电子技术课程设计-简易火灾报警器设计.doc

课 程 设 计设计名称 简易火灾报警器 全套设计加扣3012250582 学年学期 2013-2014（上） 课程名称 电子技术课程设计 专业年级 电气112 姓 名 学 号 提交日期 2014.01.03 成 绩 指导教师 水利与建筑工程学院目 录1 设计任务与要求21.1设计任务21.2技术指标21.3题目评析22 方案比较与论证22.1各种方案比较与论证22.2方案论证53 系统硬件设计63.1系统的总体设计63.1.1设计思路63.1.2设计步骤63.2单元电路的设计63.2.1温度控制电路的设计与选择63.2.2 单门限电压比较器的设计与选择93.2.3 声光报警电路的设计与选择103.2.4整体电路的设计与分析114 系统仿真124.1仿真原理图134.2仿真结果135 系统的调试组装146 结论166.1设计体会166.2设计建议166.3设计的不足与改进方向17参考文献18附录一 总电路原理图19附录二 印制板电路板图20附录三 元器件清单21简易火灾报警器课程设计简易火灾报警器设计摘 要：随着当代社会用电量的增加,各公共场合及家庭火灾发生的几率越来越高,特别是一些公共场合一旦发生火灾,很容易出现扑救不及时,造成大量的人员伤亡及财产损失。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，而且，一旦发生家庭火灾，处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的重要因素。所以，人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，预防火灾的发生，充分利用火灾报警器的功能保护自身安全。因此，火灾报警器的研究就成为了当务之急。本次实验利用可调电阻代替热敏电阻进行试验，利用可调电阻阻值的改变，同步改变加在继电器上的电压，当电压在一定范围时，继电器变成通路，此时LED灯发光报警，即首先通过温度的变化，是温度控制电路中电阻产生变化，在此是滑动变阻器模拟热明电阻的变化，再有控制单门限电压比较器的工作，从而达到使声光警器报警。关键字 可调电阻、EDR201A05继电器、LED1 设计任务与要求1.1设计任务 随着当代社会用电量的增加,加之人们对火灾的防范意识薄弱，各公共场合及家庭火灾发生的几率越来越高，火灾的危害也越来越大，特别是一些公共场合一旦发生火灾,很容易出现扑救不及时和扑救困难等现象，造成大量的人员伤亡及财产损失。因此，火灾报警器就成为了我们日常生活中必不可缺的电子器件，它将火灾消灭在萌芽状态，保护人们的生命财产安全。我国的火灾报警控制系统经历了从简单到复杂的发展过程。但目前国内厂家多偏重于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高，而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置单一或者区域互联、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的火灾报警器是非常必要的。1.2技术指标（1）要求电路能过通过电阻实现对温度的控制，从而当温度升高时产生声光报警信号；（2）温度范围UT,U02=U0H输出高电平，使继电器导通，发光二极管发光；当U0UT,U02=U0H输出低电平，使继电器截止，发光二极管不发光。图8 单门限电压比较器电路Fig 8 Single threshold voltage comparator circuit当无运放的反馈电阻时，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即本方案状态时），理论上认为运放的开环放大倍数无穷大，实际上是很大，LM324运放的开环放大倍数为100dB,既10万倍。此时形成一个电压比较器，其输出如不是高电平，就是低电平。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。当正输入端电压低于负输入端电压时，运放输出低电平，如图7所示。3.2.3 声光报警电路的设计与选择由于声光报警电路的控制开关是继电器，所以声光报警电路比较独立，当放大器LM324AD输出高电平时，电磁继电器中的线圈通过电流，有电磁感应原理，继电器EDR201A05导通，LED边电路闭合，声光报警电路工作，LED灯亮报警。图9 声光报警电路Fig 9 Sound and light alarm crcuit LED灯的开关部分由一个电磁继电器EDR201A05模拟。一般而言，自动控制调节开关多数应用都是电磁继电器的原理，即在线圈中加上一定的电压，线圈中就有电流流过，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力的吸引下克服弹簧弹力，吸向铁芯，从而衔铁带动的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就在弹簧的作用下返回原来位置，使动触点与静触点释放。这样吸和、释放，从而达到了电路中的导通与切断,所以模拟起来比较直接。当控制部分的放大器LM324AD输出高电平时（如图7所示），继电器接通，则LED灯发光报警。当控制部分的放大器LM324AD输出低电平时，继电器断开，LED灯不会发光报警。3.2.4整体电路的设计与分析由上面各部分电路的设计方案的论证以及所选择的的电路可设计出如图所示的火灾报警器的电路。通过温度的变化，使温度控制电路中电阻产生变化，在此是滑动变阻器模拟热敏电阻的变化，从而使其输出的电压变化，再有控制单门限电压比较器的工作，从而达到使声光警器报警。所需主要器件有稳压芯片LM7805CT、继电器EDR201A05、放大器LM324AD。图10 火灾报警电路Fig 10 Fire alarm circuit在第一部分的电路中，我们可以得到稳定的大小可变的直流稳态电压，用来控制电压比较器，由于电压比较器的两个输入端存在差值（因为温度变化导致电阻R1、R3阻值变化），因此会出现图7的输出情况，进而利用输出高、低电平的变化来控制继电器的开关。4 系统仿真 利用Multisim进行仿真。Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包括了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互的搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。在Multisim中，可以通过直观的电路图捕捉环境，轻松设计电路；通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为；借助高级电路分析，无缝的集成电路设计和虚拟测设；通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市时间。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算器仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。4.1仿真原理图打开multisim11.0，将各个元件从元件库中找到，按照电路图组合连接，得到如图所示的电路：图11 仿真电路图Fig 11 The simulation diagram4.2仿真结果由上图可知，通过滑动变阻器R3和R1的阻值大小调试可以得到一定范围的稳压的变化电流；运行multisim11.0，并且闭合开关J1，可以得到LED灯亮，达到报警效果，如图所示；图12 效果电路Fig 12 Effect of circuit5 系统的调试组装利用protel 绘制PCB板。Protel99 se共分5个模块，分别是原理设计、PCB设计、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的犬决编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图中和PCB图间允许双向交叉查找器件、引脚、网络；既可以进行正向注释元件标号，也可以进行反向注释，以保持原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际设计要求；方便易用的数模混合仿真；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；PCB可设计32个信号层，16个电源地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重复；提供大量工业化标准电路板作为设计模板；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AUTOCAD等软件的数据交换；智能封装导航；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制版之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M。它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。图13 PCB板原理图 Fig 13 The principle diagram of the plate of PCB图14印制板Fig 14 PCB6 结论6.1设计体会对于此次设计，在开始的时候感到很迷茫，不知道从何下手，也不知道选哪个课题去做，把书看了好几遍，终于选定了这个火灾报警器的设计。所谓万事开头难，刚选好题的时候，一点头绪也没有不知从何下手。历经一周多的时间做到现在，可谓是对我的专业知识有了很大幅度的提高，将课本中学的东西真正的用到实际中。此次火灾报警电路课程设计让我了解和得到了多方面的锻炼，也使得我对模拟电子技术专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多的电子仪器的使用方法，掌握电子电路的测试方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。在设计过程中，既有学过的芯片，又有没有学过的，只能自己动手上网查资料，分析器件。应用知识更为得心应手，熟练自如。有了更多对模拟电子技术综合应用的机会。也通过实用性模拟电子电路设计、组装、调试等环节，培养了我运用课程中所学的理论与实际紧密结合，独立的解决实际问题的能力。当你真正愿意花时间去研发它的时候，它会变得很简单。因此，在以后的学习中，生活中，我会努力养成勤于思考，勤于动手，不怕困难的好习惯，同时，也要注意理论与实际的联系。6.2设计建议这次由于是我们初次接触课程设计，老师就是我们的引路人，希望老师多花点时间指导我们一下。在这次设计中与同学的交流使我受益良多，知道时间的重要性，空洞的理论是永远也比不上实际技能的掌握的，让我们自己去解决问题，能更好的培养自己独立思考的能力。但是开始的时候也不免有点不知所措，要是老师能过多给我们一点指导，也许我们就能少走些弯路，从而更好地提高效率。其次，我觉得学校要尽量多给我们这样的机会，因为这样的机会一旦多起来，我们学到的就不仅仅是书本上的东西了，最重要的是，我们的逻辑思维能够得到很好地提高。6.3设计的不足与改进方向本次设计也存在一些不足的地方，设计的时候应该直接使用热敏电阻，不用滑动变阻器代替，但是本次实验没有硬件组装，只是利用multisim11.0进行仿真，而multisim11.0中没有热敏电阻，只能使用滑动变阻器改变组织来替代。因此会造成仿真的出的电路一些参数和变化特性与实际报警电路有些出入。但整体的设计思路和电路原理经过仿真证明是合