電気マッチ（Ematch）回路花火点火装置

この投稿では、マイクロコントローラーベースの制御システムを介して一連のEmatchesの確実な点火を実装するために使用できる単純な電気マッチ点火回路について包括的に説明しています。アイデアはジェリー・シャリス氏によって要求され、説明されました

詳細は、ジェリー氏と私の間の以下の電子メールディスカッションを読むことで理解できます。

技術仕様

私はちょうどあなたのサイトですべての有用なものを見てきました、そして私はそれをすべてパブリックドメインに置いてくれてありがとうから始めます。これは、電子機器が私たちの主要なスキルではない私たちにとって非常に役立つリファレンスです。

私はあなたがのための回路を公開したことを発見しました 点火花火点火システム 。

自分のシステムに組み込むことは、私が探しているものに近いと思いますが、それは十分に異なっているので、自分でそれを適応させることはできません。

私はマイクロコントローラーベースの無線リンク分散発射システムを構築しています。私はプロのディスプレイクルーと協力して、商用システムのすべての最高の機能を提供するようにシステムを設計しましたが、不要な機能や高コストがないことを願っています。

30年間ソフトウェアエンジニアを務めてきたので、コードに問題はありません。ArduinoやRaspberry Piなど、ハードウェア側を非常に簡単にする優れた組み込み環境があります。

その結果、各モジュールの24ピンでイグナイター導通（電圧）情報を処理し、24出力ピンの1つで5V信号を生成できるモジュラー発射システムを構築しました。現在、多くのモジュールがあり、すべて中央ユニットから制御されています。

しかし、出力回路に問題があります。これには、私を超えたアナログ電子機器の知識が必要です。各モジュールは、24個のイグナイターの連続性を検出して発火することになっています。

モジュールごとに24個の入力ピンと24個の出力ピンがあります。したがって、個々のキューは1つの入力ピンと1つの出力ピンを使用します。

入力ピンは、Gndに関連する電圧を測定できます（ソフトウェアがそうするように指示した場合）。

出力ピンは、ソフトウェアがそうするように指示したときに、0Vに下げられる前に、設定された期間5Vで上げられ、保持されます。

点火機能なしで導通テストのみを構築している場合は、+ 5V電源を10オームの抵抗に接続し、その抵抗のもう一方の端をイグナイターの1本のワイヤー（抵抗は1.5〜2.5オーム）に接続する可能性があります。次に、点火器のもう一方の端からGndまで。

抵抗とイグノイターの間の接合部から入力ピンへのラインにより、電圧降下を測定し、イグナイターの有無を検出できます。

最大無火電流である0.2Aを超えてイグナイターを通過できないようにするために、他の抵抗が存在する場合があります。

一方、点火回路を構築するだけの場合は、コレクターが+ 18Vに接続され、エミッターがイグナイターの一方のワイヤーに接続され、もう一方のワイヤーがのトランジスターのベースに出力ピンを取ります。アースに接続されたイグナイター。他のコンポーネントが必要な場合があります。

私はこれらを発射システムで見ましたが、回路でのそれらの役割を本当に理解していません。

私がまだ克服していない4つの問題があります。

1）有用であるためには、発射モジュールに可動部品があってはなりません。導通検知機能と発火機能の間に「切り替え」があってはなりません。

イグナイターの2本のワイヤーは、モジュールの固定接続ブロックに接続する必要があり、その内部配線により、一方が他方に影響を与えることなく、導通機能と検出機能の両方を実行できるようにする必要があります。

最悪の場合、ファイア回路がオンになり、同時に導通テストが同じピンで実行されていた場合、入力ピンに存在する必要があるのは5V以下である必要があります。

そしてもちろん、導通テスト電流は、イグナイターを点火するトランジスターに決して通電してはなりません。

2）24個の個別のイグナイターの回路は相互に影響を与えてはなりません。ある回路で起こっていることが別の回路に影響を与えないように、回路を分離する必要があります。

たとえば、イグナイターが発火し、その発火回路が開いたり短絡したりした場合、他の回路の1つに電流を流してはならず、トランジスターに通電するリスクがあります。

3）実用的には、これらのモジュールをいくつか構築したいと思います。

モジュールごとに24の導通回路と24の点火回路があるため、ICまたは他のPCBマウントコンポーネントに、できればアレイパッケージで、それぞれを減らすことができれば、最終製品はより良く、もちろん安価になります。

私はカスタムボードを委託し、デザインがこれをサポートできるのであれば、おそらく組み立てさえも喜んで依頼します。

4）4番目の問題は、克服したほうがよいという問題ですが、必須ではありません。このソフトウェアでは、複数の出力ピン、つまりイグナイターを一度に起動できます。

デジタル側では、これは問題ではありませんが、点火回路の電源に大きな負荷をかけます。

18V LiPoバッテリーは、多くのイグナイターを点火するために必要な0.6〜0.9Aを供給できる可能性がありますが、バッテリーの内部抵抗、関連する銅線の長さの抵抗、および場合によっては複数を接続するという事実がありますeMatchを単一の発射回路に直列に接続すると、制限があることが簡単にわかります。

この制限を可能な限り高くするために、容量性放電を使用して、より小さなバッテリーで1つ以上のコンデンサーを充電し、そのエネルギーをトランジスターに供給することができます。

これは、単純な直接バッテリーエネルギー接続よりもはるかに効果的である可能性があることを理解しています。

それで、このプロジェクトはあなたにアピールしますか？これを現在のベンチプロジェクトから実際に機能するものに変えるために、専門知識を提供することに興味があり、喜んで貢献しますか？

私はあなたが必要とするかもしれないさらなる情報を喜んで提供します。

よろしくお願いいたします。

ジェリー

回路の設計

こんにちはジェリー、

添付ファイルを確認してください。この設定は機能しますか？

プッシュボタンなしでの作業

こんにちはスワッグ、

これをご覧いただきありがとうございます。

残念ながら、回路に物理的なスイッチはあり得ないと言ったとき、私は十分に明確ではなかったのではないかと心配しています。

回路は、導通プッシュボタンなしで動作する必要があります。代わりに、回路のどこかからセンス（ADC入力）ピンへの一定の接続が必要です。電圧（0〜5Vのみ）の値を使用して、1.5〜10オームの負荷が現在。

10オームの抵抗も少し気になります。トリガー電圧がない場合でも、18V電源からの電流が負荷を通過し、次に10オームの抵抗をグランドに流して1.5Aを負荷に供給し、即座に爆発させるように見えます。

これが起こることに同意しますか？これらの観察のいずれかに対処する修正を思い付くことができますか？

どうもありがとう、

ジェリー

10オームの抵抗補正

こんにちはジェリー、

10オームは確かに間違いでした。今すぐチェックして、この電気マッチ（Ematch）花火点火回路が目的を果たすかどうか教えてください

（添付ファイルを参照してください）。

ダイオードとコンデンサは、負荷のトリガ期間中にトランジスタが導通している間も信号が保持されるようにするためのものです。

10kプリセットは、ADC入力に適切な電圧を設定するために調整できます。

盗品ありがとうございます。

私はTIP122または4N35の特性に精通していないので、それらのデータシートを入手して、テストする回路を構築します。

腕を骨折したばかりなので、これは理想よりも時間がかかる可能性があるため、はんだ付けが困難になります。

それでも、私はあなたの援助に非常に感謝しています。

18V電源を容量性放電回路に置き換えることについて何か考えがありますか？

これははるかに簡単で、インターネット上で標準の充電/放電回路図への参照を見つけることは間違いないと思いますが、以前に行ったことがある場合は、私は見たいと思いますか？

ではごきげんよう、

ジェリー

こんにちはジェリー、

今、私は構成を完全に理解し始めていると思います。

負荷が発火するのに必要な電圧レベルを指定できますか？

これは、容量性放電ステージとともに最終的な回路を設計するのに役立ちます。

宜しくお願いします。
みやげ品

E-Matchは低電流デバイスです

こんにちはスワッグ。

EMatches 電圧ではなく、最小電流で発火するように指定されています。さまざまなメーカーが0.35A〜0.5Aの最小発火電流を示していますが、信頼性の高い発火には0.6A〜0.75Aに近い値を推奨しています。

メーカーはまた、1.6オームから2.3オームまで、イグナイターにさまざまな内部抵抗を与えています。単一の2.3オームのeMatchを無視できる内部抵抗のバッテリーに接続し、0.75Aを探す場合、それを発射するのにたった1.725Vしかかかりません。

ただし、単一の点火回路（「キュー」と呼びます）を使用して、直列に接続された6つのイグナイターを点火する場合、10.35Vが必要になります。現実の世界では、エネルギー源とイグナイター間の銅配線の両方から、追加の抵抗が存在します。したがって、通常は12〜24Vがベースラインとして使用されます。

次に、各モジュールに24のキューがあり、すべて同じエネルギー源を共有しているという考慮事項があります。
ソフトウェアは、24のキューすべてを一度に起動できるようにします。

キュー自体は効果的に並列であり、各キューによって少なくとも0.75Aを引き出すことができます。したがって、これを実現するには、エネルギー源が18Aを供給できる必要があります。

複数のイグナイターを単一のキューに接続する必要がある場合、これは常に直列で行います。並列ではありません。 100％の信頼性を目指しており、単一のイグナイターが不良の場合、直列接続は常に導通テストに失敗します。並行して、複数の故障したイグナイターを見逃す可能性があります。

このすべての電流と電圧は小さな回路では珍しいものですが、いくつかの補償があります。

まず、目的はイグナイターを焼き尽くすことです。そのため、コンポーネントが電力を処理できる限り、過剰な電圧や電流が問題になることはありません。

第二に、イグナイターは通常20〜50ミリ秒で燃え尽きるので、引き込みは非常に短くなり、コンポーネントが多くの熱を放散する必要はほとんどありません。

主な考慮事項は、パワースイッチングトランジスタがそれだけの電力をシャントできるかどうかです。

各キューを発射する（撃針を5Vに上げる）ソフトウェアは、0Vに落とす前に、+ 5Vで500msだけ保持するため、イグナイターが発射されてから短絡しても、出力回路を介して500msを超える電力が供給されることはありません。後でそれ自体を出します（常にリスク）。

回路の検出側に関する1つの注記。イグナイターがないか、すでにブローオープンしている場合、設計によってADCに0Vが供給されることがわかります。

ただ、破損したり、配線不良でショートしたりすると、検出できないと思いますよね？これは基本的な問題ではありませんが、ADCを使用して、1〜15オームの範囲の開回路、短絡、または顕在抵抗を検出することを望んでいました。

最後に、コンデンサはソフトウェアの制御下で充電および放電する必要があると思います。

モジュールには、コンデンサが充電されるときに+ 5Vにプルされ、コンデンサが放電するときに0Vに低下する別のピンがあると想定できます。コンデンサを放電するための安全なシャントが必要になります。

コンデンサが充電されているかどうかに関係なく、検出機能が動作するはずなので、この配置では検出回路の変更が必要になるのではないかと疑っています。

イグナイターを流れる電流を検知目的で最小限に抑えることも重要です。私は今日だけ読んだことがありますが、最小火災未満の定電流（たとえば、0.25Aは最小火災0.35A未満）では、イグナイターはまだ加熱され、数秒後に発火する可能性があります。

したがって、一定のテスト電流は、最小火災電流（35mA）の10％未満、場合によっては1％（3.5mA）まで低くする必要があると考えられます。

これが物事を根本的に変えすぎないことを願っています。

今後ともよろしくお願い申し上げます。

ではごきげんよう、

ジェリー

低DCの使用

こんにちはジェリー、

OK、つまり、点火電圧が低電圧DCであるということです。「容量性放電」という用語を言ったときに、高電圧と混同しました。適切な数値を決定するのはあなたに任せるべきだと思います。 TIP122は100Vで3アンペアをはるかに超える電圧を処理できるため、十分な範囲で遊ぶことができます。

センサー側にオペアンプコンパレーターを配置し、任意の仕様に従って検出範囲を選択できるようにします。

すぐにデザインしてみますが、完成したらお知らせします

こんにちはスワッグ、

改めてお時間をいただき、誠にありがとうございました。あなたは私よりもはるかに多くのアナログ電子機器の専門知識を持っており、私が何ヶ月も困惑していたことを数日で達成しました。

負荷の範囲を検出することについてのあなたのポイントを完全に理解しています-これは単なる願望であり、システムはそれなしで動作するのに失敗することはありません。

私はあなたが提供したものを取り、EasyEDA回路シミュレーターを介して実行しました。そこでは、少なくとも単一の回路で、私が期待したとおりに動作します。これは、ポテンショメータが10％の場合、イグナイタが存在する場合はADCが0.36Vを示し、開いている場合は0Vを示すことを示しています。これは、これが機能するために必要なものです。イグナイターに通電すると、最大1.4Vになり、完全に安全です。

検知電流は測定可能ではありませんが、発射電流は3.2Aのように見え、何でも発射します。私の次のタスクは、モジュールに含める最大24の複数の独立した回路をシミュレートし、クロスオーバーの証拠を探すことです。

回路図とシミュレートされた電流と電圧を添付しました。

サポートされているものを使用する必要があります。そのため、シミュレーションでは別のダーリントントランジスタを使用しますが、特に指示がない限り、予想される動作を示していると思います。ちなみに、V1は周波数1Hzの5V方形波です。これにより、5V撃針がハイになるシミュレーションが可能になるためです。

モジュール内の24のキュー間で共有できる回路の量を提案できますか？

一次電源電圧は、LM7805に給電するために必要な低電圧電源と同様に、もちろん共通のアースになります。

単一のLM7805を使用して、すべての4N35に入力を提供できますか？残りはキューごとに一意である必要があると思います。買い物リストが表示されますが、24キューモジュールの構築についてご意見をお聞かせください。

最後に、18Vソースの代わりに容量性放電エネルギーソースを追加するためのオプションは何ですか？

私の理解では、市販の焼成システムは、内部抵抗が低いため、低抵抗のイグナイターに大電流を流すことができるため、これらを使用します。 C.D.ソースの内部抵抗はバッテリーよりも低くなりますか？

一部の発火システムは非常に高い発火電圧を持っている可能性がありますが、これはおそらく容量性放電がどのように機能するかの結果です。 18Vは必要なだけですが、それ以上でも問題はありません。

C.D.です追加する簡単なものを調達しますか？ 6 x 1.2Vの充電式単三電池で動作するものを追加することは可能でしょうか？

それが可能であれば、同じ7.2V電源が、点火回路用のLM7805とarduinoボードの両方に問題なく電力を供給します。それはかなり完璧な解決策になると思います。

どうぞよろしくお願いいたします。
ジェリー

変更されたデザインの提示

こんにちはジェリー、

スペック通りにデザインを変更しました。

BC547は、トランジスタがオンにトリガーされている間、ADCがロジックハイを受信し続けることを確認し、負荷を完全に起動できるようにします。

負荷の範囲を検出するには、非常に複雑な回路を含める必要があるかもしれないので、設計にそれを含まないことにしました。

さらに疑問がある場合はお知らせください。

こんにちはスワッグ、

改めてお時間をいただき、誠にありがとうございました。あなたは私よりもはるかに多くのアナログ電子機器の専門知識を持っており、私が何ヶ月も困惑していたことを数日で達成しました。

負荷の範囲を検出することについてのあなたのポイントを完全に理解しています-これは単なる願望であり、システムはそれなしで動作するのに失敗することはありません。

私はあなたが提供したものを取り、EasyEDA回路シミュレーターを介して実行しました。そこでは、少なくとも単一の回路で、私が期待したとおりに動作します。

これは、ポテンショメータが10％の場合、イグナイタが存在する場合はADCが0.36Vを示し、開いている場合は0Vを示すことを示しています。これは、これが機能するために必要なものです。

イグナイターに通電すると、最大1.4Vになり、完全に安全です。

検知電流は測定可能ではありませんが、発射電流は3.2Aのように見え、何でも発射します。私の次のタスクは、モジュールに含める最大24の複数の独立した回路をシミュレートし、クロスオーバーの証拠を探すことです。

回路図とシミュレートされた電流と電圧を添付しました。

サポートされているものを使用する必要があります。そのため、シミュレーションでは別のダーリントントランジスタを使用しますが、特に指示がない限り、予想される動作を示していると思います。ちなみに、V1は周波数1Hzの5V方形波です。これにより、5V撃針がハイになるシミュレーションが可能になるためです。

モジュール内の24のキュー間で共有できる回路の量を提案できますか？

一次電源電圧は、LM7805に給電するために必要な低電圧電源と同様に、もちろん共通のアースになります。単一のLM7805を使用して、すべての4N35に入力を提供できますか？

残りはキューごとに一意である必要があると思います。買い物リストが表示されますが、24キューモジュールの構築についてご意見をお聞かせください。

最後に、18Vソースの代わりに容量性放電エネルギーソースを追加するためのオプションは何ですか？

私の理解では、市販の焼成システムは、内部抵抗が低いため、低抵抗のイグナイターに大電流を流すことができるため、これらを使用します。

C.D.ソースの内部抵抗はバッテリーよりも低くなりますか？一部の発火システムは非常に高い発火電圧を持っている可能性がありますが、これはおそらく容量性放電がどのように機能するかの結果です。

18Vは必要なだけですが、それ以上でも問題はありません。 C.D.です追加する簡単なものを調達しますか？ 6 x 1.2Vの充電式単三電池で動作するものを追加することは可能でしょうか？

それが可能であれば、同じ7.2V電源が、点火回路用のLM7805とarduinoボードの両方に問題なく電力を供給します。それはかなり完璧な解決策になると思います。

どうぞよろしくお願いいたします。

ジェリー

こんにちはジェリー、

ここに答えがあります、

トランジスタは、好みに応じて適切な定格のNPNトランジスタと交換できます。ここでは、V仕様とI仕様以外は重要ではありません。

すべての検出ステージには単一の7805で十分であり、ADCは高インピーダンス入力であり、消費電流はごくわずかであり、無視できます。

ただし、正しく述べたように、電力点火ステージは24のキューごとに一意である必要があります（24のトリガー入力を備えた合計24のパワートランジスタ）AAAセルを使用した7.2V電源を試して、システム全体に電力を供給することができます。電圧を18Vに上げるには、次の記事に示す最初の回路コンセプトを使用してみてください。 https://homemade-circuits.com/2012/10/1-watt-led-driver-using-joule-thief.html 1.5Vを7.2Vソースに交換し、LEDをブリッジ整流器および関連する2200uF / 25Vコンデンサに交換することができます。このコンデンサの両端に4k7の負荷を接続してください。

トランジスタはBD139に置き換えることができます。最適な結果を決定するために、両側のコイルターンを少し調整する必要がある場合があります。他に質問がある場合はお知らせください。

宜しくお願いします。

みやげ品

こんにちはスワッグ、

コンポーネントが到着するのを待っていました。私は回路を構築し、それが機能することを確認できることを嬉しく思います。繰り返しになりますが、貴重なご協力に感謝いたします。最も感謝しています。

回路を構築したとき、最初に入力で直接5V信号を使用してテストし、イグナイターがすぐに起動しました。これはすばらしいことでした。

しかし、Arduinoに接続すると、デジタルピンを出力モードにすると、イグナイターも即座に起動することがわかりました。これはそれほど素晴らしいことではありませんでした。

デジタル出力ピンは内部でLowになっていると思っていたのですが、そうではないようですが、ピンモードを出力に設定する前に状態をオフに設定しているので、かなりうまく対処できています。

また、ポテンショメータがオプトカプラのイグナイタとピン1の間の抵抗を減らすと、1k抵抗、イグナイタ、およびポテンショメータを流れる電流が十分に低くなり、点火電流が流れることを発見したことにも驚きました。ピン2でグランドに接続します。

私の考えでは、ポットが0オームを提供している場合でも、その電流は18/1002または0.017A未満である必要があります。そのデータシートによると、それはイグナイターを発射するのに十分ではないはずです。

ただし、ポットに約5kオームが追加されると、イグナイターは低温のままになります。これが、固定抵抗器のペアだけでなく、ポテンショメータを使用した理由であることは間違いありません。

そこで、次に、他のサプライヤのさまざまなイグナイタを試して、必要なときにのみすべてを発火できるポテンショメータの設定を見つけます。次に、ここで固定抵抗を備えたフルサイズのユニットを構築できます。

要約すると、それはすべて私が期待したとおりに機能し、あなたが私にあなたの入力を提供する時間を割いてくれたことに非常に感謝しています。回路とダイアログを、私の感謝とあなたのスキルの認識とともに、お気軽に公開してください。

よろしくお願いいたします。

ジェリー

p.s.最後の質問に答えるために、はい、24個のデジタル出力と同様に、24個のADC入力はすべて一意で独立しています。 ATmega328Pの基本容量を増やすためにMuxShield2を使用しています。