Sensor de incêndio baseado em diodo PIN: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Aqui está um sensor de incêndio baseado em diodo PIN que ativa um alarme quando detecta um incêndio. Os alarmes de incêndio baseados em termistor têm uma desvantagem; o alarme só é ativado se o fogo aquecer o termistor nas proximidades. Neste circuito, um diodo PIN sensível é usado como um sensor de incêndio para uma detecção de incêndio de longo alcance.

Ele detecta luz visível e infravermelho (IR) na faixa de 430nm - 1100nm. Portanto, a luz visível e o infravermelho do incêndio podem ativar facilmente o sensor para acionar o alarme. Ele também detecta faíscas na fiação da rede elétrica e, se persistirem, emite um alarme de advertência. É um dispositivo de proteção ideal para showrooms, armários, salas de registros, etc.

Etapa 1: Lista de peças

Semicondutores:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (contador CD4060);

_ T1, T2 (transistor npn BC547);

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

_ D1 (fotodiodo PIN BPW34)

Resistores (todos 1/4 watt, ± 5% de carbono):

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

_ R2, R3 (1 quilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Capacitores:

_ C1 (disco de cerâmica de 0, 22 μF)

Diversos:

_ BATT.1 (bateria de 9,0 V);

_ PZ1 (campainha piezoelétrica)

Assim, o diodo PIN BPW34 é usado no circuito como sensor de luz e infravermelho. BPW34 é um fotodiodo de 2 pinos com ânodo (A) e cátodo (K). A extremidade do ânodo pode ser facilmente identificada a partir da superfície plana de vista superior do fotodiodo. Um pequeno ponto de solda ao qual um fio fino é conectado é o ânodo e o outro é o terminal do cátodo.

BPW34 é um fotodiodo PIN minúsculo ou minicélula solar com superfície sensível radiante que gera tensão de circuito aberto de 350mV DC quando exposto à luz de 900nm. É sensível à luz solar natural e também à luz do fogo. Portanto, é ideal para uso como um sensor de luz. O fotodiodo. BPW34 pode ser usado em estados de polarização zero e reversa. Sua resistência diminui quando a luz incide sobre ele.

Etapa 2: Diagrama de Circuito

O diagrama do circuito do sensor de incêndio baseado em diodo PIN é mostrado na Fig. 3. Ele é construído em torno de bateria de 9V, diodo PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), contador CD4060 (IC2), transistores BC547 (T1 e T2), uma campainha piezoelétrica (PZ1) e alguns outros componentes.

No circuito, o fotodiodo PIN BPW34 é conectado às entradas inversora e não inversora do op-amp IC1 no modo de polarização reversa para alimentar a foto corrente na entrada do op-amp. CA3140 é um amplificador operacional BiMOs de 4,5 MHz com entradas MOSFET e saída bipolar. Transistores MOSFET protegidos por porta (PMOS) no circuito de entrada fornecem impedância de entrada muito alta, normalmente em torno de 1,5T ohms. O IC requer corrente de entrada muito baixa, tão baixa quanto 10pA, para alterar o status da saída para alto ou baixo. No circuito, o IC1 é usado como um amplificador de transimpedância para atuar como um conversor de corrente para voltagem. O IC1 amplifica e converte a foto-corrente gerada no diodo PIN na tensão correspondente em sua saída. A entrada não inversora é conectada ao aterramento e ânodo do fotodiodo, enquanto a entrada inversora obtém fotocorrente do diodo PIN.

Etapa 3: Operação do circuito

O resistor de realimentação de grande valor R1 define o ganho do amplificador de transimpedância, uma vez que está na configuração de inversão. A conexão de entrada não inversora ao aterramento fornece carga de baixa impedância para o fotodiodo, o que mantém a tensão do fotodiodo baixa.

O fotodiodo opera no modo fotovoltaico sem polarização externa. A realimentação do amplificador operacional mantém a corrente do fotodiodo igual à corrente de realimentação por meio de R1. Portanto, a tensão de deslocamento de entrada devido ao fotodiodo é muito baixa neste modo fotovoltaico com polarização automática. Isso permite um grande ganho sem qualquer tensão de deslocamento de grande saída. Esta configuração é selecionada para obter grande ganho em condições de pouca luz. Normalmente, em condições de luz ambiente, a fotocorrente do diodo PIN é muito baixa; ele mantém a saída de IC1 baixa. Quando o diodo PIN detecta luz visível ou IR do fogo, sua foto atual aumenta e o amplificador de transimpedância IC1 converte essa corrente para a tensão de saída correspondente. A saída alta do IC1 ativa o transistor T1 e o LED1 acende. Isso indica que o circuito detectou fogo. Quando o T1 conduz, ele reinicia o pino 12 do IC2 para o potencial de terra e o CD4060 começa a oscilar.

IC2 é um contador binário com dez saídas que aumentam uma a uma quando oscila devido a C1 e R6. A oscilação do IC2 é indicada pelo piscar do LED2. Quando a saída Q6 (pino 4) do IC2 fica alta após 15 segundos, T2 conduz e ativa a campainha piezoelétrica PZ1 e o LED3 também acende. O alarme se repete novamente após 15 segundos se o fogo persistir. Você também pode ativar um alarme CA que produz um som alto substituindo PZ1 por um circuito de relé (não mostrado aqui). O alarme CA é acionado através dos contatos do relé utilizado para este fim.

Etapa 4: construção e teste

Um PCB de lado único para o sensor de incêndio baseado em diodo PIN é mostrado na Fig. 4 e seu layout de componente na Fig. 5. Coloque o PCB em uma pequena caixa de forma que você possa conectar o diodo PIN BPW34 facilmente na parte traseira do a Caixa. Instale o diodo PIN em um local adequado e cubra-o de forma que a luz / luz solar normal não incida sobre ele.

Testar o circuito é simples. Normalmente, quando não há chama perto do diodo PIN, a campainha piezo não soa. Quando uma chama de fogo é detectada pelo diodo PIN, a campainha piezo soa um alarme. Seu alcance de detecção é de cerca de dois metros. Ele também pode detectar faíscas na fiação da rede elétrica devido a curto-circuito.