česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 29. únor 2024

Systém detektorů kouře 2.0

DPS 4/2019 | Články
Autor: Christoph Kämmerer, Analog Devices

Standardy určené pro detektory kouře se s novými směrnicemi UL (Underwriters Laboratories) výrazně zvýšily. Senzory tak nyní musí např. rozpoznat nepatrné rozdíly mezi oficiální zkouškou se spáleným hamburgerem a opravdovou hrozbou v podobě kouře, třeba z polyuretanu. Klasická požární čidla využívající monochromatických zdrojů světla to však neumí a proto bylo vyvinuto nové řešení v podobě obvodů ADPD188BI [1].

Typický detektor kouře se skládá ze snímače, mikrokontroléru spolu s jeho algoritmem a také dodatečných prvků jako jsou akustické hlásiče, indikátory s LED či senzory oxidu uhelnatého. Specifické měření pak využije postupu, při kterém zabraňujeme průchodu světla, přesně jak to vidíme na obr. 1. Zastínění, nebo chcete-li útlum způsobený přítomností částic mezi zdrojem (L) a detektorem (D) je změřen a poté na základě nových předpisů UL i vyhodnocen.

Klasická požární čidla bývají navržena jako nespojitá a fungují díky rozptylu. Kupředu nasměrované světlo LED o specifické vlnové délce, obvykle v infračervené oblasti, se pak po rozptýlení v důsledku vnikajících částic odráží na fotodiodu. Jak vyplývá z obr. 2, vzdálenost mezi LED a fotodiodou bývá zpravidla několik centimetrů.

Systém detektorů kouře 2.0

Nespojitý návrh detektoru kouře, stejně jako použitá měřicí metoda, však znamenají určité nevýhody. Předně to budou monochromatické LED, které se podepíší pod větším počtem falešných poplachů. Odlišit od sebe různé částice je totiž složitější. Výsledné řešení je kromě toho velké a pojí se s ním i vysoká proudová spotřeba. Rovněž se neobejdeme bez pracných kalibrací. Technologie pro optické součástky nicméně pokročily až do bodu, ve kterém lze LED a fotodiody společně s optickým front-endem integrovat do jediného malého pouzdra.

Společnost Analog Devices nabízí takové řešení pod označením ADPD188BI. V rámci jedné součástky tak přímo dostanete dvě LED, modrou a infračervenou, fotodiody a také analogový front-end. Nasazení diod s odlišnými vlnovými délkami zde znamená dva různé úhly lomu a tudíž i spolehlivější měření. Spojení s mikrokontrolérem pak obstarává číslicový výstup (I²C nebo SPI). Blokový diagram sledujeme na obr. 3. Díky vestavěným LED, fotodiodám i analogovému front-endu bude kalibrace systému jednodušší, protože podmínky máme pevně dané. Kalibraci, zpravidla jednobodovou, lze přitom spojit s finálním testem. Nákres obvodu ADPD188BI s napevno osazenými LED na levé straně a fotodiodami provázanými s analogovým front-endem zachycuje obr. 4. Jak vidno, kompletní signálový řetězec lze realizovat na jediném čipu o rozměrech 5 × 3,8 mm.

Součástky ADPD188BI pracují tak, že emitují krátký pulz LED v délce několika mikrosekund. Ten pak po rozptylu způsobeném částicemi směřuje zpátky k fotodiodám. Transimpedanční zesilovač převádí výsledný proud na napětí, filtr typu pásmové propusti odstraní stejnosměrnou složku a blok integrátoru si ještě poradí se střídavým rušením pocházejícím z okolních zdrojů osvětlení, od žárovek nebo i ze slunečního záření (až 80 dB). V tuto chvíli již může analogově – digitální převodník zpracovat napětí a převést je na číslicově vyjádřený signál.

Systém detektorů kouře 2.0 1

Výše popsaný princip skýtá řadu výhod. Nasazení dvou LED znamená vysoký dynamický rozsah a stejně tak i vysoký odstup signálu vůči šumu SNR, což nakonec povede k menšímu počtu falešných poplachů. Krátké pulzy LED se dále podepisují pod nízkou výkonovou spotřebou. Duální měření se dvěma diodami rovněž umožní citlivější detekci, tj. odlišení nejen mezi obyčejným kouřem a pálícími se hamburgery, ale též mezi normálním kouřem a párou. Požární čidla lze proto instalovat a používat v kuchyni a třeba i koupelně. A nejen to. S integrací celého systému se také pojí snadnější kalibrace na základě předem stanovených podmínek, stejně jako menší fyzické rozměry. Systém nejen že vyhovuje pokrokovým směrnicím UL, ale podporuje také malý bezkomorový návrh, se kterým jej bude možné v jakékoli místnosti snadno i osadit. Nový měřicí systém splňující veškeré nadcházející požadavky z hlediska bezpečnosti, nákladů, ale i spolehlivosti, nese označení ADPD188BI [1].

odkazy

[1] Obvody ADPD188BI, https://www.analog.com/ADPD188BI