Baut man natürlich nicht selbst, wird ja geradezu hinterhergeworfen. Aber die üblichen Rundlinge schützen nicht wirklich vor Rauch oder Feuer! Denn der 9-V-Block ist nach 1 Jahr leer, und wer hat schon so viele Ersatzbatterien parat? Ist ja auch eine Kostenfrage.
Spätestens wenn der installierte Rauchmelder wie wild wegen Unterspannung nervtötend piepst, wird manch einer die Batterie rausnehmen und das Ding wutentbrannt in den Mülleimer werfen. Da gehört er gar nicht hin, sondern zum Wertstoffhof als Elektronikschrott.
Ein toter Rauchmelder (mit gänzlich leerer Batterie) ist schlimmer als gar kein Rauchmelder. Denn er vermittelt Sicherheit, wo keine ist. — Dazu einige Alternativen.
Theoretisch müssen Batterie-Rauchmelder zyklisch getauscht werden, m.W. alle 5 Jahre. Das mag richtig sein, damit die Luftöffnungen nicht zukeimen oder die Elektronik durch Alterung deaktiviert wird. Eine Erprobung mit Rauch (Tabak oder Nebelmaschine?) sollte diesem verordneten Elektronikschrott entgegen wirken.
Als erstes sollte man (Lithium-)Batterien mit erheblich höherer Kapazität verwenden. Auch wenn diese deutlich teurer sind, versprechen diese mehr Milliamperestunden pro Euro als Standardbatterien. Damit wird das Gepiepse weiter aufgeschoben, und man ist seltener frustriert.
Akkus lohnen nicht.
Alle Lösungen mit Netzspeisung funktionieren nicht (ohne Stützakku) bei Stromausfall! Das gleichzeitige Auftreten von Stromausfall und Rauch kann man in Deutschland vernachlässigen. Allenfalls bei fortgeschrittenem Brand dürfte der Strom ausfallen.
Alle Lösungen mit Netzspeisung sind auf Dauer billiger als Primärzellen! Die Betriebskosten sind geringer als beim Kauf von chemischer Energie.
Schließlich ist eine batterielose Lösung „oma-sicher“. Denn sonst darf man viele Kfz-Kilometer einplanen, wenn ein Anruf kommt, dass das Gepiepse unerträglich ist. Etwa im Schlafzimmer. Das wird dann richtig teuer. Dass Rauchmelder kurz piepsen, wenn der Strom gerade weg geht (bis der Siebelko leer ist), ist da eher ein praktisches Feature.
Der Rauchmelder benötigt eine stabilisierte Gleichspannung von 9 V. Am Klingeltrafo wird Gleichrichter, Siebelko und Spannungsregler benötigt. Die Verwendung des ohnehin vorhandenen Klingeltrafos erspart zusätzliche Magnetisierungsverluste. Den heftigen Störungen beim Klingeln und dem Spannungseinbruch begegnet man durch Spannungsverdopplung; der Spannungsregler-Schaltkreis erledigt den Rest dann mühelos.
Einfache Steckernetzteile sollten mit nachfolgender Stabilisierungsstufe betrieben werden.
Manche Alarmanlage hat einen geeigneten Speiseanschluss vorgesehen, der dazu verwendet werden kann. Bisweilen liefert dieser auch Strom per Akkustütze bei Stromausfall.
Ein Rauchmelder pro Netzteil lohnt sich nicht so recht. Strippen ziehen muss man ohnehin. Dann ist es gut, alle Rauchmelder eines Hauses gemeinsam zu versorgen. Da diese alle den gleichen Schaltkreis (MC145012) enthalten, kann man auch deren unbeschaltete I/O-Anschlüsse (Pin 7) untereinander verbinden. Dann piepsen alle Rauchmelder gleichzeitig, wenn einer Rauch feststellt. Auch kann (oder sollte) man da eine Alarmanlage anschließen. Daher ist es ratsam, bei der Hausinstallation ein geeignetes mindestens 3-adriges Kleinspannungskabel in den Zimmerdecken vorzusehen. Im einfachsten Fall von Zimmer zu Zimmer, komfortabler für jedes Zimmer einzeln zur Zentrale mit der Alarmanlage. Im letzteren Fall kann die Alarmanlage feststellen, welcher Rauchmelder anschlägt.
Einen Schaltplan erspare ich mir hier …
Bei dem kombinierten Hitze-, Gas- und Rauchmelder erledigt der Mikrocontroller die Spannungsverdopplung. Dieser Melder liefert die Messdaten per USB (HID oder WebUSB) aus.
Laien: Finger weg. Hochspannung!
Einen einzelnen Rauchmelder per Kleinspannung zu versorgen ist nicht gerade schön. Trafos haben nicht vernachlässigbare Leerlaufverluste. Das Gehäuse des Rauchmelders sieht gut nach Schutzklasse 2 aus (Plast, dickwandig, kleine Löcher).
Nun ist die CMOS-Schaltung überhaupt nicht dafür ausgelegt, Konstantstrom zu verbrauchen. Der überschüssige Strom in den Mess- oder Alarmpausen muss in einer Zenerdiode „verheizt“ werden. Nicht viel, 10 mA. Ideal also, um damit eine Notbeleuchtung zu betreiben. Wenn's gerade piepst, leuchtet's nicht. Nicht schlimm.
Die Dimensionierung der Bauelemente habe ich wie folgt erprobt:
Die Sicherung F1 kann entfallen, wenn R1 ein „fusibler“ Widerstand ist. Diese dient allenfalls zur Strombegrenzung, wenn C1 durchschlagen sollte. C1 muss natürlich ein X-Typ sein, also selbstheilend, da Spannungsspitzen auch regulär vorkommen dürfen. Die angegebene Leistung von 1 W für R1 fällt nie wirklich ab, nur bei Schalthandlungen oder Blitzschlägen. R1 muss kurzzeitig 250 V aushalten können, R2 die ganze Zeit. Die drei weißen Leuchtdioden dienen der Stabilisierung und sind am Rand angeordnet, ein viertes Loch dient der Stromzuführung, wie im Foto oben zu sehen.
Die Messung der Leistungsaufnahme mit dem KD-302 von Reichelt ergab werbewirksame 0,0 W! Das wird nicht stimmen, 0,1 W kommt hin.
Macht beim Arbeitspreis von 0,25 €/kWh 0,22 €/Jahr. Ganz zu schweigen dass diese Art Nachtlicht bisweilen erspart, größere Lampen einzuschalten.
Interessanterweise „funktioniert“ die Schaltung auch wenn noch gar keine Netzspannung angelegt ist! Die lange Verdrahtung an X1 fängt Netzbrummen ein, das von D1 gleichgerichtet wird und dem Rauchmelder zur zügigen Ausgabe von Unterspannungspiepsen (oder Einschaltpiepsen?) genügt. Energy Harvesting sozusagen. Also nicht davon irritieren lassen.
140621: Der anscheinend negative Temperaturkoeffizient der drei weißen LEDs sorgte für gelegentliche, aber nervtötende (und deshalb unbedingt zu vermeidende) Unterspannungspiepse bei tropischen Temperaturen (zu Pfingsten 2014).
Eine weitere Siliziumdiode (mit 0,7 V Flussspannung) in Reihe zu D2..D4 sorgte für Abhilfe. Vermutlich täte es auch ein größerer Elko C2. Der verwendete Schaltkreis kommt auch mit 12 V Speisespannung zurecht.
170931: Wieder Piepen wegen Unterspannung. An X2 liegt 10 V an. Mögliche Ursache: Alterung der LEDs durch Stromspitzen beim Einschalten. Oder auch Alterung einfach so. Da die LED-Beleuchtung Spinnen und Fliegen anlockt, die in den Fotodetektor kriechen könnten, wurde die LED-Kette durch eine robuste Z-Diode SZ600-13 ersetzt. Die Dauerbeleuchtung war nicht mehr erwünscht.
210109: Da Kondensatoren von Kondensatornetzteilen bei Dauerbetrieb gerne durch Selbstheilungseffekte ihre Kapazität verringern, ist es ratsam, 2 Kondensatoren doppelter Kapazität in Reihe zu schalten. Für die 9-V-Stabilisierung würde ich heutzutage für einen TL431 plädieren. Am Energieverbrauch ändert sich dadurch nichts.
Für Schwerhörige mag es sinnvoll sein,
die parallel geschalteten Rauchmelder
über die gemeinsame Alarmleitung mitklingeln zu lassen.
Auch wenn das Telefon klingelt.
Die anzuschließende Klingel und Piezokapsel versteht sich als Parallelschaltung mehrerer Schallgeber an verschiedenen Stellen des Hauses. Auch der Klingeltaster und der Rauchmelder versteht sich als eine solche Parallelschaltung.
Der Widerstand R5 erwies sich als unverzichtbar, sonst klingelte es aus Richtung Optokoppler und Telefon permanent. Dass der Piezo beim Abnehmen und Auflegen des Telefonhörers sowie bei Impulswahl kurz piepst wird schlicht in Kauf genommen; eine entsprechende Verzögerung einzubauen dürfte dem ambitionierten Bastler nicht schwer fallen, wenn's stört. Die Z-Diode D6 hält die Sprechwechselspannung vom Optokoppler fern. Der Telefonanschluss kommt im Einsatzfall an den Anschluss Fon2 der Fritzbox, da wo nur die Nebentelefone dranhängen.
Die Rauchmelder piepen nur mit 1 s Verzögerung. Dass bei Rauch die Klingel geht wurde nicht implementiert. Mit den Alternativen ist es in jenem Schaltplan eingezeichnet.
Für die Lochrasterplatine wurde kurzerhand ein Gehäuse 3D-gedruckt.
Für das Konstruieren der Verschlussclipse hatte ich keine Zeit und Muße,
daher wird das Gehäuse von Klebeband zusammengehalten.
Das kurze Klingeln (eher ein einfaches „Ding“) beim Abnehmen des Telefonhörers an Fon2 der Fritzbox erweist sich doch als störend und irritierend. Ein Tiefpass hinter dem Optokoppler sollte das Problem lösen.
