Sensor de incendio basado en diodo PIN: 4 pasos

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-23 14:39

Aquí hay un sensor de fuego basado en un diodo PIN que activa una alarma cuando detecta un incendio. Las alarmas de incendio basadas en termistor tienen un inconveniente; la alarma se enciende solo si el fuego calienta el termistor en las inmediaciones. En este circuito, se utiliza un diodo PIN sensible como sensor de incendios para una detección de incendios de mayor alcance.

Detecta luz visible e infrarroja (IR) en el rango de 430 nm a 1100 nm. Por lo tanto, la luz visible y los infrarrojos del fuego pueden activar fácilmente el sensor para activar la alarma. También detecta chispas en el cableado de red y, si persisten, da una alarma de advertencia. Es un dispositivo de protección ideal para salas de exposición, taquillas, salas de grabación, etc.

Paso 1: Lista de piezas

Semiconductores:

_ IC1 (amplificador operacional CA3140);

_ IC2 (contador CD4060);

_ T1, T2 (transistor npn BC547);

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

_ D1 (fotodiodo PIN BPW34)

Resistencias (todas de 1/4 vatios, ± 5% de carbono):

_ R1, R5, R6 (1 megaohmio);

_ R2, R3 (1 kiloohmio);

_ R4, R7, R8 (100 ohmios)

Condensadores:

_ C1 (disco de cerámica de 0, 22 μF)

Diverso:

_ BATT.1 (batería de 9, 0V);

_ PZ1 (zumbador piezoeléctrico)

Por lo tanto, el diodo PIN BPW34 se utiliza en el circuito como sensor de luz e infrarrojos. BPW34 es un fotodiodo de 2 pines con ánodo (A) y cátodo (K). El extremo del ánodo se puede identificar fácilmente desde la superficie plana vista desde arriba del fotodiodo. Un pequeño punto de soldadura al que se conecta un cable delgado es el ánodo y el otro es el terminal del cátodo.

BPW34 es un diminuto fotodiodo PIN o minicélula solar con una superficie radiante sensible que genera un voltaje de circuito abierto de 350 mV CC cuando se expone a una luz de 900 nm. Es sensible a la luz solar natural y también a la luz del fuego. Por lo tanto, es ideal para usar como sensor de luz. El fotodiodo BPW34 se puede usar en estados de polarización cero y polarización inversa. Su resistencia disminuye cuando la luz incide sobre él.

Paso 2: diagrama de circuito

El diagrama de circuito del sensor de incendio basado en diodo PIN se muestra en la Fig. 3. Está construido alrededor de una batería de 9V, diodo PIN BPW34 (D1), amplificador operacional CA3140 (IC1), contador CD4060 (IC2), transistores BC547 (T1 y T2)), un zumbador piezoeléctrico (PZ1) y algunos otros componentes.

En el circuito, el fotodiodo PIN BPW34 está conectado a las entradas inversoras y no inversoras del amplificador operacional IC1 en modo de polarización inversa para alimentar la fotocorriente en la entrada del amplificador operacional. CA3140 es un amplificador operacional BiMOs de 4.5MHz con entradas MOSFET y salida bipolar. Los transistores MOSFET protegidos por puerta (PMOS) en el circuito de entrada brindan una impedancia de entrada muy alta, generalmente alrededor de 1.5T ohmios. El IC requiere una corriente de entrada muy baja, tan baja como 10pA, para cambiar el estado de salida a alto o bajo. En el circuito, IC1 se utiliza como amplificador de transimpedancia para actuar como convertidor de corriente a voltaje. IC1 amplifica y convierte la fotocorriente generada en el diodo PIN al voltaje correspondiente en su salida. La entrada no inversora está conectada a la tierra y al ánodo del fotodiodo, mientras que la entrada inversora obtiene fotocorriente del diodo PIN.

Paso 3: Operación del circuito

La resistencia de retroalimentación de gran valor R1 establece la ganancia del amplificador de transimpedancia ya que está en configuración inversora. La conexión de la entrada no inversora a tierra proporciona una carga de baja impedancia para el fotodiodo, lo que mantiene bajo el voltaje del fotodiodo.

El fotodiodo opera en modo fotovoltaico sin polarización externa. La retroalimentación del amplificador operacional mantiene la corriente del fotodiodo igual a la corriente de retroalimentación a través de R1. Entonces, el voltaje de compensación de entrada debido al fotodiodo es muy bajo en este modo fotovoltaico autopolarizado. Esto permite una gran ganancia sin ningún voltaje de compensación de salida grande. Esta configuración se selecciona para obtener una gran ganancia en condiciones de poca luz. Normalmente, en condiciones de luz ambiental, la fotocorriente del diodo PIN es muy baja; mantiene baja la salida de IC1. Cuando el diodo PIN detecta luz visible o IR del fuego, su fotocorriente aumenta y el amplificador de transimpedancia IC1 convierte esta corriente en el voltaje de salida correspondiente. La salida alta de IC1 activa el transistor T1 y el LED1 se ilumina. Esto indica que el circuito ha detectado fuego. Cuando T1 conduce, se restablece el pin 12 de IC2 al potencial de tierra y el CD4060 comienza a oscilar.

IC2 es un contador binario con diez salidas que se vuelven altas una a una cuando oscila debido a C1 y R6. La oscilación de IC2 se indica mediante el parpadeo del LED2. Cuando la salida Q6 (pin 4) de IC2 se pone alta después de 15 segundos, T2 conduce y activa el zumbador piezoeléctrico PZ1, y el LED3 también se ilumina. La alarma se repite nuevamente después de 15 segundos si el fuego persiste. También puede activar una alarma de CA que produce un sonido fuerte reemplazando el PZ1 con un circuito de relé (no se muestra aquí). La alarma de CA se activa a través de los contactos del relé utilizado para este propósito.

Paso 4: construcción y prueba

En la Fig. 4 se muestra una PCB de un solo lado para el sensor de incendio basado en diodo PIN y en la Fig. 5 el diseño de sus componentes. Coloque la PCB en una caja pequeña de tal manera que pueda conectar el diodo PIN BPW34 fácilmente en la parte posterior del la caja. Instale el diodo PIN en un lugar adecuado y cúbralo de manera que la luz normal / luz solar no caiga sobre él.

Probar el circuito es simple. Normalmente, cuando no hay llama de fuego cerca del diodo PIN, el zumbador piezoeléctrico no suena. Cuando el diodo PIN detecta una llama de fuego, el zumbador piezo suena una alarma. Su rango de detección es de alrededor de dos metros. También puede detectar chispas en el cableado de red debido a un cortocircuito.