低频电子线路火灾报警电路课程设计.docVIP

低频电子线路课程设计低频电子线路课程设计书 一、设计目的1、通过解决某一实际问题，加深和巩固课程所学理论知识和实践技能，掌握模拟电子线路的一般设计方法。2、了解火灾报警器的组成及工作原理。熟悉火灾报警器的设计、制作，与操作。3，当环境温度的差值大于1时，电路产生声、光报警信号。4，学会使用Protel绘制原理图和电路板。二、设计思路1、火灾发生前后，通过改变电阻的阻值来实现声光报警电路的发生，然后，运用发光二极管，蜂鸣器等元件将报警结果表现出来。2、选择最具优势的各部分电路，如：直流稳压电路、差分式放大电路、单门限电压比较电路等电路的选择。3、将已经选择好的各部分电路组合使之构成完整的电路图。4、画出电路原理图生成电路板。三、设计过程1、设计方案 该电路主要由差分放大电路、电压比较器、声光报警电路组成。基本框图如下图所示：执行机构信号源信号放大和变换电路正常时两温度传感器所产生的输出电压几乎相等，电路不发出报警信号。有火情时，安装在金属板上的传感器因金属导热快而温度升高快，安装在塑料壳体内的传感器温度上升较慢，使得两个传感器的输出信号之间产生电压差。当电压差值增大到一定数值，电路动作发出报警信号。没有火情时，(ui1ui2)数值小，差分放大电路的输出电压小于电压比较器的阀值电压uo1UT ，电压比较器输出低电平uo2 = UOL ，电路不报警。声光报警器电压比较器差分放大电路Ui1Ui2Uo1Uo12、基本电路和工作原理基本电路如图所示：Ur-Vcc-Vcc工作原理：ui1、ui2为温度传感器输出信号。N1、R1、R2、R3、R4构成差分比例运算放大器。N2、R5、R6构成单值电压比较器，其阀值电压UT由R5、R6的分压确定。 正常情况时ui1、ui2 两个信号的差值很小，放大器输出uo1 UT ，故 uo2 0，电路不报警。 发生火灾时(ui1ui2 )的差值增大，放大器输出uo1 UT ，故 uo2 0，VD和VT导通，电路报警.四、电路的设计与计算1，设计电路（1）放大器的选择选择LM358放大器，从网上查得其基本参数如下：直流电压增益高(约100dB)。单位增益频带宽(约1MHz)。电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.515V)。低功耗电流，适合于电池供电。低输入偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）选择LM324放大器，从网上查得其基本参数如下： 13运放类型：低功率带宽:1.2MHz针脚数:14工作温度范围:0Cto+70C封装类型:SOIC3dB带宽增益乘积:1.2MHz变化斜率:0.5V/s器件标号:324器件标记:LM324AD增益带宽:1.2MHz工作温度最低:0C工作温度最高:70C放大器类型:低功耗温度范围:商用电源电压最大:32V电源电压最小:3V芯片标号:324表面安装器件:表面安装输入偏移电压最大:7mV则可确定其工作电压为正负15V。（2）发光二极管的选择上网查询可选择BT301发光二极管，其基本参数如下所示： 参数型号最大耗散功率/W最大工作电流/mA正向电压/v反向电压/V反向电流/uA波长/nm发光 颜 色材料封 装结 构BT3010.0912025200650红GaAsP=7.8mm当温度偏差1时，Vo2=+VccVd可由最大限制电流Idmax和最大导通工作电流Idmin Vd则有： 可取R8=800（3）蜂鸣器的选择上网查得型号分别为HY12-1P 、HY12-2P 、HY12-3P 蜂鸣器的参数：TypeUnitHY12-1PHY12-2PHY12-3PRated VoltageV1.535Operating VoltageV1-33-63-8*Rated Current(MAX)mA301510*Min Sound Output at 10 cmdB858580Coil Resistance164426507.5*Resonant FrequencyHz2048Operating Temperature-20+70Storage Temperature-30+80Housing MaterialNORYLWeightg2.0则可选择HY12-1P型的蜂鸣器，RL=16 根据Ic=Vcc/RL计算出Ic的值Ic=0.94A（3）BJT的选择三极管是作为开关管用，其集电极电流就是负载电流，负载是蜂鸣器。三极管导通时要保证有足够的电流使得蜂鸣器可靠鸣叫，可考虑选择功率晶体管。不报警时应使得晶体管基极电位低于PN结压降；报警时应有由于Ic=0.94A上网查询得：13002A主要参数：Icm=1.2A,Vce=400V，Vcb=700V则可选型号为13002A 的功率BJT，根据上试计算出Ib和R7则可选R7=113（4）选择电阻1）差分放大电路电阻的选择计算取R1=R2=10K,当输入信号源正常时，取Vo1=1/3Vcc=5v则根据公式：计算R3=R4的值。则可计算出R3=R4=106K信号源正常时，设Vo2-Vo1=0.05mv当温度有1以上偏差时Vo2与Vo1相差0.1mv，取Ut=1/3Vcc=5v正常时，Uo1=Ut=1/3Vcc=R3/R1（VI2-VI1）2）电压比较电路R6、R7的选择计算当正常时：1/3Vcc=R3/R1(0.05mv)当温度有1偏差时：2Vcc/3=R3/R1(0.1mv)设R6上端电流为i6，则有：i6 0.5mA,由于Vcc=15V,根据电路则有：又由于R6=2R5，则可确定R5=10K、R6=20K最后可得出设计的电路原理图基本结构如下图所示：2，直流稳压电源设计选用书上的桥式整流滤波电路和三端集成稳压器，可得到如图所示的电源电路：由输出为15V可确定V2=50v,参考书上的电路和查阅资料分别确定各元器件的值和型号，分别有LM117、LM137各值的电阻电容。其电阻电容的材质为市场上使用最多的普通材料。整流桥D1D4的选择：分别由方向最大电压:正向导通最大电流：为最大负载电流。可以依据电路原理图粗略计算出其值。粗略计算出1.8A网上查询得知可选FR303整流二极管组成的整流桥，其基本参数如下：型号反向电压正向电流反向电流封装形式FR303200V3.0A10.0ADO-201AD3，总原理图和在Protel中形成的电路板带电源的原理图如下图所示：由于不考虑传感器的设计，所以输入端口用两个输入信号Vo2、Vo1表示。电路板：4，电路元器件清单序号名称编号型号标称值数量说明1电阻R1MOF10K12电阻R2MOF10K13电阻R3MOF106K14电阻R4MOF106K15电阻R5MOF10K16电阻R6MOF20K17电阻R7MOF113 18电阻R8MOF800 19电阻R9MOF120 110电位器R10WS-12K111电位器R11WS-22K112电阻R12MOF120113电容C11032000uF114电容C21030.1 uF115电容C31030.1 uF116电容C410310 uF117电容C510310 uF118极性电容 C625YK10001 uF119极性电容C725YK10001 uF120三端稳压器U3LM1171电压1.237V21三端稳压器U4LM137122电源变压器TDG-200123整流二极管D1FR303424运算放大器U1LM358125运算放大器 U2LM324126发光二级管DSBT301127蜂鸣器LS1HY12-1P1RL=1628功率BJTQ13002A1Icm=1.2A五、设计总结通过本次课程设计，让我们掌握和更深的学习了解了模拟电