Sirkuit Alarm Kebakaran Ultrasonik menggunakan Deteksi Turbulensi Udara

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Rangkaian alarm kebakaran ultrasonik sederhana yang dijelaskan di bawah ini mendeteksi situasi bahaya kebakaran dengan mengetahui variasi gelombang udara di sekitarnya, atau turbulensi udara. Sensitivitas sirkuit yang tinggi memastikan bahwa turbulensi udara sekecil apa pun yang disebabkan oleh perbedaan suhu atau kebakaran dengan cepat terdeteksi dan perangkat alarm yang terpasang dibunyikan.

Gambaran



Sensor kebakaran konvensional menggunakan sistem yang beragam untuk mengidentifikasi api, dan mereka datang dengan segala macam kerumitan.

Sistem alarm kebakaran biasa menggunakan a sensor temperatur untuk merasakan perbedaan suhu tinggi yang tidak biasa yang disebabkan oleh kebakaran.



Tidaklah mendasar bahwa hanya bagian elektronik seperti a termistor atau perangkat suhu semikonduktor digunakan, tetapi bahan sederhana seperti sambungan bersekering suhu rendah atau sakelar suhu bimetal.

Meskipun kesederhanaan jenis alarm lebih disukai, keandalannya dipertanyakan karena pendeteksian hanya terjadi ketika api sudah matang.

Ada sistem alarm kebakaran yang lebih kompleks, misalnya, detektor asap yang dilengkapi dengan bagian semikonduktor berbeda yang mendeteksi keberadaan partikel asap, gas dan uap yang mudah terbakar.

Selain itu, masih ada optoelektronik sistem alarm kebakaran yang terpicu ketika asap dalam bentuk apa pun menghalangi berkas cahayanya. Jenis sistem deteksi kebakaran tersebut dipublikasikan di Hobby Electronics.

Deteksi Panas Menggunakan Doppler Shift

Metode baru untuk mendeteksi kebakaran menggunakan suara ultrasonik dijelaskan dalam artikel ini. Mengusung prinsip operasi yang sama dengan yang terkenal Alarm penyusup ultrasonik Doppler Shift , sistem deteksi kebakaran ini sangat sensitif terhadap turbulensi di udara, selain gerakan benda padat.

Panas dari kebakaran listrik menghasilkan turbulensi yang sangat besar dan memicu alarm. Seringkali, alarm palsu dibunyikan karena turbulensi. Alhasil, alarm kebakaran jenis ini sangat cocok untuk sebuah rumah meski orang yang tinggal di dalamnya seringkali tidak menghargainya.

Bagaimana Diskriminasi Terdengar

Salah satu kelemahan menggunakan alarm pencuri Doppler Shift sebagai alarm kebakaran adalah area deteksi besar yang dihasilkan unit ini. Entah bagaimana, di sini ini ternyata menjadi keuntungan karena deteksi cepat menjadi mungkin meskipun api mulai di sudut kecil area deteksi.

Prinsip standar alarm kebakaran konvensional adalah mendeteksi kebakaran dengan mengabaikan orang yang berkeliaran di sekitar ruangan. Ini penting karena sistem alarm diatur untuk berjalan hingga diaktifkan.

Alarm Pergeseran Doppler ultrasonik tipikal gagal membedakan antara orang dan turbulensi. Oleh karena itu, lebih masuk akal jika sistem alarm kebakaran menggunakan sirkuit yang mengatur area operasi kecil.

Unit alarm dapat ditempatkan di lokasi di dalam ruangan di mana gerakan manusia minimal, namun tetap dapat dengan cepat mengidentifikasi turbulensi yang diakibatkan oleh kebakaran.

Sistem Bekerja

Alarm ultrasonik dasar dilengkapi dengan dua sirkuit independen yang dihubungkan melalui catu daya yang sama.

Sirkuit elektronik yang lebih sederhana bertindak sebagai pemancar yang memancarkan frekuensi suara seragam ke penerima, yang merupakan sirkuit yang lebih rumit.

Diagram blok dari alarm kebakaran ditunjukkan pada Gambar 1.

Seperti yang dijelaskan, rangkaian pemancar bekerja untuk menghasilkan suara ultrasonik menggunakan osilator dan mengumpankan sinyal melalui pengeras suara.

Sinyal listrik diubah menjadi gelombang suara oleh speaker, tetapi manusia tidak dapat mendengarnya karena berada di atas jangkauan pendengaran.

Amplifier suara umum tidak berfungsi dengan baik pada frekuensi ultrasonik karena jenis transduser transmisi piezoelektrik.

Biasanya, moderator tingkat keluaran disertakan sehingga sensitivitas rangkaian dapat disesuaikan ke tingkat yang tepat.

Penerima

Mikrofon di penerima mendeteksi gelombang suara dari pemancar dan mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik.

Sekali lagi, a transduser piezoelektrik khusus digunakan pada mikrofon penerima karena mikrofon normal tidak cocok untuk beroperasi pada frekuensi tinggi, terutama frekuensi ultrasonik.

Status suara ultrasonik yang sangat bermanuver menyebabkan masalah deteksi antara mikrofon dan loudspeaker jika kedua perangkat dipasang hampir bersebelahan.

Dalam situasi praktis, sinyal yang ditangkap adalah pantulan dari dinding atau furnitur di dalam ruangan.

Selain itu, output dari mikrofon relatif rendah dan biasanya sekitar 1 mV RMS. Jadi, penguat digabungkan untuk meningkatkan sinyal ke tingkat kerja.

Biasanya, dua tahap penguatan tinggi digunakan minimal dalam alarm pencuri ultrasonik. Namun, karena sistem alarm kebakaran yang dibahas membutuhkan sensitivitas yang lebih rendah, maka satu tahap penguatan lebih cocok.

Detektor

Bagian selanjutnya dari rangkaian adalah detektor modulasi amplitudo. Dalam situasi praktis, sinyal yang terdeteksi adalah gelombang keluaran 40kHz langsung dari pemancar.

Sinyal ini dikumpulkan menggunakan berbagai jalur dan dibuat bertahap. Namun, amplitudo sinyal dan hubungan fasa dipertahankan tanpa perubahan apa pun. Dengan demikian, tidak ada keluaran yang dihasilkan dari generator amplitudo dalam situasi siap pakai.

Setiap kali ada gerakan di depan detektor atau udara bergolak, seluruh skenario berubah.

Yang terkenal Pergeseran Doppler mengambil alih dan menghasilkan ayunan frekuensi pada sinyal yang dipantulkan dari objek yang bergerak atau gangguan di udara.

Sebagian dari sinyal yang dikomunikasikan dikumpulkan baik secara langsung atau menggunakan benda-benda tak bergerak melalui udara yang tahan terhadap turbulensi.

Setelah itu, dua atau lebih frekuensi disalurkan ke demodulator amplitudo. Pada tahap ini, hubungan fasa berada di luar regulasi karena sinyal memiliki frekuensi yang berbeda-beda.

Bentuk Gelombang Ultrasonik

Saat melihat diagram bentuk gelombang pada Gambar 2 di bawah, bayangkan bahwa bentuk gelombang atas adalah sinyal standar 40 kHz dan bentuk gelombang bawah adalah sinyal yang diubah frekuensi. Pada awalnya, sinyal berada dalam fase atau mereka naik dan turun secara homogen dalam skala sambil mempertahankan polaritas yang sama.

Sinyal dalam fase dijumlahkan di dalam demodulator untuk menghasilkan sinyal keluaran yang sangat besar. Setelah itu, selama urutan bentuk gelombang, mereka memasuki zona anti-fase.

Ini berarti sinyal masih naik dan turun amplitudonya secara seragam tetapi sekarang memiliki polaritas yang berlawanan.

Akibatnya, demodulator menghasilkan sinyal keluaran yang lemah karena dua sinyal lainnya saling membatalkan. Tetapi pada akhirnya, sinyal melompat kembali ke fase dan melepaskan keluaran yang kokoh dari demodulator.

Saat rangkaian diaktifkan, tingkat keluaran yang berubah dari demodulator diukur.

Frekuensi sinyal keluaran sama dengan varians antara sinyal masukan ganda.

Ini biasanya terlihat pada frekuensi audio rendah atau frekuensi subsonik. Tanpa ragu, sinyal dari output dengan mudah ditangkap setelah amplifier high-gain meningkatkannya.

Generator Alarm

Setelah sinyal diperkuat, ini digunakan untuk mengontrol rangkaian kait standar yang setelah diaktifkan, alarm terus berbunyi hingga sistem disetel ulang. Operasi penguncian diatur oleh transistor sakelar yang menghubungkan tegangan kontrol ke sirkuit deteksi alarm.

Generator alarm dibangun menggunakan Voltage Controlled Oscillator (VCO) yang dimoderasi oleh osilator frekuensi rendah.

Bentuk gelombang ramp dihasilkan oleh osilator frekuensi rendah dan keluaran dari VCO secara bertahap akan meningkat frekuensi sampai puncak puncaknya.

Kemudian, sinyal akan kembali ke nada minimum dan frekuensi secara bertahap meningkat lagi. Proses siklik ini berlanjut dan memberikan sinyal alarm yang efisien.

Bagaimana Sirkuit Bekerja

Gambar rangkaian lengkap dari sistem deteksi kebakaran ultrasonik atau penerima, digambarkan pada gambar di bawah ini.

SIRKUIT PENERIMA : Garis putus-putus bergabung dengan rel suplai dari sirkuit tranmitter di bawah ini

SIRKUIT TRANSMITTER

Pemancar ini dibangun menggunakan perangkat pengatur waktu 7555, IC1. Komponen CMOS ini adalah tipe daya rendah dari timer 555.

Untuk jenis generator alarm ini, 7555 ideal dibandingkan dengan 555 karena konsumsi daya total rangkaian dipertahankan hanya sekitar 1mA atau kurang, yang berkontribusi pada penggunaan daya baterai yang efisien.

Selain itu, IC 7555 digunakan dalam metode osilasi tipikal dimana bagian timing R13, RV1 dan C7 dipilih secara khusus untuk menghasilkan frekuensi 40 kHz.

Preset diatur untuk menghasilkan frekuensi keluaran yang memberikan efisiensi ideal dari rangkaian penerima dan pemancar. Preset tersebut diidentifikasi sebagai RV2 dalam skema rangkaian.

Penerima

X1 adalah sensor penangkap sinyal di sirkuit penerima, dan outputnya terhubung ke input penguat emitor umum yang dirancang di sekitar Q1.

Pada titik ini, arus kolektor rendah sekitar 0,1 A dipertahankan untuk memastikan konsumsi daya seluruh bagian rendah.

Biasanya, orang akan berpikir ini menyebabkan keuntungan yang lebih sedikit dari penguat semacam ini, tetapi secara keseluruhan, itu lebih dari cukup untuk operasi yang ada.

Kapasitor C2 menggabungkan output yang disempurnakan dari Q1 ke demodulator AM biasa dengan menggunakan D1, D2, R3, dan C3.

Kemudian, sinyal frekuensi rendah konsekuensial dinaikkan menggunakan penguat emitor umum kedua yang terletak di Q2.

Timer IC1 lain digunakan sebagai pengunci. Berlawanan dengan praktik normal, pengatur waktu IC1 digunakan dalam pendekatan monostabil yang memberikan pulsa keluaran positif jika pin 2 dikurangi 33% dari tegangan suplai.

Biasanya, lebar pulsa keluaran akan diatur oleh sepasang resistor timing dan kapasitor, tetapi rangkaian ini tanpa komponen tersebut.

Sebaliknya, pin 6 dan 7 dari IC1 dihubungkan ke rel suplai minus. Saat diaktifkan, output IC1 akan dihidupkan dan terus berada dalam keadaan itu, memungkinkan tindakan penguncian.

Dari kolektor transistor Q2, pin 2 dari IC1 dihubungkan dan diatur menjadi setengah dari tegangan suplai.

Dengan demikian, dalam kondisi standby, IC1 tidak aktif. Saat unit dihidupkan, tegangan kolektor pada Q2 berosilasi.

Selain itu, selama setengah siklus negatif, itu menjadi lebih rendah dari tegangan ambang pemicu. Menggunakan sakelar operasi SW1 dan input reset tegangan suplai IC1 ke 0V, rangkaian lengkap dapat diatur ulang.

Komponen yang digunakan untuk menyalurkan daya ke rangkaian alarm pada saat IC1 diaktifkan adalah transistor Q3. Untuk alasan keamanan, R8 bertindak sebagai resistor pembatas arus.

Sinyal alarm

IC2 adalah chip terakhir, yang merupakan loop fase terkunci CMOS 4046BE. Namun, dalam desain ini, hanya bagian VCO yang penting. Sebuah pembanding fasa digunakan dengan tepat tetapi hanya sebagai inverter ke rangkaian alarm.

Inversi keluaran VCO menghasilkan keluaran dua fasa yang memungkinkan resonator keramik LS1 menerima tegangan puncak-ke-puncak dua kali tegangan suplai.

Akibatnya, sinyal alarm yang menjerit diproduksi. Jika diperlukan, output dari pin 4 IC2 dapat ditingkatkan dan digunakan untuk memberi energi pada loudspeaker standar. Kapasitor C6 dan resistor R12 berfungsi sebagai bagian timing untuk VCO. Komponen elektronik memberikan frekuensi keluaran yang stabil sekitar 2kHz yang merupakan zona di mana resonator keramik mencapai efisiensi puncak.

Sinyal modulasi dihasilkan oleh osilator relaksasi unijunction khas dari transistor Q4. Ini memberikan bentuk gelombang jalan divergen pada 4 kHz.

Cara Mengatur

Mulailah dengan RV1 di titik tengah dan RV2 ditentukan untuk output maksimum yang sepenuhnya diputar berlawanan arah jarum jam.

Menggunakan multimeter (jika tersedia), atur RV2 ke tegangan DC minimum dan gabungkan melintasi R3 saat probe negatif dipasang ke jalur suplai negatif.

Nyalakan daya unit dan letakkan transduser menghadap dinding atau permukaan halus apa pun dengan jarak sekitar 10 atau 20 cm.

Ketika RV1 digerakkan, akan ada pembacaan atau gerakan pada multimeter, dan kemudian RV1 diselaraskan untuk mencapai pembacaan semaksimal mungkin.

Sangat disarankan untuk memasang konduktor di sepanjang SW1 ketika pengaturan selesai karena generator alarm dibungkam, dan keluarannya tidak dapat mempengaruhi pengukuran.

Jika multimeter tidak tersedia, RV1 dapat disetel dengan menggunakan pendekatan coba-coba untuk menemukan nilai yang berfungsi untuk keseluruhan bagian.

Meskipun RV2 terlindungi dengan baik, unit alarm masih sensitif. Lokasi pemasangan harus direncanakan dengan baik untuk unit. Tempat yang baik akan berada sedikit di atas meja kerja operator yang memiliki risiko kebakaran tertinggi karena alat listrik dan bahan penyolderan.

Keuntungan lain dari menempatkan unit lebih tinggi adalah karena udara panas akan naik dan membuatnya lebih mudah untuk memicu alarm tanpa risiko sinyal palsu yang dibuat oleh orang yang berlarian di sekitar ruangan.

Dengan beberapa percobaan, posisi yang sesuai tanpa konsekuensi dari faktor manusia dan sensitivitas yang stabil dapat dicapai untuk generator alarm kebakaran.

Untuk menguji keefektifan posisi unit, besi solder yang berfungsi ditempatkan di bawah dan di depan komponen.

Ketika udara turbulen yang cukup diproduksi, itu harus mengaktifkan alarm. Pada saat dihidupkan, sirkuit tidak akan diberi daya tetapi ini dapat segera dinegasikan dengan menempatkan SW1 pada reset.

Rangkaian alarm kebakaran ultrasonik tidak dirancang dengan sakelar on-delay tetapi keberadaan Anda di belakang unit harus dipastikan saat mengoperasikan SW1. Tidak ada risiko jika Anda melepaskan tangan setelah mengaktifkan sakelar.

Daftar Bagian

Desain PCB dan Tata Letak Track

Gambar Prototipe




Sepasang: Seri 2S, Pengisi Daya Sel Li-Ion 5S menggunakan BQ7718 Berikutnya: Sirkuit Alarm Sensor Hum Tubuh