火灾报警器电路的设计.doc

火灾报警器电路的设计第1页石家庄铁道大学四方学院课程设计题目:火灾报警电路专业电气工程及其自动化班级0910-1学号姓名完成日期:2011年06月27日火灾报警器电路的设计第2页摘要目前，火灾自动报警系统领域中网络化、自动化技术日臻完善，但火灾探测器还存在着误报和漏报等问题。火灾探测器探测火灾的准确性将直接影响整个自动报警系统的性能。因此，火灾探测器技术己成为该领域的主要发展方向。该火灾报警器电路方案设计原理框图如图1所示。主要包括惠更斯电桥，差分放大电路，单限电压比较器，发光二极管和蜂鸣报警器报警电路几部分。根据信号的流通，所设计的电路可分为四部分，惠更斯电桥根据电阻的变化转变为电压信号可以采集温度信号；差分放大电路引入了负反馈，构成了运算电路，对电信号进行放大；单限比较器没有引入负反馈，工作再开环状态，组成了单限电压比较器；发光二极管和蜂鸣报警电路及其驱动程序组成了分立元件。图1火灾报警电路原理框图一、设计目的随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。家庭起火的原因有种种，可能在我们注意得到的地方，也可能就隐藏在我们根本就注意不到的地方。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处置不当、报警迟缓,是造成人员伤亡的重要因素。所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究声光报警器的目的。二、设计要求由负温度系数电阻特性的热敏电阻(NTC元件)为一桥组成测温电桥，在正常情况下，测温电桥的两个输出电压相等，声光报警电路部分不工作（发光二极管不发光，蜂鸣器不报警）。当有火情时，测温电桥的两个输出电压不相等，产生压差，当此压差增大到一定数值差分放大电路单限电压比较器声光报警电路惠更斯电桥火灾报警器电路的设计第3页时，经过由集成运放组成的差分放大电路的放大以及单限比较器的状态比较，最终驱动发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫报警。三、设计方案及原理框图图2设计方案及原理框图四、单元电路设计及主要元器件参数计算1.惠更斯电桥电路设计惠更斯电桥电路如图2所示。图3惠更斯电桥工作原理：R2代表的是热敏电阻，采集温度变化信号，使之转变为电信号。2.差分放大电路设计差分放大电路设计如图4所示。惠更斯电桥差分放大电路单线电压比较器声光报警电路火灾报警器电路的设计第4页图4差分放大电路工作原理：由图4所示为火灾报警电路的第二部分差分放大电路。U1为比例运算放大器，由R1引入负反馈，构成差分比例运算电路。VCC和VEE为比较电压值为12V。2单限电压比较器电路的设计单限电压比较器电路的设计如图3所示。火灾报警器电路的设计第5页图5单限比较器工作原理：由图5所示为火灾报警电路的第三部分单限电压比较器电路。由于没有引入反馈，并且工作在开环状态，故构成单限电压比较器。由图中R10、R9可以得出阈值电压，也就是说当从差分放大电路出来的电压大于阈值电压的时候才会由电流从单限电压比较器中流过。输出的直流电压作用于输入端1，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED灯和蜂鸣器上。但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电平状态，就不会有任何警报。3声光报警电路设计声光报警电路设计如图4所示。图6声光报警电路工作原理由图4所示为火灾报警电路的第四部分声光报警电路。当输入电压达到发光二极管LED灯和三极管正常工作电压时，二极管LED灯发光，蜂鸣器发声。火灾报警器电路的设计第6页五、电路图图7总电路图六、调试及故障分析测试过程：调节R2的值使其值不断变化，观察二极管LED灯的现象及蜂鸣器是否鸣叫。1、R2=1Kohm时的电路测试结果如图5所示，此时蜂鸣器不响，二极管不亮。图8VDD=1vVSS=1V时的测试效果2、R2=900时的电路测试结果如图8所示，二极管亮，蜂鸣器响。火灾报警器电路的设计第7页图9VDD=1VVSS=1.005V时的测试效果七、设计总结：辛苦的课程设计结束了，它锻炼了我查阅资料，进行方案构思的的能力。在设计过程中，我们按照指导老师的要求逐步完善设计方案。对指导老师提出的问题进行了详细的修改。较好地完成了设计任务。但也暴露出了一些问题。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。但在老师辛勤的指导下，和同学们的热情帮助下，使我顺利的完成了设计。虽然困难很多，但是我尽了自己最大的努力去克服，然而还是难免有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任