電路課程研發(fā)設(shè)計(jì)——煙霧報警器報告

1、北京交通大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)報告煙霧報警器，問題背景當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時，為了減少危害，我們需要煙霧氣體報警器 這一裝置。 一旦檢測到遇到煙霧或可燃?xì)怏w， 煙霧報警器可立即發(fā)出聲光來警示 人們，同時還可以通過接口自動實(shí)現(xiàn)滅火，斷氣操作，保障生命和財(cái)產(chǎn)安全。煙 霧報警器具有廣泛的應(yīng)用價值和意義。我們這次課程設(shè)計(jì)就是嘗試掌握其原理， 設(shè)計(jì)一個初級的煙霧報警器。二，設(shè)計(jì)目的1，了解傳感器的基本知識，掌握傳感器的使用方法；2，進(jìn)一步加深對模擬電路基礎(chǔ)理論和數(shù)字電路基礎(chǔ)理論的理解；3，掌握比較器和振蕩器的設(shè)計(jì)方法；4，提高認(rèn)識一些器件手冊并運(yùn)用這些器件的能力。三，設(shè)計(jì)要求1，基本部分：1）電源電壓不限

2、，可以使用交流或直流電源；2）有氣體和煙霧時進(jìn)行報警， 無氣體和煙霧后仍然維持報警， 直至重新上電后 才撤消報警；3）氣體和煙霧報警以不同的聲光加以區(qū)分；4）氣體和煙霧報警分別設(shè)置斷氣、滅火驅(qū)動接口；5）顯示報警時間。2，發(fā)揮部分：1）可以通過無線方式向遠(yuǎn)端發(fā)送報警信息， 無線傳輸所使用的信號調(diào)制、 解調(diào) 方式不限，可以使用成品模塊；2）多個報警器報警時互相不影響，在接收端各自有獨(dú)立的聲光指示； 3，設(shè)計(jì)任務(wù)：1）設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路；2）畫出完整電路圖，詳細(xì)說明電路原理，寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報告。四，設(shè)計(jì)原理1，原理框圖2，原理描述當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏，傳感器遇到煙霧或可燃?xì)怏w時，將產(chǎn)生

3、電信矚慫潤厲釤瘞睞櫪號。信號通 過邏輯處理模塊使能聲光顯示及計(jì)時模塊，實(shí)現(xiàn)煙霧報警功能。 廡賴。五，設(shè)計(jì)方案1， 設(shè)計(jì)總圖當(dāng)傳感器遇到可燃?xì)怏w或煙霧時， 比較器的輸出由低變高， 通過無線發(fā)射 模塊發(fā)射信號， 無線接收模塊接收到信號， 使能聲光報警及計(jì)時， 由于觸發(fā)器的 保持功能，所以聲光報警及計(jì)時延續(xù)到重新上電。 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈?？紤]到時間和成本， 我們只制作了可燃?xì)怏w的報警， 煙霧報警原理完全一 樣，只需加上煙霧的信號產(chǎn)生電路及不同的聲光報警（加以區(qū)別） ，無線發(fā)射和 接收模塊上已經(jīng)有相關(guān)的接口和通道。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。2,各子模塊的實(shí)現(xiàn)方案1） 信號的產(chǎn)生部分1 主要器件： Q

4、M-NG1 氣敏傳感器， LM324，電阻若干。2 傳感器比較電路由于市場上氣體傳感器的選擇不多，我們只購買到 QM-NG1 型廣譜型 氣體傳感器。 QM-NG1 型廣譜型氣體傳感器。它是采用目前國際上工藝最成 熟，生產(chǎn)規(guī)模最大的 SnO2 材料作為敏感基體制作的廣譜型氣體傳感器。它 的最大特點(diǎn)是對各種可燃性氣體（如氫氣、液化石油氣、一氧化碳、烷烴類 等氣體）以及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有毒氣體具有較高的敏感性。 QM-NG1 的標(biāo)準(zhǔn)工作條件如下： 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。加熱電壓（ VH ）50.2V （ AC.DC ）回路電壓 （VC）10V（ 最大DC24V）負(fù)載電阻 （RL）2K（ 可自

5、定 ）清潔空氣中電壓 （VO） 1.5V靈敏度3響應(yīng)時間 （tres） 10S恢復(fù)時間 （trec） 30S元件功耗0.7W使用壽命5年QM-NG1的外觀及內(nèi)部構(gòu)造如下：其有三對對稱管腳，一對為電感，兩 端接標(biāo)準(zhǔn)電壓， 另兩對相同， 為電容， 一端接電源正， 另一端接負(fù)載電阻 （根 據(jù)參數(shù)表可設(shè)計(jì)為 2k）。當(dāng)遇到可燃?xì)怏w時，傳感器反應(yīng)為電阻由很大變?yōu)?很少，從而產(chǎn)生電位變化（負(fù)載端電位瞬間變大） 。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。通過以比較器將變大的電位轉(zhuǎn)換為低電平向高電平轉(zhuǎn)變，這樣就達(dá)到 了信號產(chǎn)生的目的。 簡單的運(yùn)放就能設(shè)計(jì)一個比較器， LM324 物美價廉，自 然便是理想的選擇。如是，得到如下

6、電路圖： 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。接通電源，預(yù)熱約 2 分鐘，當(dāng)氣敏傳感器遇到可燃?xì)怏w后， LM324 的 3 端電壓迅速增大，從而比 2 端電位高，輸出端由低變高。 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2) 無線發(fā)收部分1 主要器件： PT2262編碼及 F05P發(fā)射集成模塊， PT2272解碼及 J04V 接收集 成模塊。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2 集成模塊構(gòu)成及功能。為了使電路簡單并可靠， 我們選用了 F/J 模塊，此模塊的調(diào)制方式為 ASK， 功率低，穩(wěn)定性不錯，無線發(fā)射部分采用 PT2262編碼， F05P發(fā)射，采用應(yīng)用廣 泛成熟的電路。數(shù)據(jù)可由 10 13腳任意一腳輸入， 18 腳為地址編碼。接收

7、部 分我們采用對應(yīng)的 PT2272、J04V，只要兩端有同樣的地址碼， 2272 對應(yīng)腳就會 輸出高電平。 其基本電路圖如下： 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。通過無線發(fā)射、接收部分我們可以實(shí)現(xiàn)多路信號的編碼、調(diào)制、解調(diào)，應(yīng)用 時從 2262兩路（例如 10、11 腳）分別接氣體、煙霧傳感電路，在 2272對應(yīng)管 腳接相應(yīng)的不同響應(yīng)電路（聲光顯示的不同加以區(qū)別） ，可以實(shí)現(xiàn)氣體、煙霧分 別報警，互相區(qū)分，互不干擾。也可以接入多個報警器，各報警器在感應(yīng)報警時 互不影響，能分別實(shí)現(xiàn)自己的功能。 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。3）信號保持部分1 主要器件： CD4013雙D觸發(fā)器，單刀雙擲開關(guān)。2 CD4013實(shí)現(xiàn)信

8、號保持CD4013為集成 D 觸發(fā)器，其芯片管腳圖及功能表如下：由功能表可知，當(dāng) R，S端為 L，L，CP為上升沿時，次態(tài)與 D 相同，同時從 表中可以看出 R 為清零端，高電平有效。所以，當(dāng) Q端接 D 端時可以實(shí)現(xiàn)信號 保持電路，并可以清零復(fù)位。如下圖： 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。當(dāng) CP 為上升沿時，觸發(fā)器輸出高電平并能保持下去，直到 4 腳（ CD1）接高 電平復(fù)位。3 74LS74 實(shí)現(xiàn)信號保持74LS74與的功能與 CD4013相同，只是不同系列的芯片而已，其封裝和功能 表如下：同樣的得到如下信號保持電路：相比之下， CMOS 系列的芯片高低電平更明顯，且價格低，功率低，所以我們選擇了

9、 CD4013作為信號保持電路。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。4) 聲光顯示部分1 主要器件： NE555，發(fā)光二極管， 1uF電解電容， 10nF 陶瓷電容，蜂鳴器， 電阻若干。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2 555 諧振電路555 定時器構(gòu)成振蕩器是最常用的諧振電路 ,振蕩器輸出的脈沖接通蜂鳴器 與發(fā)光二極管就可以模擬出報警聲及燈光閃爍效果 .下面是 555 的管腳及功能 表： 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。55 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。TH：閾值輸入端TR：觸發(fā)輸入端CO：控制電壓輸入端OUT:輸出端DIS: 放電端RST: 復(fù)位輸入端上圖為一基本的諧振電路，其振蕩周期為：充電時間為： 放電時間為：為了聲光

10、效果能更逼真，需要放電的時間比充電的時間長，需要調(diào)整R1，R2，C 三個參數(shù)。經(jīng)過仿真得到如下電路圖： 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。上圖中 555 的 4腳（RST）為控制端，當(dāng) 4段（ RST）為高電平時， 555的 3腳為輸 出端，接蜂鳴器和發(fā)光二極管顯示。考慮到 555 的輸出驅(qū)動，我們在實(shí)驗(yàn)箱上對這部分 進(jìn)行了驗(yàn)證，效果很不錯。 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。5） 計(jì)時顯示部分1 主要器件： CD4060,74LS161計(jì)數(shù)器 ,74LS00與非門， 74LS47 譯碼器，單刀雙擲開關(guān)， 七段共陽數(shù)碼管。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2 六 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器六-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的方法有很多選擇，例如，利用7

11、4LS161（163）， 74LS193，74LS90（ 290），CD4518。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。無論使用何種芯片，其原理都是實(shí)現(xiàn)如下的狀態(tài)表，并將其譯碼顯示。N低位片狀態(tài)00000100012001030011401005010160110701118100091001進(jìn)位脈沖N高位片狀態(tài)0000010001200103001140100501011) 使用 74LS161當(dāng) U4 的輸出端 QDQCQBQA 為 1001 時，通過與非門得到低電平，使能置數(shù)端實(shí)現(xiàn) 同步預(yù)置 0000 。同時可以產(chǎn)生一個時鐘脈沖使 U5 計(jì)數(shù)一次。當(dāng) U5 的輸出端QDQCQBQA為 0101 時，通過

12、與非門得到低電平，使能置數(shù)端實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置0000 。這樣就完成了六 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2） 使用 74LS193 同理，我們可以得到如下電路圖：這一部分我們在電子鐘里面設(shè)計(jì)過，十分熟悉?？紤]到清零及設(shè)計(jì)簡單（使用最少的與非門） ，我們選用了 74LS161作為最終方案。 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭 薔3 計(jì)時顯示電路當(dāng) U4 的 7 腳為高電平時，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時，直到重新通電源清零。注 :由于這部分在數(shù)字時鐘中已經(jīng)進(jìn)行過深入學(xué)習(xí) ,這里不作詳細(xì)分析 . 六，電路焊接與實(shí)驗(yàn)調(diào)試1， 電路焊接 電路整體分為兩部分：信號產(chǎn)生與發(fā)射和信號接收，聲光顯示及計(jì)時，我們 分兩塊板子分別焊接。在焊

13、接電路的時候，為了方便調(diào)試，我們附加了一些開關(guān)和發(fā)光二極管。例 如：在計(jì)數(shù)顯示，聲光顯示的使能端我們接了電源開關(guān)，在無線發(fā)射和接收 通道我們分別接了發(fā)光二極管，便于分塊調(diào)試和快速發(fā)現(xiàn)問題。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦 話騖。2， 電路調(diào)試1) 計(jì)數(shù)模塊我們非常熟悉 ,所以我們最先調(diào)試這一部分 .我們將這一部分直接 用開關(guān)接電源使能 ,但是這一部分我們還是遇到了一個棘手的問題 :進(jìn)位脈 沖不對 , 每次都是逢 8 進(jìn)位 ,這個讓我們很不解 ,無論是從理論上還是 MULTSIM仿真軟件的仿真結(jié)果來看 ,都沒有問題 ,電路上也沒有連接錯誤的 地方.經(jīng)過分析 ,我們發(fā)現(xiàn)我們在設(shè)計(jì)的時候僅以 MULTSIM的 7

14、4LS161 為 標(biāo)準(zhǔn) ,其時鐘觸發(fā)方式不同 ,軟件是下降沿工作 ,實(shí)際的芯片是上升沿工作 , 為此我們將進(jìn)位脈沖進(jìn)行非邏輯運(yùn)算 ,最后調(diào)試成功 .輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。2) 聲光顯示部分 ,由于在實(shí)驗(yàn)箱上試驗(yàn)過 ,調(diào)試非常順利 ,而且效果也很好 .對 于傳感器信號產(chǎn)生模塊 ,我們是根據(jù)比較器的三端的電位來調(diào)整變阻器的 阻值 ,并多次重復(fù)調(diào)整 ,使其靈敏度達(dá)到最理想的效果 ,并且測試其接到無 線傳輸模塊的電位 ,使其也盡可能大 . 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。3) 無線傳輸模塊是集成的 ,其效果在焊接前已經(jīng)調(diào)試過 .各模塊的協(xié)同整體調(diào) 試 ,讓我們很困惑 ,有時候效果出來了 ,有時出現(xiàn)報警中斷 ,我們一時找不到 方向 ,最后我們將接受模塊端的測試燈去掉了 ,這樣就解決了問題 .識饒鎂錕縊 灩筧嚌儼淒。七，實(shí)驗(yàn)體會通過這次課程設(shè)計(jì) ,我們重溫了模擬電路和數(shù)字電路的知識 ,同時學(xué)習(xí) 了閱讀器件手冊 ,嘗試?yán)靡恍┬碌钠骷?,體驗(yàn)了知識的運(yùn)用實(shí)踐 .實(shí)驗(yàn)中 ,我們 遇到了不少問題 ,嘗試解決這些問題 ,大大鍛煉我們的實(shí)踐能力 .對于電路的焊 接工藝 ,雖然我們做得不夠好 ,但是我們在布局 ,焊接方面有很大的進(jìn)步 .凍鈹鋨勞 臘鍇癇婦脛糴。實(shí)際操作與理論是有一定區(qū)別的 ,