Дымовой пожарный извещатель
Изобретение относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеивания инфракрасного излучения. Суть изобретения состоит в том, что дымовой пожарный извещатель, который содержит микроконтроллер (1), два транзисторных ключа (2,11), элемент односторонней проводимости (3), две входные клеммы (4,6) для подключения шлейфа пожарной сигнализации, светодиодный индикатор (5), ограничитель тока и напряжения (7), резистор (8) и два конденсатора (9, 10), излучатель (12), оптическую камеру (13) со светопоглощающими стенками, фотоприемник (14), дополнительно содержит последовательную RC-цепь (16, 17), которая соединяет цепи эмиттеров первого (2) и второго (11) транзисторных ключей. В предложенном устройстве за счет применения последовательной RC-цепи с ее связями с другими элементами обеспечивается формирование в дежурном режиме работы светодиодным индикатором (5) коротких световых вспышек с продолжительными промежутками между этими вспышками, что позволяет повысить достоверность контроля работоспособности извещателя без увеличения тока потребления устройства в целом. 1 ил.
Изобретение относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния инфракрасного излучения.
Известны пожарные извещатели, оптические датчики дыма и устройства регистрации дыма, работающие по принципу периодического излучения импульсов инфракрасного излучения и последующего их приема, усиления и обработки полученного сигнала различными способами, формируя сигнал о наличии или отсутствии дыма (см журнал «Системы безопасности связи и телекоммуникации», 2000, 33, с.65).
Известен фотоэлектрический детектор дыма [Photoelectric smoke detector and disaster monitoring system using the photoelectric. EP 0755037 A1, G08B 17/103, 22.01.1997], содержащий микроконтроллер, первый выход которого подключен к входу формирователя сигнала регистрации дыма, транзисторный ключ, к выходу которого подключен излучатель, связанный через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, выводы которого подключены к входам усилителя, вход микроконтроллера соединен с выходом усилителя, а выходы формирователя сигнала регистрации дыма через клеммы подключены к шлейфу пожарной сигнализации.
Недостатком этого детектора является значительное потребление электрического тока от шлейфа пожарной сигнализации, который должен содержать отдельную шину электропитания, от которой осуществляется питание микроконтроллера и транзисторного ключа, управляющего излучателем. Кроме того, у такого фотоэлектрического детектора дыма отсутствует индикация возможных состояний: режима "ПОЖАР" и дежурного режима работы.
Известен также дымовой пожарный извещатель [Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП212-67 (ДИП-И) ТУ 4371-002-59069151-2002, www.luis.ru], содержащий микроконтроллер, первый выход которого соединен с входом первого транзисторного ключа, первый выход которого через элемент односторонней проводимости соединен с первой входной клеммой, ко второй входной клемме подключены первый вывод конденсатора, катод светодиодного индикатора, первые выводы электропитания микроконтроллера и ограничителя тока и напряжения, первый вывод первого резистора соединен с эмиттерной цепью второго транзисторного ключа, коллекторная цепь которого соединена с первым выводом излучателя, связанного через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, выход которого подключен к входу микроконтроллера, второй вывод питания которого соединен с выходом ограничителя тока и напряжения, а второй вывод конденсатора соединен с выходом ограничителя тока и напряжения. Второй вывод излучателя подключен ко второй входной клемме. Второй вывод первого резистора соединен со вторым выводом питания микроконтроллера, второй и третий выходы которого через резисторы соединены с входом второго транзисторного ключа. Четвертый выход микроконтроллера подключен через резистор к аноду светодиодного индикатора. Второй выход первого транзисторного ключа подключен ко второму выводу ограничителя тока и напряжения.
Недостатком известного извещателя, электропитание которого осуществляется от двухпроводного шлейфа, является высокое импульсное потребление тока. Импульсная индикация дежурного режима работы осуществляется за счет импульсного потребления тока непосредственно от шлейфа пожарной сигнализации, что существенно сокращает количество извещателей, подключаемых одновременно к шлейфу пожарной сигнализации. При такой организации импульсного питания с увеличением количества извещателей в одном шлейфе пожарной сигнализации существенно вырастает вероятность ложных сработок прибора приемно-контрольного по такому шлейфу.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа дымовой пожарный извещатель 2151Е фирмы System Sensor («Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный 2151Е» ТУ 4371-001-52635653-00 www.systemsensor.ru), содержащий микроконтроллер, первый выход которого является выходом режима «пожар» и соединен с входом транзисторного ключа, цепь коллектора которого через элемент односторонней проводимости соединена с первой входной клеммой для подключения шлейфа пожарной сигнализации, а цепь эмиттера первого транзисторного ключа через светодиодный индикатор соединена со второй входной клеммой, к которой подключены первые выводы электропитания микроконтроллера, ограничителя тока и напряжения, а также первые выводы первого резистора, первого и второго конденсаторов и второй вывод первого резистора соединен с эмиттерной цепью второго транзисторного ключа, вход которого подключен ко второму выходу микроконтроллера, являющемуся выходом «дежурного режима работы», второй вывод электропитания микроконтроллера подключен ко второму выводу первого конденсатора и к первому выходу ограничителя тока и напряжения, второй вывод электопитания которого соединен с коллекторной цепью первого транзисторного ключа, а второй выход ограничителя тока и напряжения соединен со вторым выводом второго конденсатора и первым выводом излучателя, второй вывод которого соединен с коллекторной цепью второго транзисторного ключа, излучатель оптически связан через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, выход которого подключен к входу микроконтроллера.
Недостатком прототипа является низкая достоверность контроля из-за невозможности визуальной индикации работоспособности извещателя в дежурном режиме работы. Отсутствие визуальной индикации работоспособности устройства приводит к необходимости чрезмерно частого контроля работоспособности системы пожарной сигнализации другими более трудоемкими методами.
В основу изобретения поставлена задача: обеспечить визуальную индикацию работоспособности извещателя в дежурном режиме работы без увеличения потребляемого тока путем создания условий для импульсного режима работы светодиодного индикатора, что позволяет повысить достоверность контроля работоспособности устройства.
Поставленная задача решается тем, что дымовой пожарный извещатель, первый выход которого является выходом режима «пожар» и соединен с входом первого транзисторного ключа, цепь коллектора которого через элемент односторонней проводимости соединена с первой входной клеммой для подключения шлейфа пожарной сигнализации, а цепь эмиттера первого транзисторного ключа через светодиодный индикатор соединена со второй входной клеммой, к которой подключены первые выводы электропитания микроконтроллера, ограничителя тока и напряжения, а также первые выводы первого резистора, первого и второго конденсаторов, второй вывод первого резистора соединен с эмиттерной цепью второго транзисторного ключа, вход которого подключен к второму выходу микроконтроллера, являющемуся выходом «дежурного режима работы», второй вывод электропитания микроконтроллера подключен ко второму выводу первого конденсатора и к первому выходу ограничителя тока и напряжения, второй вывод электропитания которого соединен с коллекторной цепью первого транзисторного ключа, а второй выход ограничителя тока и напряжения соединен со вторым выводом второго конденсатора и первым выводом излучателя, второй вывод которого соединен с коллекторной цепью второго транзисторного ключа, излучатель оптически связан через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, выход которого подключен к входу микроконтроллера, согласно изобретению, дополнительно содержит последовательную RC-цепь, которая соединяет эмиттерные цепи первого и второго транзисторных ключей.
В предлагаемом устройстве за счет применения последовательно соединенной RC-цепи с ее связями с остальными элементами обеспечивается формирование в дежурном режиме работы светодиодным индикатором коротких световых вспышек с длительными промежутками между этими вспышками. По данному оптическому сигналу можно судить о работоспособности данного дымового пожарного извещателя и о наличии напряжения питания на шлейфе пожарной сигнализации, к которому подключен данный дымовой пожарный извещатель. При этом потребляемый ток извещателем не увеличивается, так как в предложенном решении обеспечено разделение тока в цепи разряда первого конденсатора, не изменяя величину импульса тока, протекающего через излучатель. Таким образом, использование предлагаемой конструкции позволяет повысить достоверность контроля работоспособности извещателя без увеличения тока потребления.
На чертеже представлена блок-схема дымового пожарного извещателя.
Дымовой пожарный извещатель содержит микроконтроллер 1, первый выход которого соединен с входом первого транзисторного ключа 2, цепь коллектора которого через элемент 3 односторонней проводимости соединена с первой входной клеммой 4 для подключения шлейфа пожарной сигнализации. Цепь эмиттера первого транзисторного ключа 2 через светодиодный индикатор 5 соединена со второй входной клеммой 6. К этой второй клемме 6 подключены первые выводы электропитания микроконтроллера 1, ограничителя тока и напряжения 7, а также первые выводы первого резистора 8, первого и второго конденсаторов 9 и 10. Второй вывод первого резистора 8 соединен с эмиттерной цепью второго транзисторного ключа 11, вход которого подключен ко второму выходу микроконтроллера 1. Второй вывод питания микроконтроллера 1 подключен ко второму выводу первого конденсатора 9 и к первому выходу ограничителя 7 тока и напряжения, второй выход которого соединен со вторым выводом второго конденсатора 10 и первым выводом излучателя 12. Второй вывод излучателя 12 соединен с коллекторной цепью второго транзисторного ключа 11. Излучатель 12 оптически связан через оптическую камеру 13 со светопоглощающими стенками с фотоприемником 14. Выход фотоприемника 14 подключен к входу микроконтроллера 1. Последовательно соединенная RC-цепь 15 содержит второй резистор 16 и третий конденсатор 17, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы второго резистора 16 и третьего конденсатора 17 соединены с эмиттерными цепями соответственно первого и второго транзисторных ключей 2 и 11.
Дымовой пожарный извещатель работает таким образом. При подаче напряжения питания на входные клеммы 4 и 6 через элемент 3 односторонней проводимости и ограничитель тока и напряжения 7 осуществляется заряд первого и второго конденсаторов 9 и 10. Элемент 3 односторонней проводимости осуществляет защиту других элементов дымового пожарного извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания шлейфа пожарной сигнализации. Пока напряжение на выводах питания недостаточное для нормальной работы микроконтроллера 1, на его выходах удерживаются низкие потенциальные уровни напряжения и два транзисторных ключа 2 и 11 будут выключены. После выхода на минимальное значение рабочего напряжения микроконтроллер 1 осуществляет программную задержку начала работы при минимальном потреблении тока. Эта задержка обеспечивает гарантированный выход напряжения на первом конденсаторе 9 на значение, которое не превосходит максимальное значение рабочего напряжения микроконтроллера 1. Накопленный на втором конденсаторе 10 заряд будет обеспечивать последующую стабильную работу излучателя 12. После этой задержки короткие, длительностью несколько десятков микросекунд, импульсы стабильной амплитуды будут поступать на вход второго транзисторного ключа 11. Второй транзисторный ключ 11 обеспечивает не только формирование импульсов тока стабильной амплитуды через излучатель 12, но и импульсы тока через светодиодный индикатор 5 благодаря наличию RC-цепи 15. Тем самым обеспечивается индикация дежурного режима работы. Со строгой периодичностью около 1 с кратковременно будет вспыхивать светодиодный индикатор 5, что свидетельствует о выходе извещателя на дежурный режим работы, то есть о том, что на извещатель подано питающее напряжение, и микроконтроллер 1 работает.
Второй транзисторный ключ 11 обеспечивает разряд второго конденсатора 10 стабильной величиной тока через излучатель 12. Величина, на которую будет разряжаться второй конденсатор 10, будет зависеть от продолжительности и периода импульсов, которые появляются на втором выходе микроконтроллера 1, а также отношения тока заряда второго конденсатора 10 через ограничитель тока и напряжения 7 к току разряда этого конденсатора 10 через второй транзисторный ключ 11. Таким образом, установившееся падение напряжения на втором конденсаторе 10 будет обеспечивать необходимые падения напряжений на первом резисторе 8, втором транзисторном ключе 11 и на излучателе 12. За счет использования двух накопительных конденсаторов 9 и 10, а также раздельных цепей их заряда от ограничителя тока и напряжения 7 обеспечивается устойчивая работа извещателя. Кратковременные провалы напряжения на выводах второго конденсатора 10 в моменты его разряда вторым транзисторным ключом 11 не изменят разности потенциалов на выводах первого конденсатора 9, то есть между выводами питания микроконтроллера 1.
Рассеянное оптической камерой 13 со светопоглощающими стенками инфракрасное излучение излучателя 12 поступает на фотоприемник 14. После усиления импульсы фото-ЭДС обрабатываются микроконтроллером 1. Сигнал, поступающий на вход микроконтроллера 1, будут существенно зависеть от оптической плотности воздуха в оптической камере 13. Так, при абсолютной прозрачности воздуха на выходе фотоприемника 14 будут присутствовать фоновый сигнал: импульсы малой амплитуды, так как будет иметь место некоторое отражение от стенок оптической камеры 13. По мере увеличения оптической плотности воздуха в оптической камере 13 будет увеличиваться амплитуда импульсов на выходе фотоприемника 14. Пока амплитуда этих импульсов не достигнет установленного порогового значения, состояние на выходах микроконтроллера 1 не будет изменяться. На входе первого транзисторного ключа 2 будет оставаться низкий потенциальный уровень, а значит, этот ключ 2 будет закрыт. Извещатель будет оставаться в дежурном режиме работы, потребляя от шлейфа пожарной сигнализации ток, величина которого ограничена ограничителем тока и напряжения 7.
Если амплитуда импульсов фото-ЭДС превысит пороговое значение и если такой уровень сигнала появится на входе микроконтроллера 1 подряд несколько раз, например 4, то произойдет изменение состояний на его выходах. На первом выходе появится высокий потенциальный уровень, по которому откроется первый транзисторный ключ 2, через светодиодный индикатор 5 будет протекать ток, который обеспечит формирование в шлейфе пожарной сигнализации состояния «ПОЖАР». На втором выходе микроконтроллера 1 установится низкий потенциальный уровень. Второй транзисторный ключ 11 будет закрыт. Второй конденсатор 10 не будет разряжаться через излучатель 12. Благодаря току, протекающему через первый транзисторный ключ 2, резко уменьшается разность потенциалов между клеммами 4 и 6. Если это падение напряжения будет превышать минимальное значение рабочего напряжения микроконтроллера 1, то извещатель будет находиться в состоянии «ПОЖАР» бесконечно долго. Через светодиодный индикатор 5 будет протекать практически весь ток, потребляемый извещателем в режиме «ПОЖАР», так как RC-цепь 15 не будет оказывать шунтирующего воздействия при постоянном падении напряжения на светодиодном индикаторе 5. Вывести извещатель из этого состояния возможно только отключением напряжения питания шлейфа пожарной сигнализации (напряжение между входными клеммами 4 и 6) на время, достаточное для разряда первого конденсатора 9 до величины, при которой на входах питания микроконтроллера 1 установится напряжение ниже минимального рабочего.
За счет введения дополнительной RC-цепи обеспечивается индикация дежурного режима работы извещателя без увеличения тока потребления в этом режиме. Таким образом, использование предлагаемой конструкции позволяет повысить достоверность контроля работоспособности извещателя без увеличения тока потребления.
Вновь введенный элемент - RC-цепь 15 - широко известен. Остальные элементы соответствуют прототипу. Микроконтроллер 1 с малым потреблением тока может быть таким же, как и в прототипе, или МС145010 фирмы «Motorola», или выполнен на микросхемах фирмы MICROCHIP типа PIC10F202, или аналогичных.
Дымовой пожарный извещатель, который содержит микроконтроллер, первый выход которого является выходом режима «пожар» и соединен с входом первого транзисторного ключа, цепь коллектора которого через элемент односторонней проводимости соединена с первой входной клеммой для подключения шлейфа пожарной сигнализации, а цепь эмиттера первого транзисторного ключа через светодиодный индикатор соединена со второй входной клеммой, к которой подключены первые выводы электропитания микроконтроллера, ограничителя тока и напряжения, а также первые выводы первого резистора, первого и второго конденсаторов, второй вывод первого резистора соединен с эмиттерной цепью второго транзисторного ключа, вход которого подключен ко второму выходу микроконтроллера, являющемуся выходом «дежурного режима работы», второй вывод электропитания микроконтроллера подключен ко второму выводу первого конденсатора и к первому выходу ограничителя тока и напряжения, второй вывод электропитания которого соединен с коллекторной цепью первого транзисторного ключа, а второй выход ограничителя тока и напряжения соединен со вторым выводом второго конденсатора и первым выводом излучателя, второй вывод которого соединен с коллекторной цепью второго транзисторного ключа, излучатель оптически связан через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, выход которого подключен к входу микроконтроллера, отличающийся тем, что дополнительно содержит последовательную RC-цепь, которая соединяет цепи эмиттеров первого и второго транзисторных ключей.
