Prosty ultradźwiękowy obwód alarmu pożarowego opisany poniżej wykrywa sytuację zagrożenia pożarowego, wychwytując zmiany w otaczających falach powietrza lub turbulencje powietrza. Wysoka czułość obwodu zapewnia, że nawet najmniejsze zawirowania powietrza powstałe na skutek różnicy temperatur lub pożaru są szybko wykrywane i włącza się załączony sygnalizator.

Przegląd

Konwencjonalne czujniki pożarowe wykorzystują różne systemy do identyfikacji pożaru i charakteryzują się różnymi złożonościami.

Zwykły system sygnalizacji pożaru używa czujnik temperatury wyczuć niezwykle wysoką zmienność temperatury spowodowaną pożarem.

“jak zrobić lampę błyskową ”

Nie jest fundamentalne, że tylko część elektroniczna, taka jak a termistor lub stosuje się półprzewodnikowe urządzenie do pomiaru temperatury, ale prosty materiał, taki jak niskotemperaturowy element topliwy lub bimetaliczny przełącznik temperatury.

Chociaż preferowana jest prostota takich typów alarmów, ich niezawodność jest wątpliwa, ponieważ wykrywanie następuje tylko wtedy, gdy pożar już się rozwinął.

Istnieją bardziej złożone systemy sygnalizacji pożaru, na przykład czujniki dymu wyposażone w odrębną część półprzewodnikową, która wykrywa obecność cząstek dymu, gazów palnych i oparów.

Poza tym są optoelektroniczny systemy sygnalizacji pożaru, które są uruchamiane, gdy dym dowolnej postaci blokuje ich promienie świetlne. Tego typu system wykrywania pożaru został opublikowany w Hobby Electronics.

Wykrywanie rui za pomocą przesunięcia Dopplera

Nowatorska metoda wykrywania pożarów za pomocą dźwięk ultradźwiękowy opisano w tym artykule. Mając te same zasady działania, co słynny Ultradźwiękowe alarmy włamaniowe typu Doppler Shift , ten system wykrywania pożaru jest niezwykle czuły na turbulencje w powietrzu, oprócz ruchu ciał stałych.

Ciepło z ognia elektrycznego wytwarza ogromne turbulencje i wyzwala alarm. Często z powodu turbulencji uruchamiane są fałszywe alarmy. Dzięki temu ten typ alarmu przeciwpożarowego doskonale sprawdza się w domu, mimo że ludzie w nim mieszkający często by tego nie docenili.

Jak dochodzi do zdrowej dyskryminacji

Jedną z wad używania alarmu antywłamaniowego z przesunięciem dopplerowskim jako alarmu przeciwpożarowego jest ogromny obszar wykrywania, jaki zapewnia to urządzenie. W jakiś sposób okazuje się to być dobrodziejstwem, ponieważ szybkie wykrycie staje się możliwe, nawet jeśli pożar zaczyna się w małym rogu obszaru wykrywania.

Standardowa zasada konwencjonalnych alarmów przeciwpożarowych polega na wykrywaniu pożarów przy ignorowaniu ludzi, którzy włóczą się po pomieszczeniu. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ system alarmowy ma działać do momentu aktywacji.

Typowy ultradźwiękowy alarm przesunięcia dopplerowskiego nie rozróżnia ludzi i turbulencji. Dlatego bardziej sensowne jest, aby system sygnalizacji pożaru używał obwodu, który zarządza małym obszarem działania.

Centrala alarmowa może zostać umieszczona w pomieszczeniu, w którym ruch człowieka jest minimalny, ale mimo to umożliwia szybką identyfikację turbulencji powstałych w wyniku pożaru.

System działa

Podstawowy alarm ultradźwiękowy jest wyposażony w dwa niezależne obwody, które są połączone za pomocą tego samego źródła zasilania.

Prostszy układ elektroniczny działa jako nadajnik, który emituje jednolite częstotliwości dźwięku do odbiornika, co jest bardziej skomplikowanym obwodem.

Schemat blokowy alarmu pożarowego przedstawiono na rysunku 1.

Jak opisano, obwód nadajnika wytwarza ultradźwiękowy dźwięk za pomocą oscylatora i przesyła sygnał przez głośnik.

Sygnał elektryczny jest przekształcany przez głośnik w fale dźwiękowe, ale ludzie ich nie słyszą, ponieważ są one ustawione powyżej zakresu słyszalności.

Zwykłe wzmacniacze dźwięku nie działają dobrze przy częstotliwościach ultradźwiękowych ze względu na piezoelektryczny typ przetwornika nadawczego.

Zwykle dołączony jest moderator poziomu wyjściowego, dzięki czemu czułość obwodu można dostroić do odpowiedniego poziomu.

Odbiorca

Mikrofon w odbiorniku wykrywa fale dźwiękowe z nadajnika i przekształca je z powrotem w sygnały elektryczne.

Jeszcze raz a specjalistyczny przetwornik piezoelektryczny jest używany w mikrofonie odbiorczym, ponieważ normalne nie nadają się do pracy przy wysokich częstotliwościach, zwłaszcza ultradźwiękowych.

Niezwykle manewrowalny stan ultradźwiękowego dźwięku powoduje problemy z detekcją między mikrofonem a głośnikiem w przypadku, gdy oba urządzenia są zainstalowane prawie obok siebie.

W praktycznych sytuacjach przechwytywane sygnały są odbiciami od ścian lub mebli w pomieszczeniu.

Ponadto moc wyjściowa mikrofonu jest stosunkowo niska i zwykle wynosi około 1 mV RMS. Tak więc wbudowany jest wzmacniacz, aby wzmocnić sygnał do poziomu roboczego.

Zwykle w ultradźwiękowym alarmie antywłamaniowym stosowane są co najmniej dwa stopnie wzmocnienia o dużym wzmocnieniu. Ponieważ jednak omawiany system sygnalizacji pożaru wymaga mniejszej czułości, bardziej odpowiedni jest pojedynczy stopień wzmocnienia.

Detektor

Następną częścią obwodu jest detektor modulacji amplitudy. W praktyce wykryty sygnał jest bezpośrednią falą wyjściową 40 kHz z nadajnika.

Ten sygnał jest zbierany różnymi ścieżkami i dowolnie fazowany. Ale zarówno amplitudy sygnału, jak i jego zależności fazowe są zachowane bez żadnych zmian. W ten sposób w stanie gotowości nie jest generowany sygnał wyjściowy z generatora amplitudy.

Ilekroć przed czujką jest ruch lub powietrze jest turbulentne, cały scenariusz się zmienia.

Słynny Przesunięcie Dopplera przejmuje ładunek i wytwarza wahania częstotliwości sygnałów, które są odbijane od obiektu będącego w ruchu lub nieuporządkowanego w powietrzu.

Część przekazywanego sygnału jest zbierana bezpośrednio lub za pomocą nieruchomych przedmiotów w powietrzu, które jest odporne na turbulencje.

Następnie dwie lub więcej częstotliwości jest kierowanych do demodulatora amplitudy. Na tym etapie zależność fazowa nie podlega regulacji, ponieważ sygnały mają różne częstotliwości.

Przebiegi ultradźwiękowe

Patrząc na wykres przebiegu na rysunku 2 poniżej, wyobraź sobie, że górny przebieg to standardowy sygnał 40 kHz, a dolny przebieg to sygnał o zmienionej częstotliwości. Na początku sygnały są w fazie lub zwiększają się i maleją w skali równomiernie przy zachowaniu tej samej polaryzacji.

Sygnały w fazie są sumowane wewnątrz demodulatora, aby wygenerować ogromny sygnał wyjściowy. Następnie, w trakcie przebiegu, wchodzą w strefę przeciwfazową.

Oznacza to, że sygnały nadal równomiernie zwiększają i zmniejszają swoją amplitudę, ale mają teraz przeciwną polaryzację.

W rezultacie demodulator wytwarza słaby sygnał wyjściowy, ponieważ dwa inne sygnały znoszą się wzajemnie. Ale w końcu sygnały wracają do fazy i uwalniają solidne wyjście z demodulatora.

W momencie aktywacji obwodu mierzony jest zmieniający się poziom wyjściowy z demodulatora.

Częstotliwość sygnału wyjściowego jest taka sama, jak wariancja między podwójnymi sygnałami wejściowymi.

Jest to zwykle widoczne przy niskiej częstotliwości dźwięku lub częstotliwości poddźwiękowej. Bez wątpienia sygnał z wyjścia jest bez trudu przechwytywany po wzmocnieniu go przez wzmacniacz o wysokim wzmocnieniu.

Generator alarmów

Po wzmocnieniu sygnału jest on używany do sterowania standardowym obwodem zatrzasku, który po aktywacji alarm trwa do momentu zresetowania systemu. Operacją zatrzasku steruje tranzystor przełączający, który łączy napięcie sterujące z obwodem wykrywania alarmu.

Generator alarmu jest zbudowany z wykorzystaniem oscylatora sterowanego napięciem (VCO), moderowanego przez oscylator o niskiej częstotliwości.

Przebieg rampy jest wytwarzany przez oscylator o niskiej częstotliwości, a sygnał wyjściowy z VCO będzie stopniowo zwiększał częstotliwość, aż do szczytowego skoku.

Następnie sygnał powróci do minimalnego tonu i ponownie będzie stopniowo zwiększał częstotliwość. Ten cykliczny proces jest kontynuowany i zapewnia skuteczny sygnał alarmowy.

Jak działa obwód

Pełny rysunek obwodu ultradźwiękowego systemu wykrywania pożaru lub odbiornika przedstawiono na poniższym rysunku.

OBWÓD ODBIORNIKA : Linie przerywane łączą się z szynami zasilającymi obwodu nadajnika poniżej

OBWÓD NADAJNIKA

Nadajnik jest zbudowany z wykorzystaniem timera 7555, IC1. Ten komponent CMOS jest typem timera 555 o niskim poborze mocy.

Dla tego typu generatora alarmów, 7555 jest idealny w porównaniu z 555, ponieważ całkowity pobór mocy obwodu jest utrzymywany na poziomie zaledwie około 1 mA lub mniej, co przyczynia się do efektywnego wykorzystania mocy baterii.

Ponadto układ scalony 7555 jest używany w typowej metodzie oscylacyjnej, w której części taktowania R13, RV1 i C7 są specjalnie dobierane do generowania częstotliwości 40 kHz.

Ustawienie wstępne jest regulowane w celu generowania częstotliwości wyjściowej, która zapewnia idealną wydajność z obwodów odbiorczych i nadawczych. Ustawienie wstępne jest oznaczone na schemacie jako RV2.

Odbiorca

X1 jest czujnikiem wychwytującym sygnał w obwodzie odbiornika, a jego wyjście jest podłączone do wejścia wspólnego wzmacniacza nadajnika, który jest zaprojektowany wokół Q1.

W tym miejscu utrzymywany jest niski prąd kolektora wynoszący około 0,1 A, aby zapewnić niskie zużycie energii całej części.

Zwykle można by pomyśleć, że powoduje to mniejszy zysk z tego rodzaju wzmacniacza, ale ogólnie jest to więcej niż wystarczające do istniejącej operacji.

Kondensator C2 łączy ulepszony sygnał wyjściowy z Q1 do zwykłego demodulatora AM dzięki zastosowaniu D1, D2, R3 i C3.

Później wynikający z tego sygnał niskiej częstotliwości jest zwiększany liniowo za pomocą drugiego wspólnego wzmacniacza nadajnika umieszczonego w Q2.

Kolejny zegar IC1 jest używany jako zatrzask. W przeciwieństwie do normalnej praktyki, zegar IC1 jest używany w podejściu monostabilnym, które zapewnia dodatni impuls wyjściowy, jeśli pin 2 jest zmniejszony o 33% od napięcia zasilania.

Zwykle szerokość impulsu wyjściowego byłaby regulowana za pomocą pary rezystora czasowego i kondensatora, ale ten obwód jest pozbawiony tych elementów.

Zamiast tego piny 6 i 7 układu IC1 są połączone z ujemną szyną zasilania. Po aktywacji wyjście IC1 zostaje włączone i pozostaje w tym stanie, umożliwiając działanie zatrzaskowe.

Z kolektora tranzystora Q2, pin 2 układu IC1 jest podłączony i regulowany tak, aby równy był połowie napięcia zasilania.

Zatem w stanie czuwania IC1 nie jest aktywowany. W momencie uruchomienia jednostki napięcie kolektora na Q2 oscyluje.

Ponadto podczas ujemnych półcykli spada poniżej napięcia progowego wyzwalania. Za pomocą przełącznika roboczego SW1 i wejścia resetującego IC1 do napięcia zasilania 0 V można zresetować cały obwód.

Elementem używanym do kierowania mocy do obwodu alarmowego, gdy IC1 jest aktywowany, jest tranzystor Q3. Ze względów bezpieczeństwa R8 działa jako rezystor ograniczający prąd.

Sygnał alarmowy

IC2 jest ostatnim chipem, który jest pętlą fazową CMOS 4046BE. Jednak w tym projekcie kluczowa jest tylko część VCO. Komparator faz jest celnie wykorzystywany, ale tylko jako falownik do obwodu alarmowego.

Odwrócenie wyjścia VCO skutkuje dwufazowym wyjściem, które pozwala rezonatorowi ceramicznemu LS1 na otrzymanie napięcia międzyszczytowego, które jest dwa razy większe niż napięcie zasilania.

W rezultacie generowany jest piskliwy sygnał alarmowy. W razie potrzeby sygnał wyjściowy ze styku 4 układu IC2 można wzmocnić i wykorzystać do zasilania standardowego głośnika. Kondensator C6 i rezystor R12 działają jako części czasowe dla VCO. Elementy elektroniczne zapewniają stabilną częstotliwość wyjściową około 2 kHz, czyli strefę, w której rezonator ceramiczny osiąga szczytową sprawność.

Sygnał modulacji jest wytwarzany przez typowy jednozłączowy oscylator relaksacyjny z tranzystora Q4. Zapewnia to rozbieżny przebieg rampy przy 4 kHz.

Jak skonfigurować

Rozpocznij od RV1 w połowie drogi i RV2 wyznaczonej dla maksymalnej mocy, która jest całkowicie obrócona w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Używając multimetru (jeśli jest dostępny), ustaw RV2 na jego minimalne napięcie DC i połącz go z R3, gdy ujemna sonda jest podłączona do ujemnej linii zasilającej.

Włącz zasilanie urządzenia i umieść przetworniki przodem do ściany lub innej gładkiej powierzchni w odległości około 10–20 cm.

Po uruchomieniu RV1 nastąpi odczyt lub ruch na multimetrze, a następnie RV1 zostanie dostrojony, aby osiągnąć maksymalny możliwy odczyt.

Zdecydowanie zaleca się zamocowanie przewodu na SW1, gdy regulacja jest wykonywana, ponieważ generator alarmu jest wyciszony, a jego wyjście nie może wpływać na pomiary.

W przypadku, gdy multimetr jest niedostępny, RV1 można dostroić, stosując metodę prób i błędów, aby odkryć wartość, która działa dla całej części.

Chociaż RV2 jest dobrze chroniony, jednostka alarmowa jest nadal czuła. Miejsce montażu musi być dobrze zaplanowane dla urządzenia. Dobre miejsce byłoby nieco powyżej stołu warsztatowego operatora, gdzie występuje najwyższe ryzyko pożaru z powodu narzędzi elektrycznych i materiałów lutowniczych.

Kolejną zaletą umieszczenia urządzenia wyżej jest to, że gorące powietrze unosi się i ułatwia wywołanie alarmu bez ryzyka fałszywych sygnałów generowanych przez osoby biegające po pomieszczeniu.

Po kilku próbach można uzyskać odpowiednią pozycję bez wpływu czynników ludzkich i stabilną czułość generatora alarmu pożarowego.

Aby sprawdzić skuteczność pozycji urządzenia, pracującą lutownicę umieszcza się pod i przed elementem.

Wytworzenie odpowiedniego burzliwego powietrza powinno aktywować alarm. Po włączeniu obwód będzie zasilany, ale można to natychmiast zanegować, ustawiając SW1 na reset.

Obwód ultradźwiękowego alarmu pożarowego nie jest wyposażony w przełącznik opóźnienia włączenia, ale podczas obsługi SW1 należy zapewnić obecność za urządzeniem. Nie ma żadnego ryzyka, jeśli cofniesz rękę po włączeniu przełącznika.