Allumeur de feu d'artifice de circuit de correspondance électrique (Ematch)

Le message explique en détail un simple circuit d'allumage d'allumette électrique qui peut être utilisé pour mettre en œuvre un allumage infaillible d'une série d'Ematchs via un système de contrôle basé sur un microcontrôleur. L'idée a été demandée et expliquée par M. Jerry Shallis

Les détails peuvent être compris en lisant la discussion par courriel suivante entre M. Jerry et moi.

Spécifications techniques

Je viens de regarder toutes les choses utiles sur votre site, et je commencerais par vous remercier d'avoir mis tout cela dans le domaine public. C'est une référence très utile pour ceux d'entre nous pour qui l'électronique n'est pas notre compétence première.

J'ai découvert que vous aviez publié un circuit pour un Système d'allumage de feux d'artifice Ematch .

Je pense que c'est proche de ce que je recherche, à intégrer dans mon propre système, mais c'est suffisamment différent pour que je ne puisse pas l'adapter moi-même.

Je suis en train de construire un système de tir distribué radio basé sur un microcontrôleur. Je travaille avec une équipe d'affichage professionnelle et j'ai conçu le système pour offrir toutes les meilleures fonctionnalités des systèmes commerciaux, mais j'espère sans les fonctionnalités inutiles ou le coût élevé.

Ayant été ingénieur logiciel pendant 30 ans, je n'ai aucun problème avec le code, et il existe de beaux environnements embarqués tels que Arduino ou Raspberry Pi qui rendent le côté matériel assez simple - même pour un logiciel!

En conséquence, j'ai construit un système de mise à feu modulaire qui peut traiter les informations de continuité (tension) de l'allumeur sur 24 broches de chaque module, et peut générer un signal 5V sur l'une des 24 broches de sortie. J'ai maintenant de nombreux modules, tous contrôlés depuis une unité centrale.

Cependant, j'ai un problème avec les circuits de sortie, car cela nécessite une connaissance de l'électronique analogique qui me dépasse. Chaque module est censé détecter la continuité et déclencher 24 allumeurs.

J'ai 24 broches d'entrée et 24 broches de sortie par module. Chaque cue individuel utilise donc une broche d'entrée et une broche de sortie.

La broche d'entrée peut mesurer (lorsque le logiciel lui ordonne de le faire) la tension par rapport à Gnd.

La broche de sortie sera soulevée et maintenue à 5 V pendant une période définie avant d'être réduite à 0 V, à nouveau lorsque le logiciel lui ordonne de le faire.

Si je ne construisais qu'un test de continuité, sans fonction de mise à feu, je pourrais connecter mon alimentation + 5V à une résistance de 10 ohms, l'autre extrémité de cette résistance à un fil de l'allumeur (qui a une résistance de 1,5 à 2,5 ohms) puis de l'autre extrémité de l'allumeur à Gnd.

Une ligne allant de la jonction entre la résistance et l'ignoiteur, à la broche d'entrée me permettrait de mesurer la chute de tension et de détecter la présence ou l'absence de l'allumeur.

Il peut y avoir d'autres résistances présentes pour garantir que pas plus de 0,2 A ne puisse traverser l'allumeur, ce qui correspond à son courant maximal sans feu.

D'un autre côté, si je construisais juste un circuit d'allumage, je prendrais la broche de sortie dans la base d'un transistor dont le collecteur était connecté à + 18V et dont l'émetteur était connecté à un fil de l'allumeur, avec l'autre fil de l'allumeur connecté à la terre. D'autres composants peuvent être nécessaires.

J'ai vu ceux-ci sur les systèmes de tir, mais je ne comprends pas vraiment leurs rôles dans le circuit.

Il y a 4 problèmes que je n'ai pas encore surmontés.

1) Pour être utile, il ne doit y avoir aucune pièce mobile sur le module de tir. Il ne doit pas y avoir de «commutation» entre la fonction de détection de continuité et la fonction d'allumage.

Les 2 fils de l'allumeur doivent être branchés dans un bloc de connexion fixe sur le module, et son câblage interne doit permettre à la fois la continuité et les fonctions de détection sans que l'une n'affecte l'autre.

Dans le pire des cas, si le circuit incendie était sous tension, et en même temps, le test de continuité était en cours sur la même broche, pas plus de 5V ne doit être présent sur la broche d'entrée.

Et bien sûr, le courant de test de continuité ne doit jamais alimenter le transistor qui déclenchera l'allumeur.

2) Les circuits des 24 allumeurs individuels ne doivent pas s'influencer mutuellement. Les circuits doivent être isolés afin que ce qui se passe dans un circuit n'ait pas d'impact sur un autre.

Par exemple, lorsqu'un allumeur se déclenche et que son circuit d'allumage soit ouvert ou court-circuité, cela ne doit pas dériver de courant dans l'un des autres circuits et risquer de mettre sous tension son transistor.

3) Pour être pratique, j'espère construire un certain nombre de ces modules.

Avec 24 circuits de continuité et 24 circuits de mise à feu par module, plus chacun peut être réduit à des circuits intégrés ou à d'autres composants montés sur PCB, de préférence dans des boîtiers de réseau, meilleur sera le produit final, et bien sûr le moins cher.

Je suis heureux de commander une carte personnalisée et peut-être même un assemblage si la conception le permet.

4) Le quatrième problème est celui qu'il serait bien de surmonter, mais qui n'est pas essentiel. Le logiciel permettra à plusieurs broches de sortie, et donc à des allumeurs, d'être déclenchés en même temps.

Du côté numérique, ce n'est pas un problème, mais cela impose une charge importante sur la source d'alimentation du circuit de mise à feu.

Une batterie LiPo 18V sera probablement en mesure de fournir le 0.6-0.9A nécessaire pour allumer de nombreux allumeurs, mais avec la résistance interne de la batterie, la résistance des longueurs de fil de cuivre impliquées et le fait que parfois, nous en connectons plus d'un eMatch en série à un seul circuit de tir, il est facile de voir qu'il y aura une limite.

Pour élever au maximum cette limite, une décharge capacitive pourrait être utilisée, avec une batterie plus petite chargeant un ou plusieurs condensateurs, dont l'énergie peut ensuite être fournie aux transistors.

Je comprends que cela peut être beaucoup plus efficace qu'une simple connexion directe à l'énergie de la batterie.

Alors, ce projet vous plaît-il? Êtes-vous intéressé et disposé à apporter votre expertise pour transformer cela d'un projet de banc, comme c'est le cas actuellement, en quelque chose qui fonctionne vraiment?

Je serai ravi de vous fournir toute information complémentaire dont vous pourriez avoir besoin.

Meilleures salutations,

Jerry

Conception du circuit

Salut Jerry,

Veuillez vérifier la pièce jointe, cette configuration fonctionnera-t-elle pour vous?

Travailler sans bouton poussoir

Salut Swag,

Merci d'avoir pris le temps de regarder cela.

Malheureusement, je crains de ne pas avoir été suffisamment clair quand j'ai dit qu'il ne peut y avoir de commutateurs physiques dans le circuit.

Le circuit doit fonctionner sans bouton poussoir de continuité. Au lieu de cela, il doit y avoir une connexion constante de quelque part dans le circuit à la broche de détection (entrée ADC) avec une tension (seulement jamais 0-5V) dont la valeur peut être utilisée pour affirmer si une charge de 1,5 à 10 ohms est cadeau.

Je suis également un peu inquiet pour la résistance de 10 ohms. Il me semble que même sans tension de déclenchement, le courant de l'alimentation 18 V passera à travers la charge, puis la résistance de 10 ohms à la terre, délivrant 1,5 A à la charge, la faisant exploser instantanément.

Pensez-vous que cela se produirait? Pouvez-vous proposer des modifications qui répondraient à l'une ou l'autre de ces observations?

Merci beaucoup,

Jerry

La correction de résistance de 10 ohms

Salut Jerry,

Le 10 ohms était en effet une erreur, veuillez le vérifier maintenant et laissez-moi savoir si ce circuit d'allumage de feu d'artifice d'allumette électrique (Ematch) servirait cet objectif

(voir pièce jointe).

La diode et le condensateur servent à garantir que le signal tient même pendant que le transistor est conducteur pendant la période de déclenchement de la charge.

Le préréglage 10k peut être ajusté pour configurer une tension appropriée pour l'entrée ADC.

Merci beaucoup Swag.

Je ne connais pas les caractéristiques du TIP122 ou du 4N35, je vais donc récupérer leurs fiches techniques et construire le circuit à tester.

Cela peut prendre plus de temps que l'idéal car je viens de me casser le bras, donc la soudure va être un défi!

Néanmoins, je vous suis très reconnaissant de votre aide.

Je me demande si vous avez des idées sur le remplacement de l'alimentation 18V par un circuit de décharge capacitif?

Je soupçonne que ce sera beaucoup plus simple et je peux sans aucun doute trouver des références sur Internet à des schémas de charge / décharge standard, mais si vous en avez déjà fait, je serais impatient de voir?

Tous mes vœux,

Jerry

Salut Jerry,

Je pense que maintenant je commence à comprendre complètement la configuration.

Pourriez-vous spécifier le niveau de tension requis pour que la charge se déclenche?

Cela m'aiderait à concevoir le circuit finalisé avec l'étage de décharge capacitive.

Meilleures salutations.
Butin

Les E-Matches sont des appareils à faible courant

Salut Swag.

EMatchs sont spécifiés pour se déclencher sur un courant minimum plutôt que sur une tension. Différents fabricants donnent le courant d'allumage minimum entre 0,35 A et 0,5 A, bien que la plupart recommandent plus près de 0,6 A à 0,75 A pour tirer avec une bonne fiabilité.

Les fabricants donnent également différentes résistances internes pour leurs allumeurs, de 1,6 ohms à 2,3 ohms. Si vous connectez un seul eMatch 2,3 ohms à une batterie de résistance interne négligeable et recherchez 0,75 A, il ne faudra que 1,725 ​​V pour le déclencher.

Cependant, si le circuit d'allumage unique (que nous appelons un `` signal '') devait être utilisé pour tirer 6 allumeurs, connectés en série, cela exigerait 10,35V. Dans le monde réel, des résistances supplémentaires sont présentes, à la fois de la source d'énergie et du câblage en cuivre entre les allumeurs. Par conséquent, 12-24V est généralement pris comme référence.

Ensuite, il y a la considération qu'il y a 24 signaux sur chaque module, tous partageant la même source d'énergie.
Le logiciel permettra de déclencher les 24 signaux en même temps.

Les indices sont eux-mêmes effectivement en parallèle, et au moins 0,75 A peut être tiré par chaque repère. La source d'énergie doit donc être capable de fournir 18A pour que cela se produise.

Lorsque nous avons besoin de connecter plusieurs allumeurs à un seul signal, nous le faisons toujours en série - jamais en parallèle. Nous visons une fiabilité à 100% et une connexion en série échouera toujours à son test de continuité si un seul allumeur est défectueux. En parallèle, plusieurs allumeurs défectueux peuvent être manqués.

Bien que tout ce courant et cette tension soient inhabituels pour les petits circuits, il y a quelques compensations.

Premièrement, l'objectif est de faire griller les allumeurs, donc l'excès de tension ou de courant n'est jamais un problème, tant que les composants peuvent supporter la puissance.

Deuxièmement, les allumeurs brûlent généralement en 20 à 50 ms, de sorte que le tirage ne sera jamais assez court et que les composants ne devront probablement pas dissiper beaucoup de chaleur.

La principale considération doit être de savoir si le transistor de commutation de puissance peut shunter autant de puissance.

Le logiciel qui déclenche (élève le percuteur à 5V) chaque cue le maintiendra à + 5V pendant seulement 500ms avant de le laisser tomber à 0V donc il n'y aura jamais d'alimentation à travers le circuit de sortie pendant plus de 500ms même si l'allumeur se déclenche mais court alors lui-même après (toujours un risque).

Une note du côté de détection du circuit. Je peux voir que votre conception fournira 0V à l'ADC si l'allumeur est manquant ou a déjà explosé.

Cependant, s'il est endommagé ou mal câblé et court-circuité, je ne pense pas que ce sera détectable, n'est-ce pas? Ce n'est pas un problème fondamental, même si j'avais espéré utiliser l'ADC pour détecter un circuit ouvert, un court-circuit ou une résistance sensible dans la plage de 1 à 15 ohms.

Enfin, je pense que le ou les condensateurs devront être chargés et déchargés sous contrôle logiciel.

Vous pouvez supposer qu'il y a une autre broche sur le module qui sera tirée à + 5V lorsque le condensateur devrait se charger, et tombera à 0V lorsque le condensateur devrait se décharger. Un shunt sûr dans lequel décharger le condensateur sera nécessaire.

Je soupçonne que cet agencement peut nécessiter un changement du circuit de détection, car la fonction de détection devrait fonctionner que le condensateur soit chargé ou non.

Il est également important de s'assurer que le courant traversant l'allumeur est maintenu à un minimum absolu à des fins de détection. J'ai lu seulement aujourd'hui qu'avec un courant constant inférieur au feu minimum (disons, 0,25 A, ce qui est inférieur au feu de 0,35 A min), l'allumeur continuera de chauffer et peut se déclencher après plusieurs secondes.

Par conséquent, on pense que les courants d'essai constants devraient être inférieurs à 10% du courant d'incendie minimum (qui serait de 35 mA), et peut-être aussi bas que 1% (3,5 mA).

J'espère que cela ne change pas trop radicalement les choses.

Merci beaucoup pour votre intérêt constant.

Tous mes vœux,

Jerry

Utilisation d'un DC faible

Salut Jerry,

OK, cela signifie que la tension de déclenchement est une basse tension CC, je l'ai confondue avec une haute tension lorsque vous avez mentionné le terme `` décharge capacitive '' .... donc je pense que je devrais vous laisser décider du chiffre approprié, étant donné que le TIP122 peut gérer bien plus de 3 ampères à 100 V, il y a donc une plage étendue pour jouer.

Je vais mettre un comparateur opamp sur le côté du capteur qui vous permettra de sélectionner la plage de détection selon les spécifications souhaitées.

J'essaierai de le concevoir bientôt et je vous le ferai savoir une fois qu'il sera terminé

Salut Swag,

Merci encore pour votre temps là-dessus. Vous avez tellement plus d'expertise en électronique analogique que moi et vous avez réalisé en quelques jours ce que j'avais passé de nombreux mois à déconcerter.

Je comprends parfaitement votre point de vue sur la détection de la portée de la charge - ce n'était qu'une aspiration et le système ne manquera pas de fonctionner sans elle.

J'ai pris ce que vous avez fourni et l'ai exécuté via le simulateur de circuit EasyEDA où il fonctionne exactement comme je l'avais espéré - au moins avec un seul circuit. Cela indique qu'avec le potentiomètre à 10%, l'ADC verra 0,36 V lorsqu'il y a un allumeur présent et 0 V lorsqu'il est ouvert, ce dont j'aurai besoin pour que cela fonctionne. Lorsque l'allumeur est sous tension, cela monte à 1,4 V, ce qui est parfaitement sûr.

Le courant de détection n'est même pas mesurable alors que le courant d'allumage ressemble à 3,2 A, ce qui déclenchera n'importe quoi. Ma prochaine tâche est de simuler plusieurs circuits indépendants, jusqu'à 24 que j'aurai dans un module, et de rechercher toute preuve de croisement.

J'ai joint le schéma du circuit et les courants et tensions simulés.

Je dois travailler avec ce qui est pris en charge, c'est pourquoi la simulation utilise un transistor Darlington différent, mais je crois - sauf avis contraire de votre part - qu'il illustre le comportement attendu. V1 est d'ailleurs une onde carrée de 5V avec une fréquence de 1Hz, car cela permet de simuler le percuteur 5V qui monte haut.

Pouvez-vous suggérer quelle part du circuit peut être partagée entre les 24 cues d'un module?

La tension d'alimentation primaire sera, comme toute alimentation de tension inférieure nécessaire pour alimenter le LM7805, et bien sûr une masse commune.

Un seul LM7805 peut-il être utilisé pour fournir l'entrée pour tous les 4N35? Je suppose que le reste devra être unique pour chaque cue, ce qui me donne une liste de courses, mais j'apprécierais vos réflexions sur la construction d'un module 24 cue.

Enfin, je me demande toujours quelles sont les options pour ajouter une source d'énergie à décharge capacitive à la place de la source 18V?

Je crois comprendre que les systèmes de mise à feu commerciaux les utiliseront parce que leur faible résistance interne permet de faire passer des courants élevés à travers des allumeurs à faible résistance. Est-il exact qu'un C.D. la source aura-t-elle une résistance interne inférieure à celle d'une batterie?

Certains systèmes de mise à feu peuvent avoir une tension d'incendie assez élevée, mais ce n'est probablement qu'une conséquence du fonctionnement de la décharge capacitive. 18V est autant qu'il est nécessaire, mais plus ne fera certainement pas de mal.

Est un C.D. source une chose simple à ajouter? Serait-il possible d'ajouter quelque chose qui fonctionnerait avec 6 piles AA rechargeables de 1,2 V?

Si cela était possible, cette même source 7.2V alimentera également le LM7805 pour le circuit de mise à feu et la carte Arduino. Je pense que ce serait une solution assez parfaite.

Tous les meilleurs voeux,
Jerry

Présentation du design modifié

Salut Jerry,

J'ai modifié la conception selon les spécifications.

Le BC547 s'assure que l'ADC continue de recevoir le niveau logique haut pendant que le transistor est déclenché, et permet ainsi à la charge de se déclencher complètement.

La détection de la plage de charge peut nécessiter l'inclusion d'un circuit beaucoup plus complexe, j'ai donc décidé de m'en passer dans la conception.

Faites-moi savoir si vous avez d'autres doutes.

Salut Swag,

Merci encore pour votre temps là-dessus. Vous avez tellement plus d'expertise en électronique analogique que moi et vous avez réalisé en quelques jours ce que j'avais passé de nombreux mois à déconcerter.

Je comprends parfaitement votre point de vue sur la détection de la portée de la charge - ce n'était qu'une aspiration et le système ne manquera pas de fonctionner sans elle.

J'ai pris ce que vous avez fourni et l'ai exécuté via le simulateur de circuit EasyEDA où il fonctionne exactement comme je l'avais espéré - au moins avec un seul circuit.

Cela indique qu'avec le potentiomètre à 10%, l'ADC verra 0,36 V lorsqu'il y a un allumeur présent et 0 V lorsqu'il est ouvert, ce dont j'aurai besoin pour que cela fonctionne.

Lorsque l'allumeur est sous tension, cela monte à 1,4 V, ce qui est parfaitement sûr.

Le courant de détection n'est même pas mesurable alors que le courant d'allumage ressemble à 3,2 A, ce qui déclenchera n'importe quoi. Ma prochaine tâche est de simuler plusieurs circuits indépendants, jusqu'à 24 que j'aurai dans un module, et de rechercher toute preuve de croisement.

J'ai joint le schéma du circuit et les courants et tensions simulés.

Je dois travailler avec ce qui est pris en charge, c'est pourquoi la simulation utilise un transistor Darlington différent, mais je crois - sauf avis contraire de votre part - qu'il illustre le comportement attendu. V1 est d'ailleurs une onde carrée de 5V avec une fréquence de 1Hz, car cela permet de simuler le percuteur 5V qui monte haut.

Pouvez-vous suggérer quelle part du circuit peut être partagée entre les 24 cues d'un module?

La tension d'alimentation primaire sera, comme toute alimentation de tension inférieure nécessaire pour alimenter le LM7805, et bien sûr une masse commune. Un seul LM7805 peut-il être utilisé pour fournir l'entrée pour tous les 4N35?

Je suppose que le reste devra être unique pour chaque cue, ce qui me donne une liste de courses, mais j'apprécierais vos réflexions sur la construction d'un module 24 cue.

Enfin, je me demande toujours quelles sont les options pour ajouter une source d'énergie à décharge capacitive à la place de la source 18V?

Je crois comprendre que les systèmes de mise à feu commerciaux les utiliseront parce que leur faible résistance interne permet de faire passer des courants élevés à travers des allumeurs à faible résistance.

Est-il exact qu'un C.D. la source aura-t-elle une résistance interne inférieure à celle d'une batterie? Certains systèmes de mise à feu peuvent avoir une tension d'incendie assez élevée, mais ce n'est probablement qu'une conséquence du fonctionnement de la décharge capacitive.

18V est autant qu'il est nécessaire, mais plus ne fera certainement pas de mal. Est un C.D. source une chose simple à ajouter? Serait-il possible d'ajouter quelque chose qui fonctionnerait avec 6 piles AA rechargeables de 1,2 V?

Si cela était possible, cette même source 7.2V alimentera également le LM7805 pour le circuit de mise à feu et la carte Arduino. Je pense que ce serait une solution assez parfaite.

Tous les meilleurs voeux,

Jerry

Salut Jerry,

Voici les réponses,

Le transistor peut être remplacé par n'importe quel transistor NPN correctement évalué selon vos préférences, rien n'est critique ici, sauf les spécifications V et I.

Un seul 7805 suffirait pour tous les étages de détection, l'ADC étant une entrée à haute impédance, la consommation de courant serait négligeable et peut être ignorée.

Cependant, comme vous l'avez mentionné à juste titre, l'étage d'allumage de puissance devra être unique pour chacun des 24 signaux (Total 24 nos de transistors de puissance avec 24 entrées de déclenchement) Une alimentation de 7,2 V utilisant des cellules AAA peut être essayée pour alimenter tout le système, dans l'ordre pour augmenter la tension à 18 V, vous pouvez essayer d'utiliser le premier concept de circuit illustré dans l'article suivant: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Vous pouvez remplacer le 1.5V par votre source 7.2V, et remplacer la LED par un pont redresseur et un condensateur associé de 2200uF / 25V. assurez-vous de connecter une charge 4k7 à travers ce condensateur.

Le transistor pourrait être remplacé par un BD139 Vous devrez peut-être modifier un peu les tours de bobine des deux côtés pour déterminer le résultat le plus approprié. Faites-moi savoir si vous avez d'autres questions?

Meilleures salutations.

Butin

Salut Swag,

J'attendais l'arrivée des composants. J'ai construit le circuit et je suis ravi de pouvoir confirmer qu'il fonctionne. Encore une fois, merci pour toute votre aide précieuse - je vous en suis très reconnaissant.

Quand j'ai construit le circuit, je l'ai d'abord testé avec un signal direct 5V sur l'entrée et l'allumeur s'est immédiatement déclenché, ce qui était super.

Cependant, une fois connecté à mon Arduino, j'ai trouvé que mettre les broches numériques en mode de sortie a également déclenché l'allumeur instantanément, ce qui n'était pas si génial.

Bien que je pensais que les broches de sortie numérique étaient tirées vers le bas en interne, cela ne semble pas être le cas, mais je suis maintenant en train de désactiver leur état avant de définir le mode de broche sur la sortie, et cela a très bien résolu le problème.

J'ai également été surpris de découvrir que lorsque le potentiomètre réduit la résistance entre l'allumeur et la broche 1 de l'optocoupleur, le courant traversant la résistance de 1k, l'allumeur et le potentiomètre peut encore être suffisamment faible pour permettre à un courant d'allumage de passer à la masse à la broche 2.

À mon avis, même avec le pot fournissant 0 ohms, ce courant devrait être inférieur à 18/1002 ou 0,017A. Cela ne devrait pas suffire à allumer l'allumeur, selon sa fiche technique.

Cependant, avec le pot ajoutant environ 5k ohms, l'allumeur reste froid. C'est sans doute pourquoi vous avez utilisé un potentiomètre et pas seulement une paire de résistances fixes.

Je vais donc expérimenter ensuite avec une variété d'allumeurs d'autres fournisseurs et découvrir le réglage du potentiomètre qui permettra à tous de ne tirer que quand ils le devraient. Je peux alors construire une unité pleine taille avec des résistances fixes ici.

Donc, en résumé, tout fonctionne comme je l'avais espéré et je suis extrêmement reconnaissant que vous m'ayez épargné le temps de donner votre avis. N'hésitez pas à publier le circuit et notre dialogue, ainsi que mes remerciements et reconnaissance de votre compétence.

Très cordialement,

Jerry

p.s. pour répondre à votre dernière question, oui, les 24 entrées ADC sont uniques et indépendantes, tout comme les 24 sorties numériques. J'utilise le Mux Shield 2 pour augmenter la capacité de base de l'ATmega328P.