Очумелые ручки и ОПС

Обзор дымового пожарного извещателя ИП212-5м ИП212-5Му.

В этой статье я хочу обсудить дымовые пожарные извещатли ИП212-5М (ИП212-5МУ) Беларусского производства. Датчик ИП212-5М выпускается уже почти 10 лет в неизменном корпусе но несмотря на эту внешнюю постоянность принципиальная схема датчика все время модернизируется, изменяется и внутренний алгоритм работы. А вот оптический узел (оптическая сенсорная дымовая камера) осталась практически неизменной хотя на мой взгляд ее конструкция далековата от идеала. 
 Внешний вид пожарного извещателя ИП212-5М всем известен: Я взял несколько таких пожарных датчиков разных годов выпуска и попытался сравнить их внутренности. Давайте посмотрим что внутри: На оптической камере (дымовом сенсоре), подробно останавливаться здесь не будем, т.к. этот элемент у всех рассмотренных извещателях одинаковый а его достоинства и недостатки разобраны в другой статье.
Предлагаю более подробно изучить и сравнить принципиальные схемы  "дымарей" этой серии.
  Принципиальную схему этого датчика мне не удалось найти в интернете. Вышеуказанный извещатель выполнен на специализированной украинской микросхеме 1845ИП10. А  datasheet этой микросхемы легко найти в интернете, вот схема из него:
В датчике ИП212-5МУ эта схема немного изменена, отличается выходной каскад в котором полевой транзистор замен биполярными, номиналы некоторых элементов в цепи фотоэлемента также изменены (некоторые из них указаны в скобках). В datasheet  1845ИП10 подробно расписано назначение ее выводов.
-Так например напряжение на выводе "2" определяет рабочую точку усилителя сигнала фотоэлемента. На этот вход подключен делитель напряжения с подстроечным резистором которым в не больших пределах можно регулировать порог срабатывания фотоусилителя.
-К выводу "4" подключается конденсатор (C1 по схеме) входящий в внутреннюю схему усилителя фотоэлемента оптической камеры извещателя и определяющий коэффициент его усиления. Чувствительность дымового пожарного извещателя прямопропорционально зависит от емкости этого конденсатора. У ИП212-5МУ номинал конденсатора С1 - 7100пФ, по даташиту - 2000пФ. Поэксперементировав с этим конденсатором, я выяснил, что при его емкости до 150пФ датчик никак не реагирует не на дым не на щуп, помещенный в оптическую камеру. При емкости 150-750пФ датчик уже регистрирует изменения в оптической камере но его чувствительность заметно ниже номинальной. Емкость С1 от 1000 до 10000пФ можно считать рабочим диапазоном при таком параметре датчик достаточно чувствителен и в то-же время не наблюдается ложных срабатываний. Если установить конденсатор С1 емкостью более 10000пФ то датчик может показать не стабильную работу и выдавать ложные срабатывания.  
- К выводу "7" микросхемы 1845ИП10 подключается RC цепочка определяющая частоту внутреннего генератора который в свою очередь управляет формированием импульсов излучения / опроса оптического узла и при указанных номиналах импульсы будут формироваться примерно один раз в секунду.  
  Микросхема 1845ИП10 имеет только два режима работы - "дежурный" и "тревога", т.е. у нее нет режима самодиагностики датчика, и выдачи сигнала о неисправности.
  Далее мне попались два дымовых пожарных извещателя ИП212-5МУ 2010 года выпуска с идентичной но все-же немного отличающейся схемой. Кроме этого один из датчиков в дежурном режиме периодически выдавал короткие вспышки размещенного на корпусе светодиода, а другой нет. В основе  принципиальных схем обеих датчиков лежит маленький чип с шестью "ножками" как оказалось это микроконтроллер фирмы Microchip PIC10F222. Платы датчиков имели различную маркировку - "IP5PPICSK1" и "IP5PPICSKism2".   Сравнив схемы видно отсутствие резистора R10 на второй из них, именно благодаря этому резистору импульсы управляющие инфракрасным светодиодом оптической камеры дублировались внешним индикатором и он в датчиках выполненных по этой схеме мигает в дежурном режиме извещателя.
Узел стабилизации напряжения питания схемы выполненный на четырех транзисторах у обеих вариантах одинаков.
 Схема усиления и формирования принятых фотоэлементом импульсов идентична, отличается лишь цепь согласования сигнала с микроконтроллером. Нет сомнения что программы находящиеся в микроконтроллере тоже различны, однако считать их полностью не представляется возможным из-за установленной защиты на чтение. Все что удается считать это первые 64 ячейки памяти и байт конфигурации микроконтроллера PIC10F222. Лично для меня считанная информация практически бесполезна.
Для лучшего понимания принципа работы оптического дымового пожарного извещателя предлагаю просмотреть сигналы на выводах микроконтроллера. Нам будут интересны вывод "3" на котором контроллер формирует импульсы управляющие инфракрасным светодиодом оптокамеры и вывод "1" на который приходит усиленыый и сформированный нужным образом сигнал от фотоэлемента той-же оптокамеры. Для изучения я выбрал пожарный извещатель собранный по второй схеме (плата с маркировкой IP5PPICSKism2).

На первой осциллограмме показаны сигналы извещателя находящегося в дежурном режиме и с чистой оптической камерой, которая как известно является его сенсором. Теперь начнем вводить внутрь оптической камеры небольшой щуп, форма принятого сигнала при этом начинает изменятся но датчик еще не переходит в режим тревога, если дальше продолжать вводить щуп, форма сигнала изменится еще больше
и датчик перейдет в режим "тревога". В режиме тревога устанавливается высокий уровень на выводе "4" микроконтроллера который открывает соответствующие транзисторы и через эти транзисторы и включенный в их цепь светодиод начинает протекать повышенный (по сравнению с дежурным режимом) ток шлейфа, светодиод светится а приемо-контрольный прибор по увеличившемуся току распознает сигнал тревоги. В режиме тревоги микроконтроллер остается пока с датчика не снимется на несколько секунд напряжение (произойдет "сброс"), импульсы на ИК диод до этих пор больше не подаются и алгоритм обработки сигнала с оптической камеры не работает. 

Давайте теперь немного поэкспериментируем, и внесем неисправность в схему усилителя сигнала фотоприемника, исключим из цепи обратной связи его каскадов резистор R20 или закоротим выводы инфракрасного светодиода. Внешне картина формы сигнала вроде бы не изменилась
но датчик выдал сигнал тревога.
На самом деле так производитель реализовал самоконтроль извещателя.  Если присмотрется форма сигнала все-же немного изменилась: датчик распознал это как неисправность но прибору передал как смог - в виде "тревоги", это конечно лучше чем ничего но на мой взгляд не совсем правильно, тревога должна быть тревогой а неисправность- неисправностью, правильней было бы сформировать разрыв контактов 3 и 4 извещателя, тем самым передав приемоконтрольному прибору сигнал "неисправность".
 Еще немного "поигравшись" с датчиком я пришел к выводу что контроль сигнала оптической камеры происходит в момент времени окончания импульса управляющего ИК светодиодом.
Если этот сигнал выше определенного значения распознается "неисправность" и формируется сигнал "тревога"  в шлейф, датчик переходит в режим "тревога". Если сигнал ниже определенного значения - распознается сигнал "тревога" и датчик снова переходит в режим "тревога".
Кроме этого экспериментируя со щупами из разного материала я выяснил, что оптический дымовой пожарный извещатель наиболее чувствителен к светлым предметам и что любой щуп имитирует незначительное задымление. Чувствительность датчика к дыму заполнившему всю камеру намного выше, поэтому если датчик сработал от введенного щупа, от дыма он должен тем более сработать.
 В одной из статей нашего сайта поднимался вопрос о ложных срабатываниях пожарных извещателей этой серии от воздействия ламп дневного света. Я разместил похожий источник элекромагнитных помех в полуметре от извещателя и просмотрел сигнал на первом выводе микроконтроллера при этом датчик видимо распознал состояние "неисправность" и переходил в режим "тревога". Если корпус извещателя экранировать наблюдается лишь незначительное искажение формы сигнала и датчик остается работоспособным.
  C 2013 года стали появляться дымовые пожарные извещатели ИП212-5МУ в новом корпусе. Давайте посмотрим что внутри у этих датчиков.
Схема пожарного извещателя также выполнена на микроконтроллере PIC10F222, на плате есть маркировка "IZM11". Модуль усиления и формирования сигнала фотодиода выполнен на двух транзисторах и остался таким же как и в предыдущем варианте а вот цепи стабилизации питающего напряжения и формирования нагрузки шлейфа существенно изменились, появилась кнопка проверки работоспособности извещателя, а индикатор режима работы подключен на отдельный вывод микроконтроллера и следовательно в зависимости от заложенной программы может быть намного информативнее.
 Стабилизатор напряжения выполнен на специализированной микросхеме в миниатюрном корпусе (ее тип мне определить не удалось).
 В режиме тревога на выводе "3" микроконтроллера устанавливается постоянный высокий потенциал и величина потребляемого тока зависит от сопротивления резистора R9.  
  C конца 2013 года дымовые пожарные извещатели ИП 212-5Му перешли на схему на основе нового микроконтроллера PIC12F510 , при этом корпус остался неизменным. Мне в руки попались сразу три варианта схемного решения - izm16, izm17 и izm18  Однако отличия у схем невелики. Схемы датчиков указанных выше изменений отличаются лишь наличием или отсутствием первого контакта у извещателя и связанной с этим входной цепочкой:    В связи с увеличившимся количеством выводов микроконтроллера PIC12F510 по сравнению с PIC10F222, все цепи (управления ИК светодиодом, управления индикацией, вход кнопки тестирования, управление нагрузкой, вход от усилителя ИК фотодиода) удалось разделить и посадить на отдельные выводы микроконтроллера. Но для опроса кнопки опробования (тестирования) извещателя применен не обычный алгоритм. Дело в том, что вывод "3" (GP4) микроконтроллера PIC12F510 не имеет встроенного подтягивающего резистора, в связи с чем этот вход не может корректно опрашивать кнопку подключенную по схеме выше. Для решения этой проблемы, инженеры переводят кратковременно вывод "3"  в режим выхода, подают на него высокий уровень и опрашивают порт, если кнопка нажата то выход фактически, хоть и на микросекунды, закорачивается на землю что на мой взгляд не совсем правильно и теоретически может вывести микроконтроллер из строя. На мой взгляд правильнее было-бы добавить внешний подтягивающий резистор на кнопку и использовать порт в нормальном режиме.      
  При эксплуатации серьезных нареканий к извещателям нет, однако проблема с ложными срабатываниями от электромагнитного воздействия люминесцентных ламп осталась, лечится экранированием корпуса.
Как и в предыдущих вариантах считать прошивку с процессора не удается.

Если кто-то может поделиться прошивкой хотя-бы одной из старых версий дымового пожарного извещателя (не обязательно 5МУ), буду рад выложить ее здесь для общего ознакомления и лучшего понимания принципа действия оптического дымового пожарного извещателя.    C не значительным изменением принципиальной схемы в пожарном извещателе ИП212-5МУ стали применять более новый микроконтроллер PIC12F1501. За щет возможности работы с Flash памятью у этого микроконтроллера, датчики с ним имеют возможность "запоминать" причину последний сработки, и если причина была в оптической камере (дыме), датчик начинает работать с двойным миганием до тех пор пока причиной не станет нажатие тестовой кнопки...
P.S.
За это время у автора статьи появились наработки по написанию альтернативных прошивок к некоторым версиям извещателей, однако выкладывать в общий доступ их я пока не буду чтобы не задеть случайно интересы производителя. Однако при наличии интереса к статье могу выложить прошивку в которой оцифрованные значения задымленности оптической камеры выводятся на ком порт. Подключившись к такому датчику любым терминалом, можно наблюдать как различные внешние воздействия влияют на параметры датчика. 

 

В заключении хочу предупредить что весь материал представлен исключительно в познавательных целях и при эксплуатации и техническом обслуживании систем пожарной сигнализации запрещено самовольно вносить изменения в конструкцию и схему извещателей и приборов.