智能倉庫火焰報警器設計與制作

--本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可--

--內頁可以根據需求調整合適字體及大小本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可--

--內頁可以根據需求調整合適字體及大小--智能倉庫火焰報警器設計與制作(總18頁)PAGE17傳感器檢測技術課程設計智能倉庫火焰報警器設計與制作2016年6月目錄TOC\o"1-3"\h\u111841緒論 2321132系統(tǒng)工作原理 312787火災形成的原因 320048火焰報警控制器的原理 4261083硬件電路設計 518780電子元器件介紹 53586電源指示發(fā)光二極管 527113電壓取樣電位器 513852蜂鳴器 622913火焰?zhèn)鞲衅?78263輕觸開關 87743半導體三極管 815852通用運算放大器LM358 98409雙D觸發(fā)器4013 917957電路原理圖設計 1028726火焰感應電路設計 1022417手動控制電路設計 105767信號處理電路設計 1118818報警電路設計 1113359電路原理圖設計整圖 1212219工作原理分析 12304764安裝調試 13279445總結 13309386附錄 14218001元器件清單 1496622硬件實物圖 1462503硬件電路焊接實物圖 1551953參考文獻 161緒論多少年來，火災一直是人們所遭遇的最主要災害之一，曾對人類的文明造成了重大破壞，許多著名的建筑大都毀于火災。例如：我國的南宋在杭州建都后，先后發(fā)生火災20次，其中5次使全城為之一空。公元1201年3月（農歷）的一場大火燒了數天，蔓延到城內外10余里，燒毀宮室、軍營、倉庫、民宅等58000余間，受災達186300余人，成為我國災害火災之最?，F在,火災仍然不斷對人類社會造成巨大損失傷害,根據世界火災統(tǒng)計中心的統(tǒng)計,近年來全球范圍內,每年發(fā)生的火災有600-700萬起,死亡人數為65000-75000人.大多數國家的火災直接損失都占國民經濟總值的%以上.實際上,發(fā)生火災后,除了直接經濟人亡財產損失外還有相當大的間接損失,所以要發(fā)展加強火災防范,加強火災方便的研究。物質燃燒不但會產生煙霧和熱量，同時也會產生可見或不可見的光輻射。感光型火焰報警系統(tǒng)就是通過響應火災中產生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。根據感應的敏感波長，可以將感光型火焰報警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統(tǒng)和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)?；鹧鎴缶到y(tǒng)一般由火焰探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成。火焰探測器通過對火災發(fā)出的物理、化學現象——氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測，將探測到的火情信號轉化成火警電信號傳遞給火焰報警控制器。區(qū)域報警器將接收到火警信號后經分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災的房間號。集中報警是將接收到的信號以聲光形式表現出來，其屏幕上也顯示出著火的樓層和房間號，利用本機專用電話還可迅速發(fā)出指示和向消防隊報警。光輻射探測器一種是紅外光輻射探測器。物質在燃燒時，由化學反應產生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉變成電信號，經放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關電路報警。

火焰報警器是重要的安全設備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。它還可以與自動滅火設備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。2系統(tǒng)工作原理火災形成的原因在初中的物理、化學課中我們曾學習過，產生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。液體和固體是凝聚態(tài)物質，難以與空氣均勻混合，它們燃燒的基本過程是從外部獲取一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃氣體（如CO、H2等）的分子團、灰燼和未燃燒的物質顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小，在產生氣溶膠的同時，產生分子較大的液體或固體微粒，稱之為煙霧。可燃氣體與空氣混合，在較強火源作用下產生預混燃燒，著火后，燃燒產生的熱量使液體或液體的表面繼續(xù)放出可燃氣體，并形成擴散燃燒。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導致了火勢的擴大，形成火災。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。

總的來說，普通可燃物在燃燒時表現為以下形式：首先是產生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過程中，陰燃產生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器從此階段進行探測就可以使火災損失控制在最小限度?；鹧嫒紵螅杆俾?，產生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能在這時探測到可以比較及時地控制火災。有效的溫度值，起火過程曲線如圖所示：圖起火過程曲線圖火焰報警控制器的原理火焰報警控制器是火災自動報警系統(tǒng)的重要組成部分。在火災自動報警系統(tǒng)中，火焰探測器是系統(tǒng)的感覺器官，隨時監(jiān)視著周圍環(huán)境中的火災情況。而火焰報警控制器是系統(tǒng)的“軀體”和“大腦”，是系統(tǒng)的核心，它可以供給火災探測器穩(wěn)定的直流電源，監(jiān)測連接的各類火災探測器有無故障。保證火災探測器長期、穩(wěn)定、有效地工作。當火焰探測器探測到火焰情況后。接受火災探測器發(fā)來的報警，迅速、正確地進行轉換和數據處理，指示報警具體部位和時間，同時執(zhí)行相應的輔助控制等諸多任務。因此火災報警控制器除了具有控制、記憶、識別和報警功能外，還具有自動檢測、聯動控制、打印輸出、圖象顯示、圖形顯示、通信廣播等功能。火災報警控制器功能的多少反映出火災自動報警系統(tǒng)的技術構成，可靠性、穩(wěn)定性和性能價格比等因素是評價火災自動報警系統(tǒng)先進性的一向重要指標。

火災報警控制器的的基本工作原理如圖，整個電路原理圖可分為火焰感應電路、人工控制電路、信號處理電路和報警電路組成火焰感應電路火焰感應電路信號處理電路報警電路手動控制電路圖電路原理框圖本文以紅外檢測傳感器與其他電子技術相結合，設計出一種技術水平較好的紅外火焰檢測報警器，用于火焰檢測。當倉庫出現火光時，發(fā)出報警聲，打開滅火設備。電路采用5V直流電壓供電，可以用打火機在火焰?zhèn)鞲衅魃戏?0CM處點火模擬倉庫發(fā)生火災，信號處理系統(tǒng)電路將根據環(huán)境做出智能響應，發(fā)出報警聲，只有按下報警消除按鍵（輕觸開關），報警聲才能停止。3硬件電路設計電子元器件介紹電源指示發(fā)光二極管本電路中采用發(fā)光二極管、電阻串聯構成電源指示電路。發(fā)光二極管將電能轉變?yōu)楣饽?，電阻將電能轉變?yōu)闊崮?。發(fā)光二極管，通常稱為LED，內部是具有發(fā)光特性的PN結。當給這個PN加正向偏置電壓時，PN結導通，依靠少數載流子的注入以及隨后的復合而輻射發(fā)光。發(fā)光二極管引腳有正負之分，一般長的為正，短的為負。也可以從內部看到，接觸面小的為正，接觸面大的為負。外邊有切口的為負，另一邊就為正。發(fā)光二極管外形如下圖所示。圖發(fā)光二極管外形電壓取樣電位器電位器是可變電阻的一種，其電阻值的大小可以人為調節(jié)，以滿足電路的需要。可以逐漸地改變和它串聯的用電器中的電流，也可以逐漸地改變和它串聯的用電器的電壓，還可以起到保護用電器的作用。如下圖所示為104（100K）的電位器。圖可調電阻100K可調范圍本電路使用的電位器是103（10K）的可調范圍,通常是由電阻體與轉動或滑動系統(tǒng)組成，即靠一個動觸點在電阻體上移動，獲得部分電壓輸出。電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調節(jié)轉軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(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成，當接通電源后（直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(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、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。蜂鳴器還可分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內部帶震蕩源，所以只要通電就會發(fā)聲。而無源蜂鳴器內部不帶震蕩源，所以如果用直流電信號無法令其鳴叫，必須用1K-5K的方波去驅動它才能發(fā)出不同頻率的聲音。有源蜂鳴器比無源蜂鳴器的成本要高，因為有源蜂鳴器里面多個震蕩電路。無源蜂鳴器便宜，聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果。本電路設計采用電磁式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電壓無法直接驅動，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管構成驅動電路，如下圖所示：

圖三極管構成驅動電路火焰?zhèn)鞲衅骰鹧娴妮椛涫蔷哂须x散光譜的氣體輻射和伴有連續(xù)光譜的固體輻射，其波長在μm或更寬的范圍，為了避免其他信號的干擾，常利用波長<300nm的紫外線，或者火焰中特有的波長在μm附近的CO2輻射光譜作為探測信號。紫外線傳感器只對185-260nm狹窄范圍內的紫外線進行響應,而對其它頻譜范圍的光線不敏感,利用它可以對火焰中的紫外線進行檢測。到達大氣層下地面的太陽光和非透紫材料作為玻殼的電光源發(fā)出的光波長均大于300nm，故火焰探測的220m-280nm中紫外波段屬太陽光譜盲區(qū)（日盲區(qū)）。紫外火焰探測技術，使系統(tǒng)避開了最強大的自然光源一太陽造成的復雜背景，使得在系統(tǒng)中信息處理的負擔大為減輕。所以可靠性較高，加之它是光子檢測手段，因而信噪比高，具有極微弱信號檢測能力，除此之外，它還具有反應時間極快的特點。與紅外探測器相比，紫外探測器更為可靠，且具有高靈敏度、高輸出、高響應速度和應用線路簡單等特點。因而充氣紫外光電管正日益廣泛地應用于燃燒監(jiān)控、火災自報警、放電檢測、紫外線檢測、及紫外線光電控制裝置中。但對于傳統(tǒng)的紫外光電管器件，由于結構設計和制備工藝的限制，其噪聲和靈敏度是一個互相矛盾的參數。一般而言，需將靈敏度控制在一個合適的水平，過高的靈敏度對器件的低噪聲指標是十分困難的，因為靈敏度和噪聲信號都是由光敏管發(fā)出，傳統(tǒng)的檢測器會將兩種信號同時放大。所以其靈敏度比較差,檢測距離小,不能抗雷電的干擾,存在一定的誤報率。因而需要基于現有或新發(fā)展的探測原理方法，與其它學科技術交叉，通過改進信號采集和處理等方法來改善系統(tǒng)性能。本電路采用的火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測火焰或者波長在760納米～1100納米范圍內的光源，探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏，性能穩(wěn)定，工作電壓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。輕觸開關輕觸開關，又叫按鍵開關，由嵌件、基座、彈片、按鈕、蓋板等組成，輕輕按下開關接通，松開即斷開。本電路使用的是四腳輕觸開關，外型尺寸大小為6*6*7MM，在輕觸開關底部我們可以看“北”字圖形，如下圖所示。圖輕觸開關工作原理輕觸開關是使用時輕輕點按開關按鈕即可使開關接通，當松開手時開關即可斷開，其內部結構是靠金屬彈片受力彈動來實現通斷的。半導體三極管三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管，晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅值較大的電信號,也用作無觸點開關，俗稱開關管。本電路使用的是NPN型的三極管9012，當把有字的面向自己，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。圖三極管的引腳圖晶體三極管具有電流放大作用，其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來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的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“β”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。通用運算放大器LM358LM358是雙運算放大器，內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，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關。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算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，引腳功能如下：LM358引腳功能排列LM358引腳功能介紹1腳：第一運放輸出端2腳：第一運放反向輸入端3腳：第一運放同向輸入端4腳：接地端5腳：第二運放同向輸入端6腳：第二運放反向輸入端7腳：第二運放輸出端8腳：正電源引腳本電路設計利用了LM358中的其中一個運算放大器構成電壓比較器，信號從第一運放反向輸入端（2腳）和同向輸入端（3腳）輸入，經比較后由第一運放輸出端（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。雙D觸發(fā)器4013CD4013是一雙D觸發(fā)器,由兩個相同的、相互獨立的數據型觸發(fā)器構成。每個觸發(fā)器有獨立的數據、置位、復位、時鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數據輸入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復位與時鐘無關，而分別由置位或復位線上的高電平完成。D觸發(fā)器在時鐘脈沖CP的前沿（正跳變0到1）發(fā)生翻轉，觸發(fā)器的次態(tài)取決于脈沖上升沿到來之前D端的狀態(tài)，即=D。因此，它具有置0、置1兩種功能。由于CP=1期間電路具有維持阻塞作用，所以在CP=1期間，D端的數據狀態(tài)變化，不會影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。和分別是決定觸發(fā)器初始狀態(tài)的直接置0、置1端。當不需要強迫置0、置1時，和端都應置高電平（如接+5V電源）。此外74LS74、74LS175等均為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。觸發(fā)器的應用很廣，可用作數字信號的寄存，移位寄存，分頻和波形發(fā)生器等。CD4013真值表1CP(3腳)1D(5腳)1RD(4腳)1SD(6腳)1Q(1腳)1/Q(2腳)↑00001↑10010↓x00QQxx1001xx0110xx1111本電路設計把雙D觸發(fā)器設計成了RS觸發(fā)器，由6腳為置位輸入端，4腳為清零輸入端，1腳為輸出端。電路原理圖設計火焰感應電路設計利用火焰?zhèn)鞲衅靼鸦鹧嬷械募t外光轉換成電信號，與電路里的基準電壓比較后輸出火焰感應信號Si送到信號處理電路。當感應到了火焰時輸出高電平，沒有火焰時輸出低電平。電路設計如下：圖火焰?zhèn)鞲衅魇謩涌刂齐娐吩O計當火焰感應電路觸發(fā)了報警電路，必須通過手動控制電路產生清除信號Ci才能消除報警，電路設計如下：圖手動控制電路信號處理電路設計信號處理電路由雙D觸發(fā)器構成RS觸發(fā)器，主要負責處理火焰感應信號Si和手動控制電路產生清除信號Ci，并產生相應的輸出控制信號Ki給報警電路，電路設計如下：圖信號處理電路報警電路設計當信號處理電路輸出Ki為高電平時，驅動報警電路工作，蜂鳴器發(fā)聲，電路設計如下：圖報警電路電路原理圖設計整圖圖電路原理圖工作原理分析當信號處理電路輸出Ki為高電平時，驅動報警電路工作，蜂鳴器發(fā)聲，電路設計如下：根據電路框圖及以上各個單元電路的設計，原理圖設計整圖如下：由R1和LED1構成了電源指示電路，當接通5V直流電壓時，發(fā)光二極管LED被點亮，電路進入工作狀態(tài)。由R2、R3、RP1、C1、VD1、LM358構成了了火焰感應電路，RP1調到中間位置，產生左右的基準電壓送到LM358的3腳（同相輸入端），火焰?zhèn)鞲衅鲝膩淼叫盘査偷絃M358的2腳（反相輸入端），兩個電壓信號進行比較后通過LM358的1腳輸出火焰控制信號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Si為低電平。正常工作時沒有火焰的，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Si為低電平給信號處理電路。由S1和R4構成了手動控制電路，產生手動控制信號Ci送到信號處理電路的清零端。當輕觸開關S1按下后，產生手動控制信號Ci為高電平。當輕觸開關S1松開后，產生手動控制信號Ci為低電平。由雙D觸發(fā)器4013、R5信號處理電路，其中4013搭建成RS觸發(fā)器，高電平有效，主要負責處理火焰感應信號Si和手動控制電路產生清除信號Ci，并產生相應的輸出控制信號Ki給報警電路。當4013的置位信號端6腳電壓為高電平時，產生輸出控制信號高電平給報警電路。當4013的清零信號端4腳電壓為高電平時，產生輸出控制信號低電平給報警電路。由三極管VT1（9013）和蜂鳴器HA1（5V有源電磁式）構成了報警電路。當三極管VT1的基極電壓為高電平時，三極管VT1導通，蜂鳴器鳴叫，產生報警聲。當三極管VT1的基極電壓為低電平時，三極管VT1截止，蜂鳴器不工作，報警聲消失。4安裝調試制作完成后，接上5V直流電壓，用打火機在火焰?zhèn)鞲衅魃戏?0CM處點火，報警器立刻報警。手動按下報警消除按鍵（輕觸開關），報警聲停止。如果沒有成功，檢查各元器件是否有損壞，是否組裝完好，檢查故障并進行檢測維修。實踐證明，通過以上檢測，故障基本能排除，實現智能倉庫火焰報警器的仿真功能，即用打火機在火焰?zhèn)鞲衅魃戏?0CM處點火，報警器立刻報警。手動按下報警消除按鍵（輕觸開關），報警聲停止。5總結隨著全球經濟一體化進程的加快,工業(yè)民宅企業(yè)消防安全突顯其重要性?；馂淖詣訄缶奥搫涌刂葡到y(tǒng)設計成為工業(yè)民宅企業(yè)消防安全系統(tǒng)的一個重要部分,其各部分功能的實現為工業(yè)企業(yè)避免了重大損失?；鹧鎴缶魇且环N結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。本報警器電路結構簡單、可維護性好。由于實現