Alarm z czujką dymu i układem scalonym UM3562

Układ wykonano z wykorzystaniem czujnika zadymienia i czadu oraz niewielkiej liczby tanich elementów dyskretnych. Wśród tych elementów znajduje się transformator sieciowy obniżający napięcie przemienne 230 V (X1), mostek prostowniczy (BR1), 5 V stabilizator napięcia LM7805 (IC1), wzmacniacz operacyjny LM358 (IC2), generator melodii UM3562 (IC3), trzy tranzystory NPN (T1…T3), głośnik o impedancji 8 Ω i mocy 0,5 W (LS1) oraz najważniejszy podzespół – wspomniany wcześniej czujnik zadymienia MQ2.

Kondensator elektrolityczny C1 umieszczony przed stabilizatorem na wejściu niskiego napięcia minimalizuje tętnienia napięcia wyprostowanego na mostku Gretza BR1. Zasilacz zawiera niewiele elementów z uwagi na wykorzystanie scalonego stabilizatora liniowego typu 7805. Niska sprawność takiego zasilacza nie jest tutaj kłopotem z uwagi na niewielką moc pobieraną przez układ alarmu. Wejściowe napięcie uzyskiwane jest na transformatorze, którego uzwojenie wtórne dostarcza napięcie 9 V AC. Alarmowanie ma charakter optyczno-akustyczny. Świecenie diody LED1 oznacza obecność dymu w obrębie czujnika MQ2. 

Dla podłączenia czujnika przygotowano trzy-pozycyjne złącze śrubowe, ponieważ jego umiejscowienie jest krytycznym fragmentem całej konstrukcji alarmu. W projekcie autor wykorzystał moduł 3-pinowy, aczkolwiek dostępne są też czujki z czterema wyprowadzeniami, co wymaga jedynie drobnych zmian w schemacie z rysunku 3. Jako element wytwarzający sygnał akustyczny wykorzystano scalony generator melodii UM3562. 

Sygnał wyjściowy czujnika dymu dostępny jest na pinie 3 modułu MQ2. Sygnał ten porównywany jest z napięciem ustawionym potencjometrem VR1, który w ten sposób ustawia czułość detektora. Wzmacniacz operacyjny LM358 pełni rolę komparatora. Sygnał z czujnika MQ2 doprowadzono do wejścia nieodwracającego WO, co oznacza, że obecność dymu sygnalizowana jest stanem wysokim na wyjściu wzmacniacza IC2A. Napięcie z wyjścia 1 WO zaświeca bezpośrednio diodę LED1 i przez tranzystor T1 podaje napięcie zasilania dla generatora melodii IC3. Napięcie to jest ograniczone do ok. 3 V za sprawą obecności diody Zenera ZD1.

UM3562 jest układem dużej skali integracji wykonanym w technologii CMOS. Mieści się on w obudowie DIP8 i zawiera w sobie oscylator przestrajany napięciem VCO, układ czasowy, generator obwiedni dźwięku, mieszacz, a także trzy-pozycyjny selektor generowanego dźwięku. Tej funkcji przydzielono wyprowadzenie 2 układu scalonego. W aplikacji autor pozostawił pin 2 niepodłączony. Oznacza to, że wejście to znajduje się w stanie wysokiej impedancji, który powoduje wybór dźwięku przypominającego odgłosy karabinu z broni maszynowej. Równocześnie pin 4 IC3 połączono trwale z potencjałem masy co oznacza, iż sygnał dźwiękowy wytwarzany jest zaraz po podaniu zasilania na układ scalony IC3.

Zasilanie to pochodzi z wtórnika emiterowego T1 i ograniczone jest do 3 V za pośrednictwem diody Zenera ZD1.

Od Redakcji EdW: Wydaje się, że taki obwód zasilania generatora melodii nie jest zbyt przemyślany, szczególnie biorąc pod uwagę niskie napięcie zasilania całości układu i wykorzystanie LM358 w roli komparatora. Ten wzmacniacz operacyjny ma na swoim wyjściu bufor złożony z przeciwsobnych tranzystorów NPN i PNP. Od góry pracują dwa tranzystory NPN w połączeniu Darlingtona. To zdecydowanie obniża poziom stanu wysokiego wyjścia względem zasilania. Różnica ta może być bliska 1 V tylko przy bardzo znikomym prądzie czerpanym z wyjścia WO. Ale, tu autor podwiesił diodę LED1 z rezystorem R3, co też jest rozwiązaniem niefortunnym. Mimo, że dioda ta będzie świecić dość blado (R3=1 kΩ), znacząco obciąży wyjście wzmacniacza operacyjnego. Dodatkowo, T1 pracujący jako wtórnik emiterowy obniży zasilanie dla IC3 o kolejne 0,6…0,7 V. Jeśli byśmy chcieli wejść na kolano diody Zenera ZD1 (3,1 V), to praktycznie zerowe napięcie pozostanie nam na spadek na rezystorze R4. „Kolano” w tym kontekście odnosi się oczywiście do charakterystycznego punktu pracy diody Zenera na jej wykresie prądowo-napięciowym. Dioda Zenera, pracująca w kierunku zaporowym, zaczyna przewodzić prąd, gdy napięcie na niej osiąga wartość zwaną napięciem Zenera (w tym przypadku 3,1 V). Punkt, w którym napięcie gwałtownie przestaje rosnąć, a prąd zaczyna szybko wzrastać, nazywany jest właśnie „kolanem”. Tymczasem R4 ma dość dużą wartość jednego kΩ. To oznacza, że należy się spodziewać prądu zasilania IC3 poniżej jednego miliampera. Z danych zawartych w odnalezionej nocie katalogowej wynika, że przy dostępności 300 µA prądu, układ UM3562 powinien działać poprawnie. Gdyby było inaczej należałoby zlecić „drobne” przeprojektowanie układu. Można zamienić wejścia plus i minus wzmacniacza operacyjnego, a jako T1 zastosować tranzystor PNP. To załatwi tą wątpliwą sprawę. Być może wystarczyłaby też jeszcze „drobniejsza” zmiana. Rezystor R3 przepiąć z wyjścia 1 WO na emiter tranzystora T1. Dioda LED1 będzie praktycznie świecić z tą samą jasnością (można ew. zmniejszyć wartość R3), a zabieg ten zdejmie obciążenie wyjścia WO do znikomej wartości na poziomie mikroamperów. I tą zmianę należałoby zdecydowanie zalecić (ew. zmniejszając też wartość rezystora R2).

Drugim miejscem na schemacie który budzi wątpliwości, to wartość rezystora R1. Potencjometr 100 kΩ współpracuje z rezystorem 220 Ω. To jest trochę „bez sensu”. Powinny być dwa rezystory (od góry i od dołu potencjometru) rozsądnie dobrane do zakresu napięcia wyjściowego z modułu MQ2. Tak, aby możliwie (z niewielkim zapasem) wykorzystać zakres regulacji czułości potencjometrem VR1. 

Między wyjściem IC3 a głośnikiem zastosowano wzmacniacz w postaci tranzystorów T2 i T3 połączonych w układ Darlingtona. Sygnał dźwiękowy produkowany przez głośnik LS1 powinien oznaczać obecność dymu w okolicy czujnika alarmu.

Wielkość zadymienia przekładana jest na napięcie wyjściowe z czujnika, i obecność potencjometru VR1 pozwala dostosować się zarówno do charakterystyki sensora jak i do progu zadymienia uznanego za niebezpieczny.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz