Датчик пламени для Ардуино: подключение

Помещения, где велик риск возгорания или необходимо обнаружить пожар в самом его начале, оборудованы специальными средствами, называемыми пожарными оповещателями или датчиками пламени.

Такие устройства часто адаптированы под адресные системы пожарной сигнализации. Они фиксируют электромагнитные импульсы, исходящие от огненного очага. Кроме того, такие изделия могут устанавливаться не только в закрытых, но и в открытых помещениях (веранда, терраса) при условии нормального уровня воздухо- и теплообмена.

Пламя при возгорании может иметь разный цвет, например, белый, красный, синевато-голубой или вовсе желтый. Он определяется типом вещества, которое горит, его характером. А принцип работы пожарных извещателей заключается именно в восприятии характера пламени. Устройство мгновенно обнаруживает электромагнитный импульс, который подается пламенем при возгорании вещества или его тлении, и подает сигнал.

Рассматривая функциональные способности и возможное месторасположение, пожарные сигнализации подразделяются на несколько видов:

• Тепловые;
• Ультрафиолетовые;
• Оптические (видимого диапазона);
• Многодиапазонные.

Устройство по обнаружению дыма и пламени оборудовано элементом, который обладает повышенной чувствительностью к электромагнитным волнам и сигналам. Именно он выявляет лучи, длина волны которых в корне отличается.

В данной статье рассмотрим одно из таких устройств – датчик пламени Ардуино. Выясним, что представляет собой инфракрасный модуль, его особенности работы и разберем процедуру подключения непосредственно к самой плате.

Особенности KY-026

Датчик пламени – это модуль KY-026, входящий в состав платы Arduino. Он реагирует на инфракрасное излучение, выявляя электромагнитные импульсы открытого огня. Может также обнаруживать тепловые изменения в воздушном пространстве, если вещество не горит, а тлеет.

Устройство включает в себя инфракрасный фотодиод. Он никак не реагирует на солнечное освещение или искусственные источники света, поэтому ложные сигналы о начавшемся возгорании минимизированы. Это позволяет использовать датчик в системах пожарной сигнализации и контроля горения в отопительных котлах.

Также имеет переменный резистор для регулирования чувствительности срабатывания сенсора и оснащен двумя красными светодиодами: первый загорается при подаче питания, второй – при обнаружении пламени или дыма, когда срабатывает датчик.

Таким образом, модуль KY-026 – цифровой аналог пожарных оповещателей.

Назначение

Пожарный датчик используется для обнаружения пламени или дыма. На своем выходе он формирует сигнал высокого уровня. Этот сигнал принимается платой Arduino, которая оповещает о начавшемся возгорании звуковой и световой сигнализацией.

Сам инфракрасный модуль KY-026 используется в качестве основы.

С его помощью можно разработать пожарную сигнализацию для дома, квартиры или другого помещения, не обязательно закрытого.

Также, датчик огня может использоваться при конструировании пожарных роботов. Пожарный робот – автоматическое устройство, разработанное для борьбы с огнем. Для них устраиваются состязания, задача участников в которых заключается в обнаружении источника огня и его тушении.

Интересно! Искусственный интеллект в данном случае работает не в просторном легко просматриваемом помещении, а в лабиринте.

Помимо развлекательных мероприятий, главная задача пожарных роботов – тушить пожары в местах, опасных для человека. К таким зонам относятся тепловые электростанции, крупные объекты электроэнергетики и космической области, нефтяной и газовой отрасли.

Работа такого искусственного интеллекта может быть автоматической или контролируемой оператором, который, находясь в безопасном месте, управляет системой.

Инфракрасный модуль выявляет излучение в диапазоне 760 – 1100 нм, характерное, например, пламени свечи. Некоторые замечают, что датчик реагирует даже на искусственные источники света. Поэтому, чтобы избежать засветки, фотодиод необходимо ограничивать по бокам непрозрачным материалом.

Устройство

Датчик огня и дыма для Ардуино производится в двух вариантах – с тремя или с четырьмя контактами. И тот, и другой имеют цифровой выход.

Датчик включает в себя следующие составные детали:

1. Инфракрасный фотодиод (сенсор). За счет него происходит передача сигнала к Ардуино и оповещение о возгорании.
2. Переменный резистор. Он позволяет регулировать чувствительность сенсора, срабатывающего при обнаружении пожара.
3. Три или четыре выхода.
4. Индикатор пламени.

На устройстве загорается индикатор, а на выходе появляется сигнал истина (логическая единица), если огонь обнаружен, или ложь (логический ноль), если в диапазоне видимости инфракрасного модуля пламени замечено не было.

На трех ножках

Различают два вида противопожарного модуля, они отличаются только внешним видом, а именно количеством ножек – 3 pin и 4 pin. Дополнительный вывод добавлен для получения прямых показаний с фототранзистора.

Принципиальная схема инфракрасного модуля пламени с 3 pin:

Назначение контактов в исполнении 3 pin:

1. Напряжение на общем коллекторе (VCC): «+» питание модуля.
2. Нулевой потенциал(GND): «-» питание модуля.
3. D0: цифровой выход, когда температурный значения огня превысят определенный порог, на нем появляется напряжение высокого уровня (порог срабатывания регулируется потенциометром).

На четырех ножках

Прибор для обнаружения огня и дыма с четырьмя выходами оснащен дополнительным аналоговым выходом, который оповещает не только о наличии сигнала, но и сообщает его характеристику. Благодаря дополнительной ножке можно выяснить не только тот факт, что пожар начался, но и его масштаб.

Инфракрасный датчик реагирует на электромагнитные импульсы в районе 750-1100 нм.

Обратите внимание! Модуль с четырьмя ножками придется регулировать, так как сенсор улавливает не только огонь, но и искусственные источники света (солнце, лампы, фонарик и т.д.).

Принципиальная схема инфракрасного датчика огня с 4 pin:

Назначение контактов в исполнении 4 pin:

1. Напряжение на общем коллекторе (VCC): «+» питание модуля.
2. Нулевой потенциал (GND): «-» питание модуля.
3. D0: цифровой выход, когда температурный значения огня превысят определенный порог, на нем появляется напряжение высокого уровня (порог срабатывания регулируется потенциометром).
4. А0: аналоговый выход.

Принцип работы

Принцип работы инфракрасного сенсора прост. На датчике расположен ИК светодиод с линзой, он находится в режиме постоянной работы и выпускает узкий пучок инфракрасного излучения. Детектором отраженного сигнала от препятствия служит фотодиод или фототранзистор.

Также, на печатной плате находится светодиод для индикации и несколько переменных резисторов для регулировки чувствительности срабатывания сенсора.

Извещатель отпускает ИК луч с частотой 38 кГц, который считывается приемником на плате. При приближении предмета к сенсору (расстояние устанавливается пользователем с помощью измерительного элемента на самом модуле) на выходе платы появляется низкий уровень напряжения и загорается светодиод. Рабочий диапазон (чувствительность датчика препятствия) можно регулировать: от 2 до 40 сантиметров.

Технические характеристики

Технические параметры модуля KY-026 для Ардуино:

Возможное применение

Модуль огня KY-026 может применяться в:

1. Хранилищах водорода.
2. Нефтепроводах и газопроводах.
3. Самоходных оборудованиях.
4. Средствах, которые используются для ядерной деятельности.
5. Сооружениях для хранения и технического обслуживания авиационной техники.
6. Турбинных помещениях.

Кроме того, такой датчик широко распространен в сфере робототехники, используется в автоматизированных системах и отлично подходит для Arduino-проектов.

Производители

Сегодня на рынке противопожарного оборудования можно найти большое количество ИК-датчиков в разных вариациях, все они от разных компаний.

Рассмотрим ТОП-3 ведущих производителя, которые разрабатывают и поставляют на потребительский рынок модуль KY-026.

1. Arduino. Ведущая торговая марка аппаратно-программных устройств построения и прототипирования простых систем, моделей и тестирований в сфере робототехники. Продукцию данной компании можно найти на официальном сайте или у посредников (например, в интернет-магазинах OZON, Wildberries и др.).
2. TZT. Компания начала свою деятельность в 2006 году. Работая в качестве одним из ведущих поставщиков, она занимается разработкой техники, исследованиями и производством аксессуаров для мобильных устройств.
3. HQ-MECH. Компания, цель которой – обеспечить покупателей высококачественной технической продукцией. HQ-MECH можно доверять: десятилетний опыт производства технических и автомобильных элементов и положительные отзывы покупателей.

Стоимость

Цена пожарного датчика KY-026 будет зависеть от производящего бренда, интернет-магазина, который является посредником и других фактором.

В среднем минимальная стоимость модуля от 35 рублей, максимальная за одну штуку не превышает 280 рублей.

Преимущества и недостатки

В качестве основных преимуществ, которыми обладает инфракрасный модуль, пользователи выделяют:

1. Возможность самостоятельно разрабатывать систему мониторинга за источниками возгорания.
2. Датчик легок в настройке и регулировке некоторых элементов.
3. Доступность необходимых в сборке деталей и их бюджетная цена.
4. Поддержка масштабирования разрабатываемой системы.
5. Низкое сетевое напряжение, которое не представляет угрозы для пользователя.

Из недостатков можно выделить:

1. Ограниченные функциональные способности.
2. Чтобы разработать подобную систему нужно иметь хотя бы небольшие знания электроники и представления о языках программирования.
3. Чувствительный порог ограничен.

Подключение к Ардуино

Сам модуль пламени способен только обнаружить открытый огонь, однако никакого звукового оповещения он издать не сможет. Для этого датчик подключают к платформе Arduino. При обнаружении пламени модуль передаст эту информацию дальше, после чего последует звуковой сигнал о начавшемся пожаре.

Особенности платы Arduino Uno

Arduino UNO – это отладочный комплекс, разработанный на основе микроконтроллера ATMega328. Другими словами – это плата, которая используется для разработки устройств, способных взаимодействовать с окружающей средой и воспринимать информацию, переданную из микроконтроллера.

Продуманное исполнение, компактность и легкость, широкий функционал, большое количество библиотек и примеров кода – вот что способствовало такому большому спросу на эту плату.

Технические характеристики платы Arduino UNO:

Что понадобится

Чтобы подключить модуль пламени к Ардуино потребуются следующие элементы:

1. Плата Arduino UNO (или любая другая версия этого комплекса).
2. Модуль огня KY-026.
3. Светоизлучающий диод.
4. Сигнальное устройство.
5. Резистор 220 Ом.
6. Провода, связывающие электрическое оборудование с электрическим питанием.

На плате модуля имеются подписи у контактов для подключения к Ардуино. Датчик питается от 5V и подает цифровое извещение.

Порядок работы

Порядок подключения модуля огня KY-026 будем рассматривать на примере, непосредственно, самого ИК-датчика, сигнального устройства (зуммера) и платы – Arduino Uno 53. Вся информация будет передаваться в «Мониторинг порта».

1. Сначала подсоединяем модуль пламени, выводы D0 и A0 подключаем к А0 и А1 соответственно платы Ардуино.
2. Далее подключаем питание GND к GND и напряжение на общем коллекторе к рабочем напряжению (от 3,3В).
3. Теперь подключаем сигнальное устройство. Вывод I/0 подключаем к D8 на Ардуино, а затем подключаем питание GND и VCC.

Схема сборки для наглядного примера:

Скетч для цифрового датчика

Комментарии к коду:

1. Для получения цифрового сигнала с модуля пламени используется ввод А1. В скетче его можно изменить на любой ввод общего назначения.
2. Модуль KY-026 на цифровом выходе подает сигнал «логическая единица» (при условии, если открытый огонь находится не далее 100 сантиметров от инфракрасного датчика).

Скетч для аналогового датчика

Комментарии к коду:

1. Для получения сигнала, в данном случае, используется ввод. На скетче его тоже можно изменить. Информация, полученная на модуль, выводится на монитор порта Arduino IDE.
2. В строке «Flame» значение, при котором будет включаться и выключаться световая сигнализация, устанавливается непосредственно пользователем.

Как проверить результат

Чтобы проверить правильность сборки и работу конструкции, поднесите к сигнализации зажженную спичку или зажигалку. Зуммер должен мгновенно отреагировать и издать звуковую сигнализацию. Если источник огня убрать, зуммер также быстро перестанет пищать.

Как это происходит?

Когда огонь подбирается к устройству, считываемое с ввода А0 напряжение меняется. В условиях отсутствия огня его значение находится в районе 0,3В, а при приближении пламени – порядка 1В и выше.

Меры предосторожности

Во время установки необходимо придерживаться следующих правил:

1. Прибор устанавливается только в закрытых помещениях.
2. Устройство нельзя использовать в местах, куда легко попадает вода. Его также не стоит закреплять в непосредственной близости с источниками тепла и пара.
3. При монтаже важно учитывать рабочий температурный режим. Если он не соблюдается, работа гаджета будет нарушена.

Также, не забывайте следовать базовым правилам безопасности при работе с электроприборами и проводами.

В данной статье мы выяснили, что такое Ардуино, каковы его технические характеристики, также разобрались каким образом подключить к этой плате модуль пламени KY-026. Сам процесс не отличается особенной трудностью, однако следует быть внимательным, чтобы устройство стабильно работало, а также следовать технике безопасности при взаимодействии с электрическими приборами.