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, першого та другого підсилювача, першого транзисторного ключа, п'єзоелектричного випромінювача та перетворювача напруга-струм, інтегратора, дроселя, діода, конденсатора, дільника напруги, транзистора та резистора і додатково містить другий транзисторний ключ та стабілітрон. Технічним результатом є покращення відтвореності параметрів запропонованого пожежного сигналізатора диму, яке досягається за рахунок живлення перетворювача напруга-струм від стабільної напруги, що керується контролером і не залежить від напруги батареї живлення. UA 113314 C2 (12) UA 113314 C2 UA 113314 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. MCI45010. 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, перший підсилювач, перший транзисторний ключ, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, інтегратор, дросель, діод, конденсатор, дільник напруги, транзистор та резистор, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першим виводом конденсатора, першими виводами живлення контролера, перетворювача напруга-струм, першого та другого підсилювачів, другий вивід живлення контролера з'єднаний з виходом інтегратора, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу першого транзисторного ключа, перший вихід якого з'єднаний з першим виводом конденсатора, до другого виходу першого транзисторного ключа підключений анод діода та перший вивід дроселя, другий вивід якого з'єднаний з плюсовим виводом батареї живлення, катод діода підключений до емітера транзистора, другого виводу конденсатора, другого виводу живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, база транзистора підключена до першого вивода резистора, а колектор транзистора через дільник напруги з'єднаний з першим виводом конденсатора, вхід другого підсилювача з'єднаний з третім виходом контролера, третій вихід якого підключений до входу перетворювача напруга-струм, 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 першим аналоговим входом контролера. Другий вивід резистора підключений до другого виводу дроселя, та другого виводу живлення перетворювача напруга-струм. Вихід дільника напруги через схему контролю з'єднаний з другим входом першого транзисторного ключа. Прототип виконаний із застосуванням контролера серії MSP430F2012 фірми Texas Instruments. Недоліком прототипу також є низька відтвореність параметрів, тому що живлення перетворювача напруга-струм здійснюється від батареї живлення малої напруги, а контролер не контролює величину напруги на конденсаторі, тим самим не забезпечує належного струму живлення для багаторічної роботи сигналізатора. В основу винаходу поставлено задачу забезпечення необхідного рівня стабільності параметрів живлення сигналізатора, за рахунок стабілізації напруги живлення перетворювача напруга-струм під керуванням контролера, на другий аналоговий вхід якого подається контрольна напруга з дільника напруги за командою з четвертого виходу контролера. Зазначена задача досягається тим, що автономний димовий пожежний сигналізатор, який містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, перший підсилювач, перший транзисторний ключ, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, інтегратор, дросель, діод, конденсатор, дільник напруги, транзистор та резистор, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першим виводом конденсатора, першими виводами живлення контролера, перетворювача напруга-струм, першого та другого 1 UA 113314 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підсилювачів, другий вивід живлення контролера з'єднаний з виходом інтегратора, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу першого транзисторного ключа, перший вихід якого з'єднаний з першим виводом конденсатора, до другого виходу першого транзисторного ключа підключений анод діода та перший вивід дроселя, другий вивід якого з'єднаний з плюсовим виводом батареї живлення, катод діода підключений до емітера транзистора, другого виводу конденсатора, другого виводу живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, база транзистора підключена до першого вивода першого резистора, а колектор транзистора через дільник напруги з'єднаний з першим виводом конденсатора, третій вихід контролера підключений до входу перетворювача напруга-струм, 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 першим аналоговим входом контролера, додатково містить другий транзисторний ключ та стабілітрон, який паралельно підключений до конденсатора, перший вивід якого підключений до першого виходу другого транзисторного ключа, емітер транзистора з'єднаний з другим виводом першого резистора, а база - з другим виходом другого транзисторного ключа, вхід якого з'єднаний з четвертим виходом контролера, другий аналоговий вхід якого підключений до виходу дільника напруги. Крім того, вхід другого підсилювача з'єднаний з п'ятим виходом контролера, а другий вивід живлення перетворювача напруга-струм з'єднаний з другим виводом конденсатора. На кресленні представлена блок-схема автономного димового пожежного сигналізатора. Автономний димовий пожежний сигналізатор (креслення) містить батарею живлення 1, контролер 2, камеру димового сенсора 3 з випромінюючим інфрачервоним діодом 4 та фотодіодом 5, перший підсилювач 6, перший транзисторний ключ 7, підсилювач звукової частоти 8, п'єзоелектричний випромінювач 9 та перетворювач напруга-струм 10, інтегратор 11, дільник напруги 12, транзистор 13, перший резистор 14, дросель 15 та діод 16, конденсатор 17, стабілітрон 18 та другий транзисторний ключ 19. Дільник напруги 12 містить у собі послідовно з'єднані другий та третій резистори 12.1 та 12.2. Мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення 1 з'єднані відповідно з першими та другими виводами живлення інтегратора 11. Мінусовий вивід батареї живлення 1 з'єднаний з першими виводами живлення контролера 2, перетворювача напруга-струм 10, першого та другого підсилювачів 6 та 8. Другий вивід живлення контролера 2 з'єднаний з виходом інтегратора 11. Другий вивід живлення першого підсилювача 6 з'єднаний з першим виходом контролера 2, другий вихід якого підключений до входу першого транзисторного ключа 7. Перший вихід першого транзисторного ключа 7 з'єднаний з першим виводом конденсатора 17, до другого виходу першого транзисторного ключа 7 підключений анод діода 16 та перший вивід дроселя 15, другий вивід якого з'єднаний з плюсовим виводом батареї живлення 1. Катод діода 16 підключений до емітера транзистора 13, другого виводу конденсатора 17 та другого виводу живлення другого підсилювача 8. До виходу другого підсилювача 8 підключений п'єзоелектричний випромінювач 9. База транзистора 13 підключена до першого вивода першого резистора 14, а колектор транзистора 13 через дільник напруги 12 з'єднаний з першим виводом конденсатора 17. Третій вихід контролера 2 підключений до входу перетворювача напруга-струм 10, до виходів якого підключений випромінюючий інфрачервоний діод 4, який через камеру димового сенсору 3 взаємодіє з фотодіодом 5. Виводи фотодіода 5 підключені до входів першого підсилювача 6, вихід якого з'єднаний з першим аналоговим входом контролера 2. Стабілітрон 18 паралельно підключений до конденсатора 17, перший вивід якого підключений до першого виходу другого транзисторного ключа 19. Емітер транзистора 13 з'єднаний з другим виводом першого резистора 14, а база - з другим виходом другого транзисторного ключа 19, вхід якого з'єднаний з четвертим виходом контролера 2. Другий аналоговий вхід контролера 2 підключений до виходу дільника напруги 12. Крім того, вхід другого підсилювача 8 з'єднаний з п'ятим виходом контролера 2, а другий вивід живлення перетворювача напруга-струм 10 з'єднаний з другим виводом конденсатора 17. 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 2 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 O1 на перший підсилювач 6. На 2 UA 113314 C2 5 10 15 20 25 30 вхід першого транзисторного ключа 7 буде поданий частотний сигнал з виходу O2, який дозволить зарядити конденсатор 17 до певної напруги. Сигналом на виході O4 за допомогою другого транзисторного ключа 19 та транзистора 13 дільник напруги 12 підключається до конденсатора 17. На другий аналоговий вхід "IN2" контролера 2 надходить сигнал про величину напруги на конденсаторі 17. Стабілітрон 18 обмежує напругу на конденсаторі 17. На третьому виході O3 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 фотодіод 5. Після підсилення першим підсилювачем 6 та сигнал подається на перший аналоговий вхід "IN1" контролера 2. Контролер 2 аналізує величину цього сигналу у момент закінчення імпульсу на його виході O3. Якщо амплітуда менше встановленої величини, то завертаються імпульси на виходах O1, O2 та О4, а сигналізатор залишається у черговому режимі роботи. Такі цикли повторюються поки є напруга живлення. Якщо амплітуда наруги на вході "IN1" контролера 2 стане більше встановленої величини, то після завершення імпульсів на виходах O4, O1, O2 та O3, на п'ятому виході O5 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 сенсору 3 заповнити чистим повітрям (продути). Сигналізатор повернеться у черговий режим роботи, тому що амплітуда імпульсу на вході "IN1" контролера 2 стане менше встановленого значення, на виході O5 встановиться низький потенційний рівень сигналу та цикли вимірювання почнуть повторюватись. Покращення відтвореності параметрів сигналізатора диму досягається за рахунок живлення перетворювача напруга-струм 10 від стабільної напруги, що не залежить від напруги батареї живлення 1. Крім того, таке перетворення напруги на конденсаторі 17 має значний ККД, тому що не має зайвого ланцюга розряду конденсатора 17. Крім того, створюється можливість керувати гучністю п'єзоелектричного випромінювача 9 за рахунок зміни напруги на конденсаторі 17. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Автономний пожежний сигналізатор диму, що містить батарею живлення, контролер, камеру димового сенсора з випромінюючим інфрачервоним діодом та фотодіодом, перший підсилювач, перший транзисторний ключ, другий підсилювач, п'єзоелектричний випромінювач та перетворювач напруга-струм, інтегратор, дросель, діод, конденсатор, дільник напруги, транзистор та резистор, мінусовий та плюсовий виводи батареї живлення з'єднані відповідно з першим та другим виводами інтегратора, мінусовий вивід батареї живлення з'єднаний з першим виводом конденсатора, першими виводами живлення контролера, перетворювача напругаструм, першого та другого підсилювачів, другий вивід живлення контролера з'єднаний з виходом інтегратора, другий вивід живлення першого підсилювача з'єднаний з першим виходом контролера, другий вихід якого підключений до входу першого транзисторного ключа, перший вихід якого з'єднаний з першим виводом конденсатора, до другого виходу першого транзисторного ключа підключений анод діода та перший вивід дроселя, другий вивід якого з'єднаний з плюсовим виводом батареї живлення, катод діода підключений до емітера транзистора, другого виводу конденсатора, другого виводу живлення другого підсилювача, до виходу якого підключений п'єзоелектричний випромінювач, база транзистора підключена до першого вивода першого резистора, а колектор транзистора через дільник напруги з'єднаний з першим виводом конденсатора, третій вихід контролера підключений до входу перетворювача напруга-струм, 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 першим аналоговим входом контролера, який відрізняється тим, що додатково містить другий транзисторний ключ та стабілітрон, який паралельно підключений до конденсатора, перший вивід якого підключений до першого виходу другого транзисторного ключа, емітер транзистора з'єднаний з другим виводом першого резистора, а база - з другим виходом другого транзисторного ключа, вхід якого з'єднаний з четвертим виходом контролера, другий аналоговий вхід якого підключений до виходу дільника напруги. 3 UA 113314 C2 2. Автономний пожежний сигналізатор диму за п. 1, який відрізняється тим, що вхід другого підсилювача з'єднаний з п'ятим виходом контролера, а другий вивід живлення перетворювача напруга-струм з'єднаний з другим виводом конденсатора. 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