Capteur d'incendie basé sur une diode PIN : 4 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:45

Voici un capteur d'incendie à diode PIN qui active une alarme lorsqu'il détecte un incendie. Les alarmes incendie à thermistance présentent un inconvénient; l'alarme ne se déclenche que si le feu chauffe la thermistance à proximité immédiate. Dans ce circuit, une diode PIN sensible est utilisée comme capteur d'incendie pour une détection d'incendie à plus longue portée.

Il détecte la lumière visible et infrarouge (IR) dans la plage de 430 nm à 1 100 nm. Ainsi, la lumière visible et l'IR du feu peuvent facilement activer le capteur pour déclencher l'alarme. Il détecte également les étincelles dans le câblage électrique et, si celles-ci persistent, il donne une alarme d'avertissement. C'est un dispositif de protection idéal pour les salles d'exposition, les casiers, les salles d'enregistrement, etc.

Étape 1: Liste des pièces

Semi-conducteurs:

_ IC1 (amplificateur opérationnel CA3140);

_ IC2 (compteur CD4060);

_ T1, T2 (transistor BC547 npn);

_ LED1, LED2, LED3, (LED 5 mm);

_ D1 (photodiode PIN BPW34)

Résistances (toutes 1/4 watt, ± 5% carbone):

_ R1, R5, R6 (1 méga-ohm);

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohms)

Condensateurs:

_ C1 (0, 22 μF disque céramique)

Divers:

_ BATT.1 (pile 9, 0V);

_ PZ1 (buzzer piézo)

Ainsi, la diode PIN BPW34 est utilisée dans le circuit comme capteur de lumière et IR. BPW34 est une photodiode à 2 broches avec anode (A) et cathode (K). L'extrémité de l'anode peut être facilement identifiée à partir de la surface plane vue de dessus de la photodiode. Un petit point de soudure auquel un fil mince est connecté est l'anode et l'autre est la borne de cathode.

BPW34 est une minuscule photodiode PIN ou une mini cellule solaire avec une surface sensible au rayonnement qui génère une tension en circuit ouvert de 350 mV CC lorsqu'elle est exposée à une lumière de 900 nm. Il est sensible à la lumière naturelle du soleil ainsi qu'à la lumière du feu. Il est donc idéal pour une utilisation en tant que capteur de lumière. La photodiode BPW34 peut être utilisée dans les états de polarisation zéro ainsi que de polarisation inverse. Sa résistance diminue lorsque la lumière tombe dessus.

Étape 2: schéma de circuit

Le schéma de circuit du capteur d'incendie à diode PIN est illustré à la Fig. 3. Il est construit autour d'une batterie 9V, d'une diode PIN BPW34 (D1), d'un amplificateur opérationnel CA3140 (IC1), d'un compteur CD4060 (IC2), de transistors BC547 (T1 et T2), un buzzer piézo (PZ1) et quelques autres composants.

Dans le circuit, la photodiode PIN BPW34 est connectée aux entrées inverseuses et non inverseuses de l'amplificateur opérationnel IC1 en mode polarisé en inverse pour alimenter le courant photoélectrique dans l'entrée de l'amplificateur opérationnel. Le CA3140 est un amplificateur opérationnel BiMOs de 4,5 MHz avec des entrées MOSFET et une sortie bipolaire. Les transistors MOSFET (PMOS) protégés par grille dans le circuit d'entrée fournissent une impédance d'entrée très élevée, généralement autour de 1,5 T ohms. Le circuit intégré nécessite un courant d'entrée très faible, aussi bas que 10 pA, pour changer l'état de la sortie en haut ou en bas. Dans le circuit, IC1 est utilisé comme amplificateur de transimpédance pour agir comme un convertisseur courant-tension. IC1 amplifie et convertit le photocourant généré dans la diode PIN en la tension correspondante dans sa sortie. L'entrée non inverseuse est connectée à la terre et à l'anode de la photodiode, tandis que l'entrée inverseuse reçoit le photocourant de la diode PIN.

Étape 3: Fonctionnement du circuit

La résistance de rétroaction de grande valeur R1 définit le gain de l'amplificateur à transimpédance puisqu'il est en configuration inverseuse. La connexion de l'entrée non inverseuse à la terre fournit une charge à faible impédance pour la photodiode, ce qui maintient la tension de la photodiode basse.

La photodiode fonctionne en mode photovoltaïque sans polarisation externe. La rétroaction de l'amplificateur opérationnel maintient le courant de la photodiode égal au courant de rétroaction via R1. La tension de décalage d'entrée due à la photodiode est donc très faible dans ce mode photovoltaïque auto-polarisé. Cela permet un gain important sans aucune tension de décalage de sortie importante. Cette configuration est sélectionnée pour obtenir un gain important dans des conditions de faible luminosité. Normalement, dans des conditions de lumière ambiante, le photocourant de la diode PIN est très faible; il maintient la sortie de IC1 à un niveau bas. Lorsque la diode PIN détecte la lumière visible ou IR du feu, son photo-courant augmente et l'amplificateur de transimpédance IC1 convertit ce courant en tension de sortie correspondante. La sortie élevée de IC1 active le transistor T1 et la LED1 s'allume. Cela indique que le circuit a détecté un incendie. Lorsque T1 conduit, il remet la broche 12 de IC2 au potentiel de masse et le CD4060 commence à osciller.

IC2 est un compteur binaire avec dix sorties qui passent à l'état haut une par une lorsqu'il oscille en raison de C1 et R6. L'oscillation de IC2 est indiquée par le clignotement de la LED2. Lorsque la sortie Q6 (broche 4) de IC2 passe à l'état haut après 15 secondes, T2 conduit et active le buzzer piézo PZ1 et la LED3 s'allume également. L'alarme se répète après 15 secondes si le feu persiste. Vous pouvez également activer une alarme CA qui produit un son fort en remplaçant PZ1 par un circuit de relais (non illustré ici). L'alarme AC est activée par les contacts du relais utilisé à cet effet.

Étape 4: Construction et test

Un circuit imprimé à un seul côté pour le capteur d'incendie à diode PIN est illustré à la Fig. 4 et la disposition de ses composants à la Fig. 5. Enfermez le circuit imprimé dans une petite boîte de manière à pouvoir connecter facilement la diode PIN BPW34 à l'arrière de la boîte. Installez la diode PIN dans un endroit approprié et couvrez-la de manière à ce que la lumière normale/la lumière du soleil ne tombe pas dessus.

Tester le circuit est simple. Normalement, lorsqu'il n'y a pas de flamme de feu près de la diode PIN, le buzzer piézo ne sonne pas. Lorsqu'une flamme de feu est détectée par la diode PIN, le buzzer piézo déclenche une alarme. Sa portée de détection est d'environ deux mètres. Il peut également détecter des étincelles dans le câblage secteur dues à un court-circuit.