Détecter les dangers, notre métier
Le Montage
Le montage de notre détecteur de fumée se décompose en 3 parties.
La première partie concerne l'étage de photodétection.
La deuxième partie constitue la section de détection synchrone du montage.
La troisième partie du montage est une partie d'amplification afin de pouvoir déclencher une alarme en cas de présence de fumée.
Première Partie :
LED IR et Photodiode
La première partie de notre montage se compose bien évidemment d'une LED IR, alimentée en inverse via un GBF délivrant une tension crête à crête de 5,2 V. On a choisit la tension maximum qui permet de garder la LED de fin de montage éteinte en l'abscence de fumée. On applique également un offset de 2 V pour éviter tout clignotement, imperceptible pour l'oeil, de la diode, qui fausserait la detection.
On associe à cette LED un photorécepteur. Celui-ci ne détectant que dans l'infrarouge cela permet de limiter le bruit dû à la lumière ambiante.
Montage Transimpédance
Le montage qui suit le photorécepteur est un montage transimpédance qui va permettre d'amplifier le signal perçu.
Il est composé d'un AO TL071 et d'une résistance dont on augmente la valeur (220 kOhm contre 47 kOhm avant) pour augmenter le gain et donc la sensibilité du détecteur. La résistance est en parallèle avec une capacité de 4,7 pF la plus petite possible afin d'éviter un effet capacitif trop important.
Deuxième Partie :
Multiplieur
La deuxième partie du montage est constitué tout d'abord d'un multiplieur mettant en jeu un AO AD633 avec en entrée deux fois le même signal. Nous avons ajouté deux potentiomètres, l'un permettant de régler le gain et l'autre l'offset.
On obtient donc un signal de fréquence double à la sortie du multiplieur.
Filtre Passe-Bas
On connecte ensuite au multiplieur un filtre passe-bas pour ne récupérer que la composante continue. On choisit une capacité de 10 nF et une résistance de 150 kOhm afin d'obtenir une fréquence de coupure plus faible que 15 Hz ce qui est en accord notamment avec la volonté de couper les bruits du signal. On cherche de plus à diminuer le temps de réponse pour que l'alarme s'éteigne en 3 sec maximum après disparition de la fumée. Objectif réalisé grâce au choix de ces valeurs de résistance et capacité.
Troisième Partie :
Amplification
La troisième partie de notre montage débute avec un amplificateur à l'aide d'un montage non inverseur, mettant en jeu l'AO TL071. Nous avons fait le choix de prendre une résistance de 120 Ohm et une de 1 kOhm afin d'avoir un seuil de tension qui permette le déclenchement de l'alarme dans une fourchette de 1 à 10V.
Commande de l'alarme
La suite du montage constitue la commande de l'alarme avec un comparateur à collecteur ouvert LM311 dont l'une des entrées est la tension de sortie du montage et l'autre est une tension variable. Cette tension fut tout d'abord réglée à partir d'un potentiomètre (dont on règlait le seuil à 1V ce qui nous permettait d'avoir une sensibilité importante). Toutefois, cette tension est désormais générée par des interrupteurs (avec affichage 7 segments) à l'aide d'un FPGA et d'une carte DEO.
Alarme
Notre système d'alarme est alors soit une diode rouge, soit un petit buzzer électromagnétique émettant un bip intense.
Mais il reste une question : pourquoi l'infrarouge ?
Utiliser l'infrarouge permet d'éviter les bruits importants du visible notamment dûs à l'éclairement de nos lampes courantes. De plus, la diffusion des particules de fumée est meilleure dans l'infrarouge. Enfin, un objectif étant d'émettre avec beaucoup d'intensité pour rendre plus efficace la détection, cela permet tout simplement d'éviter d'avoir une LED qui émet une puissante lumière dans le visible et donc recevable par l'oeil.
Et pour les passionnés de VHDL...
Ci-contre, vous trouverez les codes utiles à l'affichage et à la commande de la tension de seuil du détecteur avec le FPGA et la carte DEO.