Electric Match (Ematch) Circuit Firework Tändare

Inlägget förklarar utförligt en enkel elektrisk tändkrets som kan användas för att implementera en idiotsäker tändning av en serie ematcher genom ett mikrokontrollerbaserat styrsystem. Idén begärdes och förklarades av Jerry Shallis

Detaljerna kan förstås genom att läsa följande e-postdiskussion mellan Mr. Jerry och mig.

Tekniska specifikationer

Jag har just tittat på alla användbara saker på din webbplats och jag skulle börja med att tacka dig för att du publicerade allt. Det är en mycket användbar referens för de av oss för vilka elektronik inte är vår primära skicklighet.

Jag hittade att du hade publicerat en krets för en Ematch fyrverkeri tändsystem .

Jag tror att det ligger nära det jag letar efter, att bygga in i mitt eget system, men det är tillräckligt annorlunda för att jag inte kan anpassa det själv.

Jag bygger ett mikrokontrollerbaserat radiolänkat distribuerat skjutningssystem. Jag arbetar med ett professionellt displaypersonal och har utformat systemet för att erbjuda alla de bästa funktionerna i kommersiella system, men jag hoppas utan de onödiga funktionerna eller de höga kostnaderna.

Efter att ha varit programvarutekniker i 30 år har jag inga problem med koden, och det finns fina inbäddade miljöer som Arduino eller Raspberry Pi som gör hårdvarusidan ganska enkel - även för en programkille!

Som ett resultat har jag byggt ett modulärt skjutsystem som kan bearbeta tändningskontinuitetsinformation (spänning) på 24 stift i varje modul och kan generera en 5V-signal på en av 24 utgångsstift. Jag har nu många moduler, alla styrda från en central enhet.

Men jag har problem med utgångskretsarna, eftersom det kräver kunskap om analog elektronik som ligger utanför mig. Varje modul ska upptäcka kontinuitet på, och avfyra, 24 tändare.

Jag har 24 ingångsstift och 24 utgångar per modul. Varje enskild kö använder därför en ingång och en utgångsstift.

Ingångsstiftet kan mäta spänningen i förhållande till GND (när programvaran riktar den till det).

Utgångsstiftet kommer att höjas och hållas vid 5V under en viss period innan det sänks till 0V, igen när programvaran riktar det till det.

Om jag bara byggde ett kontinuitetstest, utan någon avfyringsfunktion, kan jag ansluta min + 5V-matning till ett 10 ohm motstånd, den andra änden av det motståndet till en tändkabel (som har ett motstånd på 1,5-2,5 ohm) och sedan från andra änden av tändaren till GND.

En linje från korsningen mellan motståndet och tändaren, till ingångsstiftet skulle tillåta mig att mäta spänningsfallet och upptäcka tändarens närvaro eller frånvaro.

Det kan finnas andra motstånd närvarande för att säkerställa att inte mer än 0,2 A kan gå genom tändaren, vilket är dess maximala eldström.

Å andra sidan, om jag bara byggde en avfyringskrets, skulle jag ta utgångsstiftet i basen på en transistor vars kollektor var ansluten till + 18V och vars sändare var ansluten till en tändningsledning, med den andra ledningen av tändaren ansluten till jorden. Det kan finnas andra komponenter som är nödvändiga.

Jag har sett dessa på skjutsystem, men förstår inte riktigt deras roller i kretsen.

Det finns fyra problem som jag ännu inte har löst.

1) För att vara användbart måste det inte finnas några rörliga delar på skjutmodulen. Det får inte finnas någon 'växling' mellan kontinuitetsavkänningsfunktionen och avfyrningsfunktionen.

Tändarens två ledningar måste anslutas till ett fast anslutningsblock på modulen, och dess interna ledningar måste möjliggöra både kontinuitets- och avkänningsfunktioner utan att någon påverkar den andra.

I värsta fall, om brandkretsen aktiverades och samtidigt genomfördes kontinuitetstest på samma stift, får inte mer än 5V finnas på ingångsstiftet.

Och naturligtvis får testströmmen för kontinuitet aldrig aktivera transistorn som tänder tändaren.

2) Kretsarna för de 24 enskilda tändarna får inte påverka varandra. Kretsarna ska isoleras så att det som händer i en krets inte kommer att påverka en annan.

Till exempel, när en tändare avfyrar och dess avfyrningskrets antingen går öppen eller kortsluter, får det inte shunta någon ström i någon av de andra kretsarna och riskera att aktivera transistorn.

3) För att vara praktisk hoppas jag kunna bygga ett antal av dessa moduler.

Med 24 kontinuitet och 24 avfyrningskretsar per modul, desto mer av varje som kan reduceras till IC eller andra PCB-monterade komponenter, helst i arraypaket, desto bättre och naturligtvis billigare blir slutprodukten.

Jag beställer gärna ett specialkort och kanske till och med montering om designen kan stödja detta.

4) Det fjärde problemet är ett som det skulle vara trevligt att övervinna, men det är inte nödvändigt. Programvaran gör att flera utgångsstift, och därmed tändare, kan avfyras på en gång.

På den digitala sidan är detta inte ett problem, men det placerar en betydande belastning på skjutkretsens strömkälla.

Ett 18V LiPo-batteri kommer förmodligen att kunna leverera 0,6-0,9A som krävs för att avfyra många tändare, men med det inre motståndet hos batteriet, motståndet hos kopparnas längder och det faktum att vi ibland ansluter mer än en eMatch i serie till en enda avfyrningskrets är det lätt att se att det kommer att finnas en gräns.

För att höja denna gräns så högt som möjligt kan en kapacitiv urladdning användas, med ett mindre batteri som laddar en eller flera kondensatorer, vars energi sedan kan matas till transistorerna.

Jag förstår att detta kan vara mycket effektivare än en enkel direkt batteri energiförbindelse.

Så tilltalar detta projekt dig? Är du intresserad och villig att bidra med din expertis för att göra detta från ett bänkprojekt, som det för närvarande är, till något som verkligen fungerar?

Jag kommer gärna att tillhandahålla all ytterligare information du kan behöva.

Vänliga hälsningar,

Jerry

Designa kretsen

Hej Jerry,

Kontrollera bilagan, fungerar den här inställningen för dig?

Arbetar utan tryckknapp

Hej Swag,

Tack för att du tog dig tid att titta på det här.

Tyvärr är jag rädd att jag inte var tillräckligt tydlig när jag sa att det inte kan finnas några fysiska brytare i kretsen.

Kretsen måste fungera utan en kontinuerlig tryckknapp. Istället måste det finnas en konstant anslutning från någonstans i kretsen till sens-stiftet (ADC-ingången) med en spänning (bara någonsin 0-5V) vars värde kan användas för att hävda om en belastning på 1,5 - 10 ohm är eller inte närvarande.

Jag är också lite orolig för motståndet på 10 ohm. Det ser ut för mig att även utan avtryckarspänning kommer ström från 18V-matningen att passera genom belastningen och sedan 10 ohm-motståndet till jord, leverera 1,5A till lasten och omedelbart detonera den.

Håller du med om att detta skulle hända? Kan du komma med några ändringar som skulle ta itu med någon av dessa iakttagelser?

Tack så mycket,

Jerry

10 Ohm Rsistor-korrigering

Hej Jerry,

10 ohm var verkligen ett misstag, kontrollera det nu och låt mig veta om den här elektriska tändkretsen (Ematch) tändkrets skulle tjäna syftet

(se bifogat).

Dioden och kondensatorn är för att säkerställa att signalen hålls även medan transistorn leder under belastningens utlösningsperiod.

10k-förinställningen kan justeras för att ställa in en lämplig spänning för ADC-ingången.

Tack så mycket Swag.

Jag känner inte till egenskaperna hos TIP122 eller 4N35 så jag kommer att få deras datablad och konstruera kretsen för att testa.

Det kan ta längre tid än vad som skulle vara perfekt eftersom jag just har brutit armen, så lödning kommer att bli en utmaning!

Ändå är jag mycket tacksam för din hjälp.

Jag undrar om du har några tankar om att ersätta 18V-matningen med en kapacitiv urladdningskrets?

Jag misstänker att detta kommer att bli mycket enklare och jag kan utan tvekan hitta referenser på Internet till standardladdnings- / urladdningsscheman, men om du har något som du har gjort tidigare skulle jag gärna se?

Med vänliga hälsningar,

Jerry

Hej Jerry,

Jag tror nu att jag börjar förstå konfigurationen helt.

Kan du ange spänningsnivån som krävs för att lasten ska avfyras?

Detta skulle hjälpa mig att utforma den slutgiltiga kretsen tillsammans med kapacitivt urladdningssteg.

Vänliga hälsningar.
Bylte

E-matchningar är enheter med låg ström

Hej Swag.

EMatchar är specificerade för att utlösa minsta ström, snarare än spänning. Olika tillverkare ger lägsta eldström mellan 0,35A och 0,5A, men de flesta rekommenderar närmare 0,6A-0,75A att elda med god tillförlitlighet.

Tillverkare ger också olika inre motstånd för sina tändare, från 1,6 ohm till 2,3 ohm. Om du ansluter en enda 2.3 ohm eMatch till ett batteri med försumbar internt motstånd och letar efter 0,75A, tar det bara 1,725V att avfyra den.

Men om den enskilda tändkretsen (som vi kallar en 'cue') skulle användas för att avfyra 6 tändare, seriekopplade, skulle det kräva 10,35V. I den verkliga världen finns det ytterligare motstånd, både från energikällan och kopparkabeln mellan tändarna. Följaktligen tas 12-24V vanligtvis som baslinjen.

Sedan är det övervägande att det finns 24 ledtrådar på varje modul, som alla delar samma energikälla.
Programvaran gör att alla 24 signaler kan avfyras samtidigt.

Ledtrådarna är själva effektivt parallella, och minst 0,75A kan dras av varje ledtråd. Så energikällan måste kunna leverera 18A för att detta ska hända.

När vi behöver ansluta flera tändare till en enda kö gör vi det alltid i serie - aldrig parallellt. Vi strävar efter 100% tillförlitlighet och en serieförbindelse kommer alltid att misslyckas med dess kontinuitetstest om en enda tändare är dålig. Parallellt kan flera felaktiga tändare missas.

Även om all denna ström och spänning är ovanlig för små kretsar, finns det vissa kompensationer.

För det första är målet att få tändarna att brinna ut, så överspänning eller ström är aldrig ett problem så länge komponenterna klarar av strömmen.

För det andra bränns tändarna vanligtvis ut på 20-50 ms så att dragningen bara kommer att bli ganska kort och att komponenterna sannolikt inte kommer att behöva sprida mycket värme.

Det primära övervägandet måste vara om strömbrytartransistorn kan shunta så mycket effekt.

Programvaran som avfyrar (höjer tändstiftet till 5V) varje cue kommer att hålla den vid + 5V i endast 500ms innan den släpps till 0V så att det aldrig kommer att bli ström genom utgångskretsen i mer än 500ms även om tändaren avfyrar men sedan kortsluter själv ut efteråt (alltid en risk).

En anteckning på kretsens avkänningssida. Jag kan se att din design kommer att ge 0V till ADC om tändaren saknas eller redan har blåst upp.

Men om den är skadad eller har blivit dåligt ansluten och kortsluten, tror jag inte att det kommer att upptäckas, eller hur? Detta är inte ett grundläggande problem, även om jag hade hoppats på att använda ADC för att upptäcka öppen krets, kortslutning eller förnuftigt motstånd i intervallet 1 till 15 ohm.

Slutligen tror jag att kondensatorn / kondensatorerna måste laddas och urladdas under programvarukontroll.

Du kan anta att det finns en annan stift på modulen som dras till + 5V när kondensatorn ska laddas, och kommer att sjunka till 0V när kondensatorn ska laddas ur. En säker shunt där kondensatorn ska laddas ut krävs.

Jag har en misstanke om att detta arrangemang kan kräva en ändring av avkänningskretsen, eftersom avkänningsfunktionen bör fungera oavsett om kondensatorn är laddad eller inte.

Det är också viktigt att se till att strömmen genom tändaren hålls på ett absolut minimum för avkänningsändamål. Jag har först läst idag att med en konstant ström som är mindre än minsta eld (säg 0,25A vilket är mindre än 0,35A min eld) kommer tändaren fortfarande att värmas upp och kan avfyras efter flera sekunder.

Följaktligen tros det att konstanta testströmmar bör vara mindre än 10% av min brandström (vilket skulle vara 35 mA) och eventuellt så låg som 1% (3,5 mA).

Jag hoppas att detta inte förändrar saker för radikalt.

Stort tack för ditt fortsatta intresse.

Med vänliga hälsningar,

Jerry

Använda en låg DC

Hej Jerry,

OK det betyder att avfyrningsspänningen är en lågspännings DC, jag förvirrade att det var en högspänning när du nämnde termen 'kapacitiv urladdning' .... så jag tror att jag borde lämna detta åt dig att besluta om lämplig siffra, eftersom TIP122 klarar över 3 lampor vid 100V så det finns gott om räckvidd att leka med.

Jag sätter en opamp-komparator på sensorsidan som gör att du kan välja detekteringsområdet enligt önskad specifikation.

Jag ska försöka designa det snart och meddela dig när det är klart

Hej Swag,

Tack än en gång för din tid på detta. Du har så mycket mer expertis inom analog elektronik än jag och har på några dagar uppnått vad jag har spenderat många månader på.

Jag förstår helt din mening om att upptäcka lastens räckvidd - detta var bara en ambition och systemet kommer inte att fungera utan den.

Jag har tagit vad du har gett och kör det genom EasyEDA-kretssimulatorn där det fungerar precis som jag hoppats - åtminstone med en enda krets. Det indikerar att med potentiometern vid 10% kommer ADC att se 0,36V när det finns en tändare närvarande och 0V när den är öppen, vilket är vad jag kommer att behöva för att detta ska fungera. När tändaren slås på går det upp till 1,4V vilket är helt säkert.

Avkänningsströmmen är inte ens mätbar medan avfyrningsströmmen ser ut som 3.2A som kommer att skjuta vad som helst. Min nästa uppgift är att simulera flera oberoende kretsar, upp till de 24 jag kommer att ha i en modul, och leta efter eventuella bevis på crossover.

Jag har bifogat kretsschemat och de simulerade strömmarna och spänningarna.

Jag måste arbeta med det som stöds, varför simuleringen använder en annan darlington-transistor, men jag tror - om du inte ger mig något annat - att det illustrerar det förväntade beteendet. V1 är för övrigt en 5V kvadratvåg med frekvensen 1Hz, eftersom detta möjliggör simulering av 5V-tändstiftet som går högt.

Kan du föreslå hur mycket av kretsen som kan delas mellan de 24 ledtrådarna i en modul?

Den primära matningsspänningen kommer, liksom alla lägre spänningsmatningar som krävs för att mata LM7805, och naturligtvis en gemensam mark.

Kan en enda LM7805 användas för att ge ingång för alla 4N35s? Jag antar att resten måste vara unik för varje kö, vilket ger mig en inköpslista, men jag skulle uppskatta dina tankar om konstruktionen av en 24-kö-modul.

Slutligen undrar jag fortfarande vad alternativen är för att lägga till en kapacitiv urladdningskälla istället för 18V-källan?

Min förståelse är att kommersiella avfyrningssystem kommer att använda dem eftersom deras låga inre motstånd gör det möjligt att passera höga strömmar genom antändare med lågt motstånd. Är det korrekt att en C.D. kommer källan att ha lägre inre motstånd än ett batteri?

Vissa avfyrningssystem kan ha en ganska hög eldspänning men detta är förmodligen bara en konsekvens av hur kapacitiv urladdning fungerar. 18V är så mycket som behövs, men mer kommer definitivt inte att skada.

Är en C.D. källa en rak sak att lägga till? Skulle det vara möjligt att lägga till något som skulle ta slut på 6 x 1,2 V uppladdningsbara AA-batterier?

Om det var möjligt kommer samma 7.2V-källa gärna att driva både LM7805 för skjutkretsen och arduino-kortet. Jag känner att det skulle vara en ganska perfekt lösning.

Alla lyckönskningar,
Jerry

Presentera Modified The Design

Hej Jerry,

Jag har modifierat designen enligt specifikationerna.

BC547 ser till att ADC fortsätter att ta emot logiken högt medan transistorn utlöses PÅ och därmed låter belastningen avfyras helt.

För att upptäcka lastens räckvidd kan det krävas en mycket komplex krets, så jag bestämde mig för att gå utan den i designen.

Låt mig veta om du har ytterligare tvivel.

Hej Swag,

Tack än en gång för din tid på detta. Du har så mycket mer expertis inom analog elektronik än jag och har på några dagar uppnått vad jag har spenderat många månader på.

Jag förstår helt din mening om att upptäcka lastens räckvidd - detta var bara en ambition och systemet kommer inte att fungera utan den.

Jag har tagit vad du har gett och kör det genom EasyEDA-kretssimulatorn där det fungerar precis som jag hoppats - åtminstone med en enda krets.

Det indikerar att med potentiometern vid 10% kommer ADC att se 0,36V när det finns en tändare närvarande och 0V när den är öppen, vilket är vad jag kommer att behöva för att detta ska fungera.

När tändaren slås på går det upp till 1,4V vilket är helt säkert.

Avkänningsströmmen är inte ens mätbar medan avfyrningsströmmen ser ut som 3.2A som kommer att skjuta vad som helst. Min nästa uppgift är att simulera flera oberoende kretsar, upp till de 24 jag kommer att ha i en modul, och leta efter eventuella bevis på crossover.

Jag har bifogat kretsschemat och de simulerade strömmarna och spänningarna.

Jag måste arbeta med det som stöds, varför simuleringen använder en annan darlington-transistor, men jag tror - om du inte ger mig något annat - att det illustrerar det förväntade beteendet. V1 är för övrigt en 5V kvadratvåg med frekvensen 1Hz, eftersom detta möjliggör simulering av 5V-tändstiftet som går högt.

Kan du föreslå hur mycket av kretsen som kan delas mellan de 24 ledtrådarna i en modul?

Den primära matningsspänningen kommer, liksom alla lägre spänningsmatningar som krävs för att mata LM7805, och naturligtvis en gemensam mark. Kan en enda LM7805 användas för att ge ingång för alla 4N35s?

Jag antar att resten måste vara unik för varje kö, vilket ger mig en inköpslista, men jag skulle uppskatta dina tankar om konstruktionen av en 24-kö-modul.

Slutligen undrar jag fortfarande vad alternativen är för att lägga till en kapacitiv urladdningskälla istället för 18V-källan?

Min förståelse är att kommersiella avfyrningssystem kommer att använda dem eftersom deras låga inre motstånd gör det möjligt att passera höga strömmar genom antändare med lågt motstånd.

Är det korrekt att en C.D. kommer källan att ha lägre inre motstånd än ett batteri? Vissa avfyrningssystem kan ha en ganska hög eldspänning men detta är förmodligen bara en konsekvens av hur kapacitiv urladdning fungerar.

18V är så mycket som behövs, men mer kommer definitivt inte att skada. Är en C.D. källa en rak sak att lägga till? Skulle det vara möjligt att lägga till något som skulle ta slut på 6 x 1,2 V uppladdningsbara AA-batterier?

Om det var möjligt kommer samma 7.2V-källa gärna att driva både LM7805 för skjutkretsen och arduino-kortet. Jag känner att det skulle vara en ganska perfekt lösning.

Alla lyckönskningar,

Jerry

Hej Jerry,

Här är svaren,

Transistorn kan ersättas med valfri NPN-transistor enligt dina önskemål, ingenting är kritiskt här utom V och I-specifikationerna.

En enda 7805 skulle räcka för alla avkänningssteg, ADC: n skulle vara en högimpedansingång, strömförbrukningen skulle vara försumbar och kan ignoreras.

Men som du med rätta nämnde måste strömtändningssteget vara unikt för var och en av de 24 signalerna (totalt 24 nos effekttransistorer med 24 utlösande ingångar) En 7.2V-matning med AAA-celler kan provas för att driva hela systemet, för att För att öka spänningen till 18V kan du försöka använda det första kretskonceptet som visas i följande artikel: https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html Du kan byta ut 1,5V mot din 7,2V-källa och ersätta lysdioden med en brygglikriktare och en tillhörande 2200uF / 25V kondensator. se till att ansluta en 4k7-belastning över denna kondensator.

Transistorn kan ersättas med en BD139. Du kan behöva justera spolsvarvarna på båda sidor lite för att bestämma det lämpligaste resultatet. Låt mig veta om du har fler frågor?

Vänliga hälsningar.

Bylte

Hej Swag,

Jag har väntat på att komponenterna kommer fram. Jag har byggt kretsen och är mycket glad över att kunna bekräfta att den fungerar. Så ännu en gång, mitt tack för all din ovärderliga hjälp - jag är mycket tacksam.

När jag hade byggt kretsen testade jag den först med en direkt 5V-signal på ingången och tändaren avfyrade genast, vilket var jättebra.

När jag var ansluten till min Arduino fann jag dock att sätta de digitala stiften i utgångsläge också avfyrade tändaren direkt, vilket inte var så bra.

Även om jag trodde att de digitala utgångsstiften drogs internt lågt verkar det inte vara fallet, men jag ställer nu in deras tillstånd innan jag ställer in stiftläget på utdata, och det har adresserat det ganska snyggt.

Jag blev också förvånad över att upptäcka att när potentiometern minskar motståndet mellan tändaren och stift 1 på optokopplaren, kan strömmen genom 1k-motståndet, tändaren och potentiometern fortfarande vara tillräckligt låg för att möjliggöra en skjutström att gå till jord vid stift 2.

Enligt min mening, även om potten ger 0 ohm, bör den strömmen vara mindre än 18/1002 eller 0,017A. Enligt databladet borde det inte vara tillräckligt för att avfyra tändaren.

Men när potten tillför cirka 5k ohm förblir tändaren kall. Utan tvekan var det därför du använde en potentiometer och inte bara ett par fasta motstånd.

Så jag kommer att experimentera nästa med en mängd olika tändare från andra leverantörer och upptäcka potentiometerinställningen som gör att alla kan skjuta bara när de borde. Jag kan sedan bygga en fullstor enhet med fasta motstånd här.

Sammanfattningsvis, allt fungerar precis som jag hade hoppats och jag är oerhört tacksam för att du sparat mig tid för att ge dina synpunkter. Du är välkommen att publicera kretsen och vår dialog, tillsammans med mitt tack och erkännande för din skicklighet.

Med bästa hälsningar,

Jerry

p.s. för att svara på din sista fråga, ja, alla 24 ADC-ingångar är unika och oberoende, precis som de 24 digitala utgångarna. Jag använder Mux Shield 2 för att öka ATmega328Ps grundläggande kapacitet.