红外线烟雾粉尘报警器.doc

南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目： 红外线烟雾粉尘报警器 专 业： 本08自动化01班 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 2011年1月3日 2011年1月14日指导教师: 黄智伟 邹其洪 教研室主任： 一 引言现代社会高速发展，人口密度很大，因此一旦发生火灾，一个小小的火灾报警器显得尤为重要。为了保护人们的生命财产安全，林林总总的报警器也应运而生。烟雾是火灾的前兆，在夜间人们往往不易发觉。感烟式火灾报警电路能及时检测火灾产生时的烟雾并予以报警，有利于及早扑灭火灾。另外，工厂粉尘浓度超标能引起爆炸。根据科学界研究表明能引起爆炸的粉尘达470余种。这里介绍一种红外线高灵敏度烟雾、粉尘报警器，它能对火灾和工厂粉尘进行监视报警，具有较高的实用价值。二 课程设计内容及要求题目：红外线烟雾粉尘报警器要求：电源电压DC12V，利用光电传感器作为烟雾和粉尘检测传感器，利用语音芯片完成声音报警。注：可以采用BT401型红外发光二极管、光敏管3DU4、晶体管或者OP等芯片制作。1. 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。2. 一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。3. 课程设计设计说明书（报告）应包括有： 电路工作原理分析 电路元器件参数设计计算 电路调试说明 电原理图和PCB图（必须自己画） 元器件装配图（必须自己画） 元器件清单 自己的收获和体会 要求字数不得少于3500字 要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。 4. 所有的文档和表格必须采用Word形式。5. 同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。6. 阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。7. 英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。8. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。9. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。10. 课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。11. 成绩评定： 按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。 课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。三 正文（1） 电路方案的选择方案一: 利用灯丝HQ-2作为烟雾探测传感器，当被检测的空气中无烟雾时，其电阻比较大，其后的滑线变阻器RP输出电压不会使模拟电子开关导通，报警器不工作；当被监视的场所产生烟雾时，HQ-2灯丝的电阻迅速减小，使RP输出电压升高，随着烟雾浓雾的升高，电子开关导通，语音芯片得电工作，报警信号经放大后发出报警声。但这种电路比较简单，灵敏度不高，故予以放弃。方案二：利用发光二极管、光敏电阻作为烟雾粉尘检测传感器，利用电子开关、语音芯片完成报警，光敏电阻对于某段波长的照度变化很敏感，当照度增加时，电阻率急剧较小，照度和电阻率可呈现线性关系。但是对于这种报警器，发光二极管发出的可见光发散性大而且自然界中的其它可见光等其它因素会干扰光敏电阻的接收，因此不采用。方案三: 利用光电传感器作为烟雾和粉尘检测传感器，利用语音芯片完成声音报警。这种报警器成本低，灵敏度高，所以采用此方案。（2） 电路工作原理分析电路原理图（SCH）如下: 图一 红外线烟雾、粉尘报警器红外线发光管VD1和光敏三极管VT1组成了串联反馈式感光电路，三极管VT2、VT3 二极管IN4148等组成了电子开关电路，语音芯片和VT4、Speaker等组成了模拟声发生器。电源部分采用直流DC6V。当被监视的环境里空气洁净，无烟雾、无粉尘时，VD1以预先调好的起始电流发光，VT1因受其光照内阻降低，使得串联电路的电流增大，此电流流过VD1使它发光强度增大，再照射到VT1，使VT1内阻变得更小，如此循环形成了强烈的正反馈过程，串联回路的电流迅速上升到最大值。此时，负载电阻R1上产生的电压降经隔离二极管VD2使VT2饱和导通，VT3截止，语音芯片无电不工作，喇叭不发声，即不报警。当被监视的环境里烟雾急骤增加或粉尘物质超标时，空气的透光性变差使得VD1光通量减小，VT1内阻变大，串联回路的电流随之减小，如此循环形成了负反馈过程，最终导致VD1的电流稳定在起始电流值。此时，R1上的压降80；VT4用PCM1W的9013型NPN三极管；V作为音频放大和收音机1W推挽输出参数符号测试条件最小值典型值最大值单位集电极漏电流ICBO VCB=30V,IE=0 100 nA发射极漏电流IEBO VBE=5V,IC=0 100 nA集电极、发射极击穿电压BVCEO IC=1mA,IB=0 25 V发射极、基极击穿电压BVEBO IE=100A,IC=0 5 V集电极、基极击穿电压BVCBO IC=100A,IE=0 30 V集电极、发射极饱和压降VCEVD2用1N4148型硅开关二极管，。RP1、RP2均用5K型微调电阻器。R1R3均用RTX-1/4W型碳膜电阻器，阻值分别为1K、220、47K。C1、C2、C3均用CD11-16V型电解电容器，电容大小分别为100u、4.7u。扬声器用YD100-1型8、0.5W电动式扬声器。3.5 语音芯片的选择语音芯片最好采用KD9561型四声模拟声报警集成电路，三极管一般选择8050或9013。本报警器中可将第二选声端SEL2接低电平VSS，则它输出的是火灾发生时最能引起人们注意的消防车电笛声。也可将5脚SEL1经过一限流电阻接上VDD或者电源正极。其示意图及引脚图如下：KD9561引脚图及接法事实上也可以采用其他芯片替代，只要能报警引起人们的警觉而且声音足够大即可,语音芯片工作电压为3V。3.6 参数计算当空气中没有烟雾时:UR1=U-UVD1-UVd2=6-1.4-1.2=3.4VIR1=UR1/R=3.4/220=15.4mAVT2导通，VT3截止，报警器不发声。当空气中烟雾含量上升，报警器发出声音时：UR1=U-UVD1-UVd2=6-1.4-3.2=1.4V IR1=UR1/R1=1.4V/220=6.3mAVT2截止，VT3导通，报警器发声。(4) 电路工作原理部分仿真（multisim仿真）仿真电路图如下:仿真说明：(1) 红外发光二极管及光敏三极管用滑线变阻器R6替代，当空气中没有烟雾粉尘时，光敏电阻接收红外线电阻减小，串联回路电流增大。为此，可将滑线变阻器R5调至0%，R6调至15%时，仿真结果如下：由由仿真结果可知IR1=13.349mA，U=VDD=12.365mV3V，语音芯片工作，即喇叭发出报警声。（3） 报警电路灵敏度的调节，这相当于当被检测的空气中的烟雾含量比较少时，但是这种红外线烟雾粉尘报警器能检测出来并予以报警。为此可将滑线变阻器R5调至50%，R6调至15%，仿真结果如下：由仿真结果可知IR1=13.342mA，U=VD=2.684V3V，语音芯片不工作，即喇叭不发出报警声，但是电压U比较接近3V，当空气中烟雾粉尘的含量较少时，光敏三极管也可马上做出反应，电阻减小，串联电流增大，U增大超过3V，语音芯片工作，即喇叭发出报警声。(4) 总结：仿真结果满足设计要求，即设计方案通过仿真，可以进行制作分析。（4） 印制电路板图（PCB）（5） 红外线烟雾粉尘报警器PCB图四 电路组装调试说明4.1 使用的主要仪器及仪表（1）组装过程中用到的仪器设备有：万用板，电烙铁，焊锡，导线等（2）调试过程中用到的仪器设备有：万用表等4.2 调试电路的方法及技巧（1） 检查电路是否断路时，可以用万用表的电压档去测量两点之间是否在电压或用二极管档位检测，若存在电压或万用表为发出声音，则说明已经短路，反之亦反。(2) 检查电路是否短路时，可以用万用表的电流档位去测量两点之间是否存在电流，若不存在电流则说明已经短路，反之亦反。4.3 测试的数据及与计算结果比较分析调试电路时，可以通过调节RP2来调节报警电路的灵敏度，下面是其中的一种工作情形。（1） 报警器不发出声音时：UVD1=1.6VUVT1=1.2V , RVT1=1.1KUR1=2.9V ， IR1=8.6mAVDD=2.8VVT2：Ube=0.9V, Ubc=1.0V, 导通VT3: Ube=1V, Ubc=-1.2V 截止（2） 报警器发出声音时：UVD1=1.4VUVD1=3.2V， RVT1=2MUR1=1.1V，IR1=5mAVDD=3.4VVT2: Ube=0.6V, Ubc=-1V,截止VT3 : Ube=1.1V, Ubc=0.4V,导通（3） 上述（1）（2）中的实际测量结果与计算结果相比较，在误差允许的范围内，满足要求，说明电路制作成功。4.4 调试中出现的故障、原因及排除方法（1） 起初制作时红外发光二极管VT1与光敏三极管没有保持管头正对而是管身正对，导致光敏三极管没有接收到红外线，电阻很大，压降高。用万用表测量了一下，VT1两端的电压为4.6V，R1两端的电压几乎为0，VT2截止，VT3导通，报警器在没有烟雾粉尘的情况下报警，显然电路制作不成功，后来重新拆了再焊接让管头正对。（2） 在（1）的基础上，焊接的时候，红外发光二极管VT1焊接的时间过长，导致VT1损坏，测试的时候，报警器在没有烟雾粉尘的情况下报警。用万用表测量了一下，VT1两端的电压达到了5.4V，出现这种情况，便想到VT1已损坏，后来换了一个红外发光二极管，重新来过。五 收获和体会第一， 在资料的查找与阅读过程中，可以尽早的到图书馆或书店或者网上查阅课程设计的相关资料，做到明确自己要做什么，要做准备哪些准备工作。第二， 在电路方案的选择上，一定要弄清电路工作原理，各种方案的优点与缺点，结合现实生活中的情况确定方案。第三， 在材料购买的过程中，可谓一波三折，在所在地购买往往很多元件都买不到必须选择网上购物而且买的元件数量不是很多，有些老板态度很不好，懒得理会你，所以必须以礼待人，厚着脸皮一家家地去询问，另外，在网上购买有时实物与图片不符且要一段时间才能收到。第四， 在制作过程中，芯片要自己去查阅相关找资料，了解引脚信息，即学即用，焊接的时候要果断而又细心，不然一旦发生错误就要一根根的去检查，费时又费力。总之，通过这次课程设计，及巩固了课堂上所学到的东西，又掌握了课堂上所学不到的。在此基础上学习了数电、模电基本方法和科学思维方式，学会了独立自主的完成一次课程设计，同时培养了严谨科学的学习态度。六 参考文献1 实用报警电路（2005年人民邮电出版社，编著：黄继昌 乔苏文，陈有卿等）2 电子技术基础（高等教育出版社，模拟部分、数字部分，第五版，编著：康华光 邹寿彬 秦臻）3 /view/918cc509581b6bd97f19ea62.html（百度文库）4 /jicu/changsi/379.html (838电子)5 /view/1bb6451c59eef8c75fbfb3d3.html （