Le circuit d'alarme incendie à ultrasons simple expliqué ci-dessous détecte une situation de risque d'incendie en captant les variations des ondes atmosphériques environnantes ou la turbulence de l'air. La sensibilité élevée du circuit garantit que même la moindre turbulence d'air créée par une différence de température ou un incendie est rapidement détectée et qu'un dispositif d'alarme connecté est déclenché.
Aperçu
Les capteurs d'incendie conventionnels utilisent divers systèmes pour identifier les incendies, et ils comportent toutes sortes de complexités.
Un système d'alarme incendie ordinaire utilise un capteur de température pour détecter la variance de température inhabituellement élevée causée par un incendie.
Il n'est pas fondamental que seule une partie électronique comme un thermistance ou un dispositif de température à semi-conducteur est utilisé, mais un matériau simple comme une liaison fusible à basse température ou un interrupteur de température bimétallique.
Bien que la simplicité de tels types d'alarme soit préférée, leur fiabilité est discutable car la détection ne se produit que lorsqu'un incendie a déjà mûri.
Des systèmes d'alarme incendie plus complexes existent, par exemple, des détecteurs de fumée qui sont équipés d'une partie semi-conductrice distincte qui détecte l'existence de particules de fumée, de gaz combustibles et de vapeurs.
A part ça, il y a optoélectronique les systèmes d'alarme incendie qui se déclenchent lorsque la fumée de toute forme bloque leurs faisceaux lumineux. Ce type de système de détection d'incendie a été publié sur Hobby Electronics.
Détection de chaleur à l'aide du décalage Doppler
Une nouvelle méthode de détection d'incendie utilisant son ultrasonique est décrit dans cet article. Portant les mêmes principes de fonctionnement que le célèbre Alarmes anti-intrusion à ultrasons Doppler Shift , ce système de détection d’incendie est extrêmement sensible aux turbulences dans l’air, en plus du mouvement des objets solides.
La chaleur d'un incendie électrique produit d'immenses turbulences et déclenche l'alarme. Souvent, de fausses alarmes sont déclenchées à cause des turbulences. En conséquence, ce type d'alarme incendie est parfait pour une maison même si les personnes qui y vivent ne l'apprécieraient souvent pas.
Comment se produit une discrimination saine
Un inconvénient de l'utilisation d'une alarme antivol Doppler Shift comme alarme incendie est la zone de détection massive que cette unité offre. D'une manière ou d'une autre, cela s'avère être une aubaine car une détection rapide devient possible même si un incendie se déclare dans un petit coin de la zone de détection.
Le principe standard des alarmes incendie conventionnelles est de détecter les incendies tout en ignorant les personnes qui se bousculent dans la pièce. Ceci est crucial car le système d'alarme est configuré pour fonctionner jusqu'à ce qu'il soit activé.
Une alarme de décalage Doppler à ultrasons typique ne fait pas la différence entre les personnes et la turbulence. Par conséquent, il est plus logique pour un système d'alarme incendie d'utiliser un circuit qui régit une petite zone de fonctionnement.
L'unité d'alarme peut être placée dans un endroit de la pièce où les mouvements humains sont minimes, tout en étant capable d'identifier rapidement les turbulences résultant d'un incendie.
Fonctionnement du système
Une alarme ultrasonique de base est équipée de deux circuits indépendants qui sont connectés via la même alimentation.
Le circuit électronique le plus simple agit comme un émetteur qui émet des fréquences sonores uniformes vers le récepteur, qui est le circuit le plus compliqué.
Un schéma de principe de l'alarme incendie est illustré à la figure 1.
Comme décrit, le circuit émetteur fonctionne pour produire un son ultrasonique à l'aide d'un oscillateur et alimente le signal à travers un haut-parleur.
Le signal électrique est converti en ondes sonores par le haut-parleur, mais les humains ne peuvent pas les entendre car ils sont au-dessus de la plage d'audition.
Les amplificateurs de son courants ne fonctionnent pas bien aux fréquences ultrasonores en raison du type piézoélectrique de transducteur de transmission.
Habituellement, un modérateur de niveau de sortie est inclus afin que la sensibilité du circuit puisse être réglée au bon niveau.
Destinataire
Un microphone au niveau du récepteur détecte les ondes sonores de l'émetteur et les convertit en signaux électriques.
Une fois de plus, un transducteur piézoélectrique spécialisé est utilisé sur le microphone de réception car les microphones normaux ne conviennent pas pour fonctionner à des fréquences élevées, en particulier ultrasoniques.
L'état extrêmement manoeuvrant du son ultrasonique provoque des problèmes de détection entre le microphone et le haut-parleur au cas où les deux appareils seraient installés presque l'un à côté de l'autre.
Dans des situations pratiques, les signaux capturés sont des réflexions sur les murs ou les meubles de la pièce.
De plus, la sortie du microphone est relativement faible et généralement autour de 1 mV RMS. Ainsi, un amplificateur est incorporé pour améliorer le signal à un niveau de travail.
Normalement, deux étages d'amplification à gain élevé sont utilisés au minimum dans une alarme antivol à ultrasons. Cependant, étant donné que le système d'alarme incendie discuté nécessite une sensibilité moindre, un seul étage d'amplification est plus approprié.
Détecteur
La section suivante du circuit est un détecteur de modulation d'amplitude. Dans une situation pratique, le signal détecté est une onde de sortie directe à 40 kHz de l'émetteur.
Ce signal est collecté à l'aide de divers chemins et mis en phase arbitrairement. Mais, les amplitudes du signal et ses relations de phase sont préservées sans aucune altération. Ainsi, aucune sortie n'est générée par le générateur d'amplitude dans des situations prêtes.
Chaque fois qu'il y a un mouvement devant le détecteur ou que l'air est turbulent, tout le scénario change.
Le célèbre Doppler prend en charge et produit une oscillation de fréquence sur les signaux qui sont réfléchis par l'objet en mouvement ou en désordre dans l'air.
Une partie du signal communiqué est collectée soit directement, soit en utilisant des éléments immobiles dans l'air qui résiste à la turbulence.
Après cela, deux fréquences ou plus sont canalisées dans le démodulateur d'amplitude. À ce stade, la relation de phase est au-delà de la régulation car les signaux ont des fréquences variables.
Formes d'ondes ultrasoniques
En regardant le diagramme de forme d'onde de la figure 2 ci-dessous, imaginez que la forme d'onde supérieure est le signal standard de 40 kHz et la forme d'onde inférieure est le signal à fréquence modifiée. Au début, les signaux sont en phase ou ils augmentent et diminuent de façon homogène en échelle tout en conservant la même polarité.
Les signaux en phase sont résumés à l'intérieur du démodulateur pour générer un énorme signal de sortie. Ensuite, pendant la séquence de formes d'onde, ils entrent dans la zone anti-phase.
Cela signifie que les signaux augmentent et diminuent toujours de manière uniforme, mais ont maintenant des polarités opposées.
En conséquence, le démodulateur produit un signal de sortie faible lorsque les deux autres signaux s'annulent. Mais à la fin, les signaux reviennent pour être en phase et libèrent une sortie robuste du démodulateur.
Au moment où le circuit est activé, un niveau de sortie changeant du démodulateur est mesuré.
La fréquence du signal de sortie est la même que la variance entre les signaux d’entrée doubles.
Ceci est normalement vu sur une fréquence audio basse ou une fréquence subsonique. Sans aucun doute, le signal de la sortie est capturé sans effort une fois que l'amplificateur à gain élevé l'a amélioré.
Générateur d'alarme
Une fois le signal amplifié, il est utilisé pour contrôler un circuit de verrouillage standard qui, une fois activé, l'alarme continue de sonner jusqu'à ce que le système soit réinitialisé. L'opération de verrouillage est régie par un transistor de commutation qui relie la tension de commande au circuit de détection d'alarme.
Le générateur d'alarme est construit à l'aide d'un oscillateur contrôlé en tension (VCO) modéré par un oscillateur basse fréquence.
Une forme d'onde en rampe est produite par l'oscillateur basse fréquence et une sortie du VCO augmentera progressivement en fréquence jusqu'à sa hauteur de crête.
Ensuite, le signal reviendra à la hauteur minimale et augmentera progressivement en fréquence à nouveau. Ce processus cyclique se poursuit et fournit un signal d'alarme efficace.
Comment fonctionne le circuit
Le schéma complet du circuit du système de détection d'incendie à ultrasons ou du récepteur est illustré dans la figure ci-dessous.
CIRCUIT RÉCEPTEUR : Les lignes pointillées rejoignent les rails d'alimentation du circuit de transmission ci-dessous
CIRCUIT ÉMETTEUR
L'émetteur est construit à l'aide d'un dispositif de minuterie 7555, IC1. Ce composant CMOS est le type à faible consommation de la minuterie 555.
Pour ce type de générateur d'alarme, un 7555 est idéal par rapport à un 555 car la consommation électrique totale du circuit est maintenue à seulement environ 1 mA ou moins, ce qui contribue à une utilisation efficace de la batterie.
De plus, le circuit intégré 7555 est utilisé dans un procédé d'oscillation typique dans lequel les parties de synchronisation R13, RV1 et C7 sont sélectionnées spécialement pour générer une fréquence de 40 kHz.
Le préréglage est régulé pour générer la fréquence de sortie qui offre une efficacité idéale des circuits de réception et d'émission. Le préréglage est identifié comme RV2 dans le schéma du circuit.
Destinataire
X1 est le capteur de capture de signal dans le circuit récepteur, et sa sortie est connectée à l'entrée d'un amplificateur émetteur commun qui est conçu autour de Q1.
À ce stade, un faible courant de collecteur d'environ 0,1 A est maintenu pour garantir que la consommation électrique de l'ensemble de la pièce est faible.
En règle générale, on pourrait penser que cela entraîne moins de gain d'un amplificateur de ce type, mais dans l'ensemble, c'est plus que suffisant pour le fonctionnement existant.
Le condensateur C2 combine la sortie améliorée de Q1 à un démodulateur AM habituel en employant D1, D2, R3 et C3.
Plus tard, le signal basse fréquence consécutif est mis en rampe en utilisant un second amplificateur émetteur commun situé en Q2.
Un autre temporisateur IC1 est utilisé comme verrou. Contrairement à la pratique normale, le temporisateur IC1 est utilisé dans l'approche monostable qui fournit une impulsion de sortie positive si la broche 2 est réduite de 33% par rapport à la tension d'alimentation.
Habituellement, la largeur d'impulsion de sortie serait régulée par une paire de résistance de synchronisation et de condensateur, mais ce circuit est sans ces composants.
Au lieu de cela, les broches 6 et 7 de IC1 sont liées au rail d'alimentation négatif. Lorsqu'elle est activée, la sortie de IC1 est activée et continue d'être dans cet état, permettant l'action de verrouillage.
A partir du collecteur du transistor Q2, la broche 2 de IC1 est connectée et régulée à la moitié de la tension d'alimentation.
Ainsi, en état de veille, IC1 n'est pas activé. Au moment du démarrage de l'unité, la tension du collecteur à Q2 oscille.
De plus, pendant les demi-cycles négatifs, elle devient inférieure à la tension de seuil de déclenchement. En utilisant le commutateur de fonctionnement SW1 et l'entrée de réinitialisation de la tension d'alimentation IC1 à 0 V, le circuit complet peut être réinitialisé.
Le composant qui est utilisé pour canaliser la puissance vers le circuit d'alarme lorsque l'IC1 est activé est le transistor Q3. Pour des raisons de sécurité, R8 agit comme une résistance de limitation de courant.
Signal d'alarme
IC2 est la dernière puce, qui est une boucle à verrouillage de phase CMOS 4046BE. Cependant, dans cette conception, seule la partie VCO est cruciale. Un comparateur de phase est utilisé à bon escient mais uniquement comme inverseur du circuit d'alarme.
L'inversion de la sortie du VCO se traduit par une sortie biphasée qui permet au résonateur céramique LS1 de recevoir une tension crête à crête égale à deux fois la tension d'alimentation.
En conséquence, un signal d'alarme hurlant est produit. Si nécessaire, la sortie de la broche 4 de IC2 peut être améliorée et utilisée pour alimenter un haut-parleur standard. Le condensateur C6 et la résistance R12 fonctionnent comme des éléments de synchronisation pour le VCO. Les composants électroniques fournissent une fréquence de sortie stable autour de 2 kHz qui est la zone où le résonateur céramique atteint son efficacité maximale.
Le signal de modulation est produit par un oscillateur à relaxation à unijonction typique du transistor Q4. Ceci fournit une forme d'onde de rampe divergente à 4 kHz.
Comment configurer
Commencez par RV1 à mi-chemin et RV2 déterminé pour la sortie maximale qui est complètement tournée dans le sens antihoraire.
À l'aide d'un multimètre (si disponible), réglez RV2 sur sa tension continue minimale et connectez-le à R3 lorsque la sonde négative est connectée à la ligne d'alimentation négative.
Mettez l'unité sous tension et placez les transducteurs face à un mur ou à toute surface lisse à environ 10 ou 20 cm.
Lorsque RV1 est activé, il y aura lecture ou mouvement sur le multimètre, puis RV1 est réglé pour atteindre la lecture maximale possible.
Il est fortement recommandé de fixer un conducteur sur SW1 lorsque la régulation est effectuée car le générateur d'alarme est mis au silence et sa sortie ne peut pas affecter les mesures.
Dans le cas où un multimètre n'est pas disponible, RV1 peut être réglé en utilisant l'approche par essais et erreurs pour découvrir une valeur qui fonctionne pour l'ensemble de la pièce.
Bien que RV2 soit bien protégé, l'unité d'alarme est toujours sensible. L'emplacement de montage doit être bien planifié pour l'unité. Un bon endroit serait légèrement au-dessus de l'établi de l'opérateur où le risque d'incendie est le plus élevé en raison des outils électriques et des matériaux de soudure.
Un autre avantage de placer l'unité plus haut est que l'air chaud montera et facilitera le déclenchement de l'alarme sans les risques de faux signaux créés par les personnes qui courent dans la pièce.
Avec quelques essais, une position appropriée sans conséquence des facteurs humains et une sensibilité stable peut être obtenue pour le générateur d'alarme incendie.
Pour tester l'efficacité de la position de l'appareil, un fer à souder en état de marche est placé sous et devant le composant.
Lorsqu'un air turbulent adéquat est produit, il doit activer l'alarme. A la mise sous tension, le circuit est mal alimenté mais cela peut être immédiatement annulé en plaçant le SW1 sur la réinitialisation.
Le circuit d'alarme incendie à ultrasons n'est pas conçu avec un interrupteur à retardement mais votre présence derrière l'unité doit être assurée lors du fonctionnement de SW1. Il n'y a aucun risque si vous retirez votre main après avoir enclenché l'interrupteur.
Liste des pièces
Conception de circuits imprimés et disposition des pistes
Image prototype
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