מעגל אזעקת אש אולטרסאונד באמצעות גילוי מערבולת אוויר

המעגל הפשוט של אזעקת אש אולטראסונית המוצג להלן מגלה מצב של סכנת שריפה על ידי איסוף השונות בגלי האוויר שמסביב או בסערת האוויר. הרגישות הגבוהה של המעגל מבטיחה כי אפילו מערבולת האוויר הקלה ביותר הנוצרת מהפרש טמפרטורה או שריפה מתגלה במהירות ונשמע מכשיר אזעקה מחובר.

סקירה כללית

חיישני אש קונבנציונליים משתמשים במערכות מגוונות לזיהוי אש, והם מגיעים עם כל מיני מורכבויות.

מערכת גילוי אש רגילה משתמשת ב חיישן טמפרטורה לחוש את השונות הטמפרטורה הגבוהה באופן יוצא דופן הנגרמת על ידי שריפה.

זה לא מהותי שרק חלק אלקטרוני כמו a תרמיסטור או משתמשים במכשיר טמפרטורה של מוליכים למחצה, אך נעשה שימוש בחומר פשוט כמו קישור היתוך בטמפרטורה נמוכה או מתג טמפרטורה דו-מתכתי.

אמנם עדיפות לפשטות של סוגי אזעקה מסוג זה, אך אמינותם מוטלת בספק מכיוון שזיהוי מתרחש רק כאשר שריפה כבר הבשילה.

מערכות אזעקת אש מורכבות יותר קיימות, למשל, גלאי עשן שמצוידים בחלק מוליך למחצה מובהק שמרגיש את קיומם של חלקיקי עשן, גזים דליקים ואדים.

חוץ מזה, יש אלקטרואופטיקה מערכות גילוי אש המופעלות כאשר העשן בכל צורה שהיא חוסם את קרני האור שלהם. סוג כזה של מערכת גילוי אש פורסם ב- Hobby Electronics.

איתור חום באמצעות משמרת דופלר

שיטה חדשה לגילוי אש באמצעות צליל קולי מתואר במאמר זה. נושא את אותם עקרונות הפעלה כמו המפורסם אזעקות פולש אולטרסאונד משמרת דופלר , מערכת גילוי אש זו רגישה מאוד לטלטלות באוויר, בנוסף לתנועת האובייקט המוצק.

החום מאש חשמל מייצר מערבולת עצומה ומפעיל את האזעקה. לעתים קרובות, אזעקות שווא מופעלות בגלל הסערה. כתוצאה מכך, אזעקת אש מסוג זה מושלמת לבית למרות שאנשים החיים בו לרוב לא יעריכו זאת.

איך קורה אפליה קולית

חסרון אחד בשימוש באזעקת פריצה של דופלר Shift כאל אזעקת אש הוא אזור הזיהוי המסיבי שהיחידה הזו מספקת. איכשהו, כאן זה מתברר כברכה מכיוון שזיהוי מהיר אפשרי למרות שריפה מתחילה בפינה קטנה באזור הגילוי.

העיקרון הסטנדרטי של אזעקות אש קונבנציונאליות הוא גילוי שריפות תוך התעלמות מאנשים שמתרוצצים בחדר. זה חיוני מכיוון שמערכת האזעקה מוגדרת לפעול עד להפעלה.

אזעקת Doppler Shift קולי אופיינית אינה מצליחה להבדיל בין אנשים לסערות. לכן, הגיוני יותר שמערכת אזעקת אש משתמשת במעגל השולט באזור פעולה קטן.

ניתן למקם את יחידת האזעקה במיקום בחדר בו התנועה האנושית היא מינימלית, אך עדיין, להיות מסוגלת לזהות במהירות את הטלטלות הנובעות משריפה.

מערכת עבודה

אזעקת קולי בסיסית מצוידת בשני מעגלים עצמאיים המחוברים באמצעות אותו ספק כוח.

המעגל האלקטרוני הפשוט יותר פועל כמשדר הפולט תדרים קוליים אחידים למקלט, שהוא המעגל המסובך יותר.

תרשים גוש של אזעקת האש מוצג באיור 1.

כמתואר, מעגל המשדר פועל להפקת צליל קולי באמצעות מתנד ומזין את האות באמצעות רמקול.

האות החשמלי מומר לגלי קול על ידי הרמקול, אך בני אדם אינם יכולים לשמוע אותם מכיוון שהם משופעים מעל טווח השמיעה.

מגברי קול נפוצים אינם פועלים היטב בתדרים אולטרסאונדיים בגלל מתמר השידור הפיזואלקטרי.

בדרך כלל כלול מתווך רמת פלט כך שניתן להתאים את רגישות המעגל לרמה הנכונה.

מַקְלֵט

מיקרופון במקלט מזהה את גלי הקול מהמשדר וממיר אותם בחזרה לאותות חשמליים.

שוב, א מתמר פיזואלקטרי מיוחד משמש במיקרופון המקבל מכיוון שהנורמלים אינם מתאימים להפעלה בתדרים גבוהים במיוחד, במיוחד.

המצב התמרון ביותר של צליל קולי גורם לבעיות זיהוי בין המיקרופון לרמקול למקרה ששני המכשירים מותקנים כמעט אחד ליד השני.

במצבים מעשיים, האותות שנתפסו הם השתקפויות מקירות או רהיטים בחדר.

יתר על כן, הפלט מהמיקרופון נמוך יחסית ובדרך כלל סביב 1 mV RMS. אז משולב מגבר כדי לשפר את האות לרמת עבודה.

בדרך כלל, שני שלבי הגברה בעלי רווח גבוה משמשים לכל הפחות באזעקת פריצה אולטראסונית. עם זאת, מכיוון שמערכת אזעקת האש הנדונה דורשת רגישות נמוכה יותר, כך שלב הגברה יחיד מתאים יותר.

גַלַאִי

החלק הבא במעגל הוא גלאי אפנון משרעת. במצב מעשי, האות שזוהה הוא גל פלט ישיר של 40kHz מהמשדר.

אות זה נאסף באמצעות נתיבים שונים ומופעל באופן שרירותי. אך שתי משרעות האות וקשרי הפאזה שלו נשמרים ללא כל שינוי. לפיכך, לא נוצר פלט ממחולל המשרעת במצבים מוכנים.

בכל פעם שיש תנועה מול הגלאי או שהאוויר סוער, כל התרחיש משתנה.

המפורסמים משמרת דופלר לוקח מטען ומייצר תנודת תדרים על האותות המשתקפים מהאובייקט בתנועה או בהפרעה באוויר.

חלק מהאות המועבר נאסף ישירות או באמצעות פריטים חסרי תנועה דרך האוויר העמיד בפני המערבולות.

לאחר מכן, שני תדרים או יותר מנותבים למפחת המשרעת. בשלב זה, יחסי הפאזה הם מעבר לוויסות מכיוון שלאותות יש תדרים משתנים.

צורות גל קולי

כאשר מסתכלים על דיאגרמת צורת הגל באיור 2 להלן, צפו שצורת הגל העליונה היא האות הרגיל של 40 קילוהרץ וצורת הגל התחתונה היא האות שהשתנה בתדר. בהתחלה, האותות הם פאזיים או שהם גדלים ויורדים בקנה מידה הומוגני תוך שמירה על אותה קוטביות.

האותות הפאזה מסוכמים בתוך המפנה כדי ליצור אות פלט ענק. לאחר מכן, במהלך רצף צורת הגל, הם נכנסים לאזור האנטי פאזי.

פירוש הדבר שהאותות עדיין מגדילים ומפחיתים את משרעתם באופן אחיד אך כעת יש להם קוטבים מנוגדים.

כתוצאה מכך המפנה מייצר אות פלט חלש כאשר שני האותות האחרים מבטלים זה את זה. אך בסופו של דבר, האותות קופצים חזרה להיות פאזיים ומשחררים תפוקה יציבה מהמפחת.

ברגע שהמעגל מופעל, נמדדת רמת תפוקה משתנה מהמפחת.

תדר אות הפלט זהה לשונות בין אותות הכניסה הכפולים.

זה נראה בדרך כלל בתדר אודיו נמוך או בתדר תת קול. ללא ספק, האות מהפלט נלכד ללא מאמץ לאחר שמגבר הרווח הגבוה משפר אותו.

מחולל אזעקות

לאחר הגברת האות, הוא משמש לשליטה במעגל תפס רגיל שברגע שהופעל, האזעקה ממשיכה להתבהר עד לאיפוס המערכת. פעולת הנעילה נשלטת על ידי טרנזיסטור מיתוג המקשר בין מתח בקרה למעגל גילוי האזעקה.

מחולל האזעקה בנוי באמצעות מתנד מבוקר מתח (VCO) המנוהל על ידי מתנד בתדר נמוך.

צורת גל רמפה מיוצרת על ידי המתנד בתדרים נמוכים ויציאה מה- VCO תגדל בהדרגה בתדירות עד לשיא השיא שלה.

לאחר מכן, האות יחזור למגרש המינימלי ויעלה בהדרגה בתדירות. תהליך מחזורי זה נמשך ומספק אות אזעקה יעיל.

איך עובד המעגל

שרטוט המעגל השלם של מערכת גילוי האש האולטראסונית או המקלט, מתואר באיור שלהלן.

מעגל מקבלים : הקווים המנוקדים מצטרפים למסילות האספקה ​​של מעגל המשדר למטה

מעגל משדר

המשדר בנוי באמצעות מכשיר טיימר 7555, IC1. רכיב CMOS זה הוא סוג ההספק הנמוך של טיימר 555.

עבור מחולל אזעקות מסוג זה, 7555 הוא אידיאלי בהשוואה ל- 555 מכיוון שצריכת החשמל הכוללת של המעגל נשמרת רק סביב 1mA או פחות, מה שתורם לשימוש יעיל בהספק הסוללה.

יתרה מזאת, 7555 IC משמש בשיטת תנודה אופיינית לפיה חלקי התזמון R13, RV1 ו- C7 נבחרים במיוחד ליצירת תדר של 40 קילוהרץ.

ההגדרה הקבועה מראש מוסדרת ליצירת תדר המוצא המספק יעילות אידיאלית מהמעגלים המקבלים ומשדרים. הקביעה המוגדרת מראש מזוהה כ- RV2 בתרשים המעגל.

מַקְלֵט

X1 הוא החיישן הלוכד אותות במעגל המקלט, והפלט שלו מחובר לקלט של מגבר פולט משותף שתוכנן סביב Q1.

בשלב זה נשמר זרם אספן נמוך של כ- 0.1 A בכדי להבטיח שצריכת החשמל של החלק כולו נמוכה.

בדרך כלל, אפשר היה לחשוב שזה גורם פחות רווח ממגבר מסוג זה, אך בסך הכל, זה די והותר לפעולה הקיימת.

קבלים C2 משלבים את התפוקה המשופרת מ- Q1 למפגן AM רגיל על ידי שימוש ב- D1, D2, R3 ו- C3.

מאוחר יותר, האות התדר הנמוך ההולך ופועל באמצעות מגבר פולט משותף שני הממוקם ב- Q2.

טיימר IC1 נוסף משמש בתפס. בניגוד לתרגול הרגיל, נעשה שימוש בטיימר IC1 בגישה מונוסטאלית המספקת דופק פלט חיובי אם סיכה 2 מופחתת ב -33% ממתח האספקה.

בדרך כלל, רוחב דופק המוצא יוסדר על ידי זוג נגדי וקבל תזמון, אך מעגל זה הוא ללא אותם רכיבים.

במקום זאת, סיכות 6 ו -7 של IC1 מקושרות למסילה האספקה ​​מינוס. כאשר הוא מופעל, הפלט של IC1 מופעל וממשיך להיות במצב זה ומאפשר את פעולת התפס.

מהקולט של הטרנזיסטור Q2, סיכה 2 של IC1 מחוברת ומווסתת למחצית שווה של מתח האספקה.

לפיכך, במצב המתנה, IC1 אינו מופעל. ברגע שמפעילים את היחידה, מתח הקולטור ב- Q2 מתנודד.

יתר על כן, במהלך מחזורי המחזור השליליים הוא הופך להיות נמוך יותר ממתח סף ההדק. באמצעות מתג הפעלה SW1 וכניסת האיפוס של IC1 למתח אספקה ​​0V, ניתן לאפס את המעגל השלם.

הרכיב המשמש לניתוב הספק למעגל האזעקה כאשר IC1 מופעל הוא טרנזיסטור Q3. מטעמי בטיחות, R8 משמש כנגד מגביל זרם.

אות אזעקה

IC2 הוא השבב האחרון, שהוא לולאה נעילת פאזה של CMOS 4046BE. עם זאת, בתכנון זה, רק החלק של VCO הוא קריטי. משווה פאזה משמש כראוי אך רק כמהפך למעגל האזעקה.

היפוך תפוקת ה- VCO גורם ליציאה דו-פאזית המאפשרת למהוד הקרמי LS1 לקבל מתח שיא-לשיא הוא פי שניים ממתח האספקה.

כתוצאה מכך מופק אות אזעקה צורח. במידת הצורך, ניתן לשפר את הפלט מהסיכה 4 של IC2 ולהשתמש בה כדי להניע את הרמקול הסטנדרטי. הקבל C6 והנגד R12 מתפקדים כחלקי תזמון עבור ה- VCO. הרכיבים האלקטרוניים מספקים תדר פלט יציב סביב 2 קילוהרץ שהוא האזור בו המהוד הקרמי מגיע ליעילות שיא.

אות האפנון מופק על ידי מתנד הרפייה חד-צמתי טיפוסי מהטרנזיסטור Q4. זה מספק צורת גל רמפה שונה ב -4 קילוהרץ.

איך להציב

התחל עם RV1 בחצי הדרך ו- RV2 נקבע לתפוקה מקסימלית המופנית לחלוטין נגד כיוון השעון.

השתמש במולטימטר (אם זמין), הגדר את RV2 למתח DC המינימלי שלו והצטרף אליו על פני R3 כשהחללית השלילית מחוברת לקו האספקה ​​השלילי.

הפעל את כוח היחידה והנח את המתמרים הפונים לקיר או לכל משטח חלק שנמצא במרחק של כ -10 או 20 ס'מ.

כאשר RV1 מופעל, תהיה קריאה או תנועה על המולטימטר, ואז RV1 מכוון להגיע לקריאה המרבית האפשרית.

מומלץ מאוד לתקן מוליך על פני SW1 כאשר הוויסות מתבצע מכיוון שמחולל האזעקה מושתק, ותפוקתו אינה יכולה להשפיע על המדידות.

במקרה ומולטימטר אינו זמין, ניתן לכוון את RV1 על ידי שימוש בגישת הניסוי והטעייה כדי לגלות ערך שעובד לכל החלק.

למרות ש- RV2 מוגן היטב, יחידת האזעקה עדיין רגישה. מיקום ההרכבה חייב להיות מתוכנן היטב עבור היחידה. נקודה טובה תהיה מעט מעל שולחן העבודה של המפעיל, שם נמצא הסיכון הגבוה ביותר לשריפה בגלל הכלים החשמליים וחומרי ההלחמה.

יתרון נוסף של הצבת היחידה גבוה יותר הוא מכיוון שאוויר חם יעלה ויקל על הפעלת האזעקה ללא הסיכון של אותות שווא שנוצרו על ידי אנשים שרצים בחדר.

בכמה ניסויים ניתן להשיג עמדה מתאימה ללא תוצאה מגורמים אנושיים ורגישות יציבה למחולל אזעקות האש.

כדי לבדוק את יעילות עמדת היחידה, מונח הלחמה עובדת מתחת לפני הרכיב ומולו.

כאשר מיוצר אוויר סוער מספיק, עליו להפעיל את האזעקה. בעת ההפעלה, המעגל לא יופעל, אך ניתן לשלול זאת מייד על ידי הצבת ה- SW1 לאיפוס.

המעגל לאזעקת אש קולי אינו מתוכנן עם מתג עיכוב, אך יש לוודא את נוכחותכם מאחורי היחידה בעת הפעלת SW1. אין שום סיכון אם תסיר את היד שלך לאחר הפעלת המתג.

רשימת חלקים

עיצוב PCB ופריסת מסלול

תמונת אב טיפוס