Электрическая спичка (Ematch) Зажигатель фейерверка

Сообщение всесторонне объясняет простую электрическую схему зажигания спички, которая может использоваться для реализации надежного зажигания серии Ematches через систему управления на основе микроконтроллера. Идею попросил и объяснил мистер Джерри Шаллис.

Подробности можно понять, прочитав следующую дискуссию по электронной почте между мной и мистером Джерри.

Технические характеристики

Я только что просмотрел все полезные материалы на вашем сайте и хотел бы начать с благодарности за то, что вы разместили все это в открытом доступе. Это очень полезный справочник для тех из нас, для кого электроника не является нашим основным навыком.

Я обнаружил, что вы опубликовали схему для Система зажигания фейерверков Ematch .

Я думаю, что это близко к тому, что я ищу, - встроить в мою собственную систему, но он настолько отличается, что я не могу адаптировать его сам.

Я создаю распределенную систему стрельбы на основе микроконтроллера. Я работаю с профессиональной командой специалистов по дисплеям и разработал систему, чтобы предложить все лучшие функции коммерческих систем, но я надеюсь, без ненужных функций или высокой стоимости.

Я работал инженером-программистом в течение 30 лет, и у меня нет проблем с кодом, и есть хорошие встроенные среды, такие как Arduino или Raspberry Pi, которые делают аппаратную часть довольно простой - даже для программиста!

В результате я построил модульную систему зажигания, которая может обрабатывать информацию о непрерывности (напряжении) воспламенителя на 24 контактах в каждом модуле и может генерировать сигнал 5 В на одном из 24 выходных контактов. Теперь у меня много модулей, и все они управляются с центрального блока.

Однако у меня проблема с выходной схемой, так как это требует знания аналоговой электроники, которое мне недоступно. Каждый модуль должен обнаруживать непрерывность и запускать 24 устройства зажигания.

У меня есть 24 входных контакта и 24 выходных контакта на модуль. Таким образом, каждый отдельный сигнал использует один входной и один выходной контакты.

Входной контакт может измерять (когда программное обеспечение указывает это на это) напряжение относительно Gnd.

Выходной контакт будет подниматься и удерживаться на уровне 5 В в течение установленного периода, прежде чем уменьшится до 0 В, снова, когда программное обеспечение укажет ему это сделать.

Если бы я делал только тест на непрерывность, без функции зажигания, я мог бы подключить источник питания + 5 В к резистору 10 Ом, а другой конец этого резистора к одному проводу воспламенителя (который имеет сопротивление 1,5-2,5 Ом). а затем с другого конца воспламенителя на Gnd.

Линия, ведущая от соединения между резистором и игнутором к входному контакту, позволила бы мне измерить падение напряжения и определить наличие или отсутствие воспламенителя.

Могут присутствовать и другие резисторы, чтобы гарантировать, что через воспламенитель может пройти не более 0,2 А, что является его максимальным током без воспламенения.

С другой стороны, если бы я просто строил цепь зажигания, я бы вставил выходной контакт в базу транзистора, коллектор которого был подключен к + 18 В, а эмиттер которого был подключен к одному проводу воспламенителя, с другим проводом воспламенитель подключен к земле. Могут потребоваться другие компоненты.

Я видел их на системах стрельбы, но не совсем понимаю их роль в цепи.

Есть 4 проблемы, которые мне еще предстоит преодолеть.

1) Чтобы быть полезным, на пусковом модуле не должно быть движущихся частей. Не должно быть «переключения» между функцией определения непрерывности и функцией зажигания.

2 провода воспламенителя должны быть подключены к фиксированному соединительному блоку на модуле, а его внутренняя проводка должна обеспечивать выполнение функций обеспечения непрерывности и контроля, при этом ни один из них не влияет на другой.

В худшем случае, если пожарная цепь была под напряжением, и в то же время проверка целостности проводилась на одном и том же контакте, на входном контакте не должно быть более 5 В.

И, конечно же, ток проверки целостности никогда не должен активировать транзистор, который запускает воспламенитель.

2) Цепи 24 индивидуальных воспламенителей не должны влиять друг на друга. Цепи должны быть изолированы, чтобы то, что происходит в одной цепи, не оказывало влияния на другую.

Например, когда зажигание срабатывает, и его цепь зажигания либо размыкается, либо замыкается, это не должно шунтировать какой-либо ток в одну из других цепей и рисковать подавать питание на ее транзистор.

3) Чтобы быть практичным, я надеюсь создать несколько таких модулей.

При 24 непрерывных цепях и 24 пусковых цепях на модуль, чем больше каждая из них может быть сведена к микросхемам или другим компонентам, установленным на печатной плате, предпочтительно в корпусах массивов, тем лучше и, конечно же, дешевле будет конечный продукт.

Я счастлив заказать заказную плату и, возможно, даже сборку, если дизайн может это поддерживать.

4) Четвертая проблема - это проблема, которую было бы неплохо преодолеть, но она не является существенной. Программное обеспечение позволит одновременно запускать несколько выходных контактов и, следовательно, воспламенители.

С цифровой стороны это не проблема, но создает значительную нагрузку на источник питания пусковой цепи.

Батарея LiPo 18 В, вероятно, сможет обеспечить ток 0,6-0,9 А, необходимый для зажигания многих воспламенителей, но с учетом внутреннего сопротивления батареи, сопротивления длин медных проводов и того факта, что иногда мы подключаем более одного eMatch последовательно с одной цепью зажигания, легко увидеть, что будет предел.

Чтобы поднять этот предел как можно выше, можно использовать емкостной разряд, при этом меньшая батарея заряжает один или несколько конденсаторов, энергия которых затем может подаваться на транзисторы.

Я понимаю, что это может быть намного эффективнее, чем простое прямое подключение энергии батареи.

Итак, нравится ли вам этот проект? Заинтересованы ли вы и готовы ли поделиться своим опытом, чтобы превратить этот лабораторный проект, как сейчас, в то, что действительно работает?

Я с радостью предоставлю любую дополнительную информацию, которая может вам понадобиться.

С наилучшими пожеланиями,

Джерри

Проектирование схемы

Привет, Джерри,

Пожалуйста, проверьте приложение, подойдет ли вам эта установка?

Работа без кнопки

Привет, Swag,

Спасибо, что нашли время посмотреть на это.

К сожалению, я боюсь, что не был достаточно ясен, когда сказал, что в схеме не может быть физических переключателей.

Схема должна работать без кнопки включения непрерывности. Вместо этого должно быть постоянное соединение где-то в цепи с выводом считывания (вход АЦП) с напряжением (только всегда 0-5 В), значение которого можно использовать для подтверждения того, является ли нагрузка 1,5-10 Ом. настоящее время.

Еще меня немного беспокоит резистор на 10 Ом. Мне кажется, что даже при отсутствии триггерного напряжения ток от источника питания 18 В пройдет через нагрузку, а затем через резистор 10 Ом на землю, передавая 1,5 А на нагрузку, мгновенно взорвав ее.

Вы согласны, что это произойдет? Можете ли вы предложить какие-либо модификации, которые касаются любого из этих наблюдений?

Большое спасибо,

Джерри

Коррекция резистора 10 Ом

Привет, Джерри,

10 Ом действительно было ошибкой, пожалуйста, проверьте это сейчас и дайте мне знать, будет ли эта электрическая схема зажигания фейерверка (Ematch) служить этой цели

(смотрите вложение).

Диод и конденсатор предназначены для обеспечения того, чтобы сигнал сохранялся даже тогда, когда транзистор проводит ток в течение периода запуска нагрузки.

Предустановку 10k можно отрегулировать для установки подходящего напряжения для входа АЦП.

Большое спасибо Swag.

Я не знаком с характеристиками TIP122 или 4N35, поэтому я получу их спецификации и построю схему для тестирования.

Это может занять больше времени, чем было бы в идеале, поскольку я только что сломал руку, поэтому пайка будет сложной задачей!

Тем не менее, я очень благодарен за вашу помощь.

Интересно, есть ли у вас мысли по замене питания 18В на схему емкостного разряда?

Я подозреваю, что это будет намного проще, и я, без сомнения, могу найти в Интернете ссылки на стандартные схемы зарядки / разрядки, но если у вас есть какие-то из того, что вы делали раньше, я хотел бы увидеть?

Всего наилучшего,

Джерри

Привет, Джерри,

Думаю, теперь я начинаю полностью разбираться в конфигурации.

Не могли бы вы указать уровень напряжения, необходимый для срабатывания нагрузки?

Это помогло бы мне разработать окончательную схему вместе со ступенью емкостного разряда.

С уважением.
Раскачиваться

Электронные матчи - это слаботочные устройства

Привет, Swag.

ЕМатчи предназначены для работы при минимальном токе, а не при напряжении. Различные производители предоставляют минимальный ток зажигания в диапазоне от 0,35 до 0,5 А, хотя большинство рекомендуют ближе к 0,6-0,75 А для обеспечения высокой надежности зажигания.

Производители также предоставляют разное внутреннее сопротивление для своих воспламенителей, от 1,6 до 2,3 Ом. Если вы подключите один eMatch на 2,3 Ом к батарее с незначительным внутренним сопротивлением и рассчитываете на 0,75 А, для его срабатывания потребуется всего 1,725 ​​В.

Однако, если бы одна цепь зажигания (которую мы называем «реплика») должна была использоваться для зажигания 6 воспламенителей, соединенных последовательно, это потребовало бы 10,35 В. В реальном мире существуют дополнительные сопротивления как от источника энергии, так и от медной проводки между воспламенителями. Следовательно, 12-24V обычно принимают за базовый уровень.

Затем следует учитывать, что на каждом модуле есть 24 реплики, использующие один и тот же источник энергии.
Программа разрешит запуск всех 24 сигналов одновременно.

Сами реплики фактически параллельны, и каждая реплика может потреблять не менее 0,75 А. Таким образом, для этого источник энергии должен быть в состоянии подавать 18 А.

Когда нам нужно подключить несколько устройств зажигания к одному сигналу, мы всегда делаем это последовательно, а не параллельно. Мы стремимся к 100% надежности, и последовательное соединение всегда не проходит проверку на непрерывность, если один воспламенитель неисправен. Параллельно можно не заметить несколько неисправных воспламенителей.

Хотя весь этот ток и напряжение необычны для небольших схем, есть некоторые компенсации.

Во-первых, цель состоит в том, чтобы заставить воспламенители сгореть, чтобы избыточное напряжение или ток никогда не были проблемой, пока компоненты могут выдерживать напряжение.

Во-вторых, воспламенители обычно сгорают за 20-50 мсек, поэтому время затяжки всегда будет довольно коротким, и компоненты вряд ли должны будут рассеивать много тепла.

В первую очередь необходимо учитывать, может ли транзистор переключения мощности шунтировать такую ​​большую мощность.

Программное обеспечение, которое запускает (поднимает боек до 5 В), каждый сигнал будет удерживать его при + 5 В только в течение 500 мс, прежде чем понижать его до 0 В, поэтому в выходной цепи никогда не будет питания более 500 мс, даже если зажигатель срабатывает, но затем замыкается сам потом (всегда риск).

Одно замечание о чувствительной стороне схемы. Я вижу, что ваша конструкция подаст 0 В на АЦП, если воспламенитель отсутствует или уже сгорел.

Однако, если он поврежден или плохо подключен и закорочен, я не думаю, что это можно будет обнаружить, не так ли? Это не принципиальная проблема, хотя я надеялся использовать АЦП для обнаружения обрыва цепи, короткого замыкания или ощутимого сопротивления в диапазоне от 1 до 15 Ом.

Наконец, я думаю, что конденсатор (-ы) нужно будет заряжать и разряжать под управлением программного обеспечения.

Вы можете предположить, что на модуле есть еще один вывод, который будет подтянут до + 5 В, когда конденсатор должен зарядиться, и упадет до 0 В, когда конденсатор должен разрядиться. Потребуется безопасный шунт для разряда конденсатора.

У меня есть подозрение, что это устройство может потребовать изменения схемы считывания, поскольку функция считывания должна работать независимо от того, заряжен конденсатор или нет.

Также важно убедиться, что ток через воспламенитель поддерживается на абсолютном минимуме для целей измерения. Я только сегодня прочитал, что при постоянном токе, меньшем, чем минимальный огонь (скажем, 0,25 А, что меньше, чем 0,35 А мин. Горение), воспламенитель все равно нагреется и может сработать через несколько секунд.

Следовательно, считается, что постоянные испытательные токи должны быть менее 10% минимального тока возгорания (который будет составлять 35 мА) и, возможно, всего 1% (3,5 мА).

Надеюсь, это не меняет слишком радикально.

Большое спасибо за ваш постоянный интерес.

Всего наилучшего,

Джерри

Использование низкого постоянного тока

Привет, Джерри,

Хорошо, это означает, что напряжение зажигания представляет собой низкое напряжение постоянного тока, я перепутал его с высоким напряжением, когда вы упомянули термин «емкостной разряд» ... так что я думаю, что я должен оставить это вам, чтобы решить, какая цифра подходит, поскольку TIP122 может выдерживать более 3 ампер при 100 В, так что диапазон вполне достаточен.

Я поставлю компаратор операционных усилителей на стороне датчика, что позволит вам выбрать диапазон обнаружения в соответствии с любой желаемой спецификацией.

Я постараюсь разработать его в ближайшее время и сообщу, когда он будет завершен

Привет, Swag,

Еще раз спасибо за ваше время на это. У вас гораздо больше опыта в аналоговой электронике, чем у меня, и вы достигли за несколько дней того, над чем я ломал голову много месяцев.

Я полностью понимаю вашу точку зрения об определении диапазона нагрузки - это было всего лишь стремлением, и система не будет работать без этого.

Я взял то, что вы предоставили, и пропустил его через симулятор схем EasyEDA, где он работает именно так, как я надеялся - по крайней мере, с одной схемой. Это указывает на то, что с потенциометром на 10% АЦП будет видеть 0,36 В, когда присутствует воспламенитель, и 0 В, когда он разомкнут, что мне потребуется для работы. Когда зажигатель находится под напряжением, он достигает 1,4 В, что совершенно безопасно.

Чувствительный ток даже невозможно измерить, в то время как ток зажигания выглядит как 3,2 А, что приведет к срабатыванию всего. Моя следующая задача - смоделировать несколько независимых цепей, до 24, которые у меня будут в модуле, и найти любые доказательства кроссовера.

Я приложил схему цепи и смоделированные токи и напряжения.

Мне нужно работать с тем, что поддерживается, поэтому в моделировании используется другой транзистор Дарлингтона, но я считаю - если вы не посоветуете мне иное - что это иллюстрирует ожидаемое поведение. Между прочим, V1 представляет собой прямоугольную волну 5 В с частотой 1 Гц, поскольку это позволяет моделировать повышение напряжения на ударнике 5 В.

Можете ли вы предложить, какая часть схемы может быть разделена между 24 сигналами в модуле?

Первичное напряжение питания будет, как и любой источник более низкого напряжения, необходимый для питания LM7805, и, конечно же, общая земля.

Можно ли использовать один LM7805 в качестве входа для всех 4N35? Я предполагаю, что остальные должны быть уникальными для каждой реплики, что дает мне список покупок, но я был бы признателен за ваши мысли о создании модуля из 24 реплик.

Наконец, мне все еще интересно, какие есть варианты добавления источника энергии емкостного разряда вместо источника 18 В?

Насколько я понимаю, они будут использоваться в коммерческих системах зажигания, потому что их низкое внутреннее сопротивление позволяет пропускать большие токи через воспламенители с низким сопротивлением. Верно ли, что C.D. источник будет иметь меньшее внутреннее сопротивление, чем батарея?

Некоторые системы зажигания могут иметь довольно высокое напряжение пламени, но это, вероятно, просто следствие работы емкостного разряда. 18V - это ровно столько, сколько нужно, но большее, конечно, не повредит.

Это C.D. источник несложно добавить? Можно ли было бы добавить что-то, что работало бы от 6 аккумуляторных батарей AA по 1,2 В?

Если бы это было возможно, то тот же источник 7,2 В с радостью запитал и LM7805 для цепи запуска, и плату Arduino. Я считаю, что это было бы идеальным решением.

С наилучшими пожеланиями,
Джерри

Представляем измененный дизайн

Привет, Джерри,

Я изменил дизайн в соответствии со спецификациями.

BC547 гарантирует, что АЦП продолжает получать высокий логический уровень, пока транзистор включен, и, таким образом, позволяет нагрузке работать полностью.

Для определения диапазона нагрузки может потребоваться включение очень сложной схемы, поэтому я решил обойтись без нее в конструкции.

Дайте мне знать, если у вас возникнут дальнейшие сомнения.

Привет, Swag,

Еще раз спасибо за ваше время на это. У вас гораздо больше опыта в аналоговой электронике, чем у меня, и вы достигли за несколько дней того, над чем я ломал голову много месяцев.

Я полностью понимаю вашу точку зрения об определении диапазона нагрузки - это было всего лишь стремлением, и система не будет работать без этого.

Я взял то, что вы предоставили, и пропустил его через симулятор схем EasyEDA, где он работает именно так, как я надеялся - по крайней мере, с одной схемой.

Это указывает на то, что с потенциометром на 10% АЦП будет видеть 0,36 В, когда присутствует воспламенитель, и 0 В, когда он разомкнут, что мне потребуется для работы.

Когда зажигатель находится под напряжением, он достигает 1,4 В, что совершенно безопасно.

Чувствительный ток даже невозможно измерить, в то время как ток зажигания выглядит как 3,2 А, что приведет к срабатыванию всего. Моя следующая задача - смоделировать несколько независимых цепей, до 24, которые у меня будут в модуле, и найти любые доказательства кроссовера.

Я приложил схему цепи и смоделированные токи и напряжения.

Мне нужно работать с тем, что поддерживается, поэтому в моделировании используется другой транзистор Дарлингтона, но я считаю - если вы не посоветуете мне иное - что это иллюстрирует ожидаемое поведение. Между прочим, V1 представляет собой прямоугольную волну 5 В с частотой 1 Гц, поскольку это позволяет моделировать повышение напряжения на ударнике 5 В.

Можете ли вы предложить, какая часть схемы может быть разделена между 24 сигналами в модуле?

Первичное напряжение питания будет, как и любой источник более низкого напряжения, необходимый для питания LM7805, и, конечно же, общая земля. Можно ли использовать один LM7805 в качестве входа для всех 4N35?

Я предполагаю, что остальные должны быть уникальными для каждой реплики, что дает мне список покупок, но я был бы признателен за ваши мысли о создании модуля из 24 реплик.

Наконец, мне все еще интересно, какие есть варианты добавления источника энергии емкостного разряда вместо источника 18 В?

Насколько я понимаю, они будут использоваться в коммерческих системах зажигания, потому что их низкое внутреннее сопротивление позволяет пропускать большие токи через воспламенители с низким сопротивлением.

Верно ли, что C.D. источник будет иметь меньшее внутреннее сопротивление, чем батарея? Некоторые системы зажигания могут иметь довольно высокое напряжение пламени, но это, вероятно, просто следствие работы емкостного разряда.

18V - это ровно столько, сколько нужно, но большее, конечно, не повредит. Это C.D. источник несложно добавить? Можно ли было бы добавить что-то, что работало бы от 6 аккумуляторных батарей AA по 1,2 В?

Если бы это было возможно, то тот же источник 7,2 В с радостью запитал и LM7805 для цепи запуска, и плату Arduino. Я считаю, что это было бы идеальным решением.

С наилучшими пожеланиями,

Джерри

Привет, Джерри,

Вот ответы,

Транзистор можно заменить любым NPN-транзистором соответствующего номинала в соответствии с вашими предпочтениями, здесь нет ничего важного, кроме спецификаций V и I.

Одного 7805 будет достаточно для всех каскадов считывания, поскольку АЦП имеет вход с высоким импедансом, потребление тока будет незначительным и им можно пренебречь.

Однако, как вы правильно упомянули, каскад силового зажигания должен быть уникальным для каждого из 24 сигналов (всего 24 силовых транзистора с 24 пусковыми входами) Источник питания 7,2 В с использованием элементов AAA можно попробовать для питания всей системы, чтобы Чтобы поднять напряжение до 18 В, вы можете попробовать использовать концепцию первой схемы, показанную в следующей статье: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Вы можете заменить 1,5 В источником 7,2 В и заменить светодиод мостовым выпрямителем и соответствующим конденсатором 2200 мкФ / 25 В. обязательно подключите нагрузку 4k7 к этому конденсатору.

Транзистор можно заменить на BD139. Возможно, вам придется немного подправить витки катушки с обеих сторон, чтобы определить наиболее подходящий результат. Дайте мне знать, если у вас есть еще вопросы?

С уважением.

Раскачиваться

Привет, Swag,

Я ждал, когда прибудут компоненты. Я построил схему и рад, что могу подтвердить, что она работает. Итак, еще раз благодарю вас за вашу неоценимую помощь - я вам очень благодарен.

Когда я построил схему, я сначала протестировал ее с прямым сигналом 5 В на входе, и воспламенитель сразу сработал, что было здорово.

Однако при подключении к моей Arduino я обнаружил, что перевод цифровых контактов в режим вывода также мгновенно запускал зажигание, что было не так уж и хорошо.

Хотя я думал, что контакты цифрового выхода были внутренне вытянуты на низкий уровень, похоже, что это не так, но теперь я отключаю их состояние, прежде чем устанавливать режим вывода на выход, и это довольно хорошо решило эту проблему.

Я также был удивлен, обнаружив, что, когда потенциометр уменьшает сопротивление между воспламенителем и контактом 1 оптрона, ток через резистор 1 кОм, воспламенитель и потенциометр все еще может быть достаточно низким, чтобы пропустить пусковой ток. заземлить на контакте 2.

На мой взгляд, даже при сопротивлении потенциометра 0 Ом этот ток должен быть меньше 18/1002 или 0,017 А. Согласно его паспорту, этого должно быть недостаточно для зажигания воспламенителя.

Однако, когда потенциометр добавляет около 5 кОм, воспламенитель остается холодным. Несомненно, именно поэтому вы использовали потенциометр, а не просто пару постоянных резисторов.

Поэтому я буду экспериментировать с различными воспламенителями от других поставщиков и обнаружу настройку потенциометра, которая позволит всем зажигать только тогда, когда они должны. Затем я могу построить здесь полноразмерный блок с фиксированными резисторами.

Таким образом, все работает именно так, как я надеялся, и я чрезвычайно благодарен за то, что вы уделили мне время, чтобы внести свой вклад. Пожалуйста, не стесняйтесь публиковать схему и наш диалог вместе с моей благодарностью и признанием вашего мастерства.

С наилучшими пожеланиями,

Джерри

p.s. Чтобы ответить на ваш последний вопрос, да, все 24 входа АЦП уникальны и независимы, как и 24 цифровых выхода. Я использую Mux Shield 2 для увеличения базовой емкости ATmega328P.