1997.08_Centrala alarmu przeciwpożarowego.pdf

Projekty AVT

Centrala alarmu

przeciwpożarowego

Do czego to służy?

Pozwalamy sobie zaprezentować na−

szym Czytelnikom kolejne urządzenie

z serii układów, które powinny być jakoś

specjalnie wyróżniane. Nie są to bowiem

urządzenia służące rozrywce czy nawet

zaawansowanym pracom hobbystycz−

nym. Są to układy, których zastosowanie

ma się przyczynić do wzrostu naszego

bezpieczeństwa i które w pewnych sytu−

acjach mogą zapobiec nieszczęśliwym

wypadkom. Pierwszym z serii był z pew−

nością detektor ulatniającego się gazu,

układ mogący w pewnym stopniu zlikwi−

dować jedno z największych zagrożeń

czyhających na mieszkańca średnio roz−

winiętego kraju w jego własnym domu.

Zajmijmy się teraz kolejnym zagroże−

niem: pożarami, a w jednym z najbliż−

szych numerów EdW pomyślimy, jak

choćby w minimalnym stopniu zwiększyć

bezpieczeństwo w dżungli, jaką jest bez

wątpienia ruch drogowy w naszym kraju.

W poprzednim numerze EdW opubliko−

wany został opis czujnika wykrywającego

dym i nienormalne podwyższenie się tem−

peratury. O ile jednak opisywany jeszcze

wcześniej czujnik ulatniającego się gazu

był całkowicie autonomicznym urządze−

niem, wymagającym jedynie dołączenia

zasilacza „wtyczkowego”, to czujnik prze−

ciwpożarowy wymaga dołączenia go do

wyspecjalizowanej centrali alarmowej.

Z wielu powodów wykorzystanie gotowej

lub samodzielnie wykonanej centrali za−

projektowanej do pracy w systemie anty−

włamaniowym nie wchodzi w grę. Sys−

tem zabezpieczający przed skutkami poża−

ru ma zupełnie inne wymagania technicz−

ne niż typowy system alarmowy. Przede

wszystkim czujniki wykrywające dym lub

obecność szkodliwych gazów w powiet−

rzu pobierają znacznie więcej prądu niż

elementy systemu przeciw włamaniowe−

go. Jeden tylko taki czujnik wymaga zasi−

lania prądem nie mniejszym niż 300mA

przy napięciu 9VDC. Nasza centrala zosta−

ła zaprojektowana do współpracy z maksi−

mum ośmioma czujnikami i musi dostar−

czyć prądu prawie 2,5A. Z kolei wiele fun−

kcji realizowanych przez centrale alarmo−

we przeznaczone do pracy w systemach

antywłamaniowych jest w przypadku ukła−

du ostrzegającego o powstaniu pożaru cał−

kowicie zbędnych. Zupełnie nieprzydatne

byłyby wszelkiego rodzaju układy opóźnia−

jące, kodowane włączanie i wyłączanie

2150

centrali czy też układy antysabotażowe.

Tak więc zaprojektowanie specjalnej cent−

rali przeznaczonej do współpracy z czujni−

kami AVT−2146 okazało się koniecznością.

Podczas projektowania układu przyję−

to następujące założenia konstrukcyjne:

1.Centrala musi dostarczać prądu o natęże−

niu do 2,5A i stabilizowanym napięciu 9V.

2.Do centrali można będzie dołączyć mak−

symalnie osiem czujników typu AVT−

2146, co oznacza możliwość kontrolowa−

nia aż ośmiu pomieszczeń jednocześnie.

3.Centrala musi umożliwiać natychmias−

towe ustalenie, w którym ze strzeżo−

nych obszarów powstał dym lub też

nadmiernie podniosłą się temperatura.

W przypadku powstania kryterium

alarmu w kilku pomieszczeniach na−

raz, układ musi dostarczyć informacji

o wszystkich tych pomieszczeniach.

4.Układ powinien zapewniać możliwość

ustalenia, jakie kryterium alarmu zo−

stało wykryte: dym czy podwyższona

temperatura.

5.Centrala powinna zostać wyposażona

w wbudowany akustyczny sygnaliza−

tor alarmowy. Aby nie zawyżać kosz−

tów wykonania układu zdecydowano

się na sygnalizator piezo średniej mo−

cy. Centrala powinna posiadać jednak

dodatkowe wyjście (tranzystor Open

Collector), które może umożliwić dołą−

czenie dodatkowych sygnalizatorów

akustycznych lub optycznych.

Urządzenie spełniające powyższe zało−

żenia zostało zaprojektowane i zbudowa−

ne, a jego prototyp przeszedł testy w Pra−

cowni Konstrukcyjnej AVT. Zbudowany

układ nazywa się „Centrala alarmu prze−

ciwpożarowego”, bo po prostu jakoś

trzeba było go nazwać. W rzeczywistości

jest to urządzenie, które może sygnalizo−

wać nie tylko powstanie pożaru, ale tak−

że wykrywać obecność toksycznych ga−

zów i wiele skażeń chemicznych.

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowanego

układu pokazany został na rysunku 1.

Dawno już nie widzieliśmy takiej ilości

diod naraz, prawda? Jednak te diody nie

tylko nie komplikują i nie podwyższają

kosztów wykonania urządzenia, ale

wręcz przeciwnie: upraszczają i „potani−

ają” konstrukcję.

Właśnie od tych diod, a właściwie od

ich dwóch grup zaznaczonych na schema−

cie szarymi prostokątami rozpoczniemy

omawianie zasady działania układu. Nasza

centrala zgodnie z założeniami pozwala na

dołączenie ośmiu czujników przeciwpoża−

rowych. Każdy z czujników posiada swa

wyjścia: jedno sygnalizujące wykrycie dy−

mu, a drugie informujące o nadmiernym

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

Projekty AVT

Rys. 1.

wzroście temperatury. A zatem centrale

wyposażona została w szesnaście wejść,

po dwa na każdy z czujników. Na przewo−

dach doprowadzających sygnały z nieraz

dość odległych miejsc mogą wystąpić za−

kłócenia i przepięcia, które mogłyby

uszkodzić wejścia bramek CMOS. Właś−

nie ochronie przed przepięciami służą

wspomniane diody. Jeżeli na wejściu cen−

trali wystąpi napięcie większe o 0.6V od

napięcia zasilania to zostanie ono zwarte

do plusa zasilania za pośrednictwem dio−

dy D1. Podobnie stanie się w wypadku

napięcia ujemnego względem masy ukła−

du: zostanie ono zwarte przez diodę D2.

Analizę układu rozpoczniemy od mo−

mentu kiedy jest on już dołączony do za−

silania, ale na wszystkich wejściach

„panuje” spokój, nie zostało stwierdzone

żadne kryterium alarmu. Wyobraźmy so−

bie teraz, że na wejściu oznaczonym na

schemacie jako „Tor 0 Dym” powstanie

stan niski świadczący o wykryciu dymu

lub gazów w pomieszczeniu zabezpiecza−

nym przez czujnik 0. Za pośrednictwem

diody D1 stan niski zostanie wymuszony

także na wejściu 13 bramki IC8D i na po−

łączonych ze sobą wejściach bramki

IC8B. Dioda LED dołączona do wyjścia

bramki IC8B zapali się sygnalizując wy−

krycie dymu gdzieś na strzeżonym obsza−

rze. Jednocześnie stan wysoki z wyjścia

bramki IC8D zostanie doprowadzony do

wejścia 8 bramki IC3C powodując jej ot−

warcie i przepuszczenie przez nią sygna−

łu o częstotliwości akustycznej genero−

wanego przez generator multistabilny

zbudowany z bramki IC3D. Generator ten

jest kluczowany impulsami zegarowymi

o częstotliwości ok. 0,5Hz, tworzonymi

przez generator z bramką IC3A. Sygnał

akustyczny doprowadzony jest do sygna−

lizatora alarmowego piezo – Q1.

Tak więc wiemy już, że na strzeżonym

obszarze wykryto obecność dymu, ale nie

wiemy w jakim pomieszczeniu się to stało.

Informacji o tym dostarczy nam za chwilę

wyświetlacz DISP1. Przypomnijmy sobie,

że na wyjściu bramki IC1A został w mo−

mencie stwierdzenia kryterium alarmu

wymuszony stan wysoki, doprowadzony

następnie do wejścia X0 multipleksera

/ demultipleksera IC5. Jest to ciekawy

układ, który w dużym przybliżeniu możemy

porównać do zwykłego przełącznika obro−

towego o ośmiu pozycjach (patrz rysunek 2).

Różnica polega głównie na tym, że wejścia

przełączane są nie za pomocą obracania

ośką przełącznika, lecz za pomocą podawa−

nia na wejścia adresowe odpowiednich

stanów logicznych, zgodnie z tabelą 1.

Ważną rolę

w układzie pełni

licznik IC4A, któ−

rego trzy młodsze

wyjścia dołączo−

ne są do wejść

adresowych de−

multipleksera. Na

wejście zegaro−

we licznika poda−

wany jest nie−

ustannie ciąg impulsów prostokątnych ge−

nerowanych przez multiwibrator zbudowa−

ny na bramce IC3A. Wyjścia licznika dołą−

czone są także do wejść dekodera BCD na

kod wyświetlacza siedmiosegmentowego

IC6. Wydawałoby się więc, że na wyświet−

laczu powinny kolejno ukazywać się cyfry

od zera do siedmiu (zauważmy, że licznik

IC4A zeruje się po nadejściu ósmego im−

pulsu). Tak jednak nie jest ponieważ we−

jście wygaszania wyświetlacza BI znajduje

się w stanie wysokim.

Powróćmy znowu do sytuacji, kiedy

na wejściu „Tor 0 Dym” powstał stan

niski. Na wejściu 1 bramki IC1A został

za pośrednictwem diody wymuszony

także stan niski, a w konsekwencji na

wejściu X0 demultipleksera IC5 pojawił

się stan wysoki. Jeżeli teraz na we−

jściach adresowych IC5 a tym samym

na wejściach dekodera IC6 pojawi się

stan 000(BIN), to stan wysoki z wejścia

X0 zostanie przeniesiony na wyjście

X demultipleksera i po zanegowaniu

przez bramkę IC8C przekazany zostanie

na wejście wygaszania wskaźnika sied−

miosegmentowego.

Tab. 1 Tablica prawdy układu 4051

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

Rys. 2.

Projekty AVT

Rys. 3. Schemat montażowy

Podsumujmy teraz, jak wygląda działa−

nie naszego układu po wykryciu kryte−

rium alarmu na jednym z jego wejść:

1.Pali się dioda LED D49 sygnalizując

wykrycie dymu

2.Generowany jest alarmowy sygnał

akustyczny

3.Na wyświetlaczu cyklicznie ukazuje się

cyfra 0, wskazując że dym został wykry−

ty w pomieszczeniu umownie oznaczo−

nym jako „0”.

Tak więc układ spełnia

postawione mu założenia

konstrukcyjne.

Uważni Czytelnicy pro−

szeni są o samodzielne

przeanalizowanie, co się

stanie w przypadku powsta−

nia kryterium alarmu na kil−

ku wejściach centrali jedno−

cześnie.

Pozostała część układu to

typowo skonstruowany zasi−

lacz wykorzystujący monoli−

tyczny stabilizator napięcia

78S09 – IC7. Tranzystor T1

może posłużyć do włączania

dodatkowych układów syg−

nalizacyjnych, takich jak sy−

reny o większej mocy czy

też sygnalizatory optyczne.

Pomiędzy jego kolektor i plus zasilania

możemy włączyć przekaźnik o obciążal−

ności styków odpowiedniej dla przełącza−

nego obciążenia.

Wykaz elementów

Rezystory

R1 R16, R18,R19, R21: 10k

R17: 220k

R20: 100k

Kondensatory

C1: 470nF

C2: 1000µF/16

C3, C5: 100nF

C4: 470µF/10

C6: 22nF

Półprzewodniki

DISP1: wyświetlacz siedmiosegmentowy

LED (anoda)

D1 D48 1N4148 lub odpowiednik

D50,D49 LED czerwona i zielona f5

D51, D52, D53, D54 1N4001 lub odpowiednik

IC1,IC2,IC3,IC8: 4093

IC4: 4520

IC5: 4051

IC6: 4543

IC7: 78S09 (2,5A wersja 7809)

BR1 mostek prostowniczy 3A

T1 BC548 lub odpowiednik

Pozostałe

Q1 piezo PCA 100 − 08

Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8, Z9, Z10, Z13,

Z14 ARK2

Z11 gniazdo + wtyk do przewodu

taśmowego 14 pinów

Z12 złącze zaciskane do przewodu

taśmowego lutowane w płytkę

przewód taśmowy 14 ok. 15 cm.

transformator o napięciu wyjściowym

ok. 10 12VAC i prądzie maksymalnym

ok. 2,5A (nie wchodzi w skład kitu)

Rys. 4. Dołączenie czujników AVT−2146 do centrali

mi AVT−2146, to stabilizator napięcia nale−

ży wyposażyć w radiator, o wielkości

ustalonej doświadczalnie (stabilizator mo−

że być gorący, ale nie może parzyć).

Jedyną trudnością na jaką napotkamy

podczas montażu układu centrali może

okazać się połączenie przewodu taśmo−

wego ze złączem Z12. Autor radzi naj−

pierw wlutować złącze w płytkę, a dopie−

ro potem zacisnąć całość w imadle ra−

zem z przewodem taśmowym.

Zmontowany ze sprawdzonych ele−

mentów układ nie wymaga uruchamia−

nia ani regulacji i pracuje natychmiast

poprawnie. Płytka obwodu drukowane−

go nie została zwymiarowana pod żadną

konkretną obudowę, ale zaleca się za−

stosowanie obudowy metalowej, jaką

z łatwością znajdziemy w ofercie hand−

lowej AVT.

Na rysunku 4 pokazano schemat dołą−

czenia czujników AVT−2146 do centrali.

Zbigniew Raabe

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 3 przedstawiona została

mozaika ścieżek dwóch płytek obwodów

drukowanych i rozmieszczenie na nich

elementów. Montaż rozpoczynamy od

płytki głównej – większej. Najpierw lutu−

jemy wszystkie diody małej mocy. Aby

nie zmniejszać czytelności schematu

i strony opisowej płytki, nie zostały one

ponumerowane. Ponieważ jednak

wszystkie diody są tego samego typu,

nie ma to najmniejszego znaczenia, gdzie

którą z nich umieścimy. Następnie mon−

tujemy coraz większe elementy kończąc

na kondensatorach elektrolitycznych

i stabilizatorze napięcia. Jeżeli przewidu−

jemy, że centrala będzie współpracować

z więcej niż trzema – czterema czujnika−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/97

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: