O circuito simples de alarme de incêndio ultrassônico explicado abaixo detecta uma situação de risco de incêndio, captando as variações nas ondas de ar ao redor ou turbulência do ar. A alta sensibilidade do circuito garante que mesmo a mais leve turbulência de ar criada por uma diferença de temperatura ou incêndio seja rapidamente detectada e um dispositivo de alarme conectado seja acionado.

Visão geral

Sensores de incêndio convencionais utilizam diversos sistemas para identificar incêndios e apresentam todos os tipos de complexidades.

Um sistema de alarme de incêndio comum usa um sensor de temperatura para sentir a variação incomum de alta temperatura causada por um incêndio.

“encontre a potência máxima que pode ser fornecida a uma carga resistiva pelo circuito ”

Não é fundamental que apenas uma parte eletrônica como um termistor ou um dispositivo de temperatura semicondutor é usado, mas um material simples como um elo fusível de baixa temperatura ou interruptor de temperatura bimetálico.

Embora a simplicidade de tais tipos de alarme seja preferida, sua confiabilidade é questionável porque a detecção ocorre apenas quando um incêndio já está vencido.

Existem sistemas de alarme de incêndio mais complexos, por exemplo, detectores de fumaça equipados com uma parte semicondutora distinta que detecta a existência de partículas de fumaça, gás combustível e vapor.

Fora isso, existem optoeletrônico sistemas de alarme de incêndio que são acionados quando a fumaça de qualquer forma bloqueia seus feixes de luz. Esse tipo de sistema de detecção de incêndio foi publicado na Hobby Electronics.

Detecção de Calor usando Doppler Shift

Um novo método de detecção de incêndio usando som ultrassônico é descrito neste artigo. Tendo os mesmos princípios operacionais que os famosos Alarmes ultrassônicos de intrusão Doppler Shift , este sistema de detecção de incêndio é extremamente sensível à turbulência no ar, além do movimento de objetos sólidos.

O calor de um incêndio elétrico produz uma turbulência imensa e dispara o alarme. Freqüentemente, falsos alarmes são disparados por causa da turbulência. Como resultado, esse tipo de alarme de incêndio é perfeito para uma casa, embora as pessoas que moram lá não o apreciem.

Como Acontece a Discriminação Sonora

Uma desvantagem de usar um alarme contra roubo Doppler Shift como alarme de incêndio é a área de detecção massiva que esta unidade oferece. De alguma forma, aqui isso acaba sendo uma vantagem porque a detecção rápida se torna possível mesmo que um incêndio comece em um pequeno canto da área de detecção.

O princípio padrão dos alarmes de incêndio convencionais é detectar incêndios, ignorando as pessoas que estão andando pela sala. Isso é crucial, pois o sistema de alarme está configurado para funcionar até ser ativado.

Um alarme de deslocamento Doppler ultrassônico típico não consegue diferenciar entre pessoas e turbulência. Portanto, faz mais sentido para um sistema de alarme de incêndio usar um circuito que governe uma pequena área de operação.

A unidade de alarme pode ser colocada em um local da sala onde o movimento humano é mínimo, mas ainda assim, ser capaz de identificar rapidamente a turbulência resultante de um incêndio.

Sistema funcionando

Um alarme ultrassônico básico é equipado com dois circuitos independentes que são conectados através da mesma fonte de alimentação.

O circuito eletrônico mais simples atua como um transmissor que emite frequências de som uniformes para o receptor, que é o circuito mais complicado.

Um diagrama de blocos do alarme de incêndio é mostrado na Figura 1.

Conforme descrito, o circuito do transmissor funciona para produzir som ultrassônico usando um oscilador e alimenta o sinal por meio de um alto-falante.

O sinal elétrico é convertido em ondas sonoras pelo alto-falante, mas os humanos não podem ouvi-los porque estão acima da faixa de audição.

Os amplificadores de som comuns não funcionam bem em frequências ultrassônicas por causa do tipo piezoelétrico de transdutor de transmissão.

Normalmente, um moderador de nível de saída é incluído para que a sensibilidade do circuito possa ser sintonizada no nível certo.

Receptor

Um microfone no receptor detecta as ondas sonoras do transmissor e as converte em sinais elétricos.

Mais uma vez, um transdutor piezoelétrico especializado é utilizado no microfone receptor porque os normais são inadequados para operar em altas frequências, especialmente em frequências ultrassônicas.

O estado extremamente manobrável do som ultrassônico causa problemas de detecção entre o microfone e o alto-falante, no caso de ambos os dispositivos serem instalados quase próximos um do outro.

Em situações práticas, os sinais capturados são reflexos das paredes ou móveis da sala.

Além disso, a saída do microfone é relativamente baixa e normalmente em torno de 1 mV RMS. Portanto, um amplificador é incorporado para aumentar o sinal para um nível de trabalho.

Normalmente, dois estágios de alto ganho de amplificação são usados no mínimo em um alarme ultrassônico contra roubo. No entanto, como o sistema de alarme de incêndio discutido requer menos sensibilidade, um único estágio de amplificação é mais adequado.

Detector

A próxima seção do circuito é um detector de modulação de amplitude. Em uma situação prática, o sinal detectado é uma onda de saída direta de 40 kHz do transmissor.

Este sinal é coletado usando vários caminhos e faseado arbitrariamente. Mas, ambas as amplitudes do sinal e suas relações de fase são preservadas sem qualquer alteração. Assim, nenhuma saída é gerada do gerador de amplitude em situações de pronto.

Sempre que há movimento na frente do detector ou o ar está turbulento, todo o cenário muda.

O famoso Doppler Shift assume o comando e produz uma oscilação de frequência nos sinais que são refletidos do objeto em movimento ou desordem no ar.

Uma parte do sinal comunicado é coletado diretamente ou usando itens imóveis através do ar que é resistente à turbulência.

Depois disso, duas ou mais frequências são canalizadas para o demodulador de amplitude. Nesse estágio, a relação de fase está além do controle porque os sinais têm frequências variáveis.

Formas de onda ultrassônicas

Ao olhar para o diagrama de forma de onda na Figura 2 abaixo, imagine que a forma de onda superior é o sinal padrão de 40 kHz e a forma de onda inferior é o sinal de frequência alterada. No início, os sinais estão em fase ou aumentam e diminuem homogeneamente em escala, mantendo a mesma polaridade.

Os sinais em fase são somados dentro do demodulador para gerar um grande sinal de saída. Posteriormente, durante a sequência da forma de onda, eles entram na zona antifase.

Isso significa que os sinais ainda aumentam e diminuem sua amplitude de maneira uniforme, mas agora têm polaridades opostas.

Como resultado, o demodulador produz um sinal de saída fraco, pois os outros dois sinais se cancelam. Mas, no final, os sinais voltam para a fase e liberam uma saída robusta do demodulador.

No momento em que o circuito é ativado, uma mudança no nível de saída do demodulador é medida.

A frequência do sinal de saída é a mesma que a variação entre os sinais de entrada dupla.

Isso normalmente é visto em uma frequência de áudio baixa ou uma frequência subsônica. Sem dúvida, o sinal da saída é capturado sem esforço após o amplificador de alto ganho aumentá-lo.

Gerador de Alarme

Assim que o sinal é amplificado, ele é usado para controlar um circuito de trava padrão que, uma vez ativado, o alarme continua a soar até que o sistema seja reiniciado. A operação de travamento é governada por um transistor de comutação que conecta a tensão de controle ao circuito de detecção de alarme.

O gerador de alarme é construído usando um oscilador controlado por tensão (VCO) moderado por um oscilador de baixa frequência.

Uma forma de onda de rampa é produzida pelo oscilador de baixa frequência e uma saída do VCO aumentará gradualmente em frequência até seu pico de altura.

Em seguida, o sinal reverterá para o tom mínimo e aumentará progressivamente na frequência novamente. Este processo cíclico continua e fornece um sinal de alarme eficiente.

Como funciona o circuito

O desenho completo do circuito do sistema ultrassônico de detecção de incêndio ou do receptor está representado na figura abaixo.

CIRCUITO RECEPTOR : As linhas pontilhadas se unem aos trilhos de alimentação do circuito do transmissor abaixo

CIRCUITO TRANSMISSOR

O transmissor é construído usando um dispositivo temporizador 7555, IC1. Este componente CMOS é o tipo de baixa potência do temporizador 555.

Para este tipo de gerador de alarme, um 7555 é ideal em comparação com um 555 porque o consumo total de energia do circuito é mantido em apenas cerca de 1mA ou menos, o que contribui para o uso eficiente da bateria.

Além disso, o 7555 IC é usado em um método oscilante típico em que as partes de temporização R13, RV1 e C7 são selecionadas especialmente para gerar uma frequência de 40 kHz.

A predefinição é regulada para gerar a frequência de saída que fornece a eficiência ideal dos circuitos de recepção e transmissão. A predefinição é identificada como RV2 no esquema do circuito.

Receptor

X1 é o sensor de captura de sinal no circuito receptor e sua saída é conectada à entrada de um amplificador emissor comum que é projetado em torno de Q1.

Nesta conjuntura, uma baixa corrente de coletor de cerca de 0,1 A é mantida para garantir que o consumo de energia de toda a peça seja baixo.

Normalmente, alguém poderia pensar que isso causa menos ganho de um amplificador desse tipo, mas no geral, é mais do que suficiente para a operação existente.

O capacitor C2 combina a saída aprimorada de Q1 para um demodulador AM usual, empregando D1, D2, R3 e C3.

Mais tarde, o sinal de baixa frequência conseqüencial é aumentado usando um segundo amplificador emissor comum localizado em Q2.

Outro temporizador IC1 é utilizado como trava. Ao contrário da prática normal, o temporizador IC1 é usado na abordagem monoestável que fornece um pulso de saída positivo se o pino 2 for reduzido em 33% da tensão de alimentação.

Normalmente, a largura do pulso de saída seria regulada por um par de resistor de temporização e capacitor, mas este circuito é sem esses componentes.

Em vez disso, os pinos 6 e 7 do IC1 são ligados ao trilho de alimentação negativo. Quando ativada, a saída do IC1 é ligada e continua nesse estado, permitindo a ação de travamento.

Do coletor do transistor Q2, o pino 2 do IC1 é conectado e regulado para igualar a metade da tensão de alimentação.

Assim, na condição de espera, o IC1 não é ativado. No momento em que a unidade é ligada, a tensão do coletor em Q2 oscila.

Além disso, durante os semiciclos negativos, ela se torna mais baixa do que a tensão de limiar de disparo. Usando a chave operacional SW1 e a entrada de reset de IC1 para tensão de alimentação 0 V, o circuito completo pode ser resetado.

O componente que é utilizado para canalizar energia para o circuito de alarme quando o IC1 é ativado é o transistor Q3. Por razões de segurança, R8 atua como um resistor limitador de corrente.

Sinal de alarme

IC2 é o último chip, que é um loop de bloqueio de fase CMOS 4046BE. No entanto, neste projeto, apenas a parte VCO é crucial. Um comparador de fase é apropriadamente utilizado, mas apenas como um inversor para o circuito de alarme.

A inversão da saída do VCO resulta em uma saída bifásica que permite ao ressonador de cerâmica LS1 receber uma tensão pico a pico que é duas vezes a tensão de alimentação.

Como resultado, um sinal de alarme estridente é produzido. Se necessário, a saída do pino 4 do IC2 pode ser aumentada e utilizada para energizar um alto-falante padrão. O capacitor C6 e o resistor R12 funcionam como peças de temporização para o VCO. Os componentes eletrônicos fornecem uma frequência de saída estável em torno de 2kHz, que é a zona onde o ressonador de cerâmica atinge o pico de eficiência.

O sinal de modulação é produzido por um oscilador de relaxação unijunção típico do transistor Q4. Isso fornece uma forma de onda de rampa divergente a 4 kHz.

Como configurar

Comece com RV1 na metade do caminho e RV2 determinado para a saída máxima que é totalmente girada no sentido anti-horário.

Usando um multímetro (se disponível), defina RV2 para sua tensão CC mínima e conecte-o ao R3, pois a ponta de prova negativa é conectada à linha de alimentação negativa.

Ligue a unidade e coloque os transdutores voltados para uma parede ou qualquer superfície lisa com cerca de 10 ou 20 cm de distância.

Quando o RV1 for acionado, haverá leitura ou movimento no multímetro, e então o RV1 será sintonizado para atingir a leitura máxima possível.

É altamente recomendável fixar um condutor em SW1 quando a regulagem for feita porque o gerador de alarme é silenciado e sua saída não pode afetar as medições.

Caso um multímetro não esteja disponível, o RV1 pode ser ajustado empregando-se a abordagem de tentativa e erro para descobrir um valor que funcione para toda a peça.

Embora o RV2 esteja bem protegido, a unidade de alarme ainda é sensível. O local de montagem deve ser bem planejado para a unidade. Um bom local seria um pouco acima da bancada de trabalho do operador, onde o maior risco de incêndio está presente por causa das ferramentas elétricas e materiais de solda.

Outra vantagem de colocar a unidade mais alta é que o ar quente sobe e torna mais fácil o acionamento do alarme sem os riscos de falsos sinais criados por pessoas correndo pela sala.

Com alguns testes, uma posição adequada sem a consequência de fatores humanos e sensibilidade estável pode ser alcançada para o gerador de alarme de incêndio.

Para testar a eficácia da posição da unidade, um ferro de solda é colocado sob e na frente do componente.

Quando o ar turbulento adequado é produzido, ele deve ativar o alarme. Ao ligar, o circuito será energizado, mas isso pode ser imediatamente negado colocando o SW1 em reset.

O circuito ultrassônico de alarme de incêndio não foi projetado com interruptor de atraso na ativação, mas sua presença atrás da unidade deve ser assegurada ao operar o SW1. Não há risco se você remover a mão após engatar o interruptor.