会议室烟雾自动排气伴吸烟告诫电路

1、会议室烟雾自动排气伴吸烟告诫电路【摘要】 随着数字技术的发展和普及，许多地区出现了数字控制电路，通信和检测等，及“会议室烟雾自动排气伴吸烟告诫电路”就是其中之一。本次电路设计的目的就是设计出随烟雾浓度自动报警并开启排风扇的自动烟雾排风电路。该电路主要包含直流电源电路（给系统各部分提供稳定可靠的直流电）信号采集及处理电路（将空气中的烟雾浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理）触发电路（继电器执行电路）、声光报警电路（控制声音和红绿指示灯的电路）和排气通风装置。这种类型的电路能使得排风扇加电即能进入自动监视状态，气敏传感器一旦检测到香烟烟雾浓度超过一定值，就能使排风机自动打开， 并

2、发出报警信号；香烟烟雾排干净时，即能自动关闭风机，停止报警。其路也可适用于温度、湿度、气体等方面的自动控制设备。Conference room with automatic exhaust smoke smoking warned circuit【 abstract 】 with the development of digital technology and popularization,many areas appeared digital control circuits, communication and testing, andconference room with autom

3、atic exhaust smoke smoking warned circuit is one ofthem. The purpose of this circuit design is the design with smoke concentration theautomatic alarm and open platoon fan automatic smoke exhaust circuit. This circuitconsists of dc power supply circuit (to each part to provide a stable and reliablesy

4、stem of dc) signal acquisition and processing circuit (will smoke in the airconcentration change into its own resistance of variety, thus to the back of thecircuit processing) trigger circuit (relay executive circuit), sound-light alarm circuit(control sound and red green lights circuit) and exhaust

5、 ventilation device.This type of circuit can make platoon fan, electric namely can enter intoautomatic surveillance state, gas sensors detect cigarette smoke concentration oncebeyond a certain value, can make the exhaust fan automatically open, and issued awarning signal; Cigarette smoke when clean

6、line that can automatically shut off fan,stop to report to the police. The road also are suitable for the temperature,humidity, gas, and other aspects of the automatic control equipment.绪论数字电子技术是一门技术基础课程。在信息科学飞速发展的今天， 数字电子技术的地位也显得越来越高。数字电子技术的应用范围也十分广泛，在工业控制技术、现代计算机技术、通信技术、家用电子技术等许多领域都得到广泛的运用。由于很多人又抽

7、烟的习惯，在会议室里也会抽烟，因为会议室是密闭的，烟雾不会散去，会造成空气污染，其他人因此会成为二手烟的受害者，所以很有必要在会议室等地方安装一套自动排气装置。排风扇从控制方式上分为手动和自动。手动控制的排风扇要人为开启开关，电机转动带动风扇排风。自动控制的排风扇具有自动检测的装置，当空气污浊指标超过规定值时则开启风扇排风。当空气变的清新后，电机停止转动不再排风。日常生活中，烟雾排风扇给我们带来了很大的帮助，以渐渐成为我们生活中不可缺少的一部分，因此设计出更为准确、灵敏、安全的自动烟雾排气扇具有很重要的意义。本设计介绍了它的工作原理，并对电路的设计进行了介绍和分析目录1设计方案51.1总体设计

8、分析 51.2各部分电路功能的简单说明 51.3设计技术要求82电路设计分析92.1源电路92.2信号采集及处理电路102.3单片机132.4声报警电路182.5排气通风装置193整机电路图203.1整体电路图及原理介绍204心得体会225参考资料231 设计方案1.1 总体设计分析根据系统的设计要求和要实现的功能，本设计的系统设计主要包含直流电源电路、信号采集及处理电路、触发电路、光报警电路和排气通风装置。其各部分关系如下图1 所示：图 1系统方框图1.2 各部分电路功能的简单说明1、气敏传感器的原理及特性气敏传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，是气敏体积分数将相应的转换

9、成电信号。气敏传感器具有稳定性，灵敏性，选择性，抗腐蚀性2 。2、直流电源部分为系统各部分提供稳定、可靠的直流电，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。本实验的直流电源是由交流电通过 lm7805 稳压器转变过来的，他可提供稳定直流电源。3、信号采集及处理电路信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。气体检测电路需要用气体传感器，将被检测对象中含的气体的浓度变为传感器的电信号输出，以利于后面的信号处理电路进行处理。该电路由气敏传感器及附属电路组成。传感器将空气中的烟雾浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。4、LM8905 电路LM89095

10、内部图如下，它具有将交流电转化为稳定直流电的功能。以下是他的各种参数。这是 LM7805 的接入电路的接法。这是 LM7805 与交流电路的接法。图 3以下是 LM7805 的各种实验数据。5、光报警电路在有烟雾浓度超标时，电路产生相应的红色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，在空气洁净时，电路应以不同的灯光提示，表明安全。6、排气通风装置在有烟雾浓度超标时，设计对应的电路驱动通风装置（如排气扇）工作，以迅速降低烟雾浓度。在接通交流电源后，电机带动风扇高速转动 ,烟雾被迅速排出。1.3设计技术要求1） 设计电路图；2） 接收装置有一定灵敏度，能检测出轻量的烟雾；3） 当接收装置接受烟雾信号后

11、，风扇打开，并打开扬声器播放告诫语；4） 当烟雾浓度降到初设正常值时，此时风扇停止工作。2 电路设计分析2.1电源电路电源电路由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个部分组成 5 。具体电路如图 3.1 所示：图 5直流电源原理图本系统所需的是 5V 的直流电，因此要利用变压器将 220V 的交流电先降至合适的交流电压（本电路需先降至 15V 交流电压），然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直

12、流电压。稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电源稳压常采用三端集成稳压器，本设计可以采用三端集成稳压器 LM7805 ，它具有体积小、 可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。LM7805 电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路和启动电路。2.2信号采集及处理电路信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。气体检测电路需要用气体传感器，将被检测对象中含的气体的

13、浓度变为传感器的电信号输出，以利于后面的信号处理电路进行处理。2.2.1气敏传感器按构成气敏元件的材料划分为半导体和非半导体气敏元件两大类，而半导体型又分为电阻型和非电阻型两类。电阻型半导体气敏元件是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作而成，利用其阻值的变化来检测气体的浓度7 。非电阻式半导体气敏元件是根据气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。MQ-2/MQ-2S 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 (SnO2) 。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体

14、浓度相对应的输出信号。MQ-2/MQ-2S 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。图6是传感器典型的灵敏度特性曲线。图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro 表示传感器在 1000ppm 氢气中的电阻值图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。灵敏度特性：图 6温/ 湿度的影响：1.91.7图 260%RH30%RH1.585%RH01.3R/sR1.10.90.70.5-20-1001020304050图 7图2是传感器典型

15、的温度、湿度特性曲线。图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含 1000ppm 丙烷、不同温 / 湿度下传感器的电阻值Ro表示在含 1000ppm 丙烷、 20/65%RH环境条件下传感器的电阻值基本测试回路：VcV RLRLVHGND图 8图是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2 个电压：加热器电压（ VH）和测试电压（ VC）。其中 VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（ VRL）。这种传感器具有轻微的极性， VC 需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC 和 VH 可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器

16、的性能，需要选择恰当的RL值。2.2.2电压比较电路电压比较电路用电压比较器实现。电压比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。电压比较器是对两个模拟电压比较大小并判断出其中哪个电压高。如图 3.2所示：(a) 电压比较器原理图(b) 模拟电压比较曲线图图 9电压比较器电路图及输出波形2.3 单片机STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器 （FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 COM

17、OS8 的微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图10：1.时钟电路STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 11(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微

18、调的作用。外部方式的时钟电路如图11（ b）所示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1 和 P2，供单片机使用。示，RXD 接地， TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度， 一般采用频率低于12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1 和 P2，供单片机使用。RXD 接地， TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。片内时钟发生

19、器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用。图 10 单片机总控制电路（ a）内部方式时钟电路（ b）外部方式时钟电路图 11时钟电路2.复位及复位电路（ 1）复位操作复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是把PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响， 它们的复位状态如表一所示。表一 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000H

20、PSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（ 2）复位信号及其产生RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图 13 所示：图 13 复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、 外两部分。外部电路产生的复位信号 (RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路

21、在每个机器周期的 S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的， 其电路如图 14（a）所示。这佯，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 14（ b）所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 14（c）所示：（ a）上电复位（b）按键电平复位图 14 复

22、位电路（ c）按键脉冲复位上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期。本系统的复位电路采用图14（b）上电复位方式。STC89C52 具体介绍如下： 主电源引脚（ 2 根）VCC(Pin40) ：电源输入，接 5V 电源GND(Pin20) ：接地线外接晶振引脚（ 2 根）XTAL1(Pin19) ：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20) ：片内振荡电路的输出端控制引脚（ 4 根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin2

23、9)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31) ：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入 /输出引脚（ 32 根）STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、 P2、P3 口，每个口有 8 位（ 8 根引脚），共 32 根。PO 口（ Pin39Pin32）： 8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口（ Pin1Pin8）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0 P1.7P2 口（ Pin21Pin28）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.

24、7P3 口（ Pin10Pin17）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7STC89C52 主要功能如表二所示。表二STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系统32 个双向 I/O 口3 个 16 位可编程定时 /计数器中断8K 可反复擦写 Flash ROM256x8bit 内部 RAM时钟频率 0-24MHz2个串行中断可编程 UART 串行通道2个外部中断源共 6 个中断源2个读写中断口线3 级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.4声报警电路该报警电路包括光报警电路组成部分。该电路部分由两个发光二极管（绿、红）及其附属电路组成。使用条

25、件如下：环境温度： 55 85；相对温度： 40时，达 98%；大气压力：达 4400Pa；振动： 10500Hz，加速度达 49m/s2 ；离心加速度：达245m/s2；工作电压： 36V；线圈电阻： 5010%；吸合电压 9V；释放电压 2V；工作位置：任意。电磁继电器属于簧片触点式继电器，简称MER 。它在电路中的文字符号为“ K”或“ KA”、 “ KR”(旧标准为 “ J”)。其典型结构如下图所示。它由一个带铁心的线圈 J、簧片、弹簧及若干合金触点构成。在线圈未通电时，触点 1、 2 是闭合的，称常闭触点。 1、3 触点是断开的，称常开触点。线圈得电后则 1、3 接通，1、2 断开。

26、 1、 2、 3 三个触点为一组，继电器可以带多达 7 组触点。当发现有烟雾超标时，继电器发生动作，常开触点闭合，常闭触点断开，音乐片工作，通过三极管的放大作用推动扬声器工作，发出声音报警。在继电器两端并联的二极管为泄放二极管，为瞬间高压提供一个泄放回路，以保护电路。继电器是利用电磁线圈通电后产生磁场，吸合簧片，使触点断开或闭合，当继电器正常通电时，D1 截止，当继电器在断电时，线圈会产生感应电动势，极性为上 下 ，而线圈最大的特点是电流不能发生突变，此时电路中的电流极大，若无二极管的保护，电流会向前一级流动，则发生灌电流损坏电路。二极管就是恰好构成了冲击电流的泄放回路，不至于发生灌电流现象。

27、2.5 排气通风装置排风电路如图 15 所示：图 15排风扇电路图当空气中烟雾超标时，继电器动作，常开触点接通，驱动风扇工作，降低空气中有害气体的浓度，以确保室内人员的生命安全。当空气中烟雾不超标时，继电器不动作，常闭触点接通，排气通风装置不工作。继电器使用条件如下：环境温度： 55 85；相对温度： 40时，达 98%；大气压力：达 4400Pa；振动： 10500Hz，加速度达 49m/s2 ；离心加速度：达245m/s2；工作电压： 36V；线圈电阻： 5010%；吸合电压 9V；释放电压 2V；电磁继电器属于簧片触点式继电器，简称MER 。它在电路中的文字符号为“K”或“KA”、“KR

28、”(旧标准为 “J”)。其典型结构如下图所示。它由一个带铁心的线圈J、簧片、弹簧及若干合金触点构成。 在继电器两端并联的二极管为泄放二极管，为瞬间高压提供一个泄放回路，以保护电路。继电器是利用电磁线圈通电后产生磁场，吸合簧片，使触点断开或闭合，当继电器正常通电时，D1 截止，当继电器在断电时，线圈会产生感应电动势，极性为上下，而线圈最大的特点是电流不能发生突变，此时电路中的电流极大，若无二极管的保护，电流会向前一级流动，则发生灌电流损坏电路。二极管就是恰好构成了冲击电流的泄放回路，不至于发生灌电流现象。3 整机电路图3.1整体电路图及原理介绍排风扇自动开关电路如图16 所示，它是由转换元件为气敏半导体器件，它对香烟烟雾等刺激性气体有十分敏感作用，当烟雾达到一定浓度时，便自动启动排风扇将其排出室外。在平时，气敏传感器MQ 2 为高阻值，继电器处于常开状态，排风扇及报警电路由于电