Електрически мач (Ematch) Верига за фойерверки

Постът подробно обяснява проста електрическа верига за запалване, която може да се използва за реализиране на надеждно запалване на серия Ematches чрез система за управление, базирана на микроконтролер. Идеята е поискана и обяснена от г-н Джери Шалис

Подробностите могат да бъдат разбрани, като прочетете следващата дискусия по имейл между г-н Джери и мен.

Технически спецификации

Току-що разгледах всички полезни неща на вашия сайт и бих започнал, като ви благодаря, че сте го поставили в публичното пространство. Това е много полезна справка за тези от нас, за които електрониката не е основното ни умение.

Открих, че сте публикували схема за a Ematch система за запалване на фойерверки .

Мисля, че е близо до това, което търся, да се вгради в собствената ми система, но е достатъчно различно, че не мога да го адаптирам сам.

Изграждам базирана на микроконтролер радиосвързана разпределена система за стрелба. Работя с професионален екип на дисплея и съм проектирал системата да предлага всички най-добри характеристики на търговските системи, но се надявам без ненужните функции или високата цена.

Тъй като съм софтуерен инженер от 30 години, нямам никакъв проблем с кода и има хубави вградени среди като Arduino или Raspberry Pi, които правят хардуерната страна съвсем ясна - дори за софтуер!

В резултат на това съм изградил модулна система за стрелба, която може да обработва информация за непрекъснатостта на запалването (напрежение) на 24 извода във всеки модул и може да генерира 5V сигнал на един от 24 изходни извода. Сега имам много модули, всички контролирани от централно устройство.

Имам обаче проблем с изходната схема, тъй като това изисква познания по аналогова електроника, които са извън мен. Всеки модул трябва да открие непрекъснатост на 24 запалващи устройства и да ги задейства.

Имам 24 входни щифта и 24 изходни щифта на модул. Следователно всяка отделна реплика използва един входен и един изходен щифт.

Входният щифт може да измерва (когато софтуерът го насочва към това) напрежението спрямо Gnd.

Изходният щифт ще бъде повдигнат и задържан при 5V за определен период, преди да бъде намален до 0V, отново, когато софтуерът го насочи към това.

Ако изграждах само тест за непрекъснатост, без функция на задействане, бих могъл да свържа захранването си + 5V към резистор от 10 ома, а другият край на този резистор към един проводник на запалителя (който има съпротивление от 1,5-2,5 ома) и след това от другия край на запалителя до Gnd.

Линията до кръстовището между резистора и игноритора до входния щифт би ми позволила да измерим спада на напрежението и да открия наличието или отсъствието на запалителя.

Възможно е да присъстват и други резистори, за да се гарантира, че не повече от 0,2А могат да преминат през запалителя, което е максималният му ток на невъзпламеняване.

От друга страна, ако просто изграждах схема за задействане, щях да заведа изходния щифт в основата на транзистор, чийто колектор беше свързан към + 18V и чийто излъчвател беше свързан към един проводник на запалителя, с другия проводник на запалителят, свързан със земята. Може да са необходими други компоненти.

Виждал съм ги в системите за стрелба, но всъщност не разбирам техните роли в схемата.

Има 4 проблема, които тепърва трябва да преодолявам.

1) За да бъде полезно, на модула за стрелба не трябва да има движещи се части. Не трябва да има „превключване“ между функцията за определяне на непрекъснатостта и функцията за стрелба.

Двата проводника на запалителя трябва да бъдат включени във фиксиран свързващ блок на модула, а вътрешното му окабеляване трябва да позволява както непрекъснатост, така и сензорни функции, без нито един да засяга другия.

В най-лошия случай, ако пожарната верига е била под напрежение и в същото време тестът за непрекъснатост се е извършвал на същия щифт, не трябва да има повече от 5V на входния щифт.

И разбира се токът за изпитване за непрекъснатост никога не трябва да захранва транзистора, който ще задейства запалителя.

2) Веригите за 24-те отделни запалители не трябва да си влияят взаимно. Веригите трябва да бъдат изолирани, така че това, което се случва в една верига, да не въздейства върху друга.

Например, когато запалител се запали и неговата задействаща верига или се отвори, или късо, това не трябва да пренасочва ток в една от другите вериги и да рискува да захрани транзистора си.

3) За да бъда практичен, надявам се да изградя редица от тези модули.

С 24 непрекъснати и 24 задействащи вериги на модул, колкото повече от всеки, който може да бъде сведен до интегрални схеми или други компоненти, монтирани на печатни платки, за предпочитане в масивни пакети, толкова по-добър и разбира се по-евтин ще бъде крайният продукт.

Щастлив съм да поръчам персонализирана платка и може би дори сглобка, ако дизайнът може да подкрепи това.

4) Четвъртият проблем е този, който би било хубаво да се преодолее, но не е от съществено значение. Софтуерът ще позволи да бъдат изстреляни наведнъж множество изходни щифтове и следователно запалващи устройства.

От дигитална страна това не е проблем, но поставя значително натоварване на източника на захранване на задействащата верига.

18V LiPo батерия вероятно ще може да достави 0,6-0,9A, необходими за задействане на много запалватели, но с вътрешното съпротивление на батерията, съпротивлението на дължините на медната тел и факта, че понякога свързваме повече от един eMatch последователно до една стрелкова верига, лесно е да се види, че ще има ограничение.

За да се повиши тази граница възможно най-високо, може да се използва капацитивен разряд с по-малка батерия, зареждаща един или повече кондензатори, чиято енергия след това може да бъде подадена към транзисторите.

Разбирам, че това може да бъде много по-ефективно от обикновената директна енергийна връзка на батерията.

И така, привлекателен ли е този проект? Интересувате ли се и желаете ли да допринесете с вашия опит, за да превърнете този проект от такъв, какъвто е в момента, в нещо, което наистина работи?

С удоволствие ще предоставя всякаква допълнителна информация, която може да ви е необходима.

Най-сърдечни поздрави,

Джери

Проектиране на веригата

Здравей Джери,

Моля, проверете прикачения файл, дали тази настройка ще работи за вас?

Работа без бутон

Здравей Swag,

Благодаря, че отделихте време да погледнете това.

За съжаление се страхувам, че не бях достатъчно ясен, когато казах, че не може да има физически превключватели във веригата.

Веригата трябва да работи без бутон за непрекъснатост. Вместо това трябва да има постоянна връзка от някъде във веригата към сензора (ADC вход) щифт с напрежение (само винаги 0-5V), чиято стойност може да се използва, за да се твърди дали натоварване от 1,5 - 10 ома е присъства.

Аз също съм малко притеснен за 10 ома резистор. Струва ми се, че дори и без напрежение на задействане, токът от захранването 18V ще премине през товара и след това 10 ома резистор към земята, доставяйки 1,5A към товара, незабавно го детонира.

Съгласни ли сте, че това би се случило? Можете ли да излезете с някакви модификации, които биха разгледали някое от тези наблюдения?

Много благодаря,

Джери

Корекцията от 10 ома Risistor

Здравей Джери,

10 ома наистина беше грешка, моля, проверете го сега и ми уведомете дали тази електрическа верига за запалване на фойерверки (Ematch) ще служи на целта

(Вижте прикачения файл).

Диодът и кондензаторът служат за осигуряване на задържане на сигнала, дори когато транзисторът провежда по време на задействащия период на товара.

Предварително зададената 10 k може да бъде настроена за настройка на подходящо напрежение за ADC входа.

Благодаря ви много Swag.

Не съм запознат с характеристиките на TIP122 или 4N35, така че ще получа техническите листове с данни и ще изградя веригата за тестване.

Това може да отнеме повече време, отколкото би било идеално, тъй като току що си счупих ръката, така че запояването ще бъде предизвикателство!

Въпреки това съм много благодарен за вашата помощ.

Чудя се дали имате някакви мисли за подмяна на захранването 18V с капацитивна верига за разреждане?

Подозирам, че това ще бъде много по-лесно и несъмнено мога да намеря препратки в Интернет към стандартните схеми за зареждане / разреждане, но ако имате такива, които сте правили преди, бих искал да видя?

Всичко най-хубаво,

Джери

Здравей Джери,

Мисля, че сега започвам да разбирам напълно конфигурацията.

Бихте ли могли да посочите нивото на напрежение, необходимо за зареждане на товара?

Това би ми помогнало да проектирам финалната схема заедно с етапа на капацитивен разряд.

С Най-Добри Пожелания.
Swag

Електронните мачове са устройства с нисък ток

Здравей Swag.

EMatches са определени да се задействат при минимален ток, а не върху напрежение. Различните производители дават минималния ток на изстрелване между 0,35A и 0,5A, въпреки че повечето препоръчват по-близо до 0,6A-0,75A, за да стрелят с добра надеждност.

Производителите също така дават различни вътрешни съпротивления за своите запалители, от 1,6 ома до 2,3 ома. Ако свържете единичен 2.3 ohm eMatch към батерия с пренебрежимо малко вътрешно съпротивление и търсите 0.75A, ще са необходими само 1.725V, за да го задействате.

Ако обаче единичната верига за стрелба (която ние наричаме „реплика“) трябва да се използва за задействане на 6 запалителни устройства, свързани последователно, това ще изисква 10,35V. В реалния свят има допълнителни съпротивления, както от източника на енергия, така и от медното окабеляване между запалителите. Следователно, 12-24V обикновено се приема за базова линия.

След това има съображението, че има 24 сигнала на всеки модул, всички споделящи един и същ енергиен източник.
Софтуерът ще позволи всички 24 сигнала да бъдат изстреляни наведнъж.

Самите реплики са ефективно паралелни и всяка реплика може да изтегли поне 0.75A. Така че енергийният източник трябва да може да захранва 18А, за да се случи това.

Когато трябва да свържем множество запалители към една реплика, винаги правим това последователно - никога паралелно. Ние се стремим към 100% надеждност и последователната връзка винаги ще се провали при теста за непрекъснатост, ако един запалителен механизъм е лош. Успоредно с това могат да бъдат пропуснати множество дефектни запалители.

Въпреки че целият този ток и напрежение е необичаен за малки вериги, има някои компенсации.

Първо, целта е запалвачите да изгорят, така че излишното напрежение или ток никога не е проблем, стига компонентите да могат да се справят с мощността.

На второ място, запалителите обикновено изгарят за 20-50ms, така че изтеглянето ще бъде доста кратко и компонентите едва ли ще трябва да разсейват много топлина.

Основното съображение трябва да бъде дали транзисторът за превключване на мощността може да шунтира толкова много мощност.

Софтуерът, който се задейства (вдига стрелковия щифт до 5V), всеки сигнал ще го задържи на + 5V само за 500ms, преди да го пусне на 0V, така че никога няма да има захранване през изходната верига за повече от 500ms, дори ако запалителят се задейства, но след това къси след това (винаги риск).

Една бележка от чувствителната страна на веригата. Виждам, че вашият дизайн ще осигури 0V на ADC, ако запалителят липсва или вече е отворен.

Ако обаче е повреден или е бил слабо свързан и е късо, не мисля, че това ще бъде откриваемо, нали? Това не е основен проблем, въпреки че се надявах да използвам ADC за откриване на отворена верига, късо съединение или разумно съпротивление в диапазона от 1 до 15 ома.

И накрая, мисля, че кондензаторът (ите) ще трябва да бъдат заредени и разредени под софтуерен контрол.

Бихте могли да предположите, че има друг щифт на модула, който ще бъде изтеглен до + 5V, когато кондензаторът трябва да се зареди, и ще падне до 0V, когато кондензаторът трябва да се разреди. Ще е необходимо безопасно шунтиране, в което да се разреди кондензаторът.

Подозирам, че това устройство може да изисква промяна на сензорната верига, тъй като функцията за усещане трябва да работи независимо дали кондензаторът е зареден или не.

Важно е също така да се гарантира, че токът през запалителя е сведен до абсолютен минимум за целите на засичане. Четох само днес, че с постоянен ток, по-малък от минималния огън (да речем, 0,25А, което е по-малко от 0,35А мин. Пожар), запалителят ще продължи да се нагрява и може да се задейства след няколко секунди.

Следователно се смята, че постоянните тестови токове трябва да са по-малко от 10% от минималния пожарен ток (който би бил 35 mA) и вероятно до 1% (3,5 mA).

Надявам се, че това не променя нещата твърде радикално.

Много благодаря за непрекъснатия интерес.

Всичко най-хубаво,

Джери

Използване на ниско DC

Здравей Джери,

Добре, това означава, че стрелковото напрежение е DC с ниско напрежение, обърках го като високо напрежение, когато споменахте термина 'капацитивен разряд' .... така че мисля, че трябва да оставя това да решите относно подходящата цифра, тъй като TIP122 може да се справи с над 3 ампера при 100V, така че има достатъчно диапазон за игра.

Ще поставя сравнителен апарат от страната на сензора, който ще ви позволи да изберете обхвата на откриване според всяка желана спецификация.

Ще се опитам да го проектирам скоро и ще ви уведомя, след като бъде завършен

Здравей Swag,

Благодаря ви още веднъж за отделеното време. Имате много повече опит в аналоговата електроника от мен и постигнахте за няколко дни това, което бях прекарал много месеци в озадачаване.

Напълно разбирам вашата гледна точка относно откриването на обхвата на товара - това беше само стремеж и системата няма да пропусне да работи без него.

Взех това, което сте предоставили, и го пуснах през симулатора на веригата EasyEDA, където той работи точно както се надявах - поне с една верига. Това показва, че с потенциометъра на 10%, ADC ще види 0.36V, когато има запалител, и 0V, когато е отворен, което е необходимо за това, за да работи. Когато запалителят е захранван, това достига до 1.4V, което е напълно безопасно.

Токът на чувствителност дори не е измерим, докато токът на стрелба изглежда като 3.2A, което ще изстреля всичко. Следващата ми задача е да симулирам множество независими вериги, до 24, които ще имам в един модул, и да потърся доказателства за кросоувър.

Приложил съм схемата на веригата и симулираните токове и напрежения.

Трябва да работя с това, което се поддържа, поради което симулацията използва различен транзистор от Дарлингтън, но вярвам - освен ако не ме посъветвате друго - че илюстрира очакваното поведение. V1 случайно е 5V квадратна вълна с честота 1Hz, тъй като това позволява симулация на 5V стрелбищен щифт, който отива високо.

Можете ли да предложите каква част от веригата може да бъде споделена между 24-те реплики в един модул?

Първичното захранващо напрежение ще бъде, както и всяко захранване с по-ниско напрежение, необходимо за захранване на LM7805, и разбира се обща земя.

Може ли един LM7805 да се използва за осигуряване на вход за всички 4N35s? Предполагам, че останалото ще трябва да бъде уникално за всяка реплика, което ми дава списък за пазаруване, но бих оценил вашите мисли за изграждането на модул от 24 реплики.

И накрая, все още се чудя какви са възможностите за добавяне на капацитивен източник на енергия вместо 18V източник?

Моето разбиране е, че търговските системи за стрелба ще ги използват, тъй като тяхното ниско вътрешно съпротивление прави възможно преминаването на високи токове през запалители с ниско съпротивление. Правилно ли е C.D. източникът ще има по-ниско вътрешно съпротивление от батерията?

Някои системи за стрелба могат да имат доста високо пожарно напрежение, но това вероятно е само следствие от това как работи капацитивният разряд. 18V е колкото е необходимо, макар че повече със сигурност няма да навреди.

Е C.D. източник на нещо просто за добавяне? Би ли било възможно да се добави нещо, което да изтощи 6 х 1.2V акумулаторни АА батерии?

Ако това беше възможно, същият този източник от 7,2 V с удоволствие ще захранва както LM7805 за задействащата верига, така и платката arduino. Смятам, че това би било доста перфектно решение.

Всички най-добри пожелания,
Джери

Представяне на модифицирания дизайн

Здравей Джери,

Промених дизайна според спецификациите.

BC547 гарантира, че ADC продължава да получава логиката високо, докато транзисторът се задейства, и по този начин позволява натоварването да се задейства напълно.

Откриването на обхвата на товара може да изисква включването на много сложна схема, затова реших да отида без това в дизайна.

Кажете ми, ако имате допълнителни съмнения.

Здравей Swag,

Благодаря ви още веднъж за отделеното време. Имате много повече опит в аналоговата електроника от мен и постигнахте за няколко дни това, което бях прекарал много месеци в озадачаване.

Напълно разбирам вашата гледна точка относно откриването на обхвата на товара - това беше само стремеж и системата няма да пропусне да работи без него.

Взех това, което сте предоставили, и го пуснах през симулатора на веригата EasyEDA, където той работи точно както се надявах - поне с една верига.

Това показва, че с потенциометъра на 10%, ADC ще види 0.36V, когато има запалител, и 0V, когато е отворен, което е необходимо за това, за да работи.

Когато запалителят е захранван, това достига до 1.4V, което е напълно безопасно.

Токът на чувствителност дори не е измерим, докато токът на стрелба изглежда като 3.2A, което ще изстреля всичко. Следващата ми задача е да симулирам множество независими вериги, до 24, които ще имам в един модул, и да потърся доказателства за кросоувър.

Приложил съм схемата на веригата и симулираните токове и напрежения.

Трябва да работя с това, което се поддържа, поради което симулацията използва различен транзистор от Дарлингтън, но вярвам - освен ако не ме посъветвате друго - че илюстрира очакваното поведение. V1 случайно е 5V квадратна вълна с честота 1Hz, тъй като това позволява симулация на 5V стрелбищен щифт, който отива високо.

Можете ли да предложите каква част от веригата може да бъде споделена между 24-те реплики в един модул?

Първичното захранващо напрежение ще бъде, както и всяко захранване с по-ниско напрежение, необходимо за захранване на LM7805, и разбира се обща земя. Може ли един LM7805 да се използва за осигуряване на вход за всички 4N35s?

Предполагам, че останалото ще трябва да бъде уникално за всяка реплика, което ми дава списък за пазаруване, но бих оценил вашите мисли за изграждането на модул от 24 реплики.

И накрая, все още се чудя какви са възможностите за добавяне на капацитивен източник на енергия вместо 18V източник?

Моето разбиране е, че търговските системи за стрелба ще ги използват, тъй като тяхното ниско вътрешно съпротивление прави възможно преминаването на високи токове през запалители с ниско съпротивление.

Правилно ли е C.D. източникът ще има по-ниско вътрешно съпротивление от батерията? Някои системи за стрелба могат да имат доста високо пожарно напрежение, но това вероятно е само следствие от това как работи капацитивният разряд.

18V е колкото е необходимо, макар че повече със сигурност няма да навреди. Е C.D. източник на нещо просто за добавяне? Би ли било възможно да се добави нещо, което да изтощи 6 х 1.2V акумулаторни АА батерии?

Ако това беше възможно, същият този източник от 7,2 V с удоволствие ще захранва както LM7805 за задействащата верига, така и платката arduino. Смятам, че това би било доста перфектно решение.

Всички най-добри пожелания,

Джери

Здравей Джери,

Ето отговорите,

Транзисторът може да бъде заменен с всеки подходящо класиран NPN транзистор според вашите предпочитания, тук нищо не е критично, освен спецификациите V и I.

Единичен 7805 би бил достатъчен за всички сензорни етапи, като ADC е вход с висок импеданс, консумацията на ток ще бъде незначителна и може да бъде игнорирана.

Въпреки това, както правилно споменахте, степента на запалване ще трябва да бъде уникална за всеки от 24-те сигнала (общо 24 номера на силови транзистори с 24 задействащи входа). Захранване от 7,2 V, използващо AAA клетки, може да се опита за захранване на цялата система, за да може за да увеличите напрежението до 18V, можете да опитате да използвате първата концепция на веригата, показана в следващата статия: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Можете да замените 1.5V с вашия 7.2V източник и да замените светодиода с мостов изправител и свързания с него кондензатор 2200uF / 25V. не забравяйте да свържете 4k7 товар през този кондензатор.

Транзисторът може да бъде заменен с BD139. Може да се наложи да промените малко намотките на бобината от двете страни, за да определите най-подходящия резултат. Кажете ми, ако имате още запитвания?

С Най-Добри Пожелания.

Swag

Здравей Swag,

Чаках компонентите да пристигнат. Изградих веригата и се радвам, че мога да потвърдя, че тя работи. Така че още веднъж, благодаря за цялата ви безценна помощ - най-благодарен съм.

Когато бях изградил веригата, първо я тествах с директен 5V сигнал на входа и запалителят веднага изстреля, което беше страхотно.

Когато се свързах с моя Arduino обаче, установих, че поставянето на цифровите щифтове в изходен режим също незабавно задейства запалвача, което не беше толкова страхотно.

Въпреки че си мислех, че цифровите изходни щифтове са вътрешно изтеглени, изглежда не е така, но сега настройвам тяхното състояние на изключено, преди да настроя изходния режим на пина, и това го обърна доста добре.

Също така бях изненадан да открия, че когато потенциометърът намалява съпротивлението между запалителя и щифт 1 на оптосъединителя, токът през резистора 1k, запалителя и потенциометъра все още може да бъде достатъчно нисък, за да позволи изтичане на ток към земята на щифт 2.

Според мен дори при пот, осигуряващ 0 ома, този ток трябва да бъде по-малък от 18/1002 или 0,017А. Това не би трябвало да е достатъчно за запалване на запалителя, според неговия информационен лист.

Въпреки това, когато гърнето добавя около 5k ома, запалителят остава студен. Без съмнение това е причината да използвате потенциометър, а не само чифт фиксирани резистори.

Затова ще експериментирам по-нататък с различни запалители от други доставчици и ще открия настройката на потенциометъра, която ще позволи на всички да стрелят само когато трябва. След това мога да изградя пълноразмерен блок с фиксирани резистори тук.

Така че в обобщение, всичко работи точно както се надявах и съм изключително благодарен, че ми спестихте време, за да предоставя вашето мнение. Моля, не се колебайте да публикувате схемата и нашия диалог, заедно с моите благодарности и признание за вашето умение.

С най-сърдечни поздрави,

Джери

п.с. за да отговорите на последния си въпрос, да, всичките 24 ADC входа са уникални и независими, точно както и 24-те цифрови изхода. Използвам Mux Shield 2 за увеличаване на основния капацитет на ATmega328P.