Electric Match (Ematch) Circuit Firework ignitor

Indlægget forklarer udførligt et simpelt elektrisk tændstik-tændkredsløb, der kan bruges til at implementere en idiotsikker tænding af en række ematcher gennem et mikrocontrollerbaseret kontrolsystem. Idéen blev anmodet om og forklaret af Mr. Jerry Shallis

Detaljerne kan forstås ved at læse følgende e-mail-diskussion mellem Mr. Jerry og mig.

Tekniske specifikationer

Jeg har lige kigget på alle de nyttige ting på dit websted, og jeg vil starte med at takke dig for at sætte det hele offentligt. Det er en meget nyttig reference for dem af os, for hvem elektronik ikke er vores primære færdighed.

Jeg fandt ud af, at du havde offentliggjort et kredsløb til en Ematch fyrværkeri tændingssystem .

Jeg tror, ​​det er tæt på det, jeg leder efter, at bygge ind i mit eget system, men det er tilstrækkeligt anderledes, at jeg ikke selv kan tilpasse det.

Jeg bygger et mikrocontrollerbaseret radiolinket distribueret fyringssystem. Jeg arbejder med et professionelt display-team og har designet systemet til at tilbyde alle de bedste funktioner i kommercielle systemer, men jeg håber uden de unødvendige funktioner eller de høje omkostninger.

Efter at have været softwareingeniør i 30 år har jeg ikke noget problem med koden, og der er gode indlejrede miljøer som Arduino eller Raspberry Pi, der gør hardwaresiden ret ligetil - selv for en softwarefar!

Som et resultat har jeg bygget et modulært fyringssystem, der kan behandle information om tændingskontinuitet (spænding) på 24 ben i hvert modul og kan generere et 5V signal på en af ​​24 udgangsben. Jeg har nu mange moduler, alle styret fra en central enhed.

Jeg har dog et problem med outputkredsløbet, da dette kræver en viden om analog elektronik, der er uden for mig. Hvert modul skal detektere kontinuitet på, og affyre, 24 tændere.

Jeg har 24 indgangsstifter og 24 udgangsstifter pr. Modul. Hver individuelle kø bruger derfor en indgang og en udgangsstift.

Indgangsstiften kan måle (når softwaren leder det til at gøre det) spændingen i forhold til GND.

Udgangsstiften hæves og holdes ved 5V i en indstillet periode, før den reduceres til 0V, igen når softwaren beder den om at gøre det.

Hvis jeg kun byggede en kontinuitetstest uden nogen affyringsfunktion, kunne jeg forbinde min + 5V forsyning til en 10 ohm modstand, den anden ende af modstanden til en ledning på tændingen (som har en modstand på 1,5-2,5 ohm) og derefter fra den anden ende af tændingen til GND.

En linje fra krydset mellem modstanden og tændingen til indgangsstiften giver mig mulighed for at måle spændingsfaldet og detektere tilstedeværelsen eller fraværet af tændingen.

Der kan være andre modstande til stede for at sikre, at ikke mere end 0,2A kunne gå gennem tændingen, hvilket er dens maksimale strøm uden brand.

På den anden side, hvis jeg bare byggede et fyringskredsløb, ville jeg tage udgangsstiften i bunden af ​​en transistor, hvis kollektor var forbundet til + 18V, og hvis emitter var forbundet til en ledning af tændingen, med den anden ledning af tændingen tilsluttet jorden. Der kan være andre komponenter, der er nødvendige.

Jeg har set disse på fyringssystemer, men forstår ikke rigtig deres roller i kredsløbet.

Der er 4 problemer, som jeg endnu ikke har overvundet.

1) For at være nyttigt må der ikke være nogen bevægelige dele på fyringsmodulet. Der må ikke være nogen 'skift' mellem kontinuitetsregistreringsfunktionen og fyringsfunktionen.

Tændingens to ledninger skal tilsluttes en fast forbindelsesblok på modulet, og dens interne ledninger skal tillade, at både kontinuitets- og sensefunktioner finder sted, uden at den ene påvirker den anden.

I værste fald, hvis brandkredsløbet blev strømforsynet, og på samme tid blev der gennemført kontinuitetstest på den samme pin, skal der ikke være mere end 5V på input-pin.

Og selvfølgelig må kontinuitetsteststrømmen aldrig aktivere transistoren, der vil fyre tændingen.

2) Kredsløbene til de 24 individuelle tændere må ikke påvirke hinanden. Kredsløbene skal isoleres, så det, der foregår i et kredsløb, ikke påvirker et andet.

For eksempel, når en tænding fyrer, og dens affyringskredsløb enten går åbent eller kortslutter, må det ikke skifte strøm ind i et af de andre kredsløb og risikere at aktivere dens transistror.

3) For at være praktisk håber jeg at bygge et antal af disse moduler.

Med 24 kontinuitet og 24 fyringskredsløb pr. Modul, jo mere af hver, der kan reduceres til IC'er eller andre PCB-monterede komponenter, fortrinsvis i array-pakker, jo bedre og selvfølgelig billigere bliver det endelige produkt.

Jeg bestiller gerne et specialkort og måske endda montering, hvis designet kan understøtte dette.

4) Det fjerde problem er et, som det ville være rart at overvinde, men det er ikke vigtigt. Softwaren tillader, at der udløses flere outputstifter og derfor tændere på én gang.

På den digitale side er dette ikke et problem, men det lægger en betydelig belastning på fyringskredsløbets strømkilde.

Et 18V LiPo-batteri vil sandsynligvis være i stand til at levere den 0,6-0,9A, der kræves for at affyre mange tændere, men med den interne modstand i batteriet, modstanden i længderne af kobbertråd involveret og det faktum, at vi nogle gange forbinder mere end en eMatch i serie til et enkelt fyringskredsløb, er det let at se, at der vil være en grænse.

For at hæve denne grænse så højt som muligt kunne en kapacitiv afladning bruges, hvor et mindre batteri oplader en eller flere kondensatorer, hvis energi derefter kan tilføres til transistorer.

Jeg forstår, at dette kan være meget mere effektivt end en simpel direkte batterinergiforbindelse.

Så appellerer dette projekt til dig? Er du interesseret og villig til at bidrage med din ekspertise for at gøre dette fra et bænkeprojekt, som det er i øjeblikket, til noget, der virkelig fungerer?

Jeg vil med glæde levere alle yderligere oplysninger, du måtte have brug for.

Venlig hilsen

Jerry

Design af kredsløbet

Hej Jerry,

Kontroller vedhæftningen, vil denne opsætning fungere for dig?

Arbejder uden en trykknap

Hej Swag,

Tak fordi du tog dig tid til at se på dette.

Desværre frygter jeg, at jeg ikke var tilstrækkelig klar, da jeg sagde, at der ikke kan være nogen fysiske afbrydere i kredsløbet.

Kredsløbet skal fungere uden en kontinuitetsknap. I stedet skal der være en konstant forbindelse fra et eller andet sted i kredsløbet til sense-stikket (ADC-indgang) med en spænding (kun nogensinde 0-5V), hvis værdi kan bruges til at fastslå, om en belastning på 1,5 - 10 ohm er til stede.

Jeg er også lidt bekymret for modstanden på 10 ohm. Det ser ud til mig, at selv uden udløserspænding vil strøm fra 18V-forsyningen passere gennem belastningen og derefter modstanden på 10 ohm til jorden og levere 1,5A til belastningen og straks detonere den.

Er du enig i, at dette ville ske? Kan du komme med nogen ændringer, der vil adressere en af ​​disse observationer?

Mange tak,

Jerry

10 Ohm Rsistor Korrektion

Hej Jerry,

De 10 ohm var faktisk en fejltagelse, tjek det nu og lad mig vide, om dette elektriske tændstik (Ematch) fyrværkeri tændingskredsløb ville tjene formålet

(se vedhæftet fil).

Dioden og kondensatoren er til at sikre, at signalet holdes, selvom transistoren ledes i belastningens udløsningsperiode.

Forudindstillingen på 10 k kunne justeres til opsætning af en passende spænding til ADC-indgangen.

Mange tak Swag.

Jeg er ikke bekendt med egenskaberne ved TIP122 eller 4N35, så jeg får deres datablade og konstruerer kredsløbet til test.

Dette kan tage længere tid, end det ville være ideelt, da jeg lige har brækket armen, så lodning bliver en udfordring!

Ikke desto mindre er jeg meget taknemmelig for din hjælp.

Jeg spekulerer på, om du har nogen tanker om at udskifte 18V-forsyningen med et kapacitivt afladningskredsløb?

Jeg formoder, at dette vil være meget mere ligetil, og jeg kan uden tvivl finde henvisninger på Internettet til standardopladnings- / afladningsskemaer, men hvis du har noget, du har gjort før, ville jeg være ivrig efter at se?

Alt det bedste,

Jerry

Hej Jerry,

Jeg tror nu, jeg begynder at forstå konfigurationen fuldstændigt.

Kunne du specificere det spændingsniveau, der kræves for at belastningen skal affyre?

Dette ville hjælpe mig med at designe det færdige kredsløb sammen med det kapacitive udladningstrin.

Med venlig hilsen.
Swag

E-matches er enheder med lav strøm

Hej Swag.

EMatches er specificeret til at affyre på minimum strøm i stedet for spænding. Forskellige producenter giver den mindste affyringsstrøm på mellem 0,35A og 0,5A, selvom de fleste anbefaler tættere på 0,6A-0,75A til brand med god pålidelighed.

Producenter giver også forskellige interne modstande for deres tændere, fra 1,6 ohm til 2,3 ohm. Hvis du tilslutter en enkelt 2,3 ohm eMatch til et batteri med ubetydelig intern modstand og kigger efter 0,75A, tager det kun 1,725V at affyre det.

Men hvis det enkelte fyringskredsløb (som vi kalder en 'cue') skulle bruges til at affyre 6 tændere, serieforbundne, ville det kræve 10,35V. I den virkelige verden er der yderligere modstande til stede, både fra energikilden og kobberledningerne mellem tændere. Derfor tages 12-24V normalt som basislinjen.

Så er der overvejelsen om, at der er 24 signaler på hvert modul, der alle deler den samme energikilde.
Softwaren tillader, at alle 24 signaler affyres på én gang.

Signaturerne er i sig selv effektivt parallelle, og mindst 0,75A kan tegnes af hver kø. Så energikilden skal være i stand til at levere 18A for at dette kan ske.

Når vi har brug for at forbinde flere tændere til en enkelt kø, gør vi det altid i serie - aldrig parallelt. Vi tilstræber 100% pålidelighed, og en serieforbindelse vil altid fejle dens kontinuitetstest, hvis en enkelt tænding er dårlig. Parallelt kan flere defekte tændere gå glip af.

Selvom al denne strøm og spænding er usædvanlig for små kredsløb, er der nogle kompensationer.

For det første er målet at få tændere til at brænde ud, så overskydende spænding eller strøm er aldrig et problem, så længe komponenterne kan klare strømmen.

For det andet brænder tændene typisk ud i 20-50 ms, så lodtrækningen kun nogensinde bliver ganske kort, og komponenterne er sandsynligvis ikke nødt til at sprede meget varme.

Den primære overvejelse skal være, om strømskiftetransistoren kan shunt så meget strøm.

Den software, der affyrer (hæver affyringsnålen til 5V), holder hver cue ved + 5V i kun 500 ms, før den falder til 0V, så der vil aldrig være strøm gennem udgangskredsløbet i mere end 500 ms, selvom tændingen affyres, men derefter korter sig ud bagefter (altid en risiko).

En note på sensingens side af kredsløbet. Jeg kan se, at dit design vil give 0V til ADC, hvis tændingen mangler eller allerede er sprængt op.

Men hvis det er beskadiget eller har været dårligt tilsluttet og er kortsluttet, tror jeg ikke, det kan detekteres, ikke? Dette er ikke et grundlæggende problem, selvom jeg havde håbet at bruge ADC til at detektere åbent kredsløb, kortslutning eller fornuftig modstand i området 1 til 15 ohm.

Endelig tror jeg, at kondensator (erne) skal oplades og aflades under softwarekontrol.

Du kan antage, at der er en anden stift på modulet, som trækkes til + 5V, når kondensatoren skal oplades, og vil falde til 0V, når kondensatoren skal aflade. Der kræves en sikker shunt, hvor kondensatoren skal aflades.

Jeg har en mistanke om, at dette arrangement muligvis kræver en ændring af sensing-kredsløbet, da sense-funktionen skal fungere, uanset om kondensatoren er opladet eller ej.

Det er også vigtigt at sikre, at strømmen gennem tændingen holdes på et absolut minimum til detekteringsformål. Jeg har kun læst i dag, at med en konstant strøm, der er mindre end minimumsbranden (f.eks. 0,25A, der er mindre end 0,35A min. Brand), vil tændingen stadig varme op og muligvis skyde efter flere sekunder.

Derfor antages det, at konstante teststrømme skal være mindre end 10% af min ildstrøm (hvilket ville være 35 mA) og muligvis så lavt som 1% (3,5 mA).

Jeg håber, at dette ikke ændrer tingene for radikalt.

Mange tak for din fortsatte interesse.

Alt det bedste,

Jerry

Brug af en lav DC

Hej Jerry,

OK, det betyder, at affyringsspændingen er en lavspændingsstrøm, jeg forvekslede det med at være en højspænding, da du nævnte udtrykket 'kapacitiv afladning' .... så jeg synes, jeg skulle lade dette være op til dig at beslutte med hensyn til den passende figur, da TIP122 kan klare langt over 3 lamper ved 100 V, så der er rigelig rækkevidde at lege med.

Jeg sætter en opamp-komparator på sensorsiden, der gør det muligt for dig at vælge detektionsområdet ifølge enhver ønsket specifikation.

Jeg prøver snart at designe det og fortælle dig, når det er afsluttet

Hej Swag,

Tak endnu en gang for din tid på dette. Du har så meget mere ekspertise inden for analog elektronik, end jeg har, og har på få dage opnået det, jeg havde brugt mange måneder på at undre mig over.

Jeg forstår helt dit synspunkt om at opdage belastningens rækkevidde - dette var kun en ambition, og systemet fungerer ikke uden det.

Jeg har taget det, du har givet, og kørt det gennem EasyEDA kredsløbssimulatoren, hvor det fungerer nøjagtigt som jeg havde håbet - i det mindste med et enkelt kredsløb. Det indikerer, at med potentiometeret på 10% vil ADC se 0,36V, når der er en tænding til stede, og 0V, når den er åben, hvilket er hvad jeg vil kræve for at dette fungerer. Når tændingen tændes, går den op til 1,4V, hvilket er helt sikkert.

Registreringsstrømmen er ikke engang målelig, mens affyringsstrømmen ligner 3.2A, som vil affyre alt. Min næste opgave er at simulere flere uafhængige kredsløb, op til de 24, jeg vil have i et modul, og se efter evidens for crossover.

Jeg har vedhæftet skemaet for kredsløbet og de simulerede strømme og spændinger.

Jeg har ghad til at arbejde med, hvad der understøttes, og derfor bruger simuleringen en anden darlington-transistor, men jeg tror - medmindre du råder mig til andet - at det illustrerer den forventede adfærd. V1 er i øvrigt en 5V firkantbølge med frekvens 1Hz, da dette giver mulighed for simulering af 5V fyringsstift, der går højt.

Kan du foreslå, hvor meget af kredsløbet, der kan deles mellem de 24 signaler i et modul?

Den primære forsyningsspænding vil ligesom enhver lavere spændingsforsyning, der kræves for at fodre LM7805, og selvfølgelig en fælles grund.

Kan en enkelt LM7805 bruges til at levere input til alle 4N35'erne? Jeg gætter på, at resten bliver nødt til at være unik for hver kø, hvilket giver mig en indkøbsliste, men jeg vil sætte pris på dine tanker om opførelsen af ​​et 24 kø-modul.

Endelig undrer jeg mig stadig over, hvad mulighederne er for at tilføje en kapacitiv udladningskilde i stedet for 18V-kilden?

Min forståelse er, at kommercielle fyringssystemer vil bruge dem, fordi deres lave interne modstand gør det muligt at passere høje strømme gennem tændere med lav modstand. Er det korrekt, at en C.D. kilde har lavere intern modstand end et batteri?

Nogle fyringssystemer kan have en ganske høj brandspænding, men dette er sandsynligvis kun en konsekvens af, hvordan kapacitiv afladning fungerer. 18V er så meget som nødvendigt, selvom mere bestemt ikke vil skade.

Er en C.D. kilde en ligetil ting at tilføje? Ville det være muligt at tilføje noget, der løber tør for 6 x 1,2 V genopladelige AA-batterier?

Hvis det var muligt, vil den samme 7.2V-kilde med glæde drive både LM7805 til fyringskredsløbet og arduino-kortet også. Jeg føler, at det ville være en ret perfekt løsning.

Alle de bedste ønsker,
Jerry

Præsentation af det modificerede design

Hej Jerry,

Jeg har ændret designet i henhold til specifikationerne.

BC547 sørger for, at ADC fortsat modtager logikken højt, mens transistoren udløses TIL, og således tillader belastningen at affyres fuldt ud.

At detektere rækkevidden af ​​belastningen kan kræve, at der inkluderes et meget komplekst kredsløb, så jeg besluttede at gå uden det i designet.

Lad mig vide, hvis du er i tvivl.

Hej Swag,

Tak endnu en gang for din tid på dette. Du har så meget mere ekspertise inden for analog elektronik, end jeg har, og har på få dage opnået det, jeg havde brugt mange måneder på at undre mig over.

Jeg forstår helt dit synspunkt om at opdage belastningens rækkevidde - dette var kun en ambition, og systemet fungerer ikke uden det.

Jeg har taget det, du har givet, og kørt det gennem EasyEDA kredsløbssimulatoren, hvor det fungerer nøjagtigt som jeg havde håbet - i det mindste med et enkelt kredsløb.

Det indikerer, at med potentiometeret på 10% vil ADC se 0,36V, når der er en tænding til stede, og 0V, når den er åben, hvilket er hvad jeg vil kræve for at dette fungerer.

Når tændingen tændes, går den op til 1,4V, hvilket er helt sikkert.

Registreringsstrømmen er ikke engang målelig, mens affyringsstrømmen ligner 3.2A, som vil affyre alt. Min næste opgave er at simulere flere uafhængige kredsløb, op til de 24, jeg vil have i et modul, og se efter evidens for crossover.

Jeg har vedhæftet skemaet for kredsløbet og de simulerede strømme og spændinger.

Jeg har ghad til at arbejde med, hvad der understøttes, og derfor bruger simuleringen en anden darlington-transistor, men jeg tror - medmindre du råder mig til andet - at det illustrerer den forventede adfærd. V1 er i øvrigt en 5V firkantbølge med frekvens 1Hz, da dette giver mulighed for simulering af 5V fyringsstift, der går højt.

Kan du foreslå, hvor meget af kredsløbet, der kan deles mellem de 24 signaler i et modul?

Den primære forsyningsspænding vil ligesom enhver lavere spændingsforsyning, der kræves for at fodre LM7805, og selvfølgelig en fælles grund. Kan en enkelt LM7805 bruges til at levere input til alle 4N35'erne?

Jeg gætter på, at resten bliver nødt til at være unik for hver kø, hvilket giver mig en indkøbsliste, men jeg vil sætte pris på dine tanker om opførelsen af ​​et 24 kø-modul.

Endelig undrer jeg mig stadig over, hvad mulighederne er for at tilføje en kapacitiv udladningskilde i stedet for 18V-kilden?

Min forståelse er, at kommercielle fyringssystemer vil bruge dem, fordi deres lave interne modstand gør det muligt at passere høje strømme gennem tændere med lav modstand.

Er det korrekt, at en C.D. kilde har lavere intern modstand end et batteri? Nogle fyringssystemer kan have en ganske høj brandspænding, men dette er sandsynligvis kun en konsekvens af, hvordan kapacitiv afladning fungerer.

18V er så meget som nødvendigt, selvom mere bestemt ikke vil skade. Er en C.D. kilde en ligetil ting at tilføje? Ville det være muligt at tilføje noget, der løber tør for 6 x 1,2 V genopladelige AA-batterier?

Hvis det var muligt, vil den samme 7.2V-kilde med glæde drive både LM7805 til fyringskredsløbet og arduino-kortet også. Jeg føler, at det ville være en ret perfekt løsning.

Alle de bedste ønsker,

Jerry

Hej Jerry,

Her er svarene,

Transistoren kan udskiftes med en hvilken som helst passende NPN-transistor ifølge dine præferencer, intet er kritisk her undtagen V- og I-specifikationerne.

En enkelt 7805 ville være tilstrækkelig til alle sensortrin, ADC'en var en højimpedansindgang, strømforbruget ville være ubetydeligt og kan ignoreres.

Men som du med rette nævnte, skal tændingstrinnet være unikt for hver af de 24 signaler (I alt 24 nos effekttransistorer med 24 udløsende indgange) En 7.2V-forsyning, der bruger AAA-celler, kan forsøges for at drive hele systemet i orden for at øge spændingen til 18V kan du prøve at bruge det første kredsløbskoncept vist i den følgende artikel: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Du kan udskifte 1,5V med din 7,2V kilde og udskifte LED'en med en broensretter og en tilhørende 2200uF / 25V kondensator. Sørg for at tilslutte en 4k7-belastning på tværs af denne kondensator.

Transistoren kan udskiftes med en BD139. Du bliver muligvis nødt til at finjustere spoledrejningerne på begge sider en smule for at bestemme det mest passende resultat. Lad mig vide, hvis du har flere spørgsmål?

Med venlig hilsen.

Swag

Hej Swag,

Jeg har ventet på, at komponenterne ankommer. Jeg har bygget kredsløbet og er glad for at kunne bekræfte, at det fungerer. Så endnu en gang, min tak for al din uvurderlige hjælp - jeg er meget taknemmelig.

Da jeg havde bygget kredsløbet, testede jeg det først med et direkte 5V-signal på indgangen, og tændingen straks fyrede, hvilket var fantastisk.

Da jeg var tilsluttet min Arduino, fandt jeg dog, at det at sætte de digitale stifter i outputtilstand også fyrede tændingen med det samme, hvilket ikke var så godt.

Selvom jeg troede, at de digitale outputstifter blev trukket lavt internt, ser det ikke ud til at være tilfældet, men jeg sætter nu deres tilstand til fra, inden jeg sætter pin-tilstanden til output, og det har adresseret det ganske pænt.

Jeg var også overrasket over at opdage, at når potentiometeret reducerer modstanden mellem tændingen og pin 1 på optokoblingen, kan strømmen gennem 1k-modstanden, tændingen og potentiometeret stadig være lav nok til at muliggøre, at en affyringsstrøm går til jord ved pin 2.

Efter min mening, selvom potten giver 0 ohm, skal den aktuelle strøm være mindre end 18/1002 eller 0,017A. Ifølge databladet skal det ikke være nok til at fyre tændingen.

Men når gryden tilføjer ca. 5k ohm, forbliver tændingen kold. Det var uden tvivl grunden til, at du brugte et potentiometer og ikke kun et par faste modstande.

Så jeg vil eksperimentere næste med en række tændere fra andre leverandører og opdage potentiometerindstillingen, der kun tillader alle at skyde, når de skulle. Jeg kan derefter bygge en enhed i fuld størrelse med faste modstande her.

Så alt sammen fungerer det hele, som jeg havde håbet, og jeg er yderst taknemmelig for, at du sparede mig tiden til at give dit input. Du er velkommen til at offentliggøre kredsløbet og vores dialog sammen med min tak og anerkendelse af din dygtighed.

Med venlig hilsen

Jerry

p.s. for at besvare dit sidste spørgsmål, ja, alle 24 ADC-indgange er unikke og uafhængige, ligesom de 24 digitale udgange. Jeg bruger Mux Shield 2 til at øge den grundlæggende kapacitet på ATmega328P.