איך זה עובד: גלאי עשן
כשהרכוש ואולי אפילו החיים שלכם תלויים בנורית LED אחת: עידו גנדל צולל אל בין קרבי המכשיר שעשה טעות חייו וצפצף באזעקת שווא
לפני כמה לילות התעוררתי בבהלה לקול צפצוף מחריד, שעלה מאחד מגלאי העשן בבית. לשמחתי זו היתה אזעקת שווא – אך גלאי העשן האומלל לא יצא מהתקרית בזול, מכיוון שעל הטעות הזו הוא שילם בחייו. את התמונות הקשות תוכלו לראות בהמשך.
לפני כן יש לציין: לא כל גלאי העשן נולדו שווים. למשל, יש מערכות שמסתמכות על יינון של אוויר באמצעות קרינת אלפא, שנפלטת מכמות זעירה של חומר רדיואקטיבי(!) בגלאי. האוויר המיונן מוליך חשמל, אך בזמן שריפה, חלקיקי העשן סופחים את היונים, מונעים את מעבר החשמל – והאלקטרוניקה שבגלאי מזהה זאת ומפעילה את האזעקה. כמובן, אלה לא הגלאים שקונים בחמישים-ששים שקלים בחנות הקרובה לביתכם, אבל גם בסוגים הזולים לא חסרים דברים מעניינים לגלות.
אורות ועשן
הדבר המסקרן הראשון שמתגלה מתחת לכיסוי הוא מבנה פלסטי שחור עם חרכים. כשמסירים בזהירות את חלקו העליון, זה מה שמתגלה: הרבה מחיצות אטומות ואלכסוניות מסביב, נורית LED תת-אדומה (כפי שמעיד הגוון הכחול-סגול האופייני) בצד אחד, ובצד השני – אם כי לא בדיוק ממול – חיישן אור אינפרה-אדום.
קל להבין את הפונקציה של כל המחיצות והחרכים. הם נועדו לאפשר לאוויר (ולעשן) לחדור פנימה, תוך צמצום משמעותי של כמות האור הנכנס כדי שהוא לא יבלבל את החיישן. במבט ראשון, אפשר לחשוב שגילוי העשן יהיה מבוסס על הסתרת אור: נורית ה-LED תאיר את פנים התא, החיישן יזהה את האור וכולם יהיו מרוצים עד שייכנס עשן סמיך מספיק לגרום לירידה ניכרת בכמות האור העובר. אבל לגישה כזו יש שני חסרונות. ראשית, מה ייחשב "ירידה ניכרת"? הרי לא כל סוגי העשן זהים, והרגישות של החיישן מוגבלת. אם נחכה עד שהעשן יחסום את כל האור, הבית כבר יישרף כולו. שנית, אם נורית ה-LED תפעל ברציפות, זה יבזבז המון חשמל מהסוללה – ואם לעומת זאת המערכת תבצע בדיקות מדגמיות, יהיה צורך לתזמן במדויק גם את בדיקת הקלט מהחיישן. לרכיבים כאלה יש זמני תגובה שונים ומשונים, ותיאום ביניהם יכול להיות כאב ראש לא קטן.
אם כל זה לא מספיק, מבט זהיר במחיצת הפלסטיק שנמצאת קרוב לאמצע התא מגלה שהיא חוסמת לגמרי את קו הראייה בין הנורית לחיישן – מה שסותם את הגולל על השערת הגילוי-בחסימה. ואכן, שיטת הגילוי האמתית היא הפוכה: על ידי העברה של אור! האוויר הנקי מפזר כמות זניחה מהאור התת-אדום, כך שלמעשה כל האלומה נחסמת על ידי המחיצה והחיישן אינו קולט דבר. בזמן שריפה, חלקיקי העשן שנכנסים לתא מפזרים את האור במידה משמעותית לכל עבר, עד כדי כך שאור מפוזר "עוקף" את המחיצה ומגיע לחיישן. אפשר להדליק ולכבות את האור באיזו תדירות שרוצים, ופענוח המידע מהחיישן לא צריך להיות מורכב מדי. חושך מוחלט? הכל בסדר. אור, ואפילו קצת? שריפה.
שום דבר לא בוער
באיזו תדירות מודלק האור התת-אדום בגלאי העשן? בהתחלה ניסיתי להתבונן בנורית דרך מסך המצלמה הדיגיטלית, שקולטת ומציגה את אורכי הגל האלה (כפי שהודגם בסוף הכתבה הזו), אך לא ראיתי דבר. עיון במפרט של הג'וק שבלב המעגל הראה מדוע: מסתבר שג'וק זה הינו רכיב ייעודי לגלאי עשן, והוא מתוכנן להדליק את הנורית פעם בשמונה שניות, לערך, למשך כמאה מיקרו-שניות בלבד בכל פעם. שריפות יכולות להתפשט במהירות, אך לא במהירות שמצדיקה בדיקה תכופה יותר מפעם בכמה שניות – וכך נחסך חשמל והגלאי יכול לעבוד במשך חודשים שלמים עם סוללת 9V רגילה אחת.
אותו ג'וק אחראי לכל שאר התפקודים של הגלאי, למשל ההבהוב הקצר של נורית LED חיצונית, שמאירה באדום פעם ב-32.4 שניות כדי להוכיח שהגלאי תקין ופועל, או פונקציית הבדיקה שמופעלת בלחיצת כפתור. אפרופו, מסתבר שהבדיקה הזו מתבצעת על ידי הדלקה של האור התת-אדום הפנימי בעוצמה חזקה יותר, עד כדי כך שהוא משתקף מהמחיצות שבתא העשן ברמה שמספיקה לעורר תגובה של החיישן.
חזק וברור
פונקציה חשובה נוספת היא הפעלת האזעקה הקולית. הרמקול שבגלאים כאלה הוא מתמר פיאזואלקטרי עגול ושטוח, דומה לרמקולים שבכרטיסי ברכה מנגנים ול"באזרים" של גאדג'טים ומכשירי חשמל למיניהם, אך עם הבדל מהותי. בעוד שרכיבים טיפוסיים שכאלה כוללים – בדומה לרמקולים רגילים – שני מגעים חשמליים בלבד, למתמר שבגלאי העשן יש שלושה. למה מיועד השלישי? בסרטון הבא מוצג ארדואינו שמנגן נעימה מוכרת באמצעות המתמר:
אפשר לראות שהחלפה בין שני המגעים הפנימיים גורמת לשינוי בעוצמת הצליל, אך למעשה זהו תוצר לוואי לא מכוון של המטרה האמתית של המגע השלישי. כדי להבין את העניין, נחזור למפרט של הג'וק המרכזי. הוא מופעל בקצב שעון חיצוני איטי ביותר, כ-125 הרץ בלבד. זה מספיק בשביל הבדיקות האיטיות שהוא מבצע, אבל לגמרי לא מספיק בשביל להפיק את צליל האזעקה החד. תדר הצליל הטיפוסי של גלאים כאלה הוא בסביבות 3,000 הרץ (ויש דגמים לכבדי שמיעה, כמו זה, שפועלים בסביבות 240 הרץ), אז מה יוצר את העליות והירידות המהירות במתח החשמלי, שדרושות להפקת הצליל?
מתמרים בעלי שלושה מגעים נקראים Self-Drive, והמגע השלישי הוא למעשה יציאה למשוב. רכיבים פיאזואלקטריים כאלה מגיבים באופן מכני לחשמל, וגם להיפך – יוצרים זרם חשמלי כשמופעל עליהם כוח מכני. לכן, כשהמגע הראשי גורם לתנועה מכנית (צליל), מגע המשוב קולט אותה ומגיב חשמלית. התגובה הזו מועברת ישירות לטרנזיסטור, מעין מתג חשמלי, שמגיב בעצירת הזרם. הרמקול חוזר למצב מנוחה, מגע המשוב לא מספק עוד שום חשמל – וזה גורם למתג להעביר שוב זרם וחוזר חלילה. כך נוצרות תנודות מהירות מאד, ולא סתם מהירות אלא בדיוק בתדר שבו התהודה של הרמקול מקסימלית. במילים אחרות, צווחה חדה שיכולה להעיר את כל הבית.
מה הבעיה?
אם הכל כל כך פשוט, מה כבר יכול לגרום לתקלה ולעורר אזעקת שווא? התשובה היא, ככל הנראה, התיישנות של רכיבים אלקטרוניים ואיבוד הדיוק שלהם. אחד הרכיבים במעגל, שמוצג בתמונה הבאה, הוא נגד ניתן לכוונון: הוא מחובר לקלט מהחיישן, וכוונן במפעל, אולי אפילו ידנית, עבור הפרמטרים והסטיות המובנות הקטנות של כל שאר הרכיבים. החומר החום-אדום שעליו הוא דבק שנועד למנוע תזוזות אקראיות אחרי ביצוע הכוונון. ברגע שרכיב אחר בשרשרת, למשל אחד הקבלים, מתחיל לזייף, הכוונון של הנגד המשתנה כבר לא קולע למטרה: המתחים החשמליים שעוברים הם לא אלה שהיו בתכנון המקורי, והג'וק עלול להתחיל לדמיין אור, או לקלוט אותו בגלל רגישות גבוהה מדי.
אגב, שלושת פסי המתכת הבולטים שבתמונה, בשורה מעל הג'וק, הם המגעים של המתמר הפיאזואלקטרי.
תיקון או כוונון מחדש של מעגל כזה הוא משימה לאנשים עם המון זמן פנוי ועם ציוד מעבדה ראוי לשמו. אני אסתפק בקניית גלאי חדש.
