KIT SENSOR DE LLAMAS S320090 Introducción El sensor de llamas conectado a su circuito puede detectar la llama de un mechero a una distancia de 5 metros. Este detector es muy útil a la hora de detectar fuentes de combustión, como velas y llamas. Opera en el rango de los 185-160 nm. Contenido del kit El kit está compuesto del sensor de llamas ultravioleta y el circuito UVTRON. Conexión de la ampolla a la placa del circuito UVTRON La ampolla debe soldarse a la placa del circuito. Esta conexión puede realizarse directamente colocando la ampolla en la parte derecha de la placa o añadiéndole un cable S320090 Kit Sensor de llamas 1
adicional de 5 cm conectado a los cables de la placa para ubicar la ampolla en cualquier otro lugar. Suelde la ampolla a la placa de circuitos teniendo en cuenta que el cable del cátodo (el cable más corto) debe estar soldado en el orificio marcado como k en la placa de circuito, y el ánodo (el cable más largo) en el orificio marcado como A en la placa. Suelde la ampolla con cuidado, ya que es extremadamente frágil y sensible al calor de soldador. Posibilidad de alimentación a 5 voltios regulados La tensión de entrada del circuito oscila entre los 8-30 voltios de corriente continua. Opcionalmente puede utilizarse una alimentación directa de 5 voltios regulados. El consumo de corriente es bastante bajo (3mA) por lo que la alimentación del kit sensor de llamas a no debe resultar un problema. Lo primero que hace el circuito (si no se ha modificado) con la tensión de entrada es regularlo a 5 voltios. Para ello se utiliza un regulador de tensión 7805. Este regulador está marcado con IC1 en la placa. Tiene cuatro orificios, de los que tres están en uso, marcados con O (Output), G (Ground), I (Input) y O (Output), es decir, salida, tierra, entrada y salida respectivamente. El cuarto orificio de la placa, marcado con o no está en uso. Este orificio puede utilizarse como la entrada de 5 voltios regulados con una intensidad de 30 ma o superior. Así se evita el uso del regulador incorporado en la placa. A continuación, se incluyen dos diagramas para la alimentación: Salida El circuito dispone de tres salidas. Están numeradas como 1, 2 y 3 en el conector tal y como se indica en la ilustración anterior. Las tres salidas son las siguientes: 1. Salida compatible con CMOS. Está en un nivel lógico bajo en reposo y asciende durante unos ~10 ms con cada pulso detectado. S320090 Kit Sensor de llamas 2
2. Esta salida es una versión invertida del número 1. Está a nivel lógico alto en reposo y desciende durante unos ~10 ms con cada pulso detectado. 3. Salida de transistor de colector abierto. Esto implica que puede controlar diferentes tensiones (las salida 1 y 2 son sólo para 5 voltios). Así mismo, también es posible manejar una corriente de hasta 50 ma. Esta salida necesita una resistencia de polarizacion positiva (pullup) para garantizar un funcionamiento correcto. La amplitud de pulsos es la misma (~10 ms) para los tres tipos de salida. Este pulso puede ampliarse añadiendo un condensador adicional a la placa en los orificios marcados con CX. Este condensador debe estar montado respetando la polaridad y utilizando los orificios correctos. Por ejemplo, si se utiliza un condensador de 1 µf, el pulso se amplía un segundo mientras que si se utiliza un condensador de 10 µf, el pulso se amplía a 10 segundos. En caso de que sea necesario, el pulso puede ampliarse hasta 100 segundos. Ajuste de ruido de fondo El circuito permite cancelar el ruido de fondo. Hay un bloque de puentes en la parte izquierda de la placa marcados con 3, 5, 7 y 9 pulsos. La configuración por defecto es para 3 pulsos. Esta configuración cuenta el número de pulsos recibidos en 2 segundos. Si el recuento es inferior a este valor configurado, la placa ignorará los pulsos. Si el recuento supera al valor configurado cada 2 segundos, los pulsos quedarán registrados. Para cambiar esta configuración deberá volver a soldar el puente al número deseado en función del nivel de luz ultravioleta de la habitación. Opcionalmente, podría soldar conector de postes de 2x4 y utilizar un puente para modificar esta configuración. Funcionamiento del sistema La ampolla del sensor de llamas es un dispositivo realmente sencillo. Cuando el cátodo está expuesto a los rayos ultravioletas (de una vela, por ejemplo), los fotoelectrones emitidos por la vela por efecto fotoeléctrico y después por el campo eléctrico se envían al ánodo. Cuando el voltaje aplicado asciende y el campo eléctrico se hace más fuerte, la energía cinética de los electrones se hace lo suficientemente grande para ionizar las moléculas de gas que rodean el tubo de colisión. Se envían los electrones generados por la ionización, permitiéndoles ionizar otras moléculas antes de alcanzar el ánodo. Por otro lado, se envían los iones positivos hacia el cátodo, chocando con él y generando electrones secundarios. Este efecto de avalancha genera una gran corriente entre los electrodos provocando una descarga. Una vez que tiene lugar la descarga, el tubo se llena de electrones e iones. El voltaje entre el cátodo y ánodo desciende de manera considerable. Este estado persistirá sin que el voltaje del voltaje del ánodo descienda a un punto de saturación inferior. El circuito de la placa genera la diferencia de tensión necesaria para hacer posible el efecto de avalancha cuando están presentes los rayos ultravioletas. El circuito detecta la corriente de salida del tubo y cuando se produce el efecto de avalancha, se genera una descarga de corriente. Una vez que se ha producido la descarga, el circuito de tensión en el ánodo se reduce para permitir que la ampolla se reinicie. Cada vez que tiene lugar un efecto de avalancha o de descarga, el circuito emite un pulso según las condiciones de uso. Sugerencias para su aplicación S320090 Kit Sensor de llamas 3
El campo de visión del detector tiene la forma de una esfera situada en la parte delantera de la ampolla. Seleccione la mejor posición para que el campo de visión de la ampolla sea lo más óptimo posible. Evite que se ensucie el cristal de la ampolla. El polvo y las huellas digitales podrían reducir la efectividad del sensor. Observe los tipos de fuentes de luz presentes en el entorno de uso. Si hay luces halógenas (de baja tensión), focos y sobre todo luces de vídeo cámaras, el sensor podría arrojar valores erróneos al intentar detectar llamas. Intente que el cable de conexión entre la ampolla y el circuito no sea excesivamente largo. Lo ideal sería soldar la ampolla directamente en el circuito. Es posible utilizar un cable, pero que nunca supere los 5 cm. La luz ultravioleta rebota como cualquier otro tipo de luz. Esto implica que no es necesario que el sensor de llamas esté directamente enfrente de la fuente de luz para poder detectarlo. Ejemplo de interfaz con PIC 16F84 Este ejemplo utiliza un microcontrolador PIC 16F84 para realizar un seguimiento de los pulsos que devuelve el sensor de llamas. Cuando se alcanza la zona límite preseleccionada, el sensor emite un zumbido. Este un buen método para comprobar la sensibilidad del sensor ante una llama. También se pueden resolver posibles problemas del funcionamiento como por el ejemplo los derivados del uso de una luz halógena. Es posible encontrar el código fuente y una lista de las piezas en la página web de Acroname: http://www.acroname.com/robotics/info/examples/examples.html El esquema del circuito que aparece a continuación es bastante sencillo. Se adjunta el código fuente que está escrito en formato MPASM para poder utilizarlo con herramientas de desarrollo de microchips, aunque este código se puede adaptar fácilmente a otros formatos. S320090 Kit Sensor de llamas 4
Código fuente S320090 Kit Sensor de llamas 5
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Especificaciones técnicas Características técnicas del sensor de llamas (a 25ºC) Parámetro Unidad Valor Tensión de inicio de descarga V CC máx. 280 Tensión recomendada V CC 325 ± 25 Corriente media de descarga recomendada µa 100 Movimiento propio (Nota 1) cpm Máx. 10 Sensibilidad (Nota 2) Tipo cpm 5000 Nota 1. Calculado en un entorno de iluminación de aproximadamente 500 lux y en condiciones óptimas para su funcionamiento. Tenga en cuenta que estos valores podrían aumentar/descender si los siguientes están presentes lo siguientes factores: Lámparas de mercurio, luces halógenas o lámparas de esterilización. Luz solar directa sobre el tubo de la ampolla. Chispas eléctricas como por ejemplo chispas de un soldador. Fuentes de radiación. Campos eléctricos elevados (inclusive la electricidad estática) generados alrededor del tubo de la ampolla. Nota 2. Estos son los valores representativos para una longitud de onda de 200nm y una entrada de luz de 10 pw/cm2. En una aplicación real, la sensibilidad hará variar la longitud de onda de la radiación ultravioleta y del circuito empleado. Valores Limites máximos para el Sensor de llamas Parámetro Unidad Valor máximo Tensión de alimentación VCC 400 Pico de corriente (Nota 1) ma 30 Corriente de descarga máxima (Nota 2) ma 1 Temperatura de trabajo ºC De -20 a +60º C Nota 1. Esta es el pico de corriente que puede controlar momentáneamente si su amplitud total en la mitad del pico de corriente es inferior a 10usec. Nota 2. Si se utiliza el tubo de la ampolla con una corriente de descarga cercana o superior a esta, la vida útil se verá reducida considerablemente. Utilice el tubo dentro del rango de valores recomendados. 2002 Superrobotica. Reservado todos los derechos. Traducido por Alicia Bernal Vivero. S320090 Kit Sensor de llamas 7