Accenditore fuochi d'artificio circuito elettrico Match (Ematch)

Il post spiega in modo esauriente un semplice circuito accenditore elettrico che può essere utilizzato per implementare un'accensione infallibile di una serie di Ematch attraverso un sistema di controllo basato su microcontrollore. L'idea è stata richiesta e spiegata dal Sig. Jerry Shallis

I dettagli possono essere compresi leggendo la seguente discussione e-mail tra me e il signor Jerry.

Specifiche tecniche

Ho appena esaminato tutte le cose utili sul tuo sito e inizierei ringraziandoti per aver reso tutto di pubblico dominio. È un riferimento molto utile per quelli di noi per i quali l'elettronica non è la nostra abilità principale.

Ho scoperto che avevi pubblicato un circuito per un Ematch fuochi d'artificio sistema di accensione .

Penso che sia vicino a quello che sto cercando, da integrare nel mio sistema, ma è sufficientemente diverso da non poterlo adattare da solo.

Sto costruendo un sistema di accensione distribuito collegato via radio basato su microcontrollore. Lavoro con una troupe professionale di display e ho progettato il sistema per offrire tutte le migliori funzionalità dei sistemi commerciali, ma spero senza le funzionalità non necessarie o il costo elevato.

Essendo stato un ingegnere del software per 30 anni, non ho alcun problema con il codice e ci sono bei ambienti embedded come Arduino o Raspberry Pi che rendono il lato hardware abbastanza semplice, anche per un ragazzo del software!

Di conseguenza, ho costruito un sistema di accensione modulare in grado di elaborare le informazioni sulla continuità (tensione) dell'accenditore su 24 pin in ciascun modulo e può generare un segnale a 5V su uno dei 24 pin di uscita. Ora ho molti moduli, tutti controllati da un'unità centrale.

Tuttavia, ho un problema con i circuiti di uscita, poiché ciò richiede una conoscenza dell'elettronica analogica che va oltre le mie capacità. Ogni modulo dovrebbe rilevare la continuità e accendere 24 accenditori.

Ho 24 pin di ingresso e 24 pin di uscita per modulo. Ogni singolo segnale utilizza quindi un pin di input e uno di output.

Il pin di ingresso può misurare (quando il software lo indica) la tensione relativa a Gnd.

Il pin di uscita verrà sollevato e mantenuto a 5 V per un periodo stabilito prima di essere ridotto a 0 V, sempre quando il software lo indica.

Se dovessi costruire solo un test di continuità, senza funzione di accensione, potrei collegare la mia alimentazione + 5V a una resistenza da 10 ohm, l'altra estremità di quella resistenza a un filo dell'accenditore (che ha una resistenza di 1,5-2,5 ohm) e poi dall'altra estremità dell'accenditore a Gnd.

Una linea che va dalla giunzione tra il resistore e l'ignoitor, al pin di ingresso mi permetterebbe di misurare la caduta di tensione e rilevare la presenza o meno dell'accenditore.

Potrebbero essere presenti altri resistori per garantire che non più di 0,2 A possano passare attraverso l'accenditore, che è la sua massima corrente di non accensione.

D'altra parte, se stessi costruendo un circuito di accensione, porterei il pin di uscita nella base di un transistor il cui collettore era collegato a + 18V e il cui emettitore era collegato a un filo dell'accenditore, con l'altro filo di l'accenditore collegato a terra. Potrebbero essere necessari altri componenti.

Li ho visti sui sistemi di sparo, ma non capisco bene i loro ruoli nel circuito.

Ci sono 4 problemi che devo ancora superare.

1) Per essere utile, non devono esserci parti mobili sul modulo di sparo. Non deve esserci 'commutazione' tra la funzione di rilevamento della continuità e la funzione di accensione.

I 2 fili dell'accenditore devono essere inseriti in un blocco di connessione fisso sul modulo e il suo cablaggio interno deve consentire sia la continuità che le funzioni di rilevamento senza che l'una influenzi l'altra.

Nel peggiore dei casi, se il circuito antincendio fosse eccitato e contemporaneamente si stesse eseguendo il test di continuità sullo stesso pin, non devono essere presenti più di 5V sul pin di ingresso.

E ovviamente la corrente del test di continuità non deve mai eccitare il transistor che attiverà l'accenditore.

2) I circuiti dei 24 singoli accenditori non devono influenzarsi a vicenda. I circuiti dovrebbero essere isolati in modo che ciò che accade in un circuito non provochi un impatto su un altro.

Ad esempio, quando un accenditore si accende e il suo circuito di accensione si apre o va in cortocircuito, non deve deviare alcuna corrente in uno degli altri circuiti e rischiare di eccitare il suo transistratore.

3) Per essere pratico, spero di costruire un certo numero di questi moduli.

Con 24 circuiti di continuità e 24 di accensione per modulo, più di ciascuno può essere ridotto a circuiti integrati o altri componenti montati su PCB, preferibilmente in pacchetti array, migliore e ovviamente più economico sarà il prodotto finale.

Sono felice di commissionare una scheda personalizzata e forse anche l'assemblaggio se il design può supportarlo.

4) Il quarto problema è uno che sarebbe bello superare, ma non è essenziale. Il software consentirà di attivare più pin di uscita, e quindi accenditori, contemporaneamente.

Sul lato digitale, questo non è un problema, ma pone un carico significativo sulla fonte di alimentazione del circuito di accensione.

Una batteria LiPo da 18V sarà probabilmente in grado di fornire lo 0,6-0,9A necessario per accendere molti accenditori, ma con la resistenza interna della batteria, la resistenza delle lunghezze di filo di rame coinvolte e il fatto che a volte ne colleghiamo più di uno eMatch in serie a un singolo circuito di accensione, è facile vedere che ci sarà un limite.

Per innalzare questo limite il più possibile, si potrebbe utilizzare una scarica capacitiva, con una batteria più piccola che carica uno o più condensatori, la cui energia può poi essere alimentata ai transistor.

Capisco che questo possa essere molto più efficace di una semplice connessione diretta all'energia della batteria.

Allora, questo progetto ti piace? Sei interessato e disposto a contribuire con la tua esperienza per trasformare questo da un progetto di panchina, come è attualmente, in qualcosa che funziona davvero?

Sarò felice di fornire qualsiasi ulteriore informazione tu possa richiedere.

Cordiali saluti,

Jerry

Progettare il circuito

Ciao Jerry,

Controlla l'allegato, questa configurazione funzionerà per te?

Lavorare senza un pulsante

Ciao Swag,

Grazie per aver dedicato del tempo a guardare questo.

Purtroppo, temo di non essere stato sufficientemente chiaro quando ho detto che non ci possono essere interruttori fisici nel circuito.

Il circuito deve funzionare senza un pulsante di continuità. Invece, ci deve essere una connessione costante da qualche parte nel circuito al pin di rilevamento (ingresso ADC) con una tensione (sempre solo 0-5 V) il cui valore può essere utilizzato per affermare se è o meno un carico di 1,5 - 10 ohm presente.

Sono anche un po 'preoccupato per la resistenza da 10 ohm. Mi sembra che anche senza tensione di innesco, la corrente dall'alimentazione da 18 V passerà attraverso il carico e quindi la resistenza da 10 ohm a terra, fornendo 1,5 A al carico, facendolo esplodere istantaneamente.

Sei d'accordo che questo sarebbe accaduto? Potete escogitare qualche modifica che affronti una di queste osservazioni?

Grazie molto,

Jerry

La correzione del resistore da 10 Ohm

Ciao Jerry,

Il 10 ohm è stato davvero un errore, per favore controllalo ora e fammi sapere se questo circuito dell'accenditore per fuochi d'artificio (Ematch) sarebbe servito allo scopo

(vedi allegato).

Il diodo e il condensatore servono a garantire che il segnale rimanga anche mentre il transistor è in conduzione durante il periodo di attivazione del carico.

Il preset 10k può essere regolato per impostare una tensione appropriata per l'ingresso ADC.

Grazie mille Swag.

Non ho familiarità con le caratteristiche del TIP122 o del 4N35, quindi prenderò le loro schede tecniche e costruirò il circuito da testare.

Questo potrebbe richiedere più tempo di quanto sarebbe l'ideale dato che mi sono appena rotto un braccio, quindi la saldatura sarà una sfida!

Tuttavia, sono molto grato per la tua assistenza.

Mi chiedo se hai qualche idea sulla sostituzione dell'alimentazione da 18V con un circuito a scarica capacitiva?

Sospetto che questo sarà molto più semplice e posso senza dubbio trovare riferimenti su Internet a schemi di carica / scarica standard, ma se ne hai qualcuno che hai fatto prima, sarei ansioso di vedere?

Ti auguro il meglio,

Jerry

Ciao Jerry,

Penso che ora sto cominciando a capire completamente la configurazione.

Potreste specificare il livello di tensione richiesto per il caricamento del carico?

Questo mi aiuterebbe a progettare il circuito finalizzato insieme allo stadio di scarica capacitiva.

I migliori saluti.
Malloppo, festone

Gli e-match sono dispositivi a bassa corrente

Ciao Swag.

EMatches sono specificati per attivarsi con la corrente minima, piuttosto che con la tensione. Diversi produttori forniscono la corrente di accensione minima tra 0,35 A e 0,5 A, sebbene la maggior parte consiglia un valore più vicino a 0,6 A-0,75 A per accendere con buona affidabilità.

I produttori forniscono anche resistenze interne diverse per i loro accenditori, da 1,6 ohm a 2,3 ohm. Se colleghi un singolo eMatch da 2,3 ohm a una batteria di resistenza interna trascurabile e cerchi 0,75A, ci vorranno solo 1,725V per accenderlo.

Tuttavia, se il circuito di accensione singolo (che chiamiamo 'stecca') venisse utilizzato per accendere 6 accenditori, collegati in serie, ciò richiederebbe 10,35 V. Nel mondo reale, sono presenti resistenze aggiuntive, sia dalla fonte di energia che dal cablaggio in rame tra gli accenditori. Di conseguenza, 12-24 V vengono solitamente considerati come linea di base.

Poi c'è la considerazione che ci sono 24 segnali su ogni modulo, che condividono tutti la stessa fonte di energia.
Il software consentirà a tutti e 24 i segnali di essere sparati contemporaneamente.

I segnali sono essi stessi effettivamente in parallelo e almeno 0,75 A possono essere disegnati da ogni segnale. Quindi la fonte di energia deve essere in grado di fornire 18A affinché ciò avvenga.

Quando dobbiamo collegare più accenditori a una singola stecca, lo facciamo sempre in serie, mai in parallelo. Puntiamo all'affidabilità del 100% e un collegamento in serie fallirà sempre il suo test di continuità se un singolo accenditore è guasto. Parallelamente, si possono perdere più accenditori difettosi.

Sebbene tutta questa corrente e tensione sia insolita per i piccoli circuiti, ci sono alcune compensazioni.

In primo luogo, l'obiettivo è quello di far bruciare gli accenditori, in modo che la tensione o la corrente in eccesso non siano mai un problema, fintanto che i componenti possono gestire la potenza.

In secondo luogo, gli accenditori in genere si bruciano in 20-50 ms, quindi l'assorbimento sarà sempre piuttosto breve ed è improbabile che i componenti debbano dissipare molto calore.

La considerazione principale deve essere se il transistor di commutazione di potenza può deviare tanta potenza.

Il software che spara (solleva il percussore a 5V) ogni stecca lo manterrà a + 5V per soli 500 ms prima di farlo cadere a 0 V, quindi non ci sarà mai alimentazione attraverso il circuito di uscita per più di 500 ms anche se l'accenditore si accende ma poi si corto dopo (sempre un rischio).

Una nota sul lato sensibile del circuito. Vedo che il tuo progetto fornirà 0 V all'ADC se l'accenditore manca o si è già aperto.

Tuttavia, se è danneggiato o è stato cablato male ed è in cortocircuito, non credo che sarà rilevabile, vero? Questo non è un problema fondamentale, anche se speravo di utilizzare l'ADC per rilevare circuito aperto, cortocircuito o resistenza sensibile nell'intervallo da 1 a 15 ohm.

Infine, penso che i condensatori dovranno essere caricati e scaricati, sotto il controllo del software.

Si potrebbe presumere che ci sia un altro pin sul modulo che verrà portato a + 5V quando il condensatore dovrebbe caricarsi e scenderà a 0V quando il condensatore dovrebbe scaricarsi. Sarà necessario uno shunt sicuro in cui scaricare il condensatore.

Ho il sospetto che questa disposizione possa richiedere una modifica al circuito di rilevamento, poiché la funzione di rilevamento dovrebbe funzionare indipendentemente dal fatto che il condensatore sia carico o meno.

È anche importante assicurarsi che la corrente attraverso l'accenditore sia mantenuta al minimo assoluto per scopi di rilevamento. Ho letto solo oggi che con una corrente costante inferiore al fuoco minimo (diciamo 0,25 A che è inferiore a 0,35 A min di fuoco) l'accenditore si surriscalda e può accendersi dopo diversi secondi.

Di conseguenza, si ritiene che le correnti di prova costanti debbano essere inferiori al 10% della corrente minima di incendio (che sarebbe 35 mA) e possibilmente anche dell'1% (3,5 mA).

Spero che questo non stia cambiando le cose in modo troppo radicale.

Molte grazie per il tuo continuo interesse.

Ti auguro il meglio,

Jerry

Utilizzando una DC bassa

Ciao Jerry,

OK, questo significa che la tensione di accensione è una CC a bassa tensione, l'ho confusa con alta tensione quando hai menzionato il termine 'scarica capacitiva' .... quindi penso che dovrei lasciare a te la decisione riguardo alla cifra appropriata, poiché il TIP122 può gestire ben oltre 3 amp a 100 V, quindi c'è un'ampia gamma con cui giocare.

Metterò un comparatore opamp sul lato del sensore che ti consentirà di selezionare l'intervallo di rilevamento secondo qualsiasi specifica desiderata.

Proverò a progettarlo presto e ti farò sapere una volta completato

Ciao Swag,

Grazie ancora per il tuo tempo su questo. Hai molta più esperienza nell'elettronica analogica di me e hai ottenuto in pochi giorni quello su cui avevo passato molti mesi a scervellarmi.

Capisco perfettamente il tuo punto di vista sul rilevamento della portata del carico: questa era solo un'aspirazione e il sistema non mancherà di funzionare senza di essa.

Ho preso quello che mi hai fornito e l'ho eseguito attraverso il simulatore di circuito EasyEDA dove si comporta esattamente come speravo, almeno con un singolo circuito. Indica che con il potenziometro al 10%, l'ADC vedrà 0,36 V quando è presente un accenditore e 0 V quando è aperto, che è ciò di cui ho bisogno perché funzioni. Quando l'accenditore è alimentato, questo sale a 1,4 V che è perfettamente sicuro.

La corrente di rilevamento non è nemmeno misurabile mentre la corrente di accensione sembra 3,2 A che sparerà qualsiasi cosa. Il mio prossimo compito è simulare più circuiti indipendenti, fino ai 24 che avrò in un modulo, e cercare eventuali prove di crossover.

Ho allegato lo schema del circuito e le correnti e le tensioni simulate.

Devo lavorare con ciò che è supportato, motivo per cui la simulazione utilizza un transistor darlington diverso, ma credo - a meno che tu non mi consigli diversamente - che illustri il comportamento previsto. Per inciso, V1 è un'onda quadra da 5 V con frequenza di 1 Hz, poiché ciò consente la simulazione del percussore a 5 V che si alza.

Potete suggerire quanto del circuito può essere condiviso tra le 24 stecche in un modulo?

La tensione di alimentazione primaria sarà, così come qualsiasi alimentazione a tensione inferiore richiesta per alimentare l'LM7805 e, naturalmente, una massa comune.

È possibile utilizzare un singolo LM7805 per fornire l'ingresso a tutti i 4N35? Immagino che il resto dovrà essere unico per ogni stecca, il che mi dà una lista della spesa, ma apprezzerei i tuoi pensieri sulla costruzione di un modulo a 24 stecche.

Infine, mi chiedo ancora quali sono le opzioni per aggiungere una fonte di energia a scarica capacitiva al posto della fonte da 18V?

La mia comprensione è che i sistemi di accensione commerciali li useranno perché la loro bassa resistenza interna rende possibile il passaggio di correnti elevate attraverso accenditori a bassa resistenza. È corretto che un C.D. la sorgente avrà una resistenza interna inferiore rispetto a una batteria?

Alcuni sistemi di accensione possono avere una tensione di fuoco piuttosto elevata, ma questa è probabilmente solo una conseguenza del funzionamento della scarica capacitiva. 18V è tanto quanto è necessario, anche se di più non farà certamente male.

È un C.D. fonte una cosa semplice da aggiungere? Sarebbe possibile aggiungere qualcosa che scarichi 6 batterie AA ricaricabili da 1,2 V?

Se ciò fosse possibile, la stessa sorgente da 7,2 V alimenterà felicemente sia l'LM7805 per il circuito di accensione che anche la scheda arduino. Penso che sarebbe una soluzione abbastanza perfetta.

Tutti i migliori auguri,
Jerry

Presentazione del design modificato

Ciao Jerry,

Ho modificato il design secondo le specifiche.

Il BC547 si assicura che l'ADC continui a ricevere la logica alta mentre il transistor è attivato su ON, e quindi consente al carico di attivarsi completamente.

Rilevare la gamma del carico potrebbe richiedere l'inclusione di un circuito molto complesso, quindi ho deciso di farne a meno nel progetto.

Fammi sapere se hai ulteriori dubbi.

Ciao Swag,

Grazie ancora per il tuo tempo su questo. Hai molta più esperienza nell'elettronica analogica di me e hai ottenuto in pochi giorni quello su cui avevo passato molti mesi a scervellarmi.

Capisco perfettamente il tuo punto di vista sul rilevamento della portata del carico: questa era solo un'aspirazione e il sistema non mancherà di funzionare senza di essa.

Ho preso quello che mi hai fornito e l'ho eseguito attraverso il simulatore di circuito EasyEDA dove si comporta esattamente come speravo, almeno con un singolo circuito.

Indica che con il potenziometro al 10%, l'ADC vedrà 0,36 V quando è presente un accenditore e 0 V quando è aperto, che è ciò di cui ho bisogno perché funzioni.

Quando l'accenditore è alimentato, questo sale a 1,4 V che è perfettamente sicuro.

La corrente di rilevamento non è nemmeno misurabile mentre la corrente di accensione sembra 3,2 A che sparerà qualsiasi cosa. Il mio prossimo compito è simulare più circuiti indipendenti, fino ai 24 che avrò in un modulo, e cercare eventuali prove di crossover.

Ho allegato lo schema del circuito e le correnti e le tensioni simulate.

Devo lavorare con ciò che è supportato, motivo per cui la simulazione utilizza un transistor darlington diverso, ma credo - a meno che tu non mi consigli diversamente - che illustri il comportamento previsto. Per inciso, V1 è un'onda quadra da 5 V con frequenza di 1 Hz, poiché ciò consente la simulazione del percussore a 5 V che si alza.

Potete suggerire quanto del circuito può essere condiviso tra le 24 stecche in un modulo?

La tensione di alimentazione primaria sarà, così come qualsiasi alimentazione a tensione inferiore richiesta per alimentare l'LM7805 e, naturalmente, una massa comune. È possibile utilizzare un singolo LM7805 per fornire l'ingresso a tutti i 4N35?

Immagino che il resto dovrà essere unico per ogni stecca, il che mi dà una lista della spesa, ma apprezzerei i tuoi pensieri sulla costruzione di un modulo a 24 stecche.

Infine, mi chiedo ancora quali sono le opzioni per aggiungere una fonte di energia a scarica capacitiva al posto della fonte da 18V?

La mia comprensione è che i sistemi di accensione commerciali li useranno perché la loro bassa resistenza interna rende possibile il passaggio di correnti elevate attraverso accenditori a bassa resistenza.

È corretto che un C.D. la sorgente avrà una resistenza interna inferiore rispetto a una batteria? Alcuni sistemi di accensione possono avere una tensione di fuoco piuttosto elevata, ma questa è probabilmente solo una conseguenza del funzionamento della scarica capacitiva.

18V è tanto quanto è necessario, anche se di più non farà certamente male. È un C.D. fonte una cosa semplice da aggiungere? Sarebbe possibile aggiungere qualcosa che scarichi 6 batterie AA ricaricabili da 1,2 V?

Se ciò fosse possibile, la stessa sorgente da 7,2 V alimenterà felicemente sia l'LM7805 per il circuito di accensione che anche la scheda arduino. Penso che sarebbe una soluzione abbastanza perfetta.

Tutti i migliori auguri,

Jerry

Ciao Jerry,

Ecco le risposte,

Il transistor può essere sostituito con qualsiasi transistor NPN opportunamente valutato secondo le vostre preferenze, qui nulla è critico tranne le specifiche V e I.

Un singolo 7805 sarebbe sufficiente per tutti gli stadi di rilevamento, essendo l'ADC un ingresso ad alta impedenza, il consumo di corrente sarebbe trascurabile e può essere ignorato.

Tuttavia, come hai giustamente accennato, la fase di accensione della potenza dovrà essere unica per ciascuno dei 24 segnali (Totale 24 n. Di transistor di potenza con 24 ingressi di attivazione) È possibile provare un'alimentazione a 7,2 V utilizzando celle AAA per alimentare l'intero sistema, in ordine per aumentare la tensione a 18V puoi provare a utilizzare il primo concetto di circuito mostrato nel seguente articolo: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html È possibile sostituire 1,5 V con la sorgente da 7,2 V e sostituire il LED con un raddrizzatore a ponte e un condensatore da 2200uF / 25V associato. assicurati di collegare un carico 4k7 attraverso questo condensatore.

Il transistor potrebbe essere sostituito con un BD139 Potrebbe essere necessario modificare leggermente la bobina su entrambi i lati per determinare il risultato più adatto. Fammi sapere se hai altre domande?

I migliori saluti.

Malloppo, festone

Ciao Swag,

Ho aspettato che arrivassero i componenti. Ho costruito il circuito e sono felice di poter confermare che funziona. Quindi, ancora una volta, i miei ringraziamenti per tutto il tuo inestimabile aiuto - te ne sono molto grato.

Quando ho costruito il circuito, l'ho testato prima con un segnale diretto a 5V sull'ingresso e l'accenditore si è acceso immediatamente, il che è stato fantastico.

Quando sono collegato al mio Arduino, tuttavia, ho scoperto che mettendo i pin digitali in modalità di uscita anche l'accenditore ha acceso istantaneamente, il che non era così eccezionale.

Anche se pensavo che i pin di uscita digitale fossero abbassati internamente, sembra che non sia così, ma ora sto impostando il loro stato su off prima di impostare la modalità pin su uscita, e questo ha risolto il problema abbastanza bene.

Sono stato anche sorpreso di scoprire che quando il potenziometro riduce la resistenza tra l'accenditore e il pin 1 sull'accoppiatore ottico, la corrente attraverso il resistore da 1k, l'accenditore e il potenziometro può essere ancora abbastanza bassa da consentire la corrente di accensione. a massa al pin 2.

A mio avviso, anche con il potenziometro che fornisce 0 ohm, la corrente dovrebbe essere inferiore a 18/1002 o 0,017 A. Secondo la sua scheda tecnica, non dovrebbe essere sufficiente per accendere l'accenditore.

Tuttavia, con la pentola che aggiunge circa 5k ohm, l'accenditore rimane freddo. Senza dubbio questo è stato il motivo per cui hai usato un potenziometro e non solo un paio di resistenze fisse.

Quindi sperimenterò successivamente una varietà di accenditori di altri fornitori e scoprirò l'impostazione del potenziometro che consentirà a tutti di accendersi solo quando dovrebbero. Posso quindi costruire un'unità a grandezza naturale con resistori fissi qui.

Quindi, in sintesi, funziona tutto proprio come speravo e sono estremamente grato che tu mi abbia risparmiato il tempo per fornire il tuo contributo. Sentitevi liberi di pubblicare il circuito e il nostro dialogo, insieme ai miei ringraziamenti e al riconoscimento della vostra abilità.

Con i piu 'sinceri saluti,

Jerry

p.s. per rispondere alla tua domanda finale, sì, tutti i 24 ingressi ADC sono unici e indipendenti, così come le 24 uscite digitali. Sto usando Mux Shield 2 per aumentare la capacità di base dell'ATmega328P.