智能火焰報(bào)警器教學(xué)課件

6、紀(jì)律是自由的第一條件?！诟駹?、紀(jì)律是集體的面貌，集體的聲音，集體的動(dòng)作，集體的表情，集體的信念?！R卡連柯8、我們現(xiàn)在必須完全保持黨的紀(jì)律，否則一切都會(huì)陷入污泥中?！R克思9、學(xué)校沒(méi)有紀(jì)律便如磨坊沒(méi)有水?！涿兰~斯10、一個(gè)人應(yīng)該：活潑而守紀(jì)律，天真而不幼稚，勇敢而魯莽，倔強(qiáng)而有原則，熱情而不沖動(dòng)，樂(lè)觀而不盲目?！R克思智能火焰報(bào)警器智能火焰報(bào)警器6、紀(jì)律是自由的第一條件。——黑格爾7、紀(jì)律是集體的面貌，集體的聲音，集體的動(dòng)作，集體的表情，集體的信念?！R卡連柯8、我們現(xiàn)在必須完全保持黨的紀(jì)律，否則一切都會(huì)陷入污泥中?！R克思9、學(xué)校沒(méi)有紀(jì)律便如磨坊沒(méi)有水?！涿兰~斯10、一個(gè)人應(yīng)該：活潑而守紀(jì)律，天真而不幼稚，勇敢而魯莽，倔強(qiáng)而有原則，熱情而不沖動(dòng)，樂(lè)觀而不盲目?！R克思智能火焰報(bào)警器智能倉(cāng)庫(kù)火焰報(bào)警器一、設(shè)計(jì)要求安裝智能倉(cāng)庫(kù)安全防火報(bào)警系統(tǒng)是現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)必備的安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有火災(zāi)報(bào)警功能。通過(guò)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)安全防火報(bào)警系統(tǒng)，掌握傳感器應(yīng)用技術(shù)，形成對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析能力?；鹧鎴?bào)警控制器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分。在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，火焰探測(cè)器是系統(tǒng)的感覺(jué)器官，隨時(shí)監(jiān)視著周?chē)h(huán)境中的火災(zāi)情況。而火焰報(bào)警控制器是系統(tǒng)的“軀體”和“大腦”，是系統(tǒng)的核心，它可以供給火災(zāi)探測(cè)器穩(wěn)定的直流電源，監(jiān)測(cè)連接的各類(lèi)火災(zāi)探測(cè)器有無(wú)故障。保證火災(zāi)探測(cè)器長(zhǎng)期、穩(wěn)定、有效地工作。當(dāng)火焰探測(cè)器探測(cè)到火焰情況后。接受火災(zāi)探測(cè)器發(fā)來(lái)的報(bào)警，迅速、正確地進(jìn)行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，指示報(bào)警具體部位和時(shí)間，同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等諸多任務(wù)。因此火災(zāi)報(bào)警控制器除了具有控制、記憶、識(shí)別和報(bào)警功能外，還具有自動(dòng)檢測(cè)、聯(lián)動(dòng)控制、打印輸出、圖象顯示、圖形顯示、通信廣播等功能。火災(zāi)報(bào)警控制器的的基本工作原理如圖整個(gè)電路原理圖可分為火焰感應(yīng)電路、人工控制電路、信號(hào)處理電路和報(bào)警電路組成。本設(shè)計(jì)以紅外檢測(cè)傳感器與其他電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的紅外火焰檢測(cè)報(bào)警器，用于火焰檢測(cè)。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)出現(xiàn)火光時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲。電路采用4.5V直流電壓供電，可以用打火機(jī)在火焰?zhèn)鞲衅魃戏?0CM處點(diǎn)火模擬倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)，信號(hào)處理系統(tǒng)電路將根據(jù)環(huán)境做出智能響應(yīng)，發(fā)出報(bào)警聲，只有按下報(bào)警消除按鍵（輕觸開(kāi)關(guān)），報(bào)警聲才能停止三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1電子元器件介紹3.1.1元件清單本電路中采用發(fā)光二極管、電阻串聯(lián)構(gòu)成電源指示電路。發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，電阻將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋０l(fā)光二極管，通常稱(chēng)為L(zhǎng)ED，內(nèi)部是具有發(fā)光特性的PN結(jié)。當(dāng)給這個(gè)PN加正向偏置電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，依靠少數(shù)載流子的注入以及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光。發(fā)光二極管引腳有正負(fù)之分，一般長(zhǎng)的為正，短的為負(fù)。也可以從內(nèi)部看到，接觸面小的為正，接觸面大的為負(fù)。外邊有切口的為負(fù)，另一邊就為正。3.1.2電源指示發(fā)光二極管電位器是可變電阻的一種，其電阻值的大小可以人為調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足電路的需要?？梢灾饾u地改變和它串聯(lián)的用電器中的電流，也可以逐漸地改變和它串聯(lián)的用電器的電壓，還可以起到保護(hù)用電器的作用。如下圖所示為10K的電位器。

本電路使用的電位器是10K的可調(diào)范圍,通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，獲得部分電壓輸出。電位器的電阻體有兩個(gè)固定端，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動(dòng)觸點(diǎn)與任一個(gè)固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。3.1.3電壓取樣電位器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型，在電路中用字母組合HA表示。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5-15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5-2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。蜂鳴器還可分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器，這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。也就是說(shuō)，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要通電就會(huì)發(fā)聲。而無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流電信號(hào)無(wú)法令其鳴叫，必須用1K-5K的方波去驅(qū)動(dòng)它才能發(fā)出不同頻率的聲音。有源蜂鳴器比無(wú)源蜂鳴器的成本要高，因?yàn)橛性捶澍Q器里面多個(gè)震蕩電路。無(wú)源蜂鳴器便宜，聲音頻率可控，可以做出“多來(lái)米發(fā)索拉西”的效果3.1.4蜂鳴器本電路設(shè)計(jì)采用電磁式5V有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于一般的TTL電壓無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，如下圖所示：火焰的輻射是具有離散光譜的氣體輻射和伴有連續(xù)光譜的固體輻射，其波長(zhǎng)在0.1-10μm或更寬的范圍，為了避免其他信號(hào)的干擾，常利用波長(zhǎng)<300nm的紫外線(xiàn)，或者火焰中特有的波長(zhǎng)在4.4μm附近的CO2輻射光譜作為探測(cè)信號(hào)。紫外線(xiàn)傳感器只對(duì)185-260nm狹窄范圍內(nèi)的紫外線(xiàn)進(jìn)行響應(yīng),而對(duì)其它頻譜范圍的光線(xiàn)不敏感,利用它可以對(duì)火焰中的紫外線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)。到達(dá)大氣層下地面的太陽(yáng)光和非透紫材料作為玻殼的電光源發(fā)出的光波長(zhǎng)均大于300nm，故火焰探測(cè)的220m-280nm中紫外波段屬太陽(yáng)光譜盲區(qū)（日盲區(qū)）。紫外火焰探測(cè)技術(shù)，使系統(tǒng)避開(kāi)了最強(qiáng)大的自然光源一太陽(yáng)造成的復(fù)雜背景，使得在系統(tǒng)中信息處理的負(fù)擔(dān)大為減輕。所以可靠性較高，加之它是光子檢測(cè)手段，因而信噪比高，具有極微弱信號(hào)檢測(cè)能力，除此之外，它還具有反應(yīng)時(shí)間極快的特點(diǎn)。與紅外探測(cè)器相比，紫外探測(cè)器更為可靠，且具有高靈敏度、高輸出、高響應(yīng)速度和應(yīng)用線(xiàn)路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因而充氣紫外光電管正日益廣泛地應(yīng)用于燃燒監(jiān)控、火災(zāi)自報(bào)警、放電檢測(cè)、紫外線(xiàn)檢測(cè)、及紫外線(xiàn)光電控制裝置中。

但對(duì)于傳統(tǒng)的紫外光電管器件，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝的限制，其噪聲和靈敏度是一個(gè)互相矛盾的參數(shù)。一般而言，需將靈敏度控制在一個(gè)合適的水平，過(guò)高的靈敏度對(duì)器件的低噪聲指標(biāo)是十分困難的，因?yàn)殪`敏度和噪聲信號(hào)都是由光敏管發(fā)出，傳統(tǒng)的檢測(cè)器會(huì)將兩種信號(hào)同時(shí)放大。所以其靈敏度比較差,檢測(cè)距離小,不能抗雷電的干擾,存在一定的誤報(bào)率。因而需要基于現(xiàn)有或新發(fā)展的探測(cè)原理方法，與其它學(xué)科技術(shù)交叉，通過(guò)改進(jìn)信號(hào)采集和處理等方法來(lái)改善系統(tǒng)性能。3.1.5火焰?zhèn)鞲衅鞅倦娐凡捎玫幕鹧鎮(zhèn)鞲衅骺梢詸z測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源，探測(cè)角度60度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏，性能穩(wěn)定，工作電壓4.5V，火焰?zhèn)鞲衅魈筋^的工作溫度為-25攝氏度到85攝氏度，在使用過(guò)程中一定要注意火焰?zhèn)鞲衅魈筋^離火焰的距離不能太近，以免造成損壞。輕觸開(kāi)關(guān)，又叫按鍵開(kāi)關(guān)，由嵌件、基座、彈片、按鈕、蓋板等組成，輕輕按下開(kāi)關(guān)接通，松開(kāi)即斷開(kāi)。本電路使用的是四腳輕觸開(kāi)關(guān)，外型尺寸大小為6*6*7MM，在輕觸開(kāi)關(guān)底部我們可以看“北”字圖形，如下圖所示。輕觸開(kāi)關(guān)是使用時(shí)輕輕點(diǎn)按開(kāi)關(guān)按鈕即可使開(kāi)關(guān)接通，當(dāng)松開(kāi)手時(shí)開(kāi)關(guān)即可斷開(kāi)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是靠金屬?gòu)椘芰梽?dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)通斷的。3.1.6輕觸開(kāi)關(guān)三極管，全稱(chēng)應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管，晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅值較大的電信號(hào),也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，俗稱(chēng)開(kāi)關(guān)管。本電路使用的是NPN型的三極管8050，當(dāng)把有字的面向自己，引腳朝下，總左往右排列是發(fā)射極E，基極B，集電極C。如下圖所示。晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱(chēng)為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號(hào)“β”表示。3.1.7半導(dǎo)體三極管LM358是雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358的封裝形式有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式，引腳功能如下：3.1.8通用運(yùn)算放大器LM358本電路設(shè)計(jì)利用了LM358中的其中一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓比較器，信號(hào)從第一運(yùn)放反向輸入端（2腳）和同向輸入端（3腳）輸入，經(jīng)比較后由第一運(yùn)放輸出端（1腳）輸出。如果3腳電壓大于2腳電壓，則1腳輸出高電平；如果3腳電壓小于2腳電壓，則1腳輸出低電平。CD4013由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q及Q輸出。此器件可用作移位寄存器，且通過(guò)將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時(shí)鐘無(wú)關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線(xiàn)上的高電平完成。CD4013引腳圖：1D、2D：數(shù)據(jù)輸入端，1CP、2CP：時(shí)鐘輸入端1Q、2Q：原碼輸出端，1/Q、2/Q：反碼輸出端，1SD、2SD：直接置位端，1RD、2RD：直接復(fù)位端，VDD：電源正，VSS：地。3.1.9雙D觸發(fā)器4013CD4013有兩個(gè)D觸發(fā)器，一個(gè)D觸發(fā)器有6個(gè)端子：2個(gè)輸出，4個(gè)控制。4個(gè)控制分別是R、S、CP、D。1）R和S不能同時(shí)為高電平。2）當(dāng)R為1、S為0時(shí)，輸出Q一定為0，因此R可稱(chēng)為復(fù)位端。3）當(dāng)S為1、R為0時(shí)，輸出Q一定為1。4）當(dāng)R、S均為0時(shí)，Q在CP端有脈沖上升沿到來(lái)時(shí)動(dòng)作，具體是Q=D，即若D為1則Q也為1，若D為0則Q也為0。利用火焰?zhèn)鞲衅靼鸦鹧嬷械募t外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，與電路里的基準(zhǔn)電壓比較后輸出火焰感應(yīng)信號(hào)Si送到信號(hào)處理電路。當(dāng)感應(yīng)到了火焰時(shí)輸出高電平，沒(méi)有火焰時(shí)輸出低電平。電路設(shè)計(jì)如下：3.2模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1火焰感應(yīng)電路設(shè)計(jì)當(dāng)火焰感應(yīng)電路觸發(fā)了報(bào)警電路，必須通過(guò)手動(dòng)控制電路產(chǎn)生清除信號(hào)Ci才能消除報(bào)警，電路設(shè)計(jì)如下：3.2.2手動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路由雙D觸發(fā)器構(gòu)成RS觸發(fā)器，主要負(fù)責(zé)處理火焰感應(yīng)信號(hào)Si和手動(dòng)控制電路產(chǎn)生清除信號(hào)Ci，并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出控制信號(hào)Ki給報(bào)警電路，電路設(shè)計(jì)如下：3.2.3信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)當(dāng)信號(hào)處理電路輸出Ki為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，蜂鳴器發(fā)聲，電路設(shè)計(jì)如下：3.2.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.3整體電路設(shè)計(jì)3.3.1電路原理圖由R1和LED1構(gòu)成了電源指示電路，當(dāng)接通5V直流電壓時(shí)，發(fā)光二極管LED被點(diǎn)亮，電路進(jìn)入工作狀態(tài)。由R2、R3、RP1、VD1、LM358構(gòu)成了了火焰感應(yīng)電路，RP1調(diào)到中間位置，產(chǎn)生2.5V左右的基準(zhǔn)電壓送到LM358的3腳（同相輸入端），火焰?zhèn)鞲衅鲝膩?lái)到信號(hào)送到LM358的2腳（反相輸入端），兩個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行比較后通過(guò)LM358的1腳輸出火焰控制信號(hào)Si。如果3腳（同相輸入端）電壓大于2腳（反相輸入端）電壓，1腳輸出火焰控制信號(hào)Si為高電平。如果3腳（同相輸入端）電壓小于2腳（反相輸入端）電壓，1腳輸出火焰控制信號(hào)Si為低電平。正常工作時(shí)沒(méi)有火焰的，火焰?zhèn)鞲衅鹘刂梗峁┙oLM358的2腳（反相輸入端）的電壓為高電平，大于3腳（同相輸入端）電壓的，輸出火焰控制信號(hào)Si為低電平給信號(hào)處理電路。3.3.2工作原理分析當(dāng)有火焰時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅鲗?dǎo)通，提供給LM358的2腳（反相輸入端）的電壓為低電平，小于3腳（同相輸入端）電壓的，輸出火焰控制信號(hào)Si為高電平給信號(hào)處理電路。由S1和R4構(gòu)成了手動(dòng)控制電路，產(chǎn)生手動(dòng)控制信號(hào)Ci送到信號(hào)處理電路的清零端。當(dāng)輕觸開(kāi)關(guān)S1按下后，產(chǎn)生手動(dòng)控制信號(hào)Ci為高電平。當(dāng)輕觸開(kāi)關(guān)S1松開(kāi)后，產(chǎn)生手動(dòng)控制信號(hào)Ci為低電平。由雙D觸發(fā)器4013、R5信號(hào)處理電路，其中4013搭建成RS觸發(fā)器，高電平有效，主要負(fù)責(zé)處理火焰感應(yīng)信號(hào)Si和手動(dòng)控制