Electric Match (Ematch) Circuit Firework Ignitor

Innlegget forklarer utførlig en enkel elektrisk match tennerkrets som kan brukes til å implementere en idiotsikker tenning av en serie Ematches gjennom et mikrocontrollerbasert kontrollsystem. Ideen ble etterspurt og forklart av Jerry Shallis

Detaljene kan forstås ved å lese følgende e-postdiskusjon mellom Mr. Jerry og meg.

Tekniske spesifikasjoner

Jeg har nettopp sett på alle de nyttige tingene på nettstedet ditt, og jeg vil begynne med å takke deg for at du har satt det hele i det offentlige. Det er en veldig nyttig referanse for de av oss som elektronikk ikke er vår primære ferdighet for.

Jeg fant ut at du hadde publisert en krets for en Ematch fyrverkeri tenningssystem .

Jeg tror det er nær det jeg leter etter, å bygge inn i mitt eget system, men det er tilstrekkelig annerledes at jeg ikke kan tilpasse det selv.

Jeg bygger et mikrocontrollerbasert radiokoblet distribuert skytsystem. Jeg jobber med et profesjonelt display-mannskap og har designet systemet for å tilby alle de beste funksjonene til kommersielle systemer, men jeg håper uten de unødvendige funksjonene eller de høye kostnadene.

Etter å ha vært programvareingeniør i 30 år, har jeg ikke noe problem med koden, og det er fine innebygde miljøer som Arduino eller Raspberry Pi som gjør maskinvaresiden ganske grei - selv for en programvare fyr!

Som et resultat har jeg bygget et modulært avfyringssystem som kan behandle informasjon om tenningskontinuitet (spenning) på 24 pinner i hver modul, og kan generere et 5V signal på en av 24 utgangspinner. Jeg har nå mange moduler, alle styrt fra en sentral enhet.

Imidlertid har jeg et problem med utgangskretsene, da dette krever kunnskap om analog elektronikk som er utenfor meg. Hver modul skal oppdage kontinuitet på, og fyre, 24 tenninger.

Jeg har 24 inngangspinner og 24 utgangspinner per modul. Hver enkelt signal bruker derfor en inngang og en utgangsstift.

Inngangspinnen kan måle spenningen i forhold til GND (når programvaren instruerer den om å gjøre det).

Utgangspinnen vil bli hevet og holdt på 5V i en bestemt periode før den blir redusert til 0V, igjen når programvaren ber den om å gjøre det.

Hvis jeg bare bygde en kontinuitetstest uten avfyringsfunksjon, kan jeg koble min + 5V-forsyning til en 10 ohm motstand, den andre enden av motstanden til en ledning på tenneren (som har en motstand på 1,5-2,5 ohm) og deretter fra den andre enden av tenningen til GND.

En linje fra krysset mellom motstanden og tenneren, til inngangspinnen, vil tillate meg å måle spenningsfallet og oppdage tilstedeværelsen eller fraværet av tenneren.

Det kan være andre motstander til stede for å sikre at ikke mer enn 0,2A kan gå gjennom tenneren, som er dens maksimale strøm uten brann.

På den annen side, hvis jeg bare skulle bygge en avfyringskrets, ville jeg tatt utgangsstiften inn i basen til en transistor hvis kollektor var koblet til + 18V og hvis emitter var koblet til en ledning på tenneren, med den andre ledningen på tenningen koblet til jorden. Det kan være andre komponenter som er nødvendige.

Jeg har sett disse på avfyringssystemer, men forstår ikke egentlig deres roller i kretsen.

Det er fire problemer som jeg ennå ikke har overvunnet.

1) For å være nyttig må det ikke være noen bevegelige deler på avfyringsmodulen. Det må ikke være noen 'bytte' mellom funksjonen for kontinuitetsregistrering og avfyringsfunksjonen.

De to ledningene til tenneren må kobles til en fast tilkoblingsblokk på modulen, og den interne ledningen må tillate at både kontinuitets- og sensefunksjoner finner sted uten at den ene påvirker den andre.

I verste fall, hvis brannkretsen ble aktivert, og samtidig ble kontinuitetstesten utført på samme pinne, må ikke mer enn 5V være tilstede på inngangspinnen.

Og selvfølgelig må kontinuitetsteststrømmen aldri aktivere transistoren som vil fyre tenneren.

2) Kretsene for de 24 individuelle tenningene må ikke påvirke hverandre. Kretsene bør isoleres slik at det som skjer i en krets ikke vil påvirke en annen.

For eksempel når en tenner avfyres, og avfyringskretsen enten åpnes eller kortslutter, må det ikke skyve strøm inn i en av de andre kretsene og risikere å aktivere transistroren.

3) For å være praktisk håper jeg å bygge en rekke av disse modulene.

Med 24 kontinuitet og 24 avfyringskretser per modul, desto bedre og selvfølgelig billigere blir sluttproduktet.

Jeg bestiller gjerne et tilpasset tavle og kanskje til og med montering hvis designet kan støtte dette.

4) Det fjerde problemet er et som det ville være fint å overvinne, men det er ikke viktig. Programvaren vil tillate at flere utgangspinner, og derfor tennere, fyres ut samtidig.

På den digitale siden er dette ikke et problem, men det legger en betydelig belastning på fyringskretsens strømkilde.

Et 18V LiPo-batteri vil sannsynligvis være i stand til å levere den 0.6-0.9A som kreves for å avfyre ​​mange tennere, men med den interne motstanden til batteriet, motstanden til kobbertrådens lengder og det faktum at vi noen ganger kobler til mer enn en eMatch i serie til en enkelt avfyringskrets, er det lett å se at det vil være en grense.

For å heve denne grensen så høyt som mulig, kan en kapasitiv utladning brukes, med et mindre batteri som lader en eller flere kondensatorer, hvis energi deretter kan mates til transistorene.

Jeg forstår at dette kan være mye mer effektivt enn en enkel direkte batterinergiforbindelse.

Så, appellerer dette prosjektet til deg? Er du interessert og villig til å bidra med din kompetanse for å gjøre dette fra et benkeprosjekt, slik det er for øyeblikket, til noe som virkelig fungerer?

Jeg vil gjerne gi ytterligere informasjon du måtte trenge.

Beste hilsener,

Jerry

Designe kretsen

Hei Jerry,

Vennligst sjekk vedlegget. Fungerer denne oppsettet for deg?

Arbeider uten trykknapp

Hei Swag,

Takk for at du tok deg tid til å se på dette.

Dessverre frykter jeg at jeg ikke var tilstrekkelig klar da jeg sa at det ikke kan være noen fysiske brytere i kretsen.

Kretsen må fungere uten en kontinuerlig trykknapp. I stedet må det være en konstant forbindelse fra et sted i kretsen til sense (ADC inngang) pin med en spenning (bare noen gang 0-5V) hvis verdi kan brukes til å hevde om en belastning på 1,5 - 10 ohm er tilstede.

Jeg er også litt bekymret for motstanden på 10 ohm. Det ser ut til meg at selv uten utløserspenning vil strøm fra 18V-forsyningen passere gjennom belastningen og deretter motstanden på 10 ohm til bakken, og levere 1,5A til belastningen og umiddelbart detonere den.

Er du enig i at dette ville skje? Kan du komme med noen modifikasjoner som vil adressere noen av disse observasjonene?

Mange takk,

Jerry

10 Ohm Rsistor Korreksjon

Hei Jerry,

10 ohm var faktisk en feil, vennligst sjekk den nå og gi meg beskjed om denne elektriske fyrstikk (Ematch) fyrverkeri tennkrets ville tjene formålet

(se vedlegg).

Dioden og kondensatoren er for å sikre at signalet holder seg selv mens transistoren leder under utløsningsperioden for lasten.

10k forhåndsinnstillingen kan justeres for å sette opp en passende spenning for ADC-inngangen.

Tusen takk Swag.

Jeg er ikke kjent med egenskapene til TIP122 eller 4N35, så jeg vil få databladene deres og konstruere kretsen for å teste.

Dette kan ta lengre tid enn det som ville være ideelt, ettersom jeg nettopp har brukket armen, så lodding vil være en utfordring!

Ikke desto mindre er jeg veldig takknemlig for din hjelp.

Jeg lurer på om du har noen tanker om å bytte ut 18V-forsyningen med en kapasitiv utladningskrets?

Jeg mistenker at dette vil være mye enklere, og jeg kan uten tvil finne referanser på Internett til standard lading / utladningsskjema, men hvis du har noe du har gjort før, vil jeg gjerne se?

Beste ønsker,

Jerry

Hei Jerry,

Jeg tror nå jeg begynner å forstå konfigurasjonen helt.

Kan du spesifisere spenningsnivået som kreves for at lasten skal avfyres?

Dette vil hjelpe meg med å designe den endelige kretsen sammen med kapasitiv utladningstrinn.

Med vennlig hilsen.
Swag

E-kamper er enheter med lav strøm

Hei Swag.

EMatcher er spesifisert for å skyte på minimum strøm, i stedet for spenning. Ulike produsenter gir minimum skuddstrøm mellom 0,35A og 0,5A, men de fleste anbefaler nærmere 0,6A-0,75A å skyte med god pålitelighet.

Produsenter gir også forskjellige interne motstander for tenningene sine, fra 1,6 ohm til 2,3 ohm. Hvis du kobler et enkelt 2,3 ohm eMatch til et batteri med ubetydelig intern motstand og ser etter 0,75A, vil det bare ta 1,725V å skyte det.

Imidlertid, hvis den eneste avfyringskretsen (som vi kaller en 'cue') skulle brukes til å skyte 6 tennere, seriekoblet, ville det kreve 10,35V. I den virkelige verden er det flere motstander til stede, både fra energikilden og kobberledningen mellom tennene. Følgelig blir 12-24V vanligvis tatt som utgangspunktet.

Så er det hensynet til at det er 24 signaler på hver modul, som alle deler den samme energikilden.
Programvaren vil tillate at alle 24 signaler avfyres samtidig.

Signalene er i seg selv effektivt parallelle, og minst 0,75A kan tegnes av hver signal. Så energikilden må kunne levere 18A for at dette skal skje.

Når vi trenger å koble flere tennere til en enkelt signal, gjør vi dette alltid i serie - aldri parallelt. Vi satser på 100% pålitelighet, og en seriekobling vil alltid mislykkes i kontinuitetstesten hvis en enkelt tenner er dårlig. Parallelt kan flere feil tennere bli savnet.

Selv om all denne strømmen og spenningen er uvanlig for små kretsløp, er det noen kompensasjoner.

For det første er målet å få tennene til å brenne ut, så overflødig spenning eller strøm er aldri et problem, så lenge komponentene kan takle strømmen.

For det andre brenner tenningene vanligvis ut i løpet av 20-50 ms, så trekkplassen vil bare være ganske kort, og komponentene vil neppe måtte avgi mye varme.

Hovedhensynet må være om strømbrytertransistoren kan shunt så mye kraft.

Programvaren som avfyres (hever avfyringspinnen til 5V), hver signatur vil holde den på + 5V i bare 500 ms før den slippes til 0 V, så det vil aldri være strøm gjennom utgangskretsen i mer enn 500 ms, selv om tenneren skyter, men deretter kort seg ut etterpå (alltid en risiko).

Ett notat på sensing-siden av kretsen. Jeg kan se at designet ditt vil gi 0V ​​til ADC hvis tenneren mangler eller allerede har blåst opp.

Imidlertid, hvis det er skadet eller har blitt dårlig kablet og er kortsluttet, tror jeg ikke dette vil være påviselig, vil det? Dette er ikke et grunnleggende problem, selv om jeg hadde håpet å bruke ADC til å oppdage åpen krets, kortslutning eller fornuftig motstand i området 1 til 15 ohm.

Til slutt tror jeg kondensatoren (e) må lades og lades ut under programvarekontroll.

Du kan anta at det er en annen pinne på modulen som vil bli trukket til + 5V når kondensatoren skal lade, og vil falle til 0V når kondensatoren skal lades ut. Det kreves en sikker shunt for å tømme kondensatoren ut.

Jeg har en mistanke om at dette arrangementet kan kreve en endring av sensingkretsen, siden sensefunksjonen skal fungere enten kondensatoren er ladet eller ikke.

Det er også viktig å sikre at strømmen gjennom tenneren holdes på et absolutt minimum for sensingformål. Jeg har bare lest i dag at med en konstant strøm som er mindre enn minimumsbrannen (si 0,25A som er mindre enn 0,35A min brannen), vil tenneren fortsatt varme opp og kan skyte etter flere sekunder.

Følgelig antas det at konstante teststrømmer skal være mindre enn 10% av min brannstrøm (som ville være 35 mA), og muligens så lav som 1% (3,5 mA).

Jeg håper dette ikke endrer ting for radikalt.

Tusen takk for din fortsatte interesse.

Beste ønsker,

Jerry

Bruke en lav DC

Hei Jerry,

OK, det betyr at avfyringsspenningen er en lavspent DC, jeg forvekslet den med å være en høyspenning da du nevnte begrepet 'kapasitiv utladning' ... så jeg tror jeg burde overlate dette til deg å bestemme deg for riktig figur, siden TIP122 tåler godt over 3 lamper ved 100 V, så det er rikelig med rekkevidde å leke med.

Jeg setter en opamp-komparator på sensorsiden som gjør at du kan velge deteksjonsområdet i henhold til ønsket spesifikasjon.

Jeg prøver å designe det snart, og fortelle deg når det er fullført

Hei Swag,

Takk nok en gang for din tid på dette. Du har så mye mer kompetanse innen analog elektronikk enn meg, og har på noen dager oppnådd det jeg hadde brukt mange måneder på å undre meg over.

Jeg forstår poenget ditt med å oppdage lastens rekkevidde - dette var bare en ambisjon, og systemet vil ikke fungere uten den.

Jeg har tatt det du har gitt, og kjørt det gjennom EasyEDA kretssimulatoren der det fungerer akkurat som jeg hadde håpet - i det minste med en enkelt krets. Det indikerer at med potensiometeret på 10%, vil ADC se 0,36V når det er en tenner til stede, og 0V når den er åpen, og det er det jeg vil kreve for at dette skal fungere. Når tenneren får strøm, går dette opp til 1,4V, noe som er helt trygt.

Avfølingsstrømmen er ikke engang målbar mens avfyringsstrømmen ser ut som 3.2A som vil skyte hva som helst. Min neste oppgave er å simulere flere uavhengige kretsløp, opp til 24 jeg vil ha i en modul, og se etter bevis på crossover.

Jeg har festet skjematisk av kretsen og simulerte strømmer og spenninger.

Jeg har jobbet med det som støttes, og det er derfor simuleringen bruker en annen darlington-transistor, men jeg tror - med mindre du råder meg noe annet - at det illustrerer forventet oppførsel. V1 er for øvrig en 5V firkantbølge med frekvens 1Hz, siden dette tillater simulering av 5V-avfyringspinnen som går høyt.

Kan du foreslå hvor mye av kretsen som kan deles mellom de 24 signalene i en modul?

Den primære forsyningsspenningen vil, i likhet med hvilken som helst lavere spenningsforsyning som kreves for å mate LM7805, og selvfølgelig en felles grunn.

Kan en enkelt LM7805 brukes til å gi inngang til alle 4N35-ene? Jeg antar at resten må være unik for hver kø, noe som gir meg en handleliste, men jeg vil sette pris på tankene dine om konstruksjonen av en 24 kømodul.

Til slutt lurer jeg fortsatt på hva alternativene er for å legge til en kapasitiv utladningskilde i stedet for 18V-kilden?

Min forståelse er at kommersielle avfyringssystemer vil bruke dem fordi deres lave indre motstand gjør det mulig å føre høye strømmer gjennom antenner med lav motstand. Er det riktig at en C.D. kilde vil ha lavere intern motstand enn et batteri?

Noen avfyringssystemer kan ha ganske høy brannspenning, men dette er sannsynligvis bare en konsekvens av hvordan kapasitiv utladning fungerer. 18V er så mye som er nødvendig, men mer vil absolutt ikke skade.

Er en C.D. kilde en grei ting å legge til? Ville det være mulig å legge til noe som går tom for 6 x 1,2 V oppladbare AA-batterier?

Hvis det var mulig, vil den samme 7.2V-kilden med glede drive både LM7805 for avfyringskretsen og arduino-kortet. Jeg føler at det ville være en ganske perfekt løsning.

Alle beste ønsker,
Jerry

Presentasjon av Modified The Design

Hei Jerry,

Jeg har endret designet i henhold til spesifikasjonene.

BC547 sørger for at ADC fortsetter å motta logikken høyt mens transistoren utløses PÅ, og lar dermed belastningen skyte helt ut.

Å oppdage rekkevidden til lasten kan kreve at det blir tatt med mye komplekse kretsløp, så jeg bestemte meg for å gå uten det i designet.

Gi meg beskjed hvis du er i tvil.

Hei Swag,

Takk nok en gang for din tid på dette. Du har så mye mer kompetanse innen analog elektronikk enn meg, og har på noen dager oppnådd det jeg hadde brukt mange måneder på å undre meg over.

Jeg forstår poenget ditt med å oppdage lastens rekkevidde - dette var bare en ambisjon, og systemet vil ikke fungere uten den.

Jeg har tatt det du har gitt, og kjørt det gjennom EasyEDA kretssimulatoren der det fungerer akkurat som jeg hadde håpet - i det minste med en enkelt krets.

Det indikerer at med potensiometeret på 10%, vil ADC se 0,36V når det er en tenner til stede, og 0V når den er åpen, og det er det jeg vil kreve for at dette skal fungere.

Når tenneren får strøm, går dette opp til 1,4V, noe som er helt trygt.

Avfølingsstrømmen er ikke engang målbar mens avfyringsstrømmen ser ut som 3.2A som vil skyte hva som helst. Min neste oppgave er å simulere flere uavhengige kretsløp, opp til 24 jeg vil ha i en modul, og se etter bevis på crossover.

Jeg har festet skjematisk av kretsen og simulerte strømmer og spenninger.

Jeg har jobbet med det som støttes, og det er derfor simuleringen bruker en annen darlington-transistor, men jeg tror - med mindre du råder meg noe annet - at det illustrerer forventet oppførsel. V1 er for øvrig en 5V firkantbølge med frekvens 1Hz, siden dette tillater simulering av 5V-avfyringspinnen som går høyt.

Kan du foreslå hvor mye av kretsen som kan deles mellom de 24 signalene i en modul?

Den primære forsyningsspenningen vil, i likhet med hvilken som helst lavere spenningsforsyning som kreves for å mate LM7805, og selvfølgelig en felles grunn. Kan en enkelt LM7805 brukes til å gi inngang til alle 4N35-ene?

Jeg antar at resten må være unik for hver kø, noe som gir meg en handleliste, men jeg vil sette pris på tankene dine om konstruksjonen av en 24 kømodul.

Til slutt lurer jeg fortsatt på hva alternativene er for å legge til en kapasitiv utladningskilde i stedet for 18V-kilden?

Min forståelse er at kommersielle avfyringssystemer vil bruke dem fordi deres lave indre motstand gjør det mulig å føre høye strømmer gjennom antenner med lav motstand.

Er det riktig at en C.D. kilde vil ha lavere intern motstand enn et batteri? Noen avfyringssystemer kan ha ganske høy brannspenning, men dette er sannsynligvis bare en konsekvens av hvordan kapasitiv utladning fungerer.

18V er så mye som er nødvendig, men mer vil absolutt ikke skade. Er en C.D. kilde en grei ting å legge til? Ville det være mulig å legge til noe som går tom for 6 x 1,2 V oppladbare AA-batterier?

Hvis det var mulig, vil den samme 7.2V-kilden med glede drive både LM7805 for avfyringskretsen og arduino-kortet. Jeg føler at det ville være en ganske perfekt løsning.

Alle beste ønsker,

Jerry

Hei Jerry,

Her er svarene,

Transistoren kan byttes ut med en hvilken som helst passende NPN-transistor i henhold til dine preferanser, ingenting er kritisk her bortsett fra V og I-spesifikasjonene.

En enkelt 7805 vil være nok for alle sensingstrinnene, ADC er en høyimpedansinngang, strømforbruket vil være ubetydelig og kan ignoreres.

Men som du med rette nevnte, må tenningstrinnet være unikt for hver av de 24 signalene (totalt 24 nos krafttransistorer med 24 utløsende innganger). En 7.2V-forsyning med AAA-celler kan prøves for å drive hele systemet, for for å øke spenningen til 18V kan du prøve å bruke det første kretsbegrepet vist i følgende artikkel: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Du kan erstatte 1,5 V med 7,2 V-kilden, og erstatte LED-en med en bro likeretter og en tilhørende 2200uF / 25V kondensator. sørg for å koble en 4k7-belastning over denne kondensatoren.

Transistoren kan byttes ut med en BD139. Du må kanskje justere spolens sving på begge sider litt for å bestemme det mest passende resultatet. Gi meg beskjed hvis du har flere spørsmål?

Med vennlig hilsen.

Swag

Hei Swag,

Jeg har ventet på at komponentene skulle komme. Jeg har bygget kretsen og er glad for å kunne bekrefte at den fungerer. Så nok en gang, min takk for all uvurderlig hjelp - jeg er veldig takknemlig.

Da jeg hadde bygget kretsen, testet jeg den først med et direkte 5V-signal på inngangen, og tenneren løsnet umiddelbart, noe som var flott.

Da jeg var koblet til Arduino, fant jeg imidlertid at å sette de digitale pinnene i utgangsmodus også fyrte tenneren umiddelbart, noe som ikke var så bra.

Selv om jeg trodde at de digitale utgangspinnene ble trukket lavt internt, ser det ikke ut til å være tilfelle, men jeg setter nå tilstanden til av før jeg setter pin-modus til utgang, og det har adressert det ganske pent.

Jeg ble også overrasket over å oppdage at når potensiometeret reduserer motstanden mellom tenneren og pin 1 på optokoblingen, kan strømmen gjennom 1k-motstanden, tenningen og potensiometeret fremdeles være lav nok til å tillate en skuddstrøm å gå til jord ved pinne 2.

Etter min mening, selv om potten gir 0 ohm, bør den aktuelle strømmen være mindre enn 18/1002 eller 0,017A. I følge databladet skal det ikke være nok til å fyre tenneren.

Imidlertid forblir tenneren kald når potten tilfører ca. 5k ohm. Ingen tvil om at dette var grunnen til at du brukte et potensiometer og ikke bare et par faste motstander.

Så jeg vil eksperimentere videre med en rekke tennere fra andre leverandører og oppdage potensiometerinnstillingen som gjør at alle bare kan skyte når de skal. Jeg kan da bygge en enhet i full størrelse med faste motstander her.

Oppsummert, alt fungerer akkurat som jeg hadde håpet, og jeg er ekstremt takknemlig for at du sparte meg for å komme med innspill. Du er velkommen til å publisere kretsen, og vår dialog, sammen med min takk og anerkjennelse for din dyktighet.

Med vennlig hilsen,

Jerry

p.s. for å svare på det endelige spørsmålet ditt, ja, alle 24 ADC-inngangene er unike og uavhengige, akkurat som de 24 digitale utgangene. Jeg bruker Mux Shield 2 for å øke den grunnleggende kapasiteten til ATmega328P.