煙霧報警器(終結(jié)稿)

1、電子信息工程學(xué)院硬件課程設(shè)計實驗室課程設(shè)計報告題 目：煙霧報警及處理裝置的設(shè)計年 級：專 業(yè)：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 2014年 月 日目錄 TOC h z t 標題 1,1,標題 2,3,標題,2 HYPERLINK l _Toc156 一.設(shè)計任務(wù)及要求 PAGEREF _Toc156 2 HYPERLINK l _Toc13683 1.1任務(wù)及基本要求 PAGEREF _Toc13683 2 HYPERLINK l _Toc1373 二.設(shè)計方案論證 PAGEREF _Toc1373 2 HYPERLINK l _Toc638 2.1方案論證與比較 PAGEREF _Toc638

2、2 HYPERLINK l _Toc23534 2.1.1延時電路方案設(shè)計 PAGEREF _Toc23534 2 HYPERLINK l _Toc22230 2.1.2蜂鳴器、LED、風(fēng)扇的驅(qū)動方式 PAGEREF _Toc22230 3 HYPERLINK l _Toc9063 三、理論分析與計算 PAGEREF _Toc9063 3 HYPERLINK l _Toc19724 3.1煙霧傳感器原理 PAGEREF _Toc19724 3 HYPERLINK l _Toc3204 3.2 555定時器原理 PAGEREF _Toc3204 4 HYPERLINK l _Toc6545 四硬

3、件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc6545 5 HYPERLINK l _Toc19958 4.1煙霧觸發(fā)電路 PAGEREF _Toc19958 5 HYPERLINK l _Toc9300 4.2 555延時電路 PAGEREF _Toc9300 5 HYPERLINK l _Toc29701 4.3自動排風(fēng)電路 PAGEREF _Toc29701 5 HYPERLINK l _Toc17477 4.4 LED報警器以及風(fēng)扇驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc17477 6 HYPERLINK l _Toc11903 五 測試分析 PAGEREF _Toc11903 6 HYPERLINK

4、 l _Toc21519 六 總結(jié) PAGEREF _Toc21519 7 摘要 ：現(xiàn)在許多公共場合因為人們吸煙導(dǎo)致空氣質(zhì)量不好，影響人們的身體健康。一些特定的場合對煙霧的濃度也有一定的限制。本系統(tǒng)擬定能夠監(jiān)測指定環(huán)境內(nèi)煙霧的濃度，并且能夠顯示煙霧濃度值。系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境煙霧濃度的等級，自動報警開啟排風(fēng)扇，改善指定環(huán)境的空氣質(zhì)量。擬采用QM-N2煙霧傳感器對信號進行采集后傳至比較與延時電路，進而控制電子開關(guān)通斷來控制蜂鳴器、發(fā)光二極管、排風(fēng)扇啟動。利用TI的MSP430單片機顯示，當前煙霧濃度值。關(guān)鍵詞：QM-N2；煙霧傳感器; MSP430一.設(shè)計任務(wù)及要求1.1任務(wù)及基本要求實現(xiàn)一個煙霧報警及

5、處理裝置，其功能是檢測環(huán)境中煙霧的濃度，若環(huán)境中煙霧濃度達到一定閾值，觸發(fā)聲音及燈光警報設(shè)備(蜂鳴器報警及發(fā)光二極管燈亮)。此時可人工通過開關(guān)控制解除警報(關(guān)閉蜂鳴器及熄滅發(fā)光二極管)；或警報持續(xù)一段時間后，裝置自動關(guān)閉警報，轉(zhuǎn)入排風(fēng)處理模式，風(fēng)扇開始工作，煙霧濃度降低到閾值以下后停止風(fēng)扇工作。警報持續(xù)時間：30秒擴展部分：利用單片機實時顯示煙霧濃度值。圖 1 電路基本組成結(jié)構(gòu)框圖二.設(shè)計方案論證2.1方案論證與比較2.1.1延時電路方案設(shè)計方案一： 555定時器延時法：通過555定時器構(gòu)成延時電路，可以通過改變其4腳和7腳的可變電阻來調(diào)節(jié)3腳的輸出方波占空比，從而改變定時器的定時時間，這樣可

6、較為精確的控制延時時間，更好的實現(xiàn)人機交互。方案二： rc延時電路：電路的延時時田可通過R或C的大小來調(diào)整，但由于延時電路簡單，存在著延時時間短和精度不高的缺點。對于需要延時時間較長并且要求準確的場合就顯得不適合。通過比較以上方案：方案一(555定時器延時法)電路較電容延時法在延時時間上可控且較為精確。綜合本次課程設(shè)計對時間要求比較高，而電容延時法存在著延時時間短和精度不高的缺點來看，我們選擇方案一：555定時器延時方法。2.1.2蜂鳴器、LED、風(fēng)扇的驅(qū)動方式方案一：直接驅(qū)動 蜂鳴器、LED、風(fēng)扇直接接到555定時器的輸出端。方案二：用三極管驅(qū)動把蜂鳴器、LED、風(fēng)扇接到三極管的集電極，當三

7、極管導(dǎo)通時，集電極電壓被拉低，蜂鳴器、LED、風(fēng)扇會導(dǎo)通。通過比較以上方案：由于風(fēng)扇工作時需要280MA以上的電流，選擇直接驅(qū)動電流達不到要求，而且對下一級555定時器產(chǎn)生干擾，而三極管具有放大電流的作用。綜合以上我們選擇用三極管驅(qū)動。三、理論分析與計算3.1煙霧傳感器原理 市場上最常見的氣體煙霧傳感器是MQ系列的，課上推薦的QM-N2型號。MQ-N2氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。MQ-N2可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的

8、探測。圖2 MQ-2氣敏元件管腳示意圖 圖3 MQ-N2氣敏元件典型應(yīng)用電路圖 封裝好的MQ-2氣敏元件有只針狀管腳，其中個A、B用于信號取出，個H用于提供加熱電流。實際使用時，一個H接電源正極，另一個H接地；2個A短接后接電源正極，2個B短接后為信號的輸出端。當無可燃氣體或煙霧時，MQ-N2的電阻為極大，此時信號的輸出端是低電位；當有可燃氣體或煙霧時，MQ-N2的電阻急劇下降，此時信號的輸出端的電位逐漸變高。3.2 555定時器原理電路圖如下圖4MQ-2氣敏元件管腳示意圖5腳經(jīng)0.01uF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。當VI12/3VCC

9、，VI21/3VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導(dǎo)通，定時器輸出低電平。當VI11/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時器輸出狀態(tài)保持不來。當VI12/3VCC，VI21/3VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。當VI12/3VCC，VI21/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平

10、四硬件電路設(shè)計4.1煙霧觸發(fā)電路圖5 煙霧觸發(fā)電路設(shè)計示意圖4.2 555延時電路圖6 延時電路設(shè)計示意圖4.3自動排風(fēng)電路圖7 自動排風(fēng)電路設(shè)計示意圖4.4 LED報警器以及風(fēng)扇驅(qū)動電路圖8 LED報警器以及風(fēng)扇驅(qū)動電路測試分析及總結(jié)可實現(xiàn)人工通過開關(guān)控制解除警報；或警報持續(xù)30s后，裝置自動關(guān)閉警報，轉(zhuǎn)入排風(fēng)處理模式.煙霧濃度降低到閾值以下后風(fēng)扇停止工作。本次硬件課程收獲在于學(xué)會了焊接和調(diào)試電路，三極管以及555定時器的應(yīng)用。碰到的困難是用555定時器做成的單穩(wěn)態(tài)沒有延時功能，仔細分析并與老師同學(xué)以及學(xué)長討論后發(fā)現(xiàn)這是因為輸入觸發(fā)信號vI的脈沖寬度（低電平的保持時間），必須小于電路輸出vO的脈沖寬度（暫穩(wěn)態(tài)維持時間tW），否則電路將不能正常工作。解決這一問題的一個簡單方法，就是在電路的輸入端加一個RC微分電路，即當vI為寬脈沖時，讓vI經(jīng)RC微分電路之后再接到vI2端。不過微分電路的電阻應(yīng)接到VCC，以保證在vI下降沿未到來時，vI2端為高電平。測試時發(fā)現(xiàn)，即使輸入端有下降沿有很窄的負脈沖和上升沿也不能使輸出端觸發(fā)變成高電平，我們試著在輸入端接一個幾十千歐姆的電阻到地結(jié)果成功使輸出端觸發(fā)變成高電平。另外測試過程中發(fā)現(xiàn)在接入電源供電的瞬間風(fēng)扇會工作，認真參考其他同學(xué)的