火灾报警器设计

1、模电课程设计学 院 ：电子工程学院指导老师 ：李朝海学 生 ：刘浩学 号 ：20150209之火灾报警器2016年12 月18日一、实验原理总览图说明：第1级电路为信号采集电路，负责将温度信号转换成电信号；第2级电路为一个差分放大电路，负责将较小的信号放大； 第3级电路为一个单限比较器，判断是否发生了火灾；第4级电路为报警电路，当火灾发生时，LED亮，蜂鸣器发声。二、信号采集电路设计 1、 如何检测温差？我们没有温度传感器，现在用二极管代替，常温下，硅二极管正向导通时的通电压约为0.7V。 流过二极管的正向电流固定时，温度每上升1度，正向电压下降大约2mV。 然后我们用两个一样的硅二极管，一个

2、 放在容易发现感受火灾的位置，把另一个保护起来，用来感受常温。电路连接见图1。图12、如何模拟温度升高？ 如图1 所示，我们使用了两个运放，由于运放“虚短”和“虚断”的特性，Un=UP=0 V，导致输出电压即两个二极管D1、D2上电压与电阻1、2上电压之和，当开关打开时，上下两个电路完全一样，所以输出也一样；当开关闭合时，运放U1的输出电压会减小，以此来模拟发生火灾时温度升高时二极管上的电压下降。开关打开时，如图1：U1、U2输出都为630mV，说明没有温差（火灾）；开关闭合时，如图2：U1=521mV，U2=630mV,产生了109mV电压差，换算成温度大约为109/2=54.5度，视为发生

3、火灾。图23，元件参数如何选择? 首先要选择合适的触发温差，这里我们选的触发温差为54.5度，对应的二极管下降电压为109mV ，经过调试，当电阻1、2为 2千欧 时能满足这个条件； 二极管 D1、D2选择1N4149，导通电压为 520.75mV；由于运放的关系，R1R6对电路影响不大，在合理取值内可就设定为图2中的参数：R1=R3=220千欧，R2=R4=R5=R6= 1千欧；运放电压源设为12 V。三、差分放大电路设计电路原理图：图3有差分放大电路公式：Uo=RfRUp-Un=RfRU········

4、3;·················公式1设计的触发电压差U为109mV，所以Uo=91k1k×109mV=9.919V 仿真结果如图4，可见Uo= 9.918V，符合设计要求。图5四、单限比较器设计由于触发信号由差分放大电路放大后为Uo=9.918V，我们设计的比较电压要很接近Uo才行，因此要设计分压电路，电压源选择Vcc=12V，电路如图6: 图6由分压公式：UoR9=Vcc-UoR10 ··

5、;···········································公式2我选R9=100千欧，得R10=22千欧。 仿真结果如图7，可见Un=9.8

6、4V，单限比较器输出为正10.001V，符合设计要求。图当Uo<9.84V 时，例如Uo=9V时，如图8，输出为负10.001V，与设计相符。图8五、报警工作电路电路原理图9：图9说明：小电阻R11是限流电阻，D3、D4是稳压二极管，稳压值为6V，R12是保护电阻，LED1导通电压为 5mA。仿真结果如图10，可见LED发光，听见蜂鸣器发出“嘟嘟嘟嘟”的声音，符合设计要求。图10六、完整火灾报警器电路测试 开关断开（无火灾）时：LED不发光，蜂鸣器不响；开关闭合（发生火灾）时，LED发光（紫色框），蜂鸣器发出“嘟嘟嘟嘟”声七、实验总结 总的来说，这次的课程设计由于有老师ppt的完美辅助，设计的难度就大大减小了，而且电路都很简单，计算量非常小，这多亏了有运放这个好东西，输入电阻无穷大，输出电阻几乎为0，“虚短”、“虚断”一用上