Optoelektronischer Rauchmelder mit 433MHz Funkübertragung


Platine mit den Funkmodulen

Der optoelektronische Rauchmelder zeichnet sich durch eine sehr geringe Stromaufnahme von nur 45uA aus, wodurch ein Batteriewechsel nur ca. alle 12 bis 15 Monate erfolgen kann. Geringste Verschmutzungen der Luft werden infrarot erkannt und sowohl optisch als auch akustisch signalisiert. Ein Warnsignal ertönt ebenfalls bei Erkennung einer schwachen Batterie. Das Alarmsignal wird auf eine 433MHz Trägerfrequenz aufmoduliert und per Funk übertragen. Somit werden auch andere Rauchmelder, die nicht in unmittelbarer Nähe des Brandherdes installiert sind, aktiviert. Seitlich ist ein Taster angeordnet der es ermöglicht, den Rauchmelder auf Funktion zu überprüfen.



Schaltplan der Spannungsversorgung und Zeitsteuerung

Der Rauchmelder wird mit einer 9V Blockbatterie versorgt. C1 übernimmt einer erste Pufferung. Da die Funkmodule mit einer Spannung von 3VDC arbeiten und zur Ansteuerung Transistoren verwendet werden, wurde eine stabilisierte Gleichspannung von 3,7V durch U1 erzeugt. Der Festspannungsregler MAX603 zeichnet sich durch eine sehr geringe Stromaufnahme aus und ist daher bestens für den Batteriebetrieb geeignet. über den Eingang OFF kann der Regler komplett aktiviert bzw. deaktiviert werden. Informationen hierzu gibt es bei Maxim. Am Ausgang liegt somit durch die Beschaltung mit R1/R2 die stabilisierte Gleichspannung von 3,7V an. Um die Lebensdauer der Batterie herauf zusetzen wird der Funkempfänger nur alle 12 Sekunden für ca. 1,5 Sekunden eingeschaltet. Nur in diesem Augenblick wird überprüft, ob ein Alarmsignal von einem anderem Funkrauchmelder ausgesendet wird. Um dieses Zeitfenster zu generieren, wurde mit U4 ein Oszillator mit einem 14 stufigen Binärteiler aufgebaut und ein UND Gater mit U3B nachgeschaltet. Das Ausgangssignal von U3B setzt nach 13,5 Sekunden den Zähler U4 wieder zurück. Am Ausgang Q9 von U4 wird das benötigte Steuersignal ausgegeben und auf den Eingang von U2A geführt. Der Ausgang von U2A schaltet ebenfalls den Ausgang von U3A High, da beim Fehlen eines Alarms am Ausgang von U11D ein High Signal anliegt. Der Transistor Q2 schaltet durch und aktiviert die Funk- Empfangseinheit. Die Funksendeeinheit wird nur im Falle eines lokalen Brandes durch U12 bzw. den Pegel +3V-E aktiviert. Während des Empfanges wird das Aktivieren des Senders über die Gatter U11A, U11C, U11D verriegelt, so daß nur das Empfangen oder nur das Senden gleichzeitig möglich ist. Wird ein Alarmsignal von einer anderen Einheit empfangen, so sind die Eingänge von U2B auf High gesetzt. Die Empfangseinheit darf nun nicht nach 1,5 Sekunden von U4 ausgeschaltet werden. Dazu wurde mit Hilfe von U2B eine Selbsthaltung realisiert. Die Spannungsversorgung des Empfängers fällt erst dann wieder ab, wenn kein Alarmsignal mehr empfangen wird.



Schaltplan der Sende- und Empfangseinheit

Die Sende- und Empfangseinheit besteht aus dem 433MHz Sender U5 HFS300, dem 433MHz Empfänger U7 HFS301 jeweils von ELV, dem Encoder Baustein HT600 U6 und dem Decoder Baustein HT614 U8 von der Firma Holtek. Per Funk gesendete Daten werden mit dem Empfänger U7 aufgenommen und an den Eingang DIN von U8 weitergeleitet. Dort werden die Daten mit einem Sicherheitscode, einstellbar mit dem Schalter S2, überprüft und bei Gültigkeit der Ausgang D10 gesetzt. Es werden nur Daten für gültig befunden, wenn der gleiche Sicherheitscode erkannt wurde wie beim Empfänger, d. h., Sender und Empfänger müßen aufeinander abgestimmt sein. Da U6 und U8 sehr interessante und komplexe IC's sind, empfehle ich mal einen Blick in die Spezifikation bei Holtek zu werfen. Wird ein lokaler Alarm ausgegeben, so wird die Spannungsversorgung +3V-E für U5 und U6 eingeschaltet. Da der Eingang TE direkt mit der Spannungsversorgung verbunden ist, beginnt der Encoder sofort mit der Datenübertragung durch den Ausgang DOUT zum Eingang des Senders HFS300. U5 startet mit der Amplitudenmodulation und sendet das 433MHz Signal aus.



Schaltplan der Rauchmeldeeinheit

Herzstück der Raucheinheit ist der optoelektronische Smoke Detector A5358 von Allegro. Er arbeitet mit einer infrarot Empfangs- und Sendediode D1 und D2. Mit den Kondensatoren C6 und C7 kann die Empfindlichkeit der Raucherkennung eingestellt werden. Der I/O Port PIN7 ist über die Dioden D4 und D5 mit den Verriegelungsgattern U11 verbunden um die Sendeeinheit zu aktivieren oder vom Empfänger ein Alarm auszuwerten. Über HORN1 und HORN2 wird eine konstante Gleichspannung ausgegeben, die dazu genutzt werden kann, einen Piezzo Alarmgeber mit integriertem Oszillator anzusteuern. Die Beschaltung von dem IC A5358 wurde komplett aus den Spezifikationen von Allegro übernommen und wird hier nicht näher erklährt. Viel wichtiger ist eine mechanische Komponente - Die Rauchkammer !



Die Rauchkammer des optoelektronischen Rauchmelders

Die wichtigste Einheit bei einem optoelektronisch arbeitenden Brandmelder ist die Rauchkammer. In dieser Kammer sind die infrarot Sende- und Empfangsdioden installiert. Anders als bei einer Lichtschranke, wo beide Dioden direkt gegenüber angebracht sind, ist die Position hierbei versetzt, d. h. Sender und Empfänger schauen sich nicht direkt an. Das nun infrarotes Licht von der Sendediode zur Empfangsdiode geleitet wird, ist die Aufgabe der Ruspartikel. Dringen diese Partikel in die Kammer ein, so reflektieren sie das Licht zum Empfänger und der Rauchmelder löst aus. Eine solche Kammer ist oft rund und schwarz lackiert. Das Infrarotlicht darf natürlich nicht von den Wänden reflektiert werden. Um zu verhindern, daß Fremdlicht eindringen kann, sind die Luftöffnungen oft noch mit Lamellen verkleidet. Eine solche Rauchkammer ist sehr schwer zu beziehen und ohne Abnahme in hohen Stückzahlen kaum zu realisieren.



Zum Schluß möchte ich noch darauf aufmerksam machen, daß ich keine Garantie bezüglich der Funktionsfähigkeit der Schaltung übernehmen kann, da diese stark vom Platienenlayout abhängig ist !





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