Автономний пожежний сигналізатор диму

Реферат: Автономний пожежний сигналізатор диму 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, першого підсилювача, перетворювача постійної напруги, другого підсилювача, п'єзоелектричного випромінювача та перетворювача напруга-струм та додаткові резистор і конденсатор, що являють собою фільтр низької частоти. За допомогою запропонованого винаходу досягається покращення відтвореності параметрів сигналізатора диму за рахунок стабілізації потужності ІЧ випромінювання із використанням джерела стабільної напруги "Uref" контролера, а також за рахунок застосування живлення контролера через фільтр низької частоти, що стабілізує роботу контролера. UA 113313 C2 (12) UA 113313 C2 UA 113313 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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-3Т. 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 конденсатора та з першим та другим виводами 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 г., с. 16) такий, що має батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, перший підсилювач, перетворювач постійної напруги, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами конденсатора та з першим та другим виводами живлення перетворювача постійної напруги, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювача напруга-струм, першого та другого підсилювачів, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу якого підключений другий вивід живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, а вхід другого підсилювача з'єднаний з третім виходом контролера, четвертий вихід якого підключений до входу перетворювача напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсора взаємодіє з фотодіодом, виводи якого підключені до входів першого підсилювача, вихід якого з'єднаний з аналоговим входом контролера. Другі виводи живлення контролера та перетворювача напруга-струм підключені до плюсового виводу батареї. Прототип виконаний із застосуванням контролера серії MSP430F2012 фірми Texas Instruments. Недоліком прототипу також є низька відтвореність параметрів, особливо потужності ІЧ випромінювання, тому що живлення перетворювача напруга-струм здійснюється від нестабільної напруги, до того ж потужність ІЧ випромінювання значно залежить від температури оточуючого повітря. В основу винаходу поставлено задачу забезпечення необхідного рівня стабільності параметрів чутливості сигналізатора, за рахунок стабілізації потужності ІЧ випромінювання. Зазначена задача вирішується тим, що автономний димовий пожежний сигналізатор, який містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, перший підсилювач, перетворювач постійної напруги, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами живлення перетворювача постійної напруги, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювача напруга-струм, першого та другого підсилювачів, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу якого підключений другий вивід живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, а вхід другого підсилювача з'єднаний з третім виходом контролера, четвертий вихід якого підключений до входу перетворювача напругаструм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсору взаємодіє з фотодіодом, виводи якого підключені до входів першого підсилювача, вихід якого з'єднаний з аналоговим входом контролера, між виводами живлення якого підключений конденсатор, додатково містить резистор, підключений між плюсовим виводом батареї живлення та другим виводом живлення контролера, вихід опорної напруги 1 UA 113313 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 якого підключений до відповідного входу перетворювача напруга-струм, другий вивід живлення якого підключений до виходу перетворювача постійної напруги. На кресленні представлена блок-схема автономного димового пожежного сигналізатора. Автономний димовий пожежний сигналізатор містить батарею 1 живлення, контролер 2, камеру димового сенсора 3 з випромінюючим інфрачервоним діодом 4 та фотодіодом 5, перший підсилювач 6, перетворювач 7 постійної напруги, другий підсилювач 8, п'єзоелектричний випромінювач 9 та перетворювач 10 напруга-струм. Мінусовий та плюсовий виводи батареї 1 живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами живлення контролера 2 та перетворювача 7 постійної напруги. Мінусовий вивід батареї 1 живлення з'єднаний з першими виводами живлення перетворювача 10 напруга-струм, першого та другого підсилювачів 6 та 8. Другий вивід живлення першого підсилювача 6 з'єднаний з першим виходом контролера 1, другий вихід якого підключений до входу перетворювача 7 постійної напруги. До виходу перетворювача 7 постійної напруги підключений другий вивід живлення другого підсилювача 8, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач 9. Вхід другого підсилювача 8 з'єднаний з третім виходом контролера 1, четвертий вихід якого підключений до входу перетворювача 10 напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод 4. Через камеру 3 димового сенсора перетворювач 7 постійної напруги взаємодіє з фотодіодом 5, виводи якого підключені до входів першого підсилювача 6, вихід якого з'єднаний з аналоговим входом контролера 2. Другий вивід живлення перетворювача 10 напруга-струм підключений до виходу перетворювача 7 постійної напруги, а вихід опорної напруги контролера 2 підключений до відповідного входу перетворювача 10 напруга-струм. Між виводами живлення контролера 2 підключений конденсатор 11. Плюсовий вивід батареї живлення через перший резистор 12 підключений до другого виводу живлення контролера 2. Перетворювач 10 напруга-струм може бути виконаний на трьох транзисторах 10.1, 10.2, 10.3 та п'яти резисторах 10.4-10.8. Емітер першого транзистора 10.1 підключений до входу "Uref" перетворювача 10 напруга-струм, який з'єднаний з відповідним виходом контролера 2. База цього транзистора через перший резистор 10.4 з'єднана з входом керування "|_|" перетворювача 10 напруга-струм, який підключений до четвертого виходу контролера 2. Колектор четвертого транзистора 10.1 через другий резистор 10.5 з'єднаний з базою другого транзистора 10.2 та першим виводом третього резистора 10.6, другий вивід якого з'єднаний з першим виводом четвертого резистора 10.7 та виходом "-" живлення перетворювача 10 напруга-струм. Другий вивід четвертого резистора 10.7 підключений до емітера другого транзистора 10.2 та до колектора третього транзистора 10.3. Колектор другого транзистора 10.2 з'єднаний з першим виводом п'ятого резистора 10.8 та базою третього транзистора 10.3, емітер якого з'єднаний з виходом "К" перетворювача 10 напруга-струм, до якого підключений катод випромінюючого інфрачервоного діода 4. Другий вивід п'ятого резистора 10.8 з'єднаний з виходом "+" живлення та виходом "А" перетворювача 10 напруга-струм, до якого підключений анод випромінюючого інфрачервоного діода 4. 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 фільтр низької частоти на конденсаторі 11 та резисторі 12. Контролер починає працювати відповідно до його налаштування. На виходах О1-О4 контролера 2 будуть з'являтись логічні сигнали з періодичністю у декілька секунд. З початку з першого виходу О1 на перший підсилювач 6 буде подана напруга живлення. Потім на другому виході О2 з'явиться сигнал, що дозволяє роботу перетворювача 7 постійної напруги, 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 кілька 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 фото діод 5. Після підсилення підсилювачем 6 сигнал подається на аналоговий вхід "IN" контролера 2. Контролер 2 аналізує величину цього сигналу у момент закінчення імпульсу на його виході О4. Якщо амплітуда менше встановленої величини, то завертаються імпульси на виходах О1 та О2, а сигналізатор залишається у черговому режимі роботи. Такі цикли повторюються, поки є напруга живлення. Якщо амплітуда наруги на виході першого підсилювача 6 стане більше встановленої величини, то після завершення імпульсів на виходах О1 та О4, на третьому виході 2 UA 113313 C2 5 10 15 20 О3 контролера 2 з'явиться частотний сигнал, що через другий підсилювач 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 виході першого підсилювача 6 стане менше встановленого значення, на виходах О2 та О3 встановиться низький потенційний рівень сигналу та цикли вимірювання почнуть повторюватись. Покращення відтвореності параметрів сигналізатора диму досягається за рахунок стабілізації потужності ІЧ випромінювання. У свою чергу це досягається живленням перетворювача 10 напруга-струм стабільною напругою з виходу перетворювача 7 постійної напруги. Тому що живлення сигналізатора відбувається від автономного джерела - батареї, то для стабілізації у часі амплітуди струму через випромінюючий ІЧ світлодіод 4 використовується джерело стабільної напруги "Uref контролера 2. Покращення відтвореності параметрів сигналізатора диму досягається також за рахунок застосування живлення контролера через фільтр низької частоти на конденсаторі 11 та резисторі 12, що стабілізує роботу контролера 2, виходу опорної напруги "Uref та аналогово-цифрового перетворювача у самому контролері 2. Компенсація зниження потужності ІЧ випромінювання відбувається збільшенням струму через світлодіод 4 за рахунок температурної залежності падіння напруги на переході база-емітер другого транзистора 10.2. Виконання самого перетворювача 10 напруга-струм може бути іншим. Наприклад, можливо застосування замість схеми Шиклаї на другому та третьому транзисторах 10.2 та 10.3 схеми Дарлінгтона, або застосування уніполярного транзистора замість біполярного транзистора 10.1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 Автономний пожежний сигналізатор диму, що містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, перший підсилювач, перетворювач постійної напруги, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами живлення перетворювача постійної напруги, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першими виводами живлення контролера, перетворювача напруга-струм, першого та другого підсилювачів, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу перетворювача постійної напруги, до виходу якого підключений другий вивід живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, а вхід другого підсилювача з'єднаний з третім виходом контролера, четвертий вихід якого підключений до входу перетворювача напруга-струм, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод, який через камеру димового сенсора взаємодіє з фотодіодом, виводи якого підключені до входів першого підсилювача, вихід якого з'єднаний з аналоговим входом контролера, між виводами живлення якого підключений конденсатор, який відрізняється тим, що додатково підключений резистор між плюсовим виводом батареї живлення та другим виводом живлення контролера, вихід опорної напруги якого підключений до відповідного входу перетворювача напруга-струм, другий вивід живлення якого підключений до виходу перетворювача постійної напруги. 3 UA 113313 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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