КОМБИНИРОВАННЫЙ, КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к оптикоэлектронным пожарным извещателям.
В электронике известно множество схемных решений оптикоэлектронный пожарных извещателей. К недостаткам известных решений относится большое количество используемых радиоэлементов - как следствие повышенная себестоимость или необходимость ручной настройки определения оптической плотности дыма в дымовой камере или ограниченные функциональные возможности.
Известен так же дымовой пожарный извещатель (патент РФ 2250505 от 13.11.2003 МПК G08В 17/107, G08B 17/12) содержащий светодиодный индикатор и клеммы для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен со входом токоограничительного элемента, выход которого подключен к первому выводу накопительного конденсатора и первому выходу первого токового ключа, второй вывод накопительного конденсатора соединен со второй клеммой и первыми выводами питания генератора импульсов, усилителя, схемы сравнения и счетчика, выход которого соединен со входами второго токового ключа и генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом усилителя, а первый выход схемы сравнения подключен к счетному входу счетчика, вход сброса которого подключен ко второму выходу схемы сравнения, второй вывод питания которой соединен со вторыми выводами питания счетчика, генератора импульсов и усилителя, ко входам которого подключены выводы фотодиода, оптически связанного с излучающим инфракрасным диодом, а первый выход второго токового ключа соединен с выходом элемента односторонней проводимости, согласно изобретению, дополнительно содержит второй токоограничительный элемент и инвертор, первый и второй выводы питания которого соединены соответственно с первым и вторым выводами питания генератора импульсов, выход которого соединен со входом инвертора, а выход инвертора - со входом первого токового ключа, вход второго токоограничительного элемента подключен к выходу первого токоограничительного элемента, а выход - ко второму выводу питания счетчика, анод излучающего инфракрасного диода соединен со вторым выходом первого токового ключа, а катод - со второй клеммой и катодом светодиодного индикатора, анод которого подключен ко второму выходу второго токового ключа и третьему выходу первого токового ключа.
Данный дымовой пожарный извещатель взят за прототип. К недостаткам прототипа относится недостаточные функциональные возможности, отсутствие теплового канала, отсутствие компенсации запыленности дымовой камеры, отсутствие температурной компенсации оптического канала.
Целью заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей, улучшение электрических параметров извещателя, исключение ручной калибровки оптической плотности дыма, упрощение электрической схемы извещателя, повышение надежности и снижение себестоимости.
Технический результат достигается тем, что комбинированный, компенсированный оптико-электронный пожарный извещатель, содержащий устройство подключения к шлейфу пожарной сигнализации, стабилизатор напряжения, фотоусилитель с подключенным к нему фотоэлементом, схему управления, ключевую ячейку с диодом инфракрасного излучения, индикаторный светодиод, отличается тем, что содержит соединение между выводами схемы управления и фотоусилителем для включения фотоусилителя, вывод схемы управления входа-выхода последовательных данных соединенный с одноименным выводом фотоусилителя и со вторым выводом резистора контроля шлейфа пожарной сигнализации, вывод сигнала тактирования схемы управления, соединенный с одноименным входом фотоусилителя, вывод сигнала выбора режима работы схемы управления, соединенный с одноименным выводом фотоусилителя - измерение температуры посредством подключенного к нему термистора или включение инфракрасного диода для пуска импульса при измерении фотоответа от фотоэлемента, выход компаратора стабилизатора напряжения, соединенный со входом сброса схемы управления, первую ключевую ячейку для подачи сигнала активности пожарного извещателя при достижении порогового значения фотоответа либо температуры (режим «пожара»), в шлейф пожарной сигнализации посредством увеличения тока потребления первой ключевой ячейкой, вторую ключевую ячейку для перевода стабилизатора напряжения в режим с ограничением тока на выходе стабилизатора напряжения при переходе пожарного извещателя в режим «пожара», резистор контроля шлейфа пожарной сигнализации, первый вывод которого соединен со входом стабилизатора напряжения, с первым выводом первого блокировочного конденсатора, с первым выводом токового резистора первой ключевой ячейки, со вторыми выводами элемента односторонней проводимости и высокоомного резистора, соединенных параллельно, содержит в устройстве подключения к шлейфу пожарной сигнализации первую клемму, соединенную с первыми выводами элемента односторонней проводимости и высокоомного резистора, соединенных параллельно, вторую клемму, соединенную с заземлением, индикаторный светодиод режима работы, соединенный анодом со вторым выводом, соответствующего ему токоограничительного резистора, первый вывод которого подключен к соединению между схемой управления и фотоусилителем для включения фотоусилителя, к первому выводу термистора и к первому выводу тактильной кнопки, вывод фотоусилителя, относящийся к измерению температуры имеющий соединение со вторым выводом тактильной кнопки, вторым выводом термистора и первым выводом резистора, составляющего делитель напряжения совместно с термистором, выводы фотоусилителя для подключения первого вывода второго блокировочного конденсатора (VCM) и второго вывода второго блокировочного конденсатора, подключенного к заземлению, фотодиод в качестве фотоэлемента, первый ключевой транзистор в первой ключевой ячейке, база которого соединена с первым выводом первого базового резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом второго базового резистора второй ключевой ячейки и с выводом схемы управления, относящегося к сигналу «пожара», а коллектор первого ключевого транзистора соединен со вторым выводом токового резистора, второй ключевой транзистор во второй ключевой ячейке, база которого соединена с первым выводом второго базового резистора, а коллектор соединен с входом управления ограничения тока стабилизатора напряжения и с первым выводом токозадающего резистора стабилизатора напряжения, содержит первый накопительный конденсатор, второй вывод которого подключен к выходу стабилизатора напряжения также как и вывод питания схемы управления, вывод питания фотоусилителя и токоограничительный резистор ключевой ячейки, содержит ключевой транзистор в ключевой ячейке с диодом инфракрасного излучения, с анодом которого коллектор ключевого транзистора соединен через токоограничивающий резистор, эмиттер ключевого транзистора соединен с первым выводом второго накопительного конденсатора, первым выводом закрывающего резистора и со вторым выводом токоограничивающего резистора всей ключевой ячейки, так как первый вывод этого резистора подключен к шине питания, база ключевого транзистора соединена со вторым выводом закрывающего резистора и вторым выводом открывающего резистора, первый вывод которого подключен к соединению для выбора работы фотоусилителя, а эмиттеры транзисторов первой и второй ключевых ячеек, второй вывод первого блокировочного конденсатора, минусовой вывод стабилизатора напряжения, второй вывод его токозадающего резистора, первый вывод первого накопительного конденсатора, минусовой вывод схемы управления, катод диода инфракрасного излучения, второй вывод второго накопительного конденсатора, катод индикаторного светодиода, второй вывод резистора, составляющего делитель напряжения совместно с термистором, минусовой вывод фотоусилителя, подключены к заземлению.
На фиг.1 изображена электрическая схема комбинированного, компенсированного оптико-электронного пожарного извещателя который содержит первую клемму 1 и вторую клемму 2 для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, элемент 3 односторонней проводимости, высокоомный резистор 4, интегральный линейный стабилизатор 5 напряжения с расширенными функциональными возможностями, схему 6 управления пожарного извещателя, фотоусилитель 7, первый накопительный конденсатор 8 интегрального линейного стабилизатора 5 напряжения, первый блокировочный конденсатор 9 питания, второй блокировочный конденсатор 10 питания, токоограничительный резистор 11 ключевой ячейки, второй накопительный конденсатор 12, диод 13 инфракрасного (ИК-) излучения, закрывающий резистор 14, ключевой транзистор 15, открывающий резистор 16, токоограничительный резистор 17 диода 13 ИК-излучения, второй базовый резистор 18, первый базовый резистор 19, первый ключевой транзистор 20, второй ключевой транзистор 21, токовый резистор 22, токозадающий резистор 23 стабилизатора 5 напряжения, резистор 24 контроля шлейфа пожарной сигнализации, токоограничительный резистор 25 индикаторного светодиода 26, термистор 27, резистор 28 делителя напряжения, фотодиод 29 дымовой камеры, тактильную кнопку 30, резистор 31 компенсации термистора.
Схема 6 управления пожарного извещателя может быть реализована на микроконтроллере или специализированной микросхеме.
Пожарный извещатель на фиг.1 работает следующим образом. На первую клемму 1 и вторую клемму 2 подают напряжение питания, которое должно лежать в диапазоне от +7 до +35 вольт. Напряжение питания через элемент 3 односторонней проводимости, осуществляющем защиту других элементов извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания, поступает в интегральный линейный стабилизатор 5 напряжения с расширенными возможностями. Высокоомный резистор 4 осуществляет разряд первого блокировочного конденсатора 9 для возможности передачи информации через шину питания, скорость которой определяется параметрами высокоомного резистора 4 и первого блокировочного конденсатора 9. Одновременно формируется сигнал сброса на выводе компаратора (RES) интегрального линейного стабилизатора 5 напряжения, который начинает заряжать током, заданным токозадающим резистором 23 интегрального линейного стабилизатора 5 напряжения, первый накопительный конденсатор 8 интегрального линейного стабилизатора 5 напряжения и второй накопительный конденсатор 12 через токоограничительный резистор 11. Спустя время, определяемое током заряда и емкостью первого накопительного конденсатора 8 и второго накопительного конденсатора 12, на выходе (VDD_OUT) интегрального линейного стабилизатора 5 напряжения установится напряжение +5 В. Схема 6 управления извещателя по алгоритму, заложенному в программу микроконтроллера или определяемому логикой работы специализированной микросхемы, начинает производить периодический контроль оптической плотности дыма в дымовой камере пожарного извещателя и контроль температуры окружающей среды путем прочтения результатов измерения из фотоусилителя 7. Данные об оптической плотности дыма поступают с фотодиода 29 дымовой камеры, соединенного с входом катода (РНС) и входом анода (РНА) специализированной микросхемы фотоусилителя 7. Данные о температуре поступают на вход (EXIN) фотоусилителя 7, предназначенного для измерения температуры, из точки соединения термистора 27 с резистором 28, представляющих из себя делитель напряжения. При повышении температуры сопротивление термистора 27 уменьшается и на входе (EXIN) фотоусилителя 7 повышается напряжение. При достижении определенного порогового значения напряжения с фотоусилителя 7 поступает сигнал на схему 6 управления, которая через вывод FIRE подает сигнал пожара (тревоги). Открывается первый ключевой транзистор 20 и через токовый резистор 22 начинает протекать ток. В результате чего ток потребления пожарного извещателя с пожарного шлейфа достигает значений, достаточных для опознавания сигнала тревоги на приемно-контрольной панели. Одновременно открывается второй ключевой транзистор 21, подавая низкий уровень напряжения на вход R_MAX стабилизатора 5 напряжения, и переводит его в режим с максимальным ограничением тока на выходе стабилизатора 5 напряжения, что необходимо для нормального функционирования пожарного извещателя, перешедшего в режим «пожара».
Пожарный извещатель переходит в режим ожидания внешнего сброса, контролируя пожарный шлейф через вывод SERDATA схемы 6 управления по потенциалу на втором выводе резистора 24.
Аналогично работает схема 6 управления при повышенной оптической плотности в дымовой камере. Выводы (HPHLTIN) сигнала выбора режима работы схемы 6 управления пожарного извещателя и специализированной микросхемы фотоусилителя 7 предназначены для выбора канала измерения - низкий уровень - измерение температуры; высокий уровень - измерение фотоответа оптопары с внешнего термочувствительного элемента, так же этот вывод подключен к первому выводу открывающего базового резистора 16, открывающего ключевой транзистор 15, формирующего ток диода 13 ИК-излучения. При появлении на базе ключевого транзистора 15 отрицательного напряжения относительно эмиттера, ключевой транзистор 15 открывается и через диод 13 ИК-излучения протекает ток, формируя ИК излучение в дымовой камере, рассеянная часть на частицах дыма этого излучения принимается фотодиодом 29. При наличии повышенной оптической плотности в дымовой камере схема 6 управления получит информацию от фотоусилителя 7 и сформирует сигнал тревоги, аналогично откроется первый ключевой транзистор 20 и второй ключевой транзистор 21, которые подадут сигнал тревоги на приемно-контрольную панель и переведут стабилизатор 5 напряжения в режим с максимальным ограничением тока на выходе стабилизатора 5 напряжения.
Компенсация запыленности дымовой камеры извещателя обеспечивается схемой 6 управления путем коррекции на увеличение темнового фотоответа за необходимый промежуток времени.
Тактильная кнопка 30 предназначена для проверки работы пожарного извещателя.
Вывод (SERDATA) входа-выхода последовательных данных схемы 6 управления извещателя предназначен для обеспечения режима контроля внешнего сброса извещателя, перешедшего в режим тревоги (пожара), что достигается посредством соединенного с выводом SERDATA резистора 24 контроля шлейфа и для обмена информацией в цифровом последовательном коде с одноименным выводом специализированной микросхемы фотоусилителя 7 для установки или чтения ее внутренних регистров.
Выводы (CLK) сигнала тактирования схемы 6 управления пожарного извещателя и фотоусилителя 7 предназначены для синхронизации передаваемых данных между схемой 6 управления извещателя и фотоусилителем 7.
Выводы (EN) сигнала включения аналоговых блоков специализированной микросхемы фотоусилителя 7 и схемы 6 управления извещателя соединены с токоограничительным резистором 25 видимого индикаторного светодиода 26, который показывает активность извещателя во время проведения измерений.
Для работы в составе разработанной схемы извещателя создана микросхема специализированного фотоусилителя TIN 101
напряжение питания 5 В
ток потребления жд./раб. - <1 мкА/<3 мА
время подготовки к работе <5 мс
полоса пропускания усилителя фотоответа >500 Кгц
время конверсии АЦП ~ 10 мкс
скорость последовательного интерфейса >10 МГц
Особенностью данной схемы извещателя являются применение специализированных микросхем, это сокращает до необходимого минимума количество используемых РЭ и повышает надежность, наличие в фотоусилителе АЦП и последовательного интерфейса позволяет в качестве схемы управления использовать недорогие микроконтроллеры в компактных восьминожечных корпусах без внутреннего АЦП или специализированные микросхемы контроллеров реализующие шлейфовые, автономные или адресные извещатели с минимальной переработкой схемы, что позволяет существенно снизить себестоимость изделия. Внутренняя температурная компенсация в фотоусилителе позволяет использовать извещатели в расширенном диапазоне температур без ухудшения электрических характеристик. Применение входного усилителя фотоответа построенного по схеме инструментального (измерительного) усилителя обеспечивает высокое подавление паразитного синфазного сигнала, что позволяет применять извещатель в непосредственной близости к люминесцентным лампам с электронным балластом. Благодаря усилителю фотоответа с программируемым коэффициентом усиления возможна калибровка извещателей полностью собранных в корпуса что исключает часть технологических операций в производстве и исключает ошибки(брак) при сборке.
Таким образом, в отличие от схем в вышеозначенных патентах, данная схема пожарного извещателя обладает следующими преимуществами:
1. Простота и надежность
- минимально возможное количество РЭ
- минимальное количество используемых выводов
- двойное назначение трех выводов схемы управления
2. Улучшенные электрические и функциональные параметры
- усилитель фотоответа с инструментальным усилителем на входе, с температурной компенсацией и программируемым коэффициентом усиления
- АЦП в конструкции фотоусилителя
- возможность калибровки и настройки в собранном виде