild i nærheden af PIN -dioden, lyder piezo -summer ikke. Når en brandflamme registreres af PIN -dioden, afgiver piezo -summer en alarm. Dets registreringsområde er omkring to meter. Det kan også registrere gnister i netledningen på grund af kortslutning.