Elektrický zapalovač (Ematch), zapalovač ohňostrojů

Příspěvek komplexně vysvětluje jednoduchý elektrický zapalovací obvod, který lze použít k implementaci spolehlivého zapalování řady Ematches prostřednictvím řídicího systému založeného na mikrokontroléru. Myšlenku si vyžádal a vysvětlil pan Jerry Shallis

Podrobnosti lze pochopit čtením následující e-mailové diskuse mezi panem Jerrym a mnou.

Technické specifikace

Právě jsem se díval na všechny užitečné věci na vašem webu a začal bych tím, že bych vám poděkoval za to, že jste vše zveřejnili. Je to velmi užitečná reference pro ty z nás, pro které elektronika není naší primární dovedností.

Zjistil jsem, že jste publikovali obvod pro a Vyzařovací systém ematch ohňostroje .

Myslím, že je to blízké tomu, co hledám, zabudovat do svého vlastního systému, ale je to natolik odlišné, že si to sám nemohu přizpůsobit.

Stavím rádiem propojený distribuovaný odpalovací systém založený na mikrokontroléru. Pracuji s profesionálním displejem a navrhl jsem systém tak, aby nabízel všechny nejlepší vlastnosti komerčních systémů, ale doufám, že bez zbytečných funkcí nebo vysokých nákladů.

Vzhledem k tomu, že jsem softwarovým inženýrem 30 let, nemám s kódem žádný problém a existují pěkná vestavěná prostředí, jako je Arduino nebo Raspberry Pi, díky nimž je hardwarová stránka celkem přímočará - dokonce i pro softwarového člověka!

Ve výsledku jsem postavil modulární vypalovací systém, který dokáže zpracovat informace o kontinuitě (napětí) zapalovače na 24 pinech v každém modulu a může generovat signál 5V na jednom z 24 výstupních pinů. Nyní mám mnoho modulů, všechny ovládané z centrální jednotky.

Mám však problém s výstupními obvody, protože to vyžaduje znalost analogové elektroniky, která je mimo mě. Každý modul má detekovat kontinuitu a zapálit 24 zapalovačů.

Mám 24 vstupních pinů a 24 výstupních pinů na modul. Každé jednotlivé tágo proto používá jeden vstupní a jeden výstupní pin.

Vstupní kolík může měřit (pokud jej k tomu nasměruje software) napětí vzhledem k Gnd.

Výstupní kolík bude zvednut a udržován na 5 V po nastavenou dobu, než bude snížen na 0 V, znovu, když to software k tomu nasměruje.

Kdybych stavěl pouze test kontinuity bez vypalovací funkce, mohl bych připojit svůj zdroj + 5V k 10 ohmovému odporu, druhý konec tohoto odporu k jednomu vodiči zapalovače (který má odpor 1,5-2,5 ohmu) a pak z druhého konce zapalovače na Gnd.

Vedení ze spojení mezi rezistorem a zapalovačem na vstupní kolík by mi umožnilo měřit pokles napětí a detekovat přítomnost nebo nepřítomnost zapalovače.

Mohou být přítomny další odpory, které zajistí, že zapalovačem nemůže projít více než 0,2 A, což je maximální proud bez ohně.

Na druhou stranu, kdybych právě budoval vypalovací obvod, vzal bych výstupní kolík do základny tranzistoru, jehož kolektor byl připojen k + 18 V a jehož emitor byl připojen k jednomu vodiči zapalovače, druhým vodičem zapalovač připojený k zemi. Mohou existovat další nezbytné součásti.

Viděl jsem je na palebných systémech, ale nerozumím jejich rolím v okruhu.

Ještě musím překonat 4 problémy.

1) Aby to bylo užitečné, nesmí být na vypalovacím modulu žádné pohyblivé části. Mezi funkcí snímání kontinuity a vypalovací funkcí nesmí být žádné „přepínání“.

2 vodiče zapalovače musí být zapojeny do pevného připojovacího bloku na modulu a jeho vnitřní zapojení musí umožňovat jak kontinuitu, tak snímací funkce, aniž by jeden ovlivňoval druhý.

V nejhorším případě, pokud byl požární okruh pod napětím a současně byla provedena zkouška spojitosti na stejném kolíku, nesmí být na vstupním kolíku přítomno více než 5 V.

Samozřejmě testovací proud kontinuity nesmí nikdy napájet tranzistor, který zapálí zapalovač.

2) Obvody pro 24 jednotlivých zapalovačů se nesmí vzájemně ovlivňovat. Obvody by měly být izolovány, aby to, co se děje v jednom obvodu, nemělo vliv na jiný.

Například když zapálí zapalovač a jeho vypalovací obvod se buď rozepne, nebo dojde ke zkratu, nesmí to zkratovat žádný proud do jednoho z ostatních obvodů a riskovat zapnutí jeho tranzistoru.

3) Abych byl praktický, doufám, že vybuduji řadu těchto modulů.

S 24 kontinuity a 24 vypalovacími obvody na modul, čím více z nich lze snížit na integrované obvody nebo jiné komponenty namontované na PCB, nejlépe v balíčcích polí, tím lepší a samozřejmě levnější bude konečný produkt.

Jsem rád, že si mohu objednat desku na zakázku a možná i sestavu, pokud to návrh podporuje.

4) Čtvrtý problém je ten, který by bylo hezké překonat, ale není zásadní. Software umožní spuštění několika výstupních pinů, a tedy i zapalovačů, najednou.

Po digitální stránce to není problém, ale značně to zatěžuje napájecí zdroj střelby.

Akumulátor 18 V LiPo bude pravděpodobně schopen dodávat 0,6-0,9 A potřebný k odpálení mnoha zapalovačů, ale s vnitřním odporem baterie, odporem délky měděného drátu a skutečností, že někdy připojíme více než jeden eMatch v sérii do jediného vypalovacího okruhu, je dobře vidět, že bude existovat limit.

Ke zvýšení tohoto limitu na nejvyšší možnou míru by bylo možné použít kapacitní výboj s menší baterií nabíjející jeden nebo více kondenzátorů, jejichž energii lze poté dodávat do tranzistorů.

Chápu, že to může být mnohem efektivnější než jednoduché přímé připojení baterie.

Líbí se vám tedy tento projekt? Máte zájem a jste ochotni přispět svými odbornými znalostmi k tomu, aby se z tohoto projektu, který je v současné době, stal skutečným, něco?

Rád poskytnu jakékoli další informace, které budete potřebovat.

Nejlaskavější pozdravy,

Jerry

Navrhování obvodu

Ahoj Jerry,

Zkontrolujte přílohu, bude toto nastavení fungovat pro vás?

Práce bez tlačítka

Ahoj lup,

Děkujeme, že jste si našli čas a podívali se na to.

Bohužel se obávám, že mi nebylo dostatečně jasné, když jsem řekl, že v obvodu nemohou být žádné fyzické spínače.

Obvod musí fungovat bez tlačítka kontinuity. Místo toho musí existovat neustálé připojení odněkud v obvodu ke kolíku sense (vstup ADC) s napětím (pouze někdy 0-5 V), jehož hodnota může být použita k tvrzení, zda je či není zátěž 1,5 - 10 ohmů současnost, dárek.

Také se trochu obávám 10 ohmového rezistoru. Zdá se mi, že i bez spouštěcího napětí bude proud ze zdroje 18V procházet zátěží a poté odporem 10 ohmů k zemi, dodávající zátěž 1,5A a okamžitě ji odpálí.

Souhlasíte s tím, že by se to stalo? Můžete přijít s nějakými úpravami, které by řešily některé z těchto pozorování?

Mnohokrát děkuji,

Jerry

Korekce odporu 10 ohmů

Ahoj Jerry,

10 ohmů byla skutečně chyba, prosím zkontrolujte to hned a dejte mi vědět, jestli by tento elektrický zápalkový ohňostroj (Ematch) sloužil účelu

(viz příloha).

Dioda a kondenzátor slouží k zajištění toho, aby signál vydržel, i když tranzistor vede během spouštěcího období zátěže.

10k předvolbu lze upravit pro nastavení vhodného napětí pro vstup ADC.

Děkuji moc.

Nejsem obeznámen s charakteristikami TIP122 nebo 4N35, takže dostanu jejich datové listy a vytvořím obvod k testování.

To může trvat déle, než by bylo ideální, protože jsem si právě zlomil ruku, takže pájení bude výzvou!

Jsem nicméně vděčný za vaši pomoc.

Zajímalo by mě, jestli máte nějaké nápady na výměnu napájecího zdroje 18V kapacitním výbojovým obvodem?

Mám podezření, že to bude mnohem přímočařejší a nepochybně mohu na internetu najít odkazy na standardní schémata nabíjení / vybíjení, ale pokud máte nějaké, které jste již dříve udělali, rád bych je viděl?

Vše nejlepší,

Jerry

Ahoj Jerry,

Myslím, že nyní začínám konfiguraci úplně rozumět.

Mohl byste specifikovat úroveň napětí potřebnou k vystřelení zátěže?

To by mi pomohlo navrhnout dokončený obvod spolu s fází kapacitního vybíjení.

S pozdravem.
Lup

E-zápasy jsou nízkoproudá zařízení

Ahoj lup

Zápasy jsou specifikovány pro střelbu na minimálním proudu, spíše než na napětí. Různí výrobci uvádějí minimální vypalovací proud v rozmezí 0,35 A až 0,5 A, i když většina z nich doporučuje pro dobrou spolehlivost použít blíže 0,6 A - 0,75 A.

Výrobci také dávají různý vnitřní odpor pro své zapalovače, od 1,6 ohmu do 2,3 ohmu. Pokud připojíte jediný 2,3 ohmový eMatch k baterii se zanedbatelným vnitřním odporem a budete hledat 0,75A, bude to trvat jen 1,725V, abyste ji vystřelili.

Pokud by však měl být jeden odpalovací obvod (který nazýváme „cue“) použit k odpálení 6 zapalovačů zapojených do série, vyžadovalo by to 10,35V. Ve skutečném světě existují další odpory, a to jak ze zdroje energie, tak z měděného vedení mezi zapalovači. Následně se jako výchozí hodnota obvykle bere 12-24V.

Pak je třeba vzít v úvahu, že na každém modulu je 24 podnětů, které sdílejí stejný zdroj energie.
Software umožní spuštění všech 24 narážek najednou.

Samotná tága jsou efektivně paralelní a každé tágo může natáhnout alespoň 0,75A. Aby k tomu mohlo dojít, musí být zdroj energie schopen dodávat 18A.

Když potřebujeme připojit více zapalovačů k jednomu tágu, vždy to děláme v sérii - nikdy paralelně. Naším cílem je 100% spolehlivost a sériové připojení vždy selže v testu kontinuity, pokud je špatný jeden zapalovač. Paralelně může chybět více vadných zapalovačů.

Ačkoli je tento proud a napětí neobvyklé pro malé obvody, existují určité kompenzace.

Zaprvé, cílem je přimět zapalovače k ​​vyhoření, takže nadměrné napětí nebo proud nikdy nebudou problémem, pokud komponenty zvládnou napájení.

Za druhé, zapalovače obvykle vyhoří za 20–50 ms, takže odběr bude vždy jen velmi krátký a je nepravděpodobné, že by komponenty musely odvádět hodně tepla.

Primárním hlediskem musí být, zda výkonový spínací tranzistor může přemostit tolik energie.

Software, který střílí (zvedá úderník na 5 V), každé tágo jej udrží na + 5 V pouze 500 ms před poklesem na 0 V, takže nikdy nebude proud přes výstupní obvod po dobu delší než 500 ms, i když zapalovač vystřelí, ale pak zkratuje sám poté (vždy riziko).

Jedna poznámka na snímací straně obvodu. Vidím, že váš návrh poskytne 0V ADC, pokud zapalovač chybí nebo je již otevřený.

Pokud je však poškozený nebo byl špatně zapojen a je zkratován, nemyslím si, že by to bylo zjistitelné, že? To není zásadní problém, i když jsem doufal, že použiji ADC k detekci přerušeného obvodu, zkratu nebo citelného odporu v rozsahu 1 až 15 ohmů.

Nakonec si myslím, že kondenzátory bude třeba nabít a vybít pod kontrolou softwaru.

Dalo by se předpokládat, že na modulu je další kolík, který bude vytažen na + 5 V, když se má kondenzátor nabít, a klesne na 0 V, když se kondenzátor vybije. Bude vyžadován bezpečný bočník, kterým se vybije kondenzátor.

Mám podezření, že toto uspořádání může vyžadovat změnu snímacího obvodu, protože funkce snímání by měla fungovat bez ohledu na to, zda je kondenzátor nabitý nebo ne.

Je také důležité zajistit, aby byl proud procházejícím zapalovačem udržován na absolutním minimu pro účely snímání. Četl jsem jen dnes, že při konstantním proudu menším než je minimální oheň (řekněme 0,25 A, což je méně než 0,35 A min. Oheň) se zapalovač stále zahřívá a může se po několika sekundách vznítit.

V důsledku toho se předpokládá, že konstantní zkušební proudy by měly být menší než 10% minimálního požárního proudu (což by bylo 35 mA) a možná tak nízké jako 1% (3,5 mA).

Doufám, že to příliš nezmění věci.

Děkuji za váš trvalý zájem.

Vše nejlepší,

Jerry

Použití nízkého stejnosměrného proudu

Ahoj Jerry,

Dobře, to znamená, že vypalovací napětí je nízkonapěťové stejnosměrné napětí, zmátl jsem to jako vysoké napětí, když jste zmínil pojem „kapacitní výboj“ .... takže si myslím, že bych to měl nechat na vás, abyste se rozhodli ohledně příslušného čísla protože TIP122 zvládne i více než 3 ampéry při 100 V, takže si můžete zahrát dostatek dosahu.

Na stranu senzoru vložím komparátor operační zesilovače, který vám umožní vybrat rozsah detekce podle jakékoli požadované specifikace.

Pokusím se to brzy navrhnout a až bude hotovo, dáme vám vědět

Ahoj lup,

Ještě jednou vám děkuji za váš čas. Máte mnohem více zkušeností s analogovou elektronikou než já a za pár dní jste dosáhli toho, co jsem strávil mnoho měsíců záhadou.

Naprosto chápu váš názor na detekci rozsahu zátěže - byla to jen aspirace a systém bez ní nezklame.

Vzal jsem to, co jste poskytli, a spustil to přes simulátor obvodu EasyEDA, kde funguje přesně tak, jak jsem doufal - alespoň s jediným obvodem. Znamená to, že s potenciometrem na 10% uvidí ADC 0,36 V, když je přítomen zapalovač, a 0 V, když je otevřený, což je to, co k tomu budu potřebovat. Když je zapalovač pod napětím, dosáhne to až 1,4 V, což je naprosto bezpečné.

Snímací proud není ani měřitelný, zatímco vypalovací proud vypadá jako 3,2 A, který vystřelí cokoli. Mým dalším úkolem je simulovat více nezávislých obvodů, až do 24, které budu mít v modulu, a hledat jakékoli důkazy křížení.

Připojil jsem schéma obvodu a simulované proudy a napětí.

Musím pracovat s tím, co je podporováno, a proto simulace používá jiný darlingtonský tranzistor, ale věřím - pokud mi nedáte jinou radu -, že to ilustruje očekávané chování. V1 je náhodně 5V obdélníková vlna s frekvencí 1Hz, protože to umožňuje simulaci 5V úderníku.

Můžete navrhnout, kolik z obvodu lze sdílet mezi 24 narážkami v modulu?

Primární napájecí napětí bude, stejně jako jakýkoli zdroj nižšího napětí potřebný k napájení LM7805, a samozřejmě společná zem.

Lze použít jediný LM7805 k poskytnutí vstupu pro všechny 4N35? Hádám, že zbytek bude muset být jedinečný pro každé tágo, což mi dává nákupní seznam, ale ocenil bych vaše myšlenky na konstrukci modulu 24 tága.

Nakonec mě stále zajímá, jaké jsou možnosti přidání zdroje energie s kapacitním výbojem místo zdroje 18V?

Chápu, že komerční vypalovací systémy je budou používat, protože jejich nízký vnitřní odpor umožňuje procházet vysokými proudy přes zapalovače s nízkým odporem. Je správné, že C.D. zdroj bude mít nižší vnitřní odpor než baterie?

Některé vypalovací systémy mohou mít poměrně vysoké požární napětí, ale je to pravděpodobně jen důsledek toho, jak funguje kapacitní výboj. 18V je tolik, kolik je potřeba, i když více určitě neublíží.

Je C.D. zdroj přímá věc přidat? Bylo by možné přidat něco, co by vybilo 6 x 1,2 V dobíjecích AA baterií?

Pokud by to bylo možné, pak stejný zdroj 7,2 V šťastně napájí jak LM7805 pro palebný obvod, tak i desku arduino. Mám pocit, že by to bylo docela dokonalé řešení.

Všechno nejlepší,
Jerry

Představení upraveného designu

Ahoj Jerry,

Upravil jsem design podle specifikací.

BC547 zajišťuje, že ADC pokračuje v přijímání vysoké logiky, zatímco je tranzistor spouštěn, a tak umožňuje plnou zátěž zátěže.

Detekce rozsahu zátěže může vyžadovat zahrnutí mnohem složitějších obvodů, a tak jsem se rozhodl jít bez návrhu.

Pokud máte další pochybnosti, dejte mi vědět.

Ahoj lup,

Ještě jednou vám děkuji za váš čas. Máte mnohem více zkušeností s analogovou elektronikou než já a za pár dní jste dosáhli toho, co jsem strávil mnoho měsíců záhadou.

Naprosto chápu váš názor na detekci rozsahu zátěže - byla to jen aspirace a systém bez ní nezklame.

Vzal jsem to, co jste poskytli, a spustil to přes simulátor obvodu EasyEDA, kde funguje přesně tak, jak jsem doufal - alespoň s jediným obvodem.

Znamená to, že s potenciometrem na 10% uvidí ADC 0,36 V, když je přítomen zapalovač, a 0 V, když je otevřený, což je to, co k tomu budu potřebovat.

Když je zapalovač pod napětím, dosáhne to až 1,4 V, což je naprosto bezpečné.

Snímací proud není ani měřitelný, zatímco vypalovací proud vypadá jako 3,2 A, který vystřelí cokoli. Mým dalším úkolem je simulovat více nezávislých obvodů, až do 24, které budu mít v modulu, a hledat jakékoli důkazy křížení.

Připojil jsem schéma obvodu a simulované proudy a napětí.

Musím pracovat s tím, co je podporováno, a proto simulace používá jiný darlingtonský tranzistor, ale věřím - pokud mi nedáte jinou radu -, že to ilustruje očekávané chování. V1 je náhodně 5V obdélníková vlna s frekvencí 1Hz, protože to umožňuje simulaci 5V úderníku.

Můžete navrhnout, kolik z obvodu lze sdílet mezi 24 narážkami v modulu?

Primární napájecí napětí bude, stejně jako jakýkoli zdroj nižšího napětí potřebný k napájení LM7805, a samozřejmě společná zem. Lze použít jediný LM7805 k poskytnutí vstupu pro všechny 4N35?

Hádám, že zbytek bude muset být jedinečný pro každé tágo, což mi dává nákupní seznam, ale ocenil bych vaše myšlenky na konstrukci modulu 24 tága.

Nakonec mě stále zajímá, jaké jsou možnosti přidání zdroje energie s kapacitním výbojem místo zdroje 18V?

Chápu, že komerční vypalovací systémy je budou používat, protože jejich nízký vnitřní odpor umožňuje procházet vysokými proudy přes zapalovače s nízkým odporem.

Je správné, že C.D. zdroj bude mít nižší vnitřní odpor než baterie? Některé vypalovací systémy mohou mít poměrně vysoké požární napětí, ale je to pravděpodobně jen důsledek toho, jak funguje kapacitní výboj.

18V je tolik, kolik je potřeba, i když více určitě neublíží. Je C.D. zdroj přímá věc přidat? Bylo by možné přidat něco, co by vybilo 6 x 1,2 V dobíjecích AA baterií?

Pokud by to bylo možné, pak stejný zdroj 7,2 V šťastně napájí jak LM7805 pro palebný obvod, tak i desku arduino. Mám pocit, že by to bylo docela dokonalé řešení.

Všechno nejlepší,

Jerry

Ahoj Jerry,

Zde jsou odpovědi,

Tranzistor lze nahradit jakýmkoli vhodně dimenzovaným tranzistorem NPN podle vašich preferencí, zde není nic kritického kromě specifikací V a I.

Jediný 7805 by stačil pro všechny fáze snímání, ADC je vstup s vysokou impedancí, spotřeba proudu by byla zanedbatelná a lze ji ignorovat.

Jak jste však správně zmínil, stupeň zapalování bude muset být jedinečný pro každou z 24 podnětů (celkem 24 nosů výkonových tranzistorů se 24 spouštěcími vstupy) Pro napájení celého systému lze vyzkoušet napájení 7,2 V pomocí článků AAA Chcete-li zvýšit napětí na 18 V, můžete zkusit použít první koncepci obvodu uvedenou v následujícím článku: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Můžete vyměnit 1,5 V za váš zdroj 7,2 V a vyměnit LED za můstkový usměrňovač a přidružený kondenzátor 2200uF / 25V. nezapomeňte připojit 4k7 zátěž přes tento kondenzátor.

Tranzistor lze nahradit BD139. K určení nejvhodnějšího výsledku bude možná nutné trochu vylepšit otáčky cívky na obou stranách. Pokud máte další dotazy, dejte mi vědět?

S pozdravem.

Lup

Ahoj lup,

Čekal jsem, až dorazí komponenty. Postavil jsem obvod a jsem rád, že mohu potvrdit, že funguje. Ještě jednou tedy děkuji za vaši neocenitelnou pomoc - jsem vděčný.

Když jsem postavil obvod, otestoval jsem ho nejprve s přímým signálem 5V na vstupu a zapalovač okamžitě vystřelil, což bylo skvělé.

Po připojení k mému Arduinu jsem však zjistil, že uvedení digitálních pinů do výstupního režimu také okamžitě zapálilo zapalovač, což nebylo tak skvělé.

I když jsem si myslel, že digitální výstupní piny byly interně staženy nízko, zdá se, že tomu tak není, ale nyní nastavuji jejich stav na vypnuto před nastavením režimu pinu na výstup, a to to docela pěkně vyřešilo.

Také mě překvapilo, když jsem zjistil, že když potenciometr snižuje odpor mezi zapalovačem a vývodem 1 na optočlenu, může být proud přes 1k rezistor, zapalovač a potenciometr stále dostatečně nízký, aby umožňoval odeznít proud k uzemnění na kolíku 2.

Podle mého názoru, i když hrnec poskytuje 0 ohmů, měl by být tento proud menší než 18/1002 nebo 0,017A. To podle jeho datového listu nestačí k odpálení zapalovače.

Když však hrnec přidá přibližně 5 k ohmů, zůstane zapalovač chladný. To je bezpochyby důvod, proč jste použili potenciometr a ne jen pár pevných odporů.

Budu tedy experimentovat dále s řadou zapalovačů od jiných dodavatelů a objevím nastavení potenciometru, které umožní všem vystřelit, jen když mají. Pak zde mohu postavit jednotku plné velikosti s pevnými odpory.

Stručně řečeno, vše funguje přesně tak, jak jsem doufal, a jsem nesmírně vděčný, že jste mi ušetřili čas, abych poskytl váš příspěvek. Neváhejte a zveřejněte okruh a náš dialog spolu s mým poděkováním a uznáním vaší dovednosti.

S laskavým pozdravem

Jerry

p.s. Chcete-li odpovědět na vaši poslední otázku, ano, všech 24 vstupů ADC je jedinečných a nezávislých, stejně jako 24 digitálních výstupů. Používám Mux Shield 2 ke zvýšení základní kapacity ATmega328P.