火災報警器設計

1、模電課程設計學 院 ：電子工程學院指導老師 ：李朝海學 生 ：劉浩學 號 ：20150209之火災報警器2016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，硅二極管正向導通時的通電壓約為0.7V。 流過二極管的正向電流固定時，溫度每上升1度，正向電壓下降大約2mV。 然后我們用兩個一樣的硅二極管，一個

2、 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。圖12、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=UP=0 V，導致輸出電壓即兩個二極管D1、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的電壓下降。開關打開時，如圖1：U1、U2輸出都為630mV，說明沒有溫差（火災）；開關閉合時，如圖2：U1=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

3、火災。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)過調試，當電阻1、2為 2千歐 時能滿足這個條件； 二極管 D1、D2選擇1N4149，導通電壓為 520.75mV；由于運放的關系，R1R6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12 V。三、差分放大電路設計電路原理圖：圖3有差分放大電路公式：Uo=RfRUp-Un=RfRU········

4、3;·················公式1設計的觸發(fā)電壓差U為109mV，所以Uo=91k1k×109mV=9.919V 仿真結果如圖4，可見Uo= 9.918V，符合設計要求。圖5四、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，因此要設計分壓電路，電壓源選擇Vcc=12V，電路如圖6: 圖6由分壓公式：UoR9=Vcc-UoR10 ··

5、;···········································公式2我選R9=100千歐，得R10=22千歐。 仿真結果如圖7，可見Un=9.8

6、4V，單限比較器輸出為正10.001V，符合設計要求。圖當Uo<9.84V 時，例如Uo=9V時，如圖8，輸出為負10.001V，與設計相符。圖8五、報警工作電路電路原理圖9：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；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 總的來說，這次的課程設計由于有老師ppt的完美輔助，設計的難度就大大減小了，而且電路都很簡單，計算量非常小，這多虧了有運放這個好東西，輸入電阻無窮大，輸出電阻幾乎為0，“虛短”、“虛斷”一用上