Подключение 4х проводного дымового пожарного извещателя к Ардуино (Пожарная сигнализация на Ардуино)

В этом посте я расскажу о том как подключить 4х проводный пожарный датчик (дымовой пожарный извещатель) к ардуино. Вся «сложность» заключается лишь в том что хорошие дымовые пожарные извещатели, которые имеют сертификат соответствия ФЗ-123, запитываются минимум от 9 вольт. Поэтому я использую именно 4х проводные извещатели для подключения к ардуино, так как питание у них идет по отдельной паре проводов. Для корректной работы от ардуинки нам понадобится два пина. Один — аналоговый для измерения падения напряжения в шлейфе сигнализации, второй — цифровой для управления питанием извещателя для его перезапуска в целях реализации правильного алгоритма работы извещателя и защиты от ложных срабатываний. В этой статье мы рассмотрим только схему включения, а в дальнейшем представлю логику управления. Итак мы будем запитывать извещатель от 12 вольт, питание шлейфа сигнализации также возьмем от 12 вольт и пустим через делитель для того чтобы сэкономить пин и не нагружать ардуинку излишним питанием. Для нашего проекта возьмем извещатель пожарный дымовой оптико-электронный точечный ИП 212-147. Его стоимость равна 300 рублей по состоянию на 2019.01.02. Откроем его паспорт и посмотрим интересующие нас моменты:

• Напряжение питания,
• Ток потребления в дежурном режиме,
• Ток потребления в режиме «Пожар»,
• Напряжение в шлейфе сигнализации,
• Ток в шлейфе сигнализации,
• Принцип срабатывания,
• Время перезапуска

Для управления электропитанием извещателя я использовал МОП-реле КР293КП3А, потому что оно было под руками. Штука отечественная, а значит — дорогая… Можно использовать аналоги из Поднебесной, которые стоят в 10! раз дешевле, да в придачу еще и мощнее. Для фанатов транзисторов — можно сделать ключ.
Откроем даташит на реле и посмотрим интересующие нас моменты:

• Коммутируемое напряжение,
• Коммутируемый ток,
• Входное напряжение,
• Входной ток.

Теперь зная все что нас интересует соберем простую схему. Красные линии это +12В, синие — корпус, фиолетовые — до 5 вольт для ардуинки. ВАЖНО помнить! Если вы запитываете ардуинку и схему от разных источников электропитания — обязательно объединяйте минусы источников!

Теперь давайте я расскажу что мы тут видим. Начнем с правой части схемы которая управляет питанием извещателя. При заявленных токах потребления извещателя: дежурный режим — не более 0,07 мА, режим пожар — не более 30 мА мои измерения показали что при питании 12,2В токи соответственно 0,05 мА и 8,02 мА. Зачем нам это знать? Дело в том что данное оптореле, как видно из даташита, может пропустить не более 220 мА. Таким образом мы можем повесить на 1 реле не более 220/30 = 7 шт по паспорту или 220/8,02 = 27 шт при питании 12,2 В по измерениям. Но лучше делать по паспорту)).

На входе управления оптореле стоит ограничительный резистор Ro. Он нужен для ограничения тока светодиода внутри оптореле. Его номинал рассчитывается следующим образом. Мы знаем что цифровой выход ардуино выдаст нам 5В. Максимальный входной ток (который должен протекать через светодиод) равен 25мА, а номинал — 10мА. При 10 мА на диоде падает 1,2 В, следовательно сопротивление его равно (1,2/10) * 10^3 = 120 Ом. Исходя из этого получаем: 10мА = 5В/(Ro+120 Ом), Ro = (5/10)* 10^3 — 120 = 380 Ом.
Ну, с номиналами разобрались, а логика еще проще: пока ардуинка выдает на выходе пина 5 В — извещатель (ли) запитан, сняли 5 В на 2 секунды — произвели перезапуск извещателя по питанию, что нам и нужно.

Теперь перейдем к левой части схемы где мы, собственно, и отслеживаем состояние шлейфа. На резисторах Rд1 и Rд2 собран делитель напряжения т.к. мы знаем что подавать 12 В на пин ардуино, мягко говоря, не следует. Номиналы я использовал следующие: Rд1 = 2кОм, Rд2 = 1,33 кОм. Ток в цепи получается не большой: (12,2/(2+1,33)) * 10^-3 = 3,66 мА номинальный или (12,2/2) * 10^-3 = 6,1 мА максимальный, при коротком на втором плече делителя. Такой ток ардуинке не страшен. На Rд1 падает: 3,66 мА * 2кОм = 7,32 В, а на Rд2, на котором мы измеряем напряжение с помощью аналогового пина ардуино: 3,66 мА * 1,33кОм = 4,88 В. Даже если на шлейфе внезапно окажется короткое — то все упадет на Rд1 и мы на входе получим нуль. Таким образом, ни короткое, ни обрыв нам не страшны.

Далее параллельно Rд2 мы подключаем оконечное сопротивление Rok и сами извещатели, можно через дополнительный резистор Rдоп, а можно и без него. Что мы должны учитывать? Что Rд2 = 1,33 кОм (в моем примере). От этого и пляшем. Если взять Rок = Rд2, то напряжение на пине упадет вдвое. Чем больше сопротивление Rок — тем больше будет напряжение на пине (т.к. общее сопротивление плеча делителя будет уменьшаться меньше) и на оборот. Это нужно для контроля целостности шлейфа на обрыв и короткое. Слишком большие отклонения сокращают количество вариантов для анализа, слишком малые отклонения будут способствовать возникновению ошибок, т.к. какой бы суперстабилизивованный источник питания мы не использовали — все равно будут отклонения. Особенно если к нему пару электромеханических замков подключить. Или нужно использовать отдельный стабилизатор.

С извещателями — та же песня. Мои измерения показали что при напряжении 4,88 В сопротивление сработавшего извещателя становится приблизительно 500 Ом. Соответственно без дополнительного резистора при Rд2 = 1,33 кОм и Rок = Rд2, мы нашими 500 Омами еще раз поделим напряжение примерно на 2. В принципе для подключения 1 извещателя этого достаточно. При указанных номиналах мы имеем следующую картину:

• Короткое на шлейфе — значение АЦП 0 (0 В)
• Обрыв шлейфа — значение АЦП ~1000 (4,88 В)
• Норма — значение АЦП ~ 500 (~ 2,5 В)
• Сработка датчика без дополнительного резистора — значение АЦП ~ 250 (~ 1,2 В)

Как видно разница в значениях большая, что снижает вероятность ложных срабатываний системы. Однако для подключения большого количества извещателей в один шлейф (помним про коммутируемый оптореле ток) уже требуется наличие дополнительных сопротивлений если вы хотите знать сколько извещателей сработало.

На этом, собственно, все! Есть вопросы — пишите к комментариях. Не ленитесь — оценивайте статью.

Библиотеку и скетч для работы можно скачать здесь: Библиотека и скетч для работы с 4х проводным дымовым пожарным извещателем с Ардуино
О том как подключить 2х проводный пожарный датчик к ардуино можно прочитать в посте Подключение 2х проводного дымового пожарного извещателя к Ардуино