Автономний пожежний сигналізатор диму

Реферат: Винахід належить до галузі пожежної сигналізації і може бути використаний як автономний димовий пожежний сигналізатор для виявлення збільшення оптичної щільності повітря по інтенсивності розсіювання світлового інфрачервоного випромінювання. Автономний пожежний сигналізатор диму складається із батареї живлення, контролера, камери димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, підсилювача звукової частоти, перетворювача постійної напруги, інтегратора, п'єзоелектричного випромінювача, дільника напруги, перетворювача струм-напруга та перетворювача напруга-струм і додатково містить два резистори, диференціальний підсилювач змінної напруги та послідовний RC-ланцюг, який з'єднує інвертуючий вхід перетворювача струм-напруга з виходом диференціального підсилювача змінної напруги. Технічним результатом, що досягається, є стабілізація параметрів підсилення сигналів від фотодіода із використанням диференціального підсилювача змінної напруги, стабілізація параметрів чутливості сигналізатора. UA 113095 C2 (12) UA 113095 C2 UA 113095 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі пожежної сигналізації і може бути використаний як автономний димовий пожежний сигналізатор для виявлення збільшення оптичної щільності повітря по інтенсивності розсіювання світлового інфрачервоного випромінювання. Відомий автономний димовий пожежний сигналізатор (Извещатель пожарный дымовой оптический точечный автономный СП-ЗТ. Паспорт ААЗЧ.425232.001-02ПС. http://www.adt.com.ua), що виконаний на основі типової схеми застосування контролера МС145010 (Photoelectric Smoke Detector with I/O. For Battery-Powered Applications. MC145010. Motorola. Semiconductor technical data). Такий автономний димовий пожежний сповіщувач має батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, п'єзоелектричний випромінювач, плюсовий та мінусовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами інтегратора, до відповідних виходів якого підключені перший та другий виводи живлення контролера, виводи випромінюючого інфрачервоного діода підключені до виходів перетворювача напруга-струм, а через камеру димового сенсора випромінюючий інфрачервоний діод зв'язаний з фотодіодом. Виводи фотодіода підключені до відповідних входів контролера, п'єзоелектричний випромінювач підключений до відповідних виходів контролера. Недоліком відомого сигналізатора диму є низька відтвореність параметрів. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що патентується, є вибраний як прототип фотоелектричний димовий сповіщувач (Староверов К. "Датчик дыма на микроконтроллере MSP430F2012", ж. "Новости электроники" № 2, 2010 р, С. 16) такий, що має батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, підсилювач звукової частоти, перетворювач постійної напруги, інтегратор, п'єзоелектричний випромінювач, дільник напруги, перетворювач струм-напруга та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першими та другими виводами живлення перетворювача постійної напруги та інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювачів напруга-струм та струм-напруга, інтегратора, підсилювача звукової частоти, другий вивід живлення якого з'єднаний з виходом перетворювача постійної напруги, вихід інтегратора з'єднаний з другим виводом живлення контролера, до першого виходу якого підключений другий вивід живлення перетворювача струм-напруга, другий вихід контролера підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу підсилювача звукової частоти підключений п'єзоелектричний випромінювач, до третього виходу контролера підключений вивід живлення дільника напруги, вихід якого з'єднаний з неінвертуючим входом перетворювача струм-напруга, четвертий вихід контролера підключений до входу перетворювача напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсора взаємодіє з фотодіодом, а вихід перетворювача струм-напруга з'єднаний з аналоговим входом контролера. Другі виводи живлення контролера та перетворювача напруга-струм підключені до плюсового виводу батареї. Анод фотодіода з'єднаний з виходом дільника напруги, а катод фотодіода підключений до інвертуючого входу перетворювача струм-напруга. Прототип виконаний із застосуванням контролера серії MSP430F2012 фірми Texas Instruments. Недоліком прототипу такожє низька відтвореність параметрів, особливо перетворювача струм-напруга, тому що необхідний коефіцієнт перетворювання не забезпечується у необхідному діапазоні частот. В основу винаходу поставлено задачу забезпечення необхідного рівня стабільності параметрів чутливості сигналізатора, за рахунок стабілізації параметрів підсилення сигналів від фотодіода. Зазначена задача вирішується тим, що автономний димовий пожежний сигналізатор, який містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, підсилювач звукової частоти, перетворювач постійної напруги, інтегратор, п'єзоелектричний випромінювач, дільник напруги, перетворювач струмнапруга та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першими та другими виводами живлення перетворювача постійної напруги та інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювачів напруга-струм та струм-напруга, інтегратора, підсилювача звукової частоти, другий вивід живлення якого з'єднаний з виходом перетворювача постійної напруги, вихід інтегратора з'єднаний з другим виводом живлення контролера, до першого виходу якого підключений другий вивід живлення перетворювача струм-напруга, другий вихід контролера підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу підсилювача звукової частоти підключений п'єзоелектричний випромінювач, до третього виходу контролера підключений вивід живлення дільника напруги, вихід якого з'єднаний з неінвертуючим входом 1 UA 113095 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перетворювача струм-напруга, четвертий вихід контролера підключений до входу перетворювача напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсору взаємодіє з фотодіодом, а вихід перетворювача струм-напруга з'єднаний з аналоговим входом контролера, додатково містить два резистори, диференціальний підсилювач змінної напруги та послідовний RC ланцюг, який з'єднує інвертуючий вхід перетворювача струм-напруга з виходом диференціального підсилювача змінної напруги, виводи живлення якого з'єднані з відповідними виводами живлення перетворювача струм-напруга, виводи катод та анод фотодіода з'єднані відповідно з першими виводами резисторів та входами диференціального підсилювача змінної напруги, вивід віртуального нуля якого з'єднаний з другими виводами резисторів та виходом дільника напруги. На кресленні представлена блок-схема автономного димового пожежного сигналізатора. Автономний димовий пожежний сигналізатор містить батарею живлення 1, контролер 2, камеру димового сенсора 3 з випромінюючим інфрачервоним діодом 4 та фотодіодом 5, перетворювач струм-напруга 6, перетворювач постійної напруги 7, підсилювач звукової частоти 8, п'єзоелектричний випромінювач 9 та перетворювач напруга-струм 10, інтегратор 11, дільник напруги 12, послідовний RC ланцюг 13, диференціальний підсилювач змінної напруги 14, та два резистора 15 та 16. Перетворювач струм-напруга 6 має у своєму складі перший операційний підсилювач 6.1, та третій резистор 6.2. який з'єднує вихід операційного підсилювача з його інвертуючим входом. Дільник напруги 12 містить у собі послідовно з'єднані четвертий та п'ятий резистори 12.1 та 12.2. Послідовний RC-ланцюг 13 містить послідовно з'єднані перший конденсатор 13.1 та шостий резистор 13.2. Диференціальний підсилювач змінної напруги 14 складається з другого операційного підсилювача 14.1, другого та третього конденсаторів 14.2 та 14.3, та чотирьох резисторів: сьомого 14.4, восьмого 14.5, дев'ятого 14.6 та десятого 14.7. Дев'ятий резистор 14.6 з'єднує вихід другого операційного підсилювача 14.1 з його інвертуючим входом, який через послідовно з'єднані сьомий резистор 14.4 та другий конденсатор 14.2 підключений до інвертуючого входу диференціального підсилювача змінної напруги 14. Неінвертуючий вхід другого операційного підсилювача 14.1 через десятий резистор 14.7 з'єднаний з виводом віртуального нуля диференціального підсилювача змінної напруги 14, а через послідовно з'єднані третій конденсатор 14.3 та восьмий резистор 14.5 - з неінвертуючим входом диференціального підсилювача змінної напруги 14. Мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення 1 з'єднані відповідно з першими та другими виводами живлення перетворювача постійної напруги 7 та інтегратора 11. Мінусовий вивід батареї живлення 1 з'єднаний з першими виводами живлення контролера 2, перетворювачів напруга-струм 10 та струм-напруга 6, а також підсилювача звукової частоти 8. Другий вивід живлення підсилювача звукової частоти 8 з'єднаний з виходом перетворювача постійної напруги 7, вихід інтегратора 11 з'єднаний з другим виводом живлення контролера 2. До першого виходу контролера 2 підключений другий вивід живлення перетворювача струмнапруга 6, другий вихід контролера 1 підключений до входу перетворювача постійної напруги 7. До виходу підсилювача звукової частоти 8 підключений п'єзоелектричний випромінювач 9. До третього виходу контролера 2 підключений вивід живлення дільника напруги 12, вихід якого з'єднаний з неінвертуючим входом перетворювача струм-напруга 6. Четвертий вихід контролера 2 підключений до входу перетворювача напруга-струм 10, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод 4, який через камеру димового сенсора 3 взаємодіє з фотодіодом 5, а вихід перетворювача струм-напруга 6 з'єднаний з аналоговим входом контролера 2. Вихід диференціального підсилювача змінної напруги 14 через послідовний RC-ланцюг 13, з'єднаний з інвертуючим входом перетворювача струм-напруга 6. Таким чином, перетворювач струм-напруга 6 разом з послідовним RC ланцюгом 13 створюють інвертуючий підсилювач змінної напруги. П'ятий вихід контролера 2 підключений до входу підсилювача звукової частоти 8, другий вивід живлення якого з'єднаний з другим виводом живлення перетворювача напруга-струм 10. Виводи живлення диференціального підсилювача змінної напруги 14 з'єднані з відповідними виводами живлення перетворювача струм-напруга 6. Катод та анод фотодіода 5 з'єднані відповідно з першими виводами резисторів 15 та 16, а також входами диференціального підсилювача змінної напруги 14. Вивід віртуального нуля диференціального підсилювача змінної напруги 14, з'єднаний з другими виводами резисторів 15 та 16 та виходом дільника напруги 12. 2 UA 113095 C2 5 10 15 20 25 30 35 Автономний димовий пожежний сигналізатор працює таким чином. Розташовують сигналізатори у приміщеннях у місцях найбільш вірогідного виникнення пожежі та скупчення диму. При підключенні батареї 1 живлення на контролер 2 через його виводи Vdd і Vss подається напруга живлення через інтегратор 11. Контролер починає працювати відповідно до його налаштування. На виходах О1-О5 контролера 2 будуть з'являтись логічні сигнали з періодичністю у декілька секунд. З початку з першого виходу О1 на диференційний підсилювач змінної напруги 14 та перетворювач струм-напруга 6 буде подана напруга живлення. Аналогічний сигнал буде сформований й на третьому виході О3 контролера 2 та за допомогою дільника напруги 12 забезпечується потенціал віртуального нуля для операційних підсилювачів 14.1 та 6.1. Потім на другому виході О2 з'явиться сигнал, що дозволяє роботу перетворювача постійної напруги 7, на виході якого почне рости потенціал, поки він не буде в 2,5-3 рази перевищувати напругу батареї 1 живлення Vdd. На четвертому виході О4 контролера 2 з'являється імпульс тривалістю кілько десятків мікросекунд, що поступає через перетворювач 10 напруга-струм на виводи випромінюючого інфрачервоного діода 4. Протягом цього імпульсу через випромінюючий інфрачервоний діод 4 проходить струм, амплітудне значення якого значно перевищує середнє значення струму, що споживає сигналізатор від батареї 1 живлення. Розсіяне у камері 3 димового сенсору інфрачервоне світло випромінюючого діода 4 надходить на фотодіод 5. Після підсилення диференційним підсилювачем змінної напруги 14 та перетворювачем струм-напруга 6 сигнал подається на аналоговий вхід "IN" контролера 2. Контролер 2 аналізує величину цього сигналу у момент закінчення імпульсу на його виході 04. Якщо амплітуда менше встановленої величини, то завертаються імпульси на виходах O1, O2 та O3, а сигналізатор залишається у черговому режимі роботи. Такі цикли повторюються поки є напруга живлення. Якщо амплітуда наруги на вході "IN" контролера 2 стане більше встановленої величини, то після завершення імпульсів на виходах O4, O1, O2 та О3, на п'ятому виході O5 контролера 2 з'явиться частотний сигнал, що через підсилювач звукової частоти 8 буде діяти на п'єзоелектричний випромінювач 9. Звуковий сигнал можливо завершити, якщо камеру димового сенсора заповнити чистим повітрям (продути). Сигналізатор повернеться у черговий режим роботи, тому що амплітуда імпульсу на вході "IN" контролера 2 стане менше встановленого значення, на виході 05 встановиться низький потенційний рівень сигналу та цикли вимірювання почнуть повторюватись. Покращення відтвореності параметрів сигналізатора диму досягається за рахунок збільшення каскадів підсилення. Застосування диференційного підсилювача змінної напруги 14 також дозволяє значно зменшити полосу частот підсилення, а також синфазну складову завад. Застосування тільки одного інвертуючого каскаду підсилення дозволяє виключити можливість самозбудження двокаскадного підсилювача з великим коефіцієнтом підсилення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 Автономний пожежний сигналізатор диму, що містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, підсилювач звукової частоти, перетворювач постійної напруги, інтегратор, п'єзоелектричний випромінювач, дільник напруги, перетворювач струм-напруга та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першими та другими виводами живлення перетворювача постійної напруги та інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювачів напруга-струм та струм-напруга, інтегратора, підсилювача звукової частоти, другий вивід живлення якого з'єднаний з виходом перетворювача постійної напруги, вихід інтегратора з'єднаний з другим виводом живлення контролера, до першого виходу якого підключений другий вивід живлення перетворювача струм-напруга, другий вихід контролера підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу підсилювача звукової частоти підключений п'єзоелектричний випромінювач, до третього виходу контролера підключений вивід живлення дільника напруги, вихід якого з'єднаний з неінвертуючим входом перетворювача струм-напруга, четвертий вихід контролера підключений до входу перетворювача напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсора взаємодіє з фотодіодом, а вихід перетворювача струм-напруга з'єднаний з аналоговим входом контролера, який відрізняється тим, що додатково містить два резистори, диференціальний підсилювач змінної напруги та послідовний RC-ланцюг, який з'єднує інвертуючий вхід перетворювача струмнапруга з виходом диференціального підсилювача змінної напруги, виводи живлення якого 3 UA 113095 C2 з'єднані з відповідними виводами живлення перетворювача струм-напруга, виводи катод та анод фотодіода з'єднані відповідно з першими виводами резисторів та входами диференціального підсилювача змінної напруги, вивід віртуального нуля якого з'єднаний з другими виводами резисторів та виходом дільника напруги. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4