Vatromet za vatromet strujnog kruga (Ematch)

Post sveobuhvatno objašnjava jednostavan krug za paljenje električnih šibica koji se može koristiti za provedbu sigurnog paljenja niza Ematcheva putem upravljačkog sustava temeljenog na mikrokontroleru. Ideju je zatražio i objasnio gospodin Jerry Shallis

Pojedinosti se mogu razumjeti čitanjem sljedeće rasprave putem e-pošte između gospodina Jerryja i mene.

Tehničke specifikacije

Upravo sam pregledavao sve korisne stvari na vašoj web lokaciji i započeo bih zahvaljivanjem što ste sve stavili u javnu domenu. To je vrlo korisna referenca za one kojima elektronika nije primarna vještina.

Otkrio sam da ste objavili sklop za Sustav paljenja vatrometa Ematch .

Mislim da je blizu onoga što tražim, ugraditi se u vlastiti sustav, ali dovoljno je različit da ga ne mogu prilagoditi sam.

Izgrađujem radiokonekcijski distribuirani sustav paljbe zasnovan na mikrokontroleru. Radim s profesionalnom izložbenom ekipom i dizajnirao sam sustav da ponudi sve najbolje značajke komercijalnih sustava, ali nadam se bez nepotrebnih značajki ili visokih troškova.

Budući da sam softverski inženjer već 30 godina, nemam problema s kodom, a postoje lijepa ugrađena okruženja poput Arduina ili Raspberry Pi koja čine hardversku stranu sasvim jednostavnom - čak i za softverskog čovjeka!

Kao rezultat toga, izgradio sam modularni sustav paljenja koji može obrađivati ​​informacije o neprekidnosti (naponu) paljenja na 24 pina u svakom modulu i može generirati 5V signal na jednom od 24 izlazna pina. Sada imam mnogo modula, a svi se kontroliraju iz središnje jedinice.

Međutim, imam problem s izlaznim krugom, jer to zahtijeva znanje analogne elektronike koje me izvan mene. Svaki modul trebao bi otkriti kontinuitet na i uključiti 24 paljenja.

Imam 24 ulazne i 24 izlazne iglice po modulu. Svaki pojedinačni znak stoga koristi jedan ulazni i jedan izlazni pin.

Ulazni klin može izmjeriti (kad mu softver to naloži) napon u odnosu na Gnd.

Izlazni pin će se podići i zadržati na 5V tijekom određenog razdoblja prije nego što se smanji na 0V, opet kad mu softver naloži da to učini.

Ako bih gradio samo test kontinuiteta, bez funkcije paljenja, mogao bih spojiti napajanje + 5V na otpornik od 10 ohma, a drugi kraj otpora na jednu žicu paljenja (koja ima otpor od 1,5-2,5 ohma) a zatim s drugog kraja upaljača do Gnda.

Linija od spoja između otpornika i zanemarivača do ulaznog pina omogućila bi mi da izmjerim pad napona i detektiram prisutnost ili odsutnost paljenja.

Mogu biti prisutni i drugi otpornici koji osiguravaju da kroz plamenik ne može proći više od 0,2A, što je njegova maksimalna struja bez požara.

S druge strane, ako bih samo gradio krug za paljenje, uzeo bih izlazni zatik u podnožje tranzistora čiji je kolektor bio spojen na + 18V i čiji je emiter bio povezan s jednom žicom paljenja, s drugom žicom upaljač spojen sa zemljom. Mogu biti potrebne i druge komponente.

Vidio sam ih na sustavima paljbe, ali zapravo ne razumijem njihove uloge u krugu.

Postoje 4 problema koja tek trebam prevladati.

1) Da bi bilo korisno, na modulu za paljenje ne smiju biti pokretni dijelovi. Ne smije doći do 'prebacivanja' između funkcije osjetnika kontinuiteta i funkcije pucanja.

Dvije žice paljenja moraju se spojiti u fiksni priključni blok na modulu, a njegovo unutarnje ožičenje mora omogućiti da se odvijaju kontinuitet i funkcije osjetnika, a da niti jedna ne utječe na drugu.

U najgorem slučaju, ako je vatrogasni krug bio pod naponom i istodobno se ispitivanje kontinuiteta provodilo na istom pinu, na ulaznom pinu ne smije biti više od 5V.

I naravno, struja ispitivanja kontinuiteta nikada ne smije napajati tranzistor koji će aktivirati upaljač.

2) Strujni krugovi za 24 pojedinačna paljenja ne smiju utjecati jedni na druge. Sklopovi bi trebali biti izolirani tako da ono što se događa u jednom krugu neće uzrokovati utjecaj na drugi.

Na primjer, kada se plamič aktivira, a njegov krug za paljenje ili se otvori ili se kratki spoji, to ne smije preusmjeriti struju u jedan od drugih krugova i riskirati napajanje svog tranzistora.

3) Da bih bio praktičan, nadam se da ću izraditi niz ovih modula.

Uz 24 kontinuirana i 24 kruga otpuštanja po modulu, što se više svakog od njih može svesti na IC ili druge komponente ugrađene na PCB, po mogućnosti u paketima s nizovima, to će konačni proizvod biti bolji i naravno jeftiniji.

Sretan sam što mogu naručiti prilagođenu ploču, a možda čak i sklop ako dizajn to može podržati.

4) Četvrti je problem koji bi bilo lijepo prevladati, ali nije bitan. Softver će omogućiti odjednom aktiviranje više izlaznih pinova, a samim tim i paljenja.

S digitalne strane to nije problem, ali predstavlja značajno opterećenje na izvoru napajanja kruga paljbe.

LiPo baterija od 18 V vjerojatno će moći opskrbiti 0,6-0,9A potrebnim za paljenje mnogih paljenja, ali s unutarnjim otporom baterije, otporom duljine bakrene žice i činjenicom da ponekad spojimo više njih eMatch u seriji do jednog kruga paljenja, lako je vidjeti da će postojati ograničenje.

Da bi se ta granica podigla što je više moguće, mogao bi se upotrijebiti kapacitivni iscjedak, s manjom baterijom koja puni jedan ili više kondenzatora, čija se energija tada može dovoditi na tranzistore.

Razumijem da ovo može biti mnogo učinkovitije od jednostavnog izravnog povezivanja energije baterije.

Dakle, privlači li vas ovaj projekt? Jeste li zainteresirani i voljni doprinijeti svojom stručnošću kako biste ovaj projekt iz postojećeg projekta pretvorili u nešto što stvarno djeluje?

Rado ću vam dostaviti sve daljnje informacije koje su vam potrebne.

Srdačan pozdrav,

Jerry

Dizajniranje kruga

Bok Jerry,

Molimo provjerite privitak, hoće li vam ovo postavljanje uspjeti?

Rad bez gumba

Bok Swag,

Hvala što ste odvojili vrijeme da ovo pogledate.

Nažalost, bojim se da nisam bio dovoljno jasan kad sam rekao da u krugu ne mogu biti fizičke sklopke.

Krug mora raditi bez tipke za kontinuitet. Umjesto toga, treba postojati stalna veza od negdje u krugu do osjetnog (ADC ulaznog) pina s naponom (samo uvijek 0-5V) čija se vrijednost može koristiti za utvrđivanje je li opterećenje od 1,5 - 10 oma ili ne predstaviti.

Također sam pomalo zabrinut zbog otpora od 10 ohma. Čini mi se da će čak i bez napona okidača, struja iz napajanja od 18 V proći kroz teret, a zatim 10-omski otpornik na zemlju, isporučujući 1.5A na teret, odmah ga detonirajući.

Slažete li se da bi se to dogodilo? Možete li smisliti bilo kakve modifikacije koje bi se odnosile na bilo koje od ovih zapažanja?

Puno hvala,

Jerry

Ispravka Rsistor od 10 Ohma

Bok Jerry,

10 ohma je doista bila pogreška, provjerite sada i javite mi bi li ovaj krug paljenja vatrometa s električnim podudaranjem (Ematch) služio svrsi

(vidi privitak).

Dioda i kondenzator osiguravaju zadržavanje signala čak i dok tranzistor provodi tijekom razdoblja aktiviranja opterećenja.

10k unaprijed postavljena postavka može se podesiti za postavljanje odgovarajućeg napona za ADC ulaz.

Puno ti hvala Swag.

Nisam upoznat s karakteristikama TIP122 ili 4N35 pa ću dobiti njihove tablice podataka i konstruirati sklop za testiranje.

To može potrajati duže nego što bi bilo idealno jer sam upravo slomio ruku, tako da će lemljenje biti izazov!

Unatoč tome, vrlo sam zahvalan na vašoj pomoći.

Zanima me imate li kakvih razmišljanja o zamjeni napajanja od 18 V kapacitivnim krugom pražnjenja?

Pretpostavljam da će to biti puno jednostavnije i bez sumnje mogu na Internetu pronaći reference na standardne sheme punjenja / pražnjenja, ali ako imate bilo što što ste prije radili, bio bih nestrpljiv da vidim?

Sve najbolje,

Jerry

Bok Jerry,

Mislim da sada počinjem potpuno razumijevati konfiguraciju.

Možete li navesti razinu napona potrebnu za pucanje tereta?

To bi mi pomoglo da dizajniram finalizirani krug zajedno s kapacitivnim stupnjem pražnjenja.

Lijepi Pozdrav.
Plijen

E-utakmice su uređaji slabe struje

Bok Swag.

EMatches naznačeni su da se pale na minimalnu struju, a ne na napon. Različiti proizvođači daju minimalnu struju paljenja između 0,35A i 0,5A, iako većina preporučuje da se puca bliže 0,6A-0,75A kako bi se pucalo s dobrom pouzdanošću.

Proizvođači također daju različite unutarnje otpore za svoje paljenje, od 1,6 ohma do 2,3 ohma. Ako spojite jedan 2.3 ohm eMatch na bateriju zanemarivog unutarnjeg otpora i potražite 0,75A, trebat će mu samo 1,725V da ga aktivira.

Međutim, ako bi se jedan krug za paljenje (koji nazivamo 'znakom') koristio za puštanje 6 paljenja, spojenih u seriju, to bi zahtijevalo 10,35V. U stvarnom su svijetu prisutni dodatni otpori, kako od izvora energije, tako i od bakrenog ožičenja između plamenika. Slijedom toga, 12-24V se obično uzima kao polazište.

Zatim se uzima u obzir da na svakom modulu postoje 24 znaka koji svi dijele isti izvor energije.
Softver će omogućiti puštanje svih 24 znakova odjednom.

Znakovi su sami po sebi učinkovito paralelni i svaki znak može izvući najmanje 0,75A. Dakle, izvor energije mora biti u stanju napajati 18A da bi se to dogodilo.

Kad trebamo spojiti više paljenja na jedan znak, to uvijek radimo u nizu - nikada paralelno. Težimo ka 100% pouzdanosti i serijska veza uvijek neće uspjeti na svom testu kontinuiteta ako je jedan paljenje loš. Paralelno s tim, može se propustiti više neispravnih paljenja.

Iako su sve ove struje i naponi neobični za male krugove, postoje neke kompenzacije.

Prvo, cilj je postići da plamenici pregore, tako da višak napona ili struje nikada nije problem, sve dok komponente mogu podnijeti snagu.

Drugo, upaljači obično izgaraju za 20-50 ms, tako da će izvlačenje ikada biti prilično kratko, a komponente vjerojatno neće morati odvoditi puno topline.

Primarno razmatranje mora biti može li tranzistor s prebacivanjem snage moći toliko snage preusmjeriti.

Softver koji aktivira (podiže paljbu na 5V), svaki će znak držati na + 5V samo 500 ms prije nego što ga spusti na 0V, tako da nikada neće biti snage kroz izlazni krug dulje od 500 ms, čak i ako se paljenje aktivira, ali zatim kratke spojeve nakon toga se sam izbaci (uvijek rizik).

Jedna napomena na osjetnoj strani kruga. Vidim da će vaš dizajn pružiti 0V ADC-u ako paljenja nema ili se već otvorio.

Međutim, ako je oštećen ili je loše ožičen i kratko spojen, mislim da to neće biti moguće otkriti, zar ne? To nije osnovni problem, premda sam se nadao da ću upotrijebiti ADC za otkrivanje prekinutog kruga, kratkog spoja ili osjetnog otpora u rasponu od 1 do 15 oma.

Konačno, mislim da će kondenzator (i) trebati napuniti i isprazniti pod softverskom kontrolom.

Mogli biste pretpostaviti da na modulu postoji još jedan zatik koji će se povući na + 5V kad bi se kondenzator trebao napuniti i pasti na 0V kad bi se kondenzator trebao isprazniti. Bit će potreban siguran razvodnik za pražnjenje kondenzatora.

Sumnjam da bi ovaj raspored mogao zahtijevati promjenu osjetnog kruga, jer bi osjetna funkcija trebala raditi bez obzira je li kondenzator napunjen ili ne.

Također je važno osigurati da struja kroz plamenik bude svedena na apsolutni minimum u svrhu osjetljivosti. Čitao sam tek danas da će se s konstantnom strujom manjom od minimalne vatre (recimo 0,25A što je manje od 0,35A min vatre), paljenje i dalje zagrijavati i može se aktivirati nakon nekoliko sekundi.

Slijedom toga, smatra se da bi konstantne ispitne struje trebale biti manje od 10% od minimalne struje požara (koja bi bila 35mA), a moguće i do 1% (3,5mA).

Nadam se da ovo ne mijenja stvari previše radikalno.

Veliko hvala na vašem daljnjem zanimanju.

Sve najbolje,

Jerry

Korištenje niskog istosmjernog napona

Bok Jerry,

U redu, to znači da je napon pucanja niskonaponski istosmjerni, zbunio sam ga kao visoki napon kad ste spomenuli pojam 'kapacitivno pražnjenje' .... pa mislim da bih ovo trebao prepustiti vama da odlučite o odgovarajućoj slici, budući da TIP122 može nositi i preko 3 ampera na 100 V, tako da ima dovoljno raspona za igru.

Na stranu senzora stavit ću komparator za opamp koji će vam omogućiti odabir dometa detekcije prema bilo kojoj željenoj specifikaciji.

Pokušat ću ga uskoro dizajnirati i obavijestiti vas kad bude završen

Bok Swag,

Još jednom hvala na vašem vremenu na ovome. Imate toliko više stručnosti u analognoj elektronici od mene i za nekoliko dana postigli ste ono što sam proveo mnogo mjeseci zbunjujući.

Potpuno razumijem vaše stajalište o otkrivanju dometa tereta - ovo je bila samo težnja i sustav neće propustiti da funkcionira bez njega.

Uzeo sam ono što ste pružili i proveo kroz simulator kruga EasyEDA, gdje radi točno onako kako sam se nadao - barem s jednim krugom. To ukazuje na to da će s potenciometrom od 10% ADC vidjeti 0,36V kad je prisutan upaljač, a 0V kad je otvoren, što će mi trebati da bi to moglo raditi. Kada je paljenje pod naponom, to ide do 1,4 V što je potpuno sigurno.

Struja osjetnika nije niti mjerljiva, dok struja paljenja izgleda kao 3.2A koja će ispaliti bilo što. Sljedeći mi je zadatak simulirati više neovisnih krugova, do 24 koja ću imati u modulu, i potražiti bilo kakve dokaze o križanju.

Priložio sam shemu kruga i simulirane struje i napone.

Morao bih raditi s onim što je podržano, zbog čega se u simulaciji koristi drugi darlingtonski tranzistor, ali vjerujem - osim ako mi drugačije ne savjetujete - da ilustrira očekivano ponašanje. Inače, V1 je kvadratni val od 5 V s frekvencijom 1 Hz, jer to omogućuje simulaciju visokonaponske pinove od 5 V.

Možete li predložiti koliki dio sklopa može biti podijeljen između 24 znaka u modulu?

Primarni napon napajanja bit će, kao i svaki niži napon potreban za napajanje LM7805, i naravno zajedničko tlo.

Može li se jedan LM7805 koristiti za pružanje ulaza za sve 4N35s? Pretpostavljam da će ostalo morati biti jedinstveno za svaki znak, što mi daje popis za kupnju, ali bio bih zahvalan na vašim razmišljanjima o konstrukciji modula od 24 znaka.

Konačno, još uvijek se pitam koje su mogućnosti za dodavanje kapacitivnog izvora energije pražnjenja umjesto 18V izvora?

Moje je razumijevanje da će ih koristiti komercijalni sustavi paljbe jer njihov mali unutarnji otpor omogućuje propuštanje velikih struja kroz paljenje s malim otporom. Je li točno da C.D. izvor će imati manji unutarnji otpor od baterije?

Neki sustavi paljbe mogu imati prilično visok napon požara, ali to je vjerojatno samo posljedica načina na koji djeluje kapacitivno pražnjenje. 18V je onoliko koliko je potrebno, iako više sigurno neće naštetiti.

Je li C.D. izvor izravna stvar za dodati? Bi li bilo moguće dodati nešto što bi potrošilo 6 x 1,2V punjive AA baterije?

Ako je to bilo moguće, tada bi taj isti izvor od 7,2 V također napajao LM7805 za krug paljenja i ploču arduino. Mislim da bi to bilo prilično savršeno rješenje.

Sve najbolje želje,
Jerry

Predstavljanje modificiranog dizajna

Bok Jerry,

Izmijenio sam dizajn prema specifikacijama.

BC547 osigurava da ADC i dalje prima visoku logiku dok je tranzistor UKLJUČEN, i tako omogućuje pucanje tereta u potpunosti.

Otkrivanje opsega tereta moglo bi zahtijevati da se uključe mnogo složeni sklopovi, pa sam odlučio da bez dizajna to učinim.

Javite mi ako još sumnjate.

Bok Swag,

Još jednom hvala na vašem vremenu na ovome. Imate toliko više stručnosti u analognoj elektronici od mene i za nekoliko dana postigli ste ono što sam proveo mnogo mjeseci zbunjujući.

Potpuno razumijem vaše stajalište o otkrivanju dometa tereta - ovo je bila samo težnja i sustav neće propustiti da funkcionira bez njega.

Uzeo sam ono što ste pružili i proveo kroz simulator kruga EasyEDA, gdje radi točno onako kako sam se nadao - barem s jednim krugom.

To ukazuje na to da će s potenciometrom od 10% ADC vidjeti 0,36V kad je prisutan upaljač, a 0V kad je otvoren, što će mi trebati da bi to moglo raditi.

Kada je paljenje pod naponom, to ide do 1,4 V što je potpuno sigurno.

Struja osjetnika nije niti mjerljiva, dok struja paljenja izgleda kao 3.2A koja će ispaliti bilo što. Sljedeći mi je zadatak simulirati više neovisnih krugova, do 24 koja ću imati u modulu, i potražiti bilo kakve dokaze o križanju.

Priložio sam shemu kruga i simulirane struje i napone.

Morao bih raditi s onim što je podržano, zbog čega se u simulaciji koristi drugi darlingtonski tranzistor, ali vjerujem - osim ako mi drugačije ne savjetujete - da ilustrira očekivano ponašanje. Inače, V1 je kvadratni val od 5 V s frekvencijom 1 Hz, jer to omogućuje simulaciju visokonaponske pinove od 5 V.

Možete li predložiti koliki dio sklopa može biti podijeljen između 24 znaka u modulu?

Primarni napon napajanja bit će, kao i svaki niži napon potreban za napajanje LM7805, i naravno zajedničko tlo. Može li se jedan LM7805 koristiti za pružanje ulaza za sve 4N35s?

Pretpostavljam da će ostalo morati biti jedinstveno za svaki znak, što mi daje popis za kupnju, ali bio bih zahvalan na vašim razmišljanjima o konstrukciji modula od 24 znaka.

Konačno, još uvijek se pitam koje su mogućnosti za dodavanje kapacitivnog izvora energije pražnjenja umjesto 18V izvora?

Moje je razumijevanje da će ih koristiti komercijalni sustavi paljbe jer njihov mali unutarnji otpor omogućuje propuštanje velikih struja kroz paljenje s malim otporom.

Je li točno da C.D. izvor će imati manji unutarnji otpor od baterije? Neki sustavi paljbe mogu imati prilično visok napon požara, ali to je vjerojatno samo posljedica načina na koji djeluje kapacitivno pražnjenje.

18V je onoliko koliko je potrebno, iako više sigurno neće naštetiti. Je li C.D. izvor izravna stvar za dodati? Bi li bilo moguće dodati nešto što bi potrošilo 6 x 1,2V punjive AA baterije?

Ako je to bilo moguće, tada bi taj isti izvor od 7,2 V također napajao LM7805 za krug paljenja i ploču arduino. Mislim da bi to bilo prilično savršeno rješenje.

Sve najbolje želje,

Jerry

Bok Jerry,

Evo odgovora,

Tranzistor se može zamijeniti bilo kojim NPN tranzistorom odgovarajuće ocjene po vašoj želji, ovdje ništa nije kritično osim V i I specifikacije.

Jedan 7805 bio bi dovoljan za sve stupnjeve osjetljivosti, ADC je ulaz visoke impedancije, trenutna potrošnja bila bi zanemariva i mogla bi se zanemariti.

Međutim, kao što ste ispravno spomenuli stupanj paljenja snage trebat će biti jedinstven za svaki od 24 znaka (ukupno 24 broja tranzistora snage s 24 okidačka ulaza). Za napajanje cijelog sustava može se isprobati napajanje od 7,2 V pomoću AAA ćelija kako bi se da biste pojačali napon na 18V, možete pokušati koristiti prvi koncept sklopa prikazan u sljedećem članku: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Možete zamijeniti 1,5 V sa svojim 7,2 V izvorom, a LED zamijeniti mostovnim ispravljačem i pripadajućim kondenzatorom 2200uF / 25V. pobrinite se da na ovaj kondenzator spojite opterećenje od 4k7.

Tranzistor se može zamijeniti BD139. Možda ćete morati malo podesiti zavoje zavojnice s obje strane da biste odredili najprikladniji ishod. Javite mi ako imate još upita?

Lijepi Pozdrav.

Plijen

Bok Swag,

Čekao sam da komponente stignu. Izgradio sam strujni krug i drago mi je što mogu potvrditi da radi. Još jednom, hvala na vašoj neprocjenjivoj pomoći - najzahvalnija sam.

Kad sam izgradio strujni krug, prvo sam ga testirao s izravnim 5V signalom na ulazu i paljenje je odmah pucalo, što je bilo sjajno.

Međutim, kad sam bio povezan s mojim Arduinom, otkrio sam da je stavljanje digitalnih pinova u izlazni način također istog trenutka aktiviralo paljenje, što i nije bilo tako sjajno.

Iako sam mislio da su igle za digitalni izlaz iznutra povučene nisko, čini se da to nije slučaj, ali sada postavljam njihovo stanje na isključeno prije postavljanja načina pina na izlaz, i to je prilično lijepo riješilo.

Također sam se iznenadio kad sam otkrio da kad potenciometar smanjuje otpor između paljenja i pina 1 na opto-spojnici, struja kroz 1k otpornik, upaljač i potenciometar i dalje može biti dovoljno mala da omogući puštanje struje na zemlju na pin 2.

Po mom mišljenju, čak i s loncem koji daje 0 ohma, ta struja trebala bi biti manja od 18/1002 ili 0,017A. To ne bi trebalo biti dovoljno za paljenje paljenja, prema njegovom tehničkom listu.

Međutim, s dodavanjem lonca od oko 5k ohma, paljenje ostaje hladno. Nema sumnje da ste zato koristili potenciometar, a ne samo par fiksnih otpornika.

Stoga ću sljedeći put eksperimentirati s raznim paljelicama drugih dobavljača i otkriti postavku potenciometra koja će omogućiti svima da pucaju samo kad trebaju. Tada ovdje mogu izgraditi jedinicu pune veličine s fiksnim otpornicima.

Dakle, ukratko, sve funkcionira baš kao što sam se i nadao i izuzetno sam zahvalan što ste mi poštedjeli vrijeme da pružim svoj doprinos. Slobodno objavite strujni krug i naš dijalog, zajedno s mojom zahvalnošću i priznanjem vašeg umijeća.

S najljepšim pozdravom,

Jerry

p.s. da odgovorim na vaše konačno pitanje, da, svih 24 ADC ulaza jedinstveno je i neovisno, baš kao i 24 digitalna izlaza. Koristim Mux Shield 2 za pojačavanje osnovnog kapaciteta ATmega328P.