Autor: David López Ortiz
Aquí os presento un desarrollo electrónico de gran utilidad para la detección de incendios, un sencillo detector de humos muy eficaz para la vigilancia sobre todo de locales. El desarrollo de este circuito proviene de la necesidad de dejar de usar materiales nocivos para la salud y el medio ambiente ya que los detectores que existen en la actualidad funcionan con algún material radioactivo o alguna extraña reacción química. Este montaje sólo contiene sencillos circuitos electrónicos.
FUNCIONAMIENTO BASICO
El detector está basado en un simple emisor de rayos infrarrojos que se dirige hacia un fotodiodo. Este haz infrarrojo está inmerso en un tubo de PVC que lo canaliza. Y de manera perpendicular a este tubo se coloca otro de mayor diámetro que canaliza toda la emisión de humo, lo que produce una cierta opacidad en la emisión infrarroja, esto se traduce en la activación de un relé y en el encendido de un testigo rojo.
ALIMENTACIÓN
Como el circuito pretende estar en lugares situados a cierta altura y necesita ser alimentado con tensión continua de 12v, con el fin de evitar el uso de los pesados transformadores que han de estar suspendidos a gran altura desafiando las leyes de la gravedad, se trata directamente la tensión 220v, reduciéndola y rectificándola con los componente R2, C1, C2, R1, D2.
La resistencia R12 hace que se descarguen los condensadores C1 y C2 por si se desconectan del circuito evitando así posibles sacudidas. El rectificado es misión de D1 y el filtrado y estabilización son respectivamente de C3 y DZ y C4.
En la parte inferior del esquema se puede apreciar un circuito regulador de tensión con la referencia REG, éste es el encargado de alimentar a los amplificadores operacionales y al resto del circuito receptor, con una salida de tensión continua de 9v.
GENERACIÓN DE FRECUENCIAS
Para la generación de frecuencias voy a usar multibibradores estables realizados con puertas NAND. El primero es el formado por las puertas III y IV del IC1 que generan unos pulsos a una frecuencia que viene determinada por los componentes R4, R3, C5. En este caso el período es de 1.3 mseg que corresponde con una frecuencia de 770Hz. El diodo D4 produce un desequilibrio en el momento de la carga y la descarga de C5, el resultado es que la señal cuadrada de salida se deforma. Para este circuito sólo es necesario que el estado alto dure 100 useg, esto nos da un ciclo de trabajo de la señal de un 8%. Para conformar este ciclo de trabajo y la señal sea cuadrada se hace un segundo multibibrador aestable formado por las puertas I y II del IR que es disparado por la salida del circuito aestable anterior. Con lo que sólo está activo cuando en su patilla N.° 6 está a nivel alto. Si en esta entrada hay un nivel bajo, su salida queda bloqueada en un estado bajo, cuando le llega el pulso del aestable anterior a su salida se genera un pulso cuadrado de una duración de 25useg esto es una frecuencia de 40KHh, gracias al ajuste de P1 es posible rebajar un poco el nivel de amplitud del pulso.
EMISIÓN INFRARROJA
Como se puede ver en el esquema el transistor va a ser el encargado de hacer conducir el diodo. La polarización de TR1 viene dada en su base por el nivel de los pulsos que provienen de los circuitos aestables, a través de la corriente que circula por el emisor del TR1 se alimenta el diodo, estando R8 como limitadora de corriente ya que el transistor está alimentado a 12v y si no se destruiría el diodo. El condensador se carga a través de R9 a la tensión de alimentación, con lo que en el momento que aparece el pulso en la base de T1 sucede lo que se muestra en el cronograma, esto hace mejorar la potencia de emisión y además el rendimiento del diodo. Esta es la ventaja de la emisión infrarroja por pulsos con respecto de la continua.
Con el potenciómetro A1 podemos regular la potencia de emisión.
Esquema de bloques
RECEPCIÓN INFRARROJA
El amplificador operacional situado en el esquema más a la izquierda está en configuración de amplificador inversor. Las señales que provienen de PHD (foto diodo) que están conectadas a su entrada inversora a través de C10 y R12, son amplificadas por este operacional con una relación de ganancia que resulta de la fórmula ganancia = (R13+A2)/R12. E! ajuste A2 regula la ganancia de este amplificador
El Transistor T2 polarizado en emisor común así es que sólo funciona cuando el nivel de la señal es bajo. Como se puede ver en el cronograma la señal vuelve a ser invertida y deformado el pulso por la acción de la carga del condensador C12.
TRATAMIENTO DE LA SEÑAL
El segundo operacional está configurado como comparador de tensión, así es que cuando el nivel de los pulsos que provienen del colector de T2 es menor que el nivel de tensión que hay entre el divisor formado por R21 y R20 (nivel es de 6,2v) con lo que en la salida 7 del operacional aparecerá un impulso positivo de 1,3 mseg de duración. Este es el caso de que no halla humo.
Para el caso que en el que el canal de detección esté opaco (Halla humo) los impulsos serán de un nivel inferior de tensión, con lo que la salida 7 IC2 presentará un estado bajo constante.
PUESTA A PUNTO DE LA SEÑAL
Placas de circuito impreso
En el caso de que no halla humo, los impulsos que salen del segundo amplificador operacional de IC2 están conectados a unas puertas ÑOR III y IV de IC3 que funcionan como un disparador trigger schmitt. Con lo que libera los pulsos con los flancos ascendentes y descendentes. La duración de los impulsos es muy pequeña, de algunos microsegundos. El conjunto de las puertas ÑOR I y II de IC3 forman una báscula que consigue ensanchar estos pulsos hasta los milisegundos.
El diodo D5, el condensador C14 y las resistencias R25 y R26 forman un circuito integrador. Los pulsos que hay en la salida de la báscula monoesta-ble hacen que se cargue C14 rápidamente a través de R25. En cambio durante los estados bajos C14 se descarga de forma muy lenta por la resistencia R26 que es de más valor. En las entradas de la puerta III de IC4 hay un valor seudoalto que produce en su salida un estado bajo. Con lo que en la salida de la puerta IR de IC4 hay un estado alto que produce el encendido del diodo LED L1, que tiene la misión de señalizar la buena recepción infrarroja. Este LED se apaga en caso de haber humo.
MEMORIZACIÓN DE UNA ALARMA
En la salida de la puerta ÑOR III de IC4 está colocado otro circuito integrador formado por las C15, D6, R28 que tiene la misión de que en el momento que se interrumpe la emisión infrarroja a la salida de la puerta III de IC4 deja de haber un nivel «alto» (ver cronograma IC4 patillas 8 y 9), con lo que el condensador C14 se descarga lentamente y llega un punto en el que en la salida de esta puerta (patilla 10) hay un nivel alto, esto produce un impulso que generado por el integrador y que dispara el biestable R/S formado por las puertas I y II de IC4, que como consecuencia de este pulso a su salida aparece un 1 lógico que satura el transistor T3, esto hace que el diodo rojo L2 se encienda y que se active el relé que controlará la alarma o los dispositivos contra incendios. D3 tiene como misión proteger T3 de los picos de la autoinducción que se generan en los cortes. La forma de resetear el detector después producirse una alarma se hace con el pulsador BP.
Esquemas eléctricos
AJUSTES
Conviene generalmente colocar el pot A1, en una posición intermedia. Después de tener colocado el ajuste P2 a su máxima posición (en el sentido de las agujas del reloj); es decir, con una ganancia en tensión mínima.
El ajuste consiste en ir aumentando la ganancia con el cursor de A2 hasta que el diodo LED L1 verde se encienda. Para el ajuste final hacer pasar por el canal central del tubo de PVC el humo de un cigarrillo, en este momento el diodo led rojo L2 se encenderá y además conmutará el relé.
NOTA: El diodo infrarrojo y el fotodiodo han de estar perfectamente alineados para su correcto funcionamiento.
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