火災報警器設計

模電課程設計—之火災報警器學 院：電子工程學院指導老師：李朝海學 生：劉浩學號：201502092016年12月18日

一、實驗原理總覽圖說明：第1級電路為信號采集電路，負責將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號；第2級電路為一個差分放大電路，負責將較小的信號放大第3級電路為一個單限比較器，判斷是否發(fā)生了火災；第4級電路為報警電路，當火災發(fā)生時，LED亮，蜂鳴器發(fā)聲。二、信號采集電路設計1、如何檢測溫差？我們沒有溫度傳感器，現(xiàn)在用二極管代替，常溫下，硅二極管正向?qū)〞r的通電壓約為0.7V。流過二極管的正向電流固定時，溫度每上升1度,正向電壓F降大約2mV0

然后我們用兩個一樣的硅二極管，一個放在容易發(fā)現(xiàn)感受火災的位置，把另一個保護起來,用來感受常溫。電路連接見圖1。R2lx1.0kQ-12VR2lx1.0kQ-12V2、如何模擬溫度升高？如圖1所示，我們使用了兩個運放,由于運放"虛短"和"虛斷”的特性,Un二UP=0V,導致輸出電壓BD兩個二極管DI、D2上電壓與電阻1、2上電壓之和，當開關打開時，上下兩個電路完全一樣，所以輸出也一樣；當開關閉合時，運放U1的輸出電壓會減小，以此來模擬發(fā)生火災時溫度升高時二極管上9勺電壓口降。開關打開時，如圖1:UI、U2輸出都為630mV,說明沒有溫差（火災）；開關閉合時，如圖2:Ul=521mV,U2=630mV,產(chǎn)生了109mV電壓差，換算成溫度大約為109/2=54.5度，視為發(fā)生火災。

2kQKev=Space2D11N414912V1rp「obel?V;521mVI：-54.5uAD212VFrobel2kQKev=Space2D11N414912V1rp「obel?V;521mVI：-54.5uAD212VFrobelV;630mVI：684uAR51kD—1kfl

R6圖23,元件參數(shù)如何選擇？首先要選擇合適的觸發(fā)溫差，這里我們選的觸發(fā)溫差為54.5度，對應的二極管下降電壓為109mV,經(jīng)過調(diào)試，當電阻1、2為2千歐時能滿足這個條件；二極管DLD2選擇1N4149,導通電壓為520.75mV;由于運放的關系，R1~R6對電路影響不大，在合理取值內(nèi)可就設定為圖2中的參數(shù)：R1=R3=220千歐，R2=R4=R5=R6=1千歐;運放電壓源設為12V。三、差分放大電路設計電路原理圖:

R71kQ-VXA —^AA 1kQR8R1091kO91kCR9 Wv VCC12VUo=-(Up-Un)=-AU

R R公式191kCR9 Wv VCC12VUo=-(Up-Un)=-AU

R R公式19.918VEHE?R109.918VEHE?R1091kQ設計的觸發(fā)電壓差AU為109mV,所以91vUo=_xl09mV=9.919V仿真結(jié)果如圖4,可見Uo=9.918V,符合設計要求。91KQR9R71kQ W\―^0-109V Wv-1kQ

R8、單限比較器設計

由于觸發(fā)信號由差分放大電路放大后為Uo=9.918V,我們設計的比較電壓要很接近Uo才行，因此要設y吩壓電路,電壓源選擇Vcc二12V,電路如圖6:圖6由分壓公式：Uo_Uo_Vcc—UoR9—RIO 公式2我選R9=100千歐，得R10=22千歐。仿真結(jié)果如圖7,可見Un=9.84V,單限比較器輸出為正10,001V,符合設計要求。--VCC V1^9.918VMultimeter-XMM2達XMM2啥JC1O--VCC V1^9.918VMultimeter-XMM2達XMM2啥JC1O10.001VVEE當Uo<9.84V時，例如Uo=9V時，如圖8,輸出為負10,001V,與設計相符。五,報警工作電路電路原理圖9:BUZZER200Hz2N2222AO'2BZ2.2JLLED1R1120002N2222AO'2BZ2.2JLLED1R11200002BZ2.2^^圖9說明：小電阻R11是限流電阻，D3、D4是穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓值為6V,R12是保護電阻，LED1導通電壓為5mA。

仿真結(jié)果如圖10,可見LED發(fā)光，聽見蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟嘟嘟”的聲音，符合設計要求。圖10六,完整火災報警器電路測試開關斷開（無火災）時：LED不發(fā)光，蜂鳴器不響；S1C>^=Space2nD1VEE~J——|^-VEE2kQ1N4149-12VVEER1-Wv-220kQR21.0kQ-12VVCC12VV:12.0VI:112pA%robe1riProbe6Probe307AHVCC12VR11D2200Q'ferobeB2N2222A1N4149-12VVEER10.22kQFrobe2R9：>100kQpF07AHV:630mVI:-54.5uAV:1.19mVI：6.83uAV:1.84VI:18.4uAV:630mVI：61.4UAR3-12VVEER1-Wv-220kQR21.0kQ-12VVCC12VV:12.0VI:112pA%robe1riProbe6Probe307AHVCC12VR11D2200Q'ferobeB2N2222A1N4149-12VVEER10.22kQFrobe2R9：>100kQpF07AHV:630mVI:-54.5uAV:1.19mVI：6.83uAV:1.84VI:18.4uAV:630mVI：61.4UAR3220kQR7-Wv91kQBUZZER200HzR51kQWV10kQMA-p-WV1kQR612kQR41.0KQLED1D402BZ2.2”8""^rooe4D302BZ2.2太U4V:-7.14VI:-35.8pAVCC12V開關閉合（發(fā)生火災）時，LED發(fā)光（紫色框），蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟嘟嘟”聲七、實驗總結(jié)總的來說，這次的課程設計由于有老師ppt的完美輔助，設計fl勺難度就大大減小了，而且電路都很簡單，計算量非常小，這多虧了有運放