Датчик дыма своими руками схема

Принцип работы и конструкция датчика дыма — возможно ли сделать самому?

Дымовой извещатель одно из самых распространенных устройств в системах пожарной сигнализации и пожаротушения. Прибор реагирует на продукты горения, их способность изменять оптическую среду, инфракрасное излучение объекта и другие признаки, по которым можно зафиксировать возгорание. Благодаря тому, что дым даже в малых количествах сильно меняет оптическую прозрачность атмосферы и сразу поднимается кверху, его достаточно просто фиксировать. Это позволяет определять очаг возгорания на ранней стадии, что объясняет распространение данных извещателей. Но для эффективного их использования необходимо знать, как работает датчик дыма, как он устроен, и учитывать это при выборе места монтажа.

Конструкция датчика дыма

Точечный дымовой извещатель состоит из двух частей. Первая выглядит, как плоский цилиндр с четырехконтактной площадкой (называется розетка), он крепится на потолок или стену. Вторая рабочая часть выглядит, как двухступенчатый усеченный конус. В его основании находится электронный блок, а в вершине дымовая камера. Части легко размыкаются потому, что приходится периодически датчик снимать. Это сделано для того, чтобы очищать его от пыли и проведения регламентных работ или быстрой замены. Подключение датчика дыма осуществляется простым поворотом на розетке. Для контроля наличия извещателя в розетке имеются два контакта, замыкающиеся после установки прибора. Иногда требуется отключить датчик дыма, как в случае производства пыльных работ в комнате. Для этого он просто выкручивается из розетки.

Оптический извещатель возгорания использует эффект рассеяния излучателя. Он устанавливается так, чтобы его свет не попадал на фотоприемник. При наличии дыма в датчике прозрачность воздуха меняется, и свет отражается на фотодиод, что вызывает срабатывание сенсора. Дымовая камера имеет сложную форму. Она обеспечивает свободное движение воздуха, минимизирует попадание пыли и защищает от электромагнитных помех. Кроме этого, за счет черных изогнутых пластин, расположенных по периметру камеры, препятствует попаданию внешних источников света и излучения от светодиода за счет многократного отражения на фотодиод. Практически все излучение, попадающее на пластины, поглощается ими.

Схема подключения дымовых датчиков пожарной сигнализации – традиционная, по четырехпроводному кабелю. Два провода идут на питание, по третьему подается сигнал тревоги в случае обнаружения дыма и по четвертому контролируется наличие извещателя в розетке.

Принцип работы датчика дыма

По принципу работы пожарные дымовые датчики делятся на два типа: оптические и ионизационные. Первые бывают:

• точечные;
• линейные;
• аспирационные.

Вторые устройства разделяются на две группы: радиоизотопные и электроиндукционные, применяются в особо ответственных помещениях.

Точечные дымовые датчики используют свойство серого дыма рассеивать инфракрасное излучение. Излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Дым, попадая в прибор, вызывает изменение оптической среды, что приводит к отражению излучения светодиода на фотодиод. Если мощность излучения, попавшего на фотоприемник будет больше какого-то порогового значения, то прибор сработает.

Линейные дымовые датчики состоят из двух частей: излучателя и приемника. Они устанавливаются под потолком на стенах напротив друг друга в прямой видимости. Принцип работы датчика задымления заключается в следующем. Излучатель (светодиод) постоянно включен. Приемник (фотодиод) все время контролирует мощность принимаемого сигнала. При изменении излучения больше определенного предела сенсор срабатывает. Схема подключения пожарных дымовых датчиков данного типа отличается от обычных однокорпусных тем, что присутствует дополнительный кабель питания на излучатель.

Принцип действия аспирационного датчика дыма заключается в принудительном отборе воздуха из атмосферы охраняемого помещения и последующем контроле его состояния с помощью сверхчувствительных лазерных дымовых сенсоров. Используется в «чистых» производственных зонах, серверных, операционных и других местах, где особенно требуется раннее обнаружение возгорания. Имеет высокую стоимость.

Радиоизотопный датчик облучает атмосферу камеры, ионизируя ее. На электроды, введенные в область ионизации, подается напряжение, и возникает ионизационный ток. При попадании смога ионы воздуха начинают прилипать к крупным и менее подвижным частицам дыма. Это приводит к уменьшению ионизационного тока, что сигнализирует о наличии возгорания. Датчик эффективен при обнаружении черных дымов, поглощающих ИК излучение. Из-за радиоактивного излучения не применяется в жилых зданиях.

Электро-индукционный датчик имеет электрический насос, который засасывает воздух в газовую трубку, где под воздействием коронного разряда заряжается. Двигаясь дальше, и попадая в камеру с измерительным электродом, наводит на нем потенциал пропорциональный объему заряженных частиц. Электронный блок обрабатывает амплитуду, скорость его нарастания и выдает сигнал тревоги, в случае превышения пороговых значений. Используется на международной космической станции «Мир».

Можно ли датчик дыма сделать своими руками?

Проще всего сделать оптический линейный извещатель дыма. Схема состоит из двух светодиодов, фототранзистора, операционного усилителя, переменного сопротивления и пьезокерамического излучателя. Вся конструкция выполняется на одной плате. Свет от первого светодиода, открывает фототранзистор, и напряжение с эмиттера поступает на инвертирующий вход операционного усилителя. На другой вход усилителя через переменный резистор поступает потенциал, который регулирует чувствительность прибора. При нарушении баланса между входами усилителя из-за присутствия дыма на выходе появляется сигнал, включающий второй индикационный светодиод и пьезо-сирену. Устройство можно даже подключить как датчик дыма в пожарную сигнализацию.

Источник

Датчик дыма для сигнализации о пожаре

На промышленных объектах в основном используются для сигнализации о пожаре тепловые датчики (они наиболее дешевы). Особенность их устройства такова, что они подают сигнал тревоги, когда охраняемое помещение уже сгорело.

Наиболее надежны, по мнению пожарных, считаются датчики, срабатывающие на дым, однако они далеко не всем по карману.

Рис 1. Принципиальная схема пожарного датчика дыма

Один из вариантов выполнения датчика дыма приведен на рис. 1. Cхема состоит из генератора (на элементах микросхемы DD1.1, DD1.2, С1, R1, R2), формирователя коротких импульсов (на DD1.3 и С2, R3), усилителя (VT1) и излучателя (HL1) ИК-импульсов, а также компаратора (DD2) и ключа на транзисторе (VT2). При приеме ИК-импульсов фотодиодом HL2 срабатывает компаратор и своим выходом разряжает конденсатор С4. Как только прохождение импульсов нарушится, конденсатор зарядится через резистор R9 в течение 1 секунды до напряжения питания, и начнет работать элемент D1.4. Он пропускает импульсы генератора на коммутатор тока VT2. Применение светодиода HL3 не является необходимым, но при его наличии удобно контролировать момент срабатывания датчика.

Рис 2. Конструкция датчика дыма

Конструкция датчика (рис. 2) имеет рабочую зону, при попадании в которую дыма ослабляется прохождение ИК-импульсов, а если не смогли пройти несколько импульсов подряд — срабатывает датчик (что обеспечивает помехоустойчивость схемы). При этом в соединительной линии появляются импульсы тока, которые и выделяет схема контроля, приведенная на рис. 3.

Рис 3. Схема контроля

Датчиков дыма к одному охранному шлейфу можно подключать (параллельно) много. При настройке схемы контроля резистором R14 устанавливаем транзисторы так, чтобы VT3 и VT4 находились в запертом состоянии (светодиод HL4 не светится).

Один датчик дыма в режиме ОХРАНА потребляет ток не более 3 мА и проверен при работе в диапазоне температур от -40 до +50 °С.

Выход схемы контроля (коллектор VT4) может подключаться к системе охраны непосредственно вместо датчика.

При использовании нескольких датчиков, одновременно установленных в разных местах, схему можно дополнить индикатором номера сработавшего датчика дыма. Для этого нужно, чтобы частоты генераторов (зависит от С1 и R2) отличались друг от друга, а воспользовавшись цифровым индикатором частоты, например предложенным М. Назаровым («Радио», N 3, 1984, стр. 29—30), легко будет определить место возгорания. При этом отпадает необходимость вести охранные шлейфы отдельно до каждого датчика, что значительно упростит разводку проводов и снизит их расход.

Транзисторы VT1 и VT2 могут быть заменены на КТ814. ИК-диоды подойдут многих других типов, но при этом может потребоваться подбор номинала резистора R6.

Конденсаторы использованы С1, С2, С4, С5 типа К10-17а, СЗ — К53- 18-16В, С6 — К50-6-16В. Резистор R14 типа СП5-2, остальные типа С2-23.

Датчик дыма целесообразно устанавливать в помещениях, где хранятся легко воспламеняющиеся предметы, а размещать в местах, где проходит поток воздуха, например вблизи вентиляционного отверстия, — в этом случае возгорание будет обнаружено раньше.

Схема может найти и другие применения, например в качестве безконтактного датчика для охранной сигнализации или устройств автоматики.

C этой схемой также часто просматривают:

ЗАЖИГАЛКА ДЛЯ ГАЗА
Зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных батарей
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов
Имитатор для проверки телефонных аппаратов
Простые датчики для охранной сигнализации
УМЗЧ на транзисторах
Схема передатчика и приемника ИК-диапазона
Схема мегафона с режимом сирены
Качественный кварцевый генератор синусоидальных колебаний

Источник

Оптоэлектронный датчик дыма

Кроме воды и грызунов существует еще один способ уничтожения тайника и его содержимого — пожар Для определения признаков пожара предлагаем вашему вниманию простой оптоэлектронный датчик дыма с питанием от линии (рис.1). Устройство работает следующим образом : диодах VD1 и VD2 выполнена оптопара с открытым каналом В качестве излучающего и приемного светодиодов используется светоизлучающий ИК диод АЛ107Б. При освещении светодиода VD2 потоком ИК излучения от светодиода VD1 первый будет иметь небольшое сопротивление, и в точке соединения резисторов R2, R3 и светодиода VD2 значение напряжения будет менее половины напряжения питания На триггере Шмитта (элементы DD1.1, DD1.2) установится уровень логического «0». Генератор импульсов, выполненный на элементах DD1 3, DD1 4 блокирован этим уровнем (на выводе 9 DD1.3). Транзистор VT1 закрыт уровнем логического «0» на выводе 11 элемента DD1.4. При попадании дыма на датчик освещенность светодиода VD2 уменьшается и, как следствие, увеличивается его сопротивление. Напряжение в точке соединения элементов R2, R3, VD2 возрастает, приводит к срабатыванию триггера Шмитта и включению генератора на элементах DD1.3, DD1.4.

Рис. 1 Принципиальная схема датчика дыма

С выхода последнего 11 DD1.4) через резистор R6 положительные импульсы поступают на базу транзистора VT1. Он открывается и замыкает линию связи через резистор R7 на землю. При этом напряжение в точке соединения элементов VD3, R7, R8 уменьшается, а при закрывании транзистора VT1 — увеличивается. Таким образом, при появлении дыма на выходе линии (точка соединения элементов VD3, R7, R8) будут присутствовать импульсы с частотой, задаваемой генератором на элементах DD1.3, DD1.4. Эти импульсы обрабатываются схемой оповещения о пожаре (на рис. не показана), и выдается сигнал тревоги. Питание устройства осуществляется по линии связи от источника +12 В через резистор R8. При этом в исходном состоянии (дым отсутствует) конденсатор С2 заряжен через диод VD3. При срабатывании датчика питание устройства будет осуществляться от конденсатора С2, который подзаряжается через диод VD3 при закрывании транзистора VT1. При замыкании линии через резистор R7 и транзистор VT1 диод VD3 препятствует разряду конденсатора С2. Одна из возможных конструкций датчика дыма показана на рис.2. Вместо светодиодов АЛ107Б можно использовать АЛ108, Настройка датчика заключается в установке порога срабатывания триггера Шмитта изменением сопротивления резистора R2.

Рис. 2 Чертеж датчика дыма

Источник

Датчик дыма на микроконтроллере MSP430F2012

Texas Instruments MSP430F2012

В статье приведен пример реализации датчика дыма, выполненного на основе микроконтроллера MSP430F2012 компании Texas Instruments. В основу обнаружения дыма положено определение степени прозрачности воздуха в области между инфракрасными светодиодом и фотодиодом. При обнаружении дыма датчик генерирует звуковой сигнал.

Датчики дыма являются более эффективным инструментом противопожарной сигнализации, так как, в отличие от традиционных тепловых датчиков, они срабатывают до образования открытого пламени и заметного роста температуры в помещении. Ввиду сравнительной простоты реализации, широкое распространение получили оптоэлектронные датчики дыма. Они состоят из дымовой камеры, в которой установлены излучатель света и фотоприемник. Связанная с ними схема формирует сигнал срабатывания, когда обнаруживается существенное поглощение излучаемого света. Именно такой принцип действия положен в основу рассматриваемого датчика.

Приведенный здесь датчик дыма использует батарейное питание, поэтому, в целях увеличения практичности, он должен в среднем потреблять очень малый ток, исчисляемый единицами микроампер. Это позволит ему в течение нескольких лет проработать без необходимости замены батареи питания. Кроме того, в исполнительной цепи предполагается использование звукового излучателя, способного развить звуковое давление не менее 85 дБ. Типичным способом обеспечения очень малого электропотребления устройства, которое должно содержать достаточно сильноточные элементы, как, например, излучатель света и фотоприемник, является его повторно-кратковременный режим работы, причем длительность паузы должна во много раз превышать длительность активной работы.

В таком случае среднее потребление будет сводиться к суммарному статическому потреблению неактивных компонентов схемы. Реализовать такую идею помогают программируемые микроконтроллеры (МК) с возможностями перевода в микромощный дежурный режим и автоматического возобновления активной работы через заданные интервалы времени. Таким требованиям полностью отвечает 14-выводной МК MSP430F2012 с объемом встроенной Flash-памяти 2 кбайт. Данный МК после перевода в дежурный режим LPM3 потребляет ток, равный всего лишь 0.6 мкА. В эту величину также входит потребляемый ток встроенного RC-генератора (VLO) и таймера А, что позволяет продолжать счет времени даже после перевода МК в дежурный режим работы. Однако данный генератор очень нестабилен. Его частота в зависимости от окружающей температуры может варьироваться в пределах 4…22 кГц (номинальная частота 12 кГц). Таким образом, в целях обеспечения заданной длительности пауз в работе датчика, в него должна быть заложена возможность калибровки VLO. Для этих целей можно использовать встроенный высокочастотный генератор — DCO, который откалиброван производителем с точностью не хуже ±2.5% в пределах температурного диапазона 0. 85°С.

Со схемой датчика можно ознакомиться на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая схема датчика дыма

Здесь в качестве элементов оптической пары, размещенных в дымовой камере (SMOKE_CHAMBER), используются светодиод (СД) и фотодиод инфракрасного (ИК) спектра. Благодаря рабочему напряжению МК 1.8…3.6 В и надлежащим расчетам других каскадов схемы, достигнута возможность питания схемы от двух батареек типа ААА. Для обеспечения стабильности излучаемого света в условиях питания нестабилизированным напряжением рабочий режим СД задается источником тока 100 мА, который собран на двух транзисторах Q3, Q4. Данный источник тока активен, когда на выходе P1.6 установлен высокий уровень. В дежурном режиме работы схемы он отключается (P1.6 = «0»), а общее потребление каскадом ИК излучателя снижается до ничтожно малого уровня тока утечки через Q3. Для усиления сигнала фотодиода применена схема усилителя фототока на основе ОУ TLV2780. При выборе этого ОУ руководствовались стоимостью и временем установления. У данного ОУ время установления составляет до 3 мкс, что позволило не использовать поддерживаемую им возможность перехода в дежурный режим работы, а взамен этого – управлять питанием усилительного каскада с выхода МК (порт P1.5). Таким образом, после отключения усилительного каскада он вообще не потребляет никакого тока, а достигнутая экономия тока составляет около 1.4 мкА.

Для сигнализации о срабатывании датчика дыма предусмотрены звуковой излучатель (ЗИ) P1 (EFBRL37C20, Panasonic) и светодиод D1. ЗИ относится к пьезоэлектрическому типу. Он дополнен компонентами типовой схемы включения (R8, R10, R12, D3, Q2), которые обеспечивают непрерывную генерацию звука при подаче постоянного напряжения питания. Примененный здесь тип ЗИ генерирует звук частотой 3.9±0,5 кГц. Для питания схемы ЗИ выбрано напряжение 18 В, при котором он создает звуковое давление порядка 95 дБ (на расстоянии 10 см) и потребляет ток около 16 мА. Данное напряжение генерирует повышающий преобразователь напряжения, собранный на основе микросхемы IC1 (TPS61040, TI). Требуемое выходное напряжение задано указанными на схеме номиналами резисторов R11 и R13. Схема преобразователя также дополнена каскадом изоляции всей нагрузки от батарейного питания (R9, Q1) после перевода TPS61040 в дежурный режим (низкий уровень на входе EN). Это позволяет исключить протекание токов утечки в нагрузку и, таким образом, свести общее потребление данным каскадом (при отключенном ЗИ) до уровня собственного статического потребления микросхемы IC1 (0.1 мкА). В схеме также предусмотрены: кнопка SW1 для ручного включения / отключения ЗИ; «джамперы» для конфигурации цепи питания схемы датчика (JP1, JP2) и подготовки к работе ЗИ (JP3), а также разъемы внешнего питания на этапе отладки (X4) и подключения адаптера встроенной в МК отладочной системы (X1) через двухпроводной интерфейс Spy-Bi-Wire.

Далее рассмотрим особенности алгоритма работы датчика, который полностью реализуется программной МК и проиллюстрирован в виде блок-схемы на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема программы МК

После сброса МК выполняется вся необходимая инициализация, в т.ч. калибровка генератора VLO и настройка периодичности возобновления активной работы МК, равной восьми секундам. Вслед за этим МК переводится в экономичный режим работы LPM3. В этом режиме остается в работе VLO и таймер А, а ЦПУ, высокочастотная синхронизация и прочие модули ввода-вывода прекращают работу. Выход из этого состояния возможен по двум условиям: генерация прерывания по входу P1.1, которое возникает при нажатии на кнопку SW1, а также генерация прерывания таймера А, которое происходит по истечении установленных восьми секунд. В процедуре обработки прерывания по входу P1.1 вначале генерируется пассивная задержка (примерно 50 мс) для подавления дребезга, а затем изменяется на противоположное состояние линии управления ЗИ, давая возможность вручную управлять активностью ЗИ. Когда же возникает прерывание по таймеру А (прерывание ТА0), выполняется процедура оцифровки выхода усилителя фототока в следующей последовательности. Вначале выполняются четыре оцифровки при отключенном ИК светодиоде, затем — четыре оцифровки при включенном светодиоде. В дальнейшем эти оцифровки подвергаются усреднению. В конечном счете формируются две переменные: L — усредненное значение при отключенном ИК светодиоде, и D — усредненное значение при включенном ИК светодиоде. Четырехкратные оцифровки и их усреднения выполняются с целью исключения возможности ложных срабатываний датчика. С этой же целью выстраивается дальнейшая цепочка «препятствий» ложному срабатыванию датчика, начиная с блока сопоставления переменных L и D. Здесь сформулировано необходимое условие срабатывания: L — D > x, где x — порог срабатывания. Величину x выбирают опытным путем из соображений нечувствительности (например, к пыли) и гарантированного срабатывания при попадании дыма. Если условие не выполняется, происходит отключение светодиода и ЗИ, сбрасывается флаг состояния датчика (AF) и счетчик SC. После этого, выполняется настройка таймера А на возобновление активной работы через восемь секунд, и МК переводится в режим LPM3. Если условие же выполняется, проверяется состояние датчика. Если он уже сработал (AF = «1»), то никаких дальнейших действий выполнять не нужно, и МК сразу переводится в режим LPM3. Если же датчик еще не сработал (AF = «0»), то выполняется инкрементирование счетчика SC с целью подсчета числа обнаруженных выполнений условия срабатывания, что в еще большей степени позволяет повысить помехоустойчивость. Позитивное решение о срабатывании датчика принимается после обнаружения трех подряд условий срабатывания. Однако во избежание чрезмерного затягивания задержки реагирования на появление дыма, длительность нахождения в дежурном режиме сокращается до четырех секунд после первого выполнения условия срабатывания и до одной секунды — после второго. Описанный алгоритм реализует программа, доступная здесь.

В заключение определим средний потребляемый датчиком ток. Для этого в таблицу 1 занесены данные по каждому потребителю: потребляемый ток (I) и длительность его потребления (t). Для циклически-работающих потребителей, с учетом восьмисекундной паузы, средний потребляемый ток (мкА) равен I × t/8 × 10 6 . Суммируя найденные значения, находим средний потребляемый датчиком ток: 2 мкА. Это очень хороший результат. Например, при использовании батареек емкостью 220 мА·ч расчетная длительность работы (без учета саморазряда) составит около 12 лет.

Таблица 1. Средний потребляемый ток с учетом восьмисекундной паузы в работе датчика

Потребитель тока

Длительность,
мкс

Потребляемый ток,
мкА

Средний
потребляемый ток,
мкА

Источник