北郵電子測量與電子電路綜合設計實驗火災報警裝置

1、電子測量與電子電路綜合設計實驗實驗名稱：火災報警電路的設計實現(xiàn)學院： 班級：姓名： 學號；班內(nèi)序號；一、 摘要本實驗是設計一個火災報警裝置，當有火災發(fā)生時，通過火災報警裝置的溫度傳感器感應溫度的變化，變化成電壓信號，由于信號幅值較小，信號需經(jīng)過差分放大器放大至幾伏后，經(jīng)過單限比較器固定的閾值電壓比較，若大于閾值電壓則輸出一個足夠大的電壓經(jīng)過振蕩電路使蜂鳴器和二極管工作，從而實現(xiàn)火災報警。關(guān)鍵詞：火災報警、溫度、差分放大器、比較器、振蕩電路二、 設計任務及要求1.實驗目的(1)學習多個基本模擬電子電路的組合應用(2)學習將集成運放應用電路應用于生產(chǎn)實際(3)熟悉實用模擬電子電路的設計調(diào)試思路與方

2、法2.實驗要求設計滿足設計功能要求的火災報警電路：當有火情時，蜂鳴器鳴叫報警，發(fā)光二極管點亮。（1）.基本要求：繪制出自行設計的規(guī)范具體的電路原理圖；制定詳細的實驗調(diào)試步驟與調(diào)試方法；確定電路各個參數(shù)取值。（2）提高要求：自己創(chuàng)新（3）提交電子版材料（4）各級仿真波形輸出三、 設計思路及總體結(jié)構(gòu)框圖1、 設計思路先通過閱讀背景知識，了解實驗原理，然后對總電路進行分塊設計。分別分為溫度傳感器電路、差分放大器電路、單限比較器電路、振蕩電路及報警電路，計算各個電阻電容的阻值進行電腦仿真，仿真成功后，在電路板上搭建電路，進行實際測量及調(diào)試。2、 總體設計框圖溫度傳感器1單限比較器差分放大器報警電路NE

3、555振蕩電路溫度傳感器2四、 分塊電路和總體電路的設計1、 溫度傳感器是將通過溫度傳感器TS400得到的電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，電路如下所示，其功能是將電阻R4的值（以K為單位）轉(zhuǎn)換為同值電壓（以V為單位）。圖1電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號原理圖電路由三個集成運放一個精密基準源和若干電阻組成。A2的輸出電壓VO2通過轉(zhuǎn)換電阻R4與電阻R1串聯(lián)分壓，再經(jīng)電壓跟隨器A1輸出電壓V01，一路送給差分比例電路A2同相輸路端，A2反向輸入端接有精密基準源2.5V;另一路送給反向比例電路A3.電路的輸出電壓V03，最后以數(shù)字電壓表顯示VO3的值。取R5=2.5K,R7=R8/R9=50K,R1R9=100K由

4、圖可知V01=R4/(R5+R4)或V02=(1+R1/R4)V01而V02=VO12.5V, V03=V01，故(1+R5/R4)V01= VO12.5V,即V01=R4/R5×2.5V因此，V03=V01=2.5×(R4/R5)=R4(以V為單位)這樣就實現(xiàn)電阻電壓變換2、 差分放大器差分放大器由運放ua741及電阻構(gòu)成，如下圖所示。當R1=R2，R3=Rf時，差分放大器的放大倍數(shù)為A=Rf/R1。當上一級溫度傳感器傳輸過來兩個電壓信號后，由于傳輸來的電壓僅幾毫伏，經(jīng)過差分放大器可對他們的差值進行放大。由測量可得，當溫度升高到火災報警所需溫度時，Ui1與Ui2相差8毫伏

5、，為使下一級單限比較器能準確識別，則需使Uo1輸出大概3V左右的電壓。因此令R1=R2=100，R3=Rf=36K，則此時的放大倍數(shù)A=360，所以若輸入的Ui1與Ui2相差為8mV，放大后的輸出Uo1為2.88V3、 單限比較器單限比較器主要也是由ua741和電阻組成，如下圖所示。主要作用為對輸入，即前一級差分放大器的輸出，與閾值電壓Ut進行比較，若Uo1>Ut則輸出電壓，反之則不輸出。為節(jié)約穩(wěn)壓源的使用個數(shù)，Ut采用一個分壓電路獲得，由于上一級的誤差及單限比較器自身有一些滯回會使Uo1<2.88V，因此取Ut=2V，則令R3=10k，R4=2K4、555振蕩電路通過查閱百度百科

6、上的資料可知，多諧振蕩器又稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，他沒有穩(wěn)定的觸發(fā)狀態(tài)，只有兩個暫狀態(tài)，在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)至另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)互相轉(zhuǎn)而輸出一系列矩形波，因此可作為方波的發(fā)生器。通過改變電阻和電容的值，可以改變555的輸出頻率，改變輸入電流可以提高后面蜂鳴器的響度。因此使蜂鳴器與之串聯(lián)獲得一定頻率的方波，從而發(fā)出響聲，而放光二極管與之并聯(lián)獲得電壓，進行發(fā)光。5、 總體電路電路總體由溫度傳感器、差分放大電路、單限比較器電路、555振蕩電路、及報警電路組成。當溫度傳感器獲得火災時的溫度后，分別輸出常溫下的電壓信號和火災時的電壓信號，這兩個信號均輸入至下一級差分放大器中，

7、差分放大器把這兩個輸入的差值放大到幾伏的量級上，并進行輸出傳入到下一級單限比較器進行比較，當溫度差足夠大時，比較器輸出一個足夠大的電壓使555振蕩器進行工作，從而產(chǎn)生報警。五、 所實現(xiàn)功能說明實測兩溫度傳感器輸出電壓差值達到0.01V時二極管和蜂鳴器開始工作。差分放大電路的放大倍數(shù)約為355.5，單限比較器的跳變電壓為2.05V，跳變前電壓為-10.3V，跳變后輸出為11.2V。經(jīng)過聯(lián)調(diào)后，用火烤熱敏電阻一小段時間后，發(fā)光二極管發(fā)亮，蜂鳴器震動。經(jīng)過討論，我們認為將溫度傳感器改為一個，并將差分放大器的另一端接地，可以簡化電路的并且起到和兩個溫度傳感器相同的效果，相應的要提高單限比較器的跳變電壓

8、，改變對應的差分放大倍數(shù)。六、 故障及問題分析1、在進行實驗前，要反復檢查電路的可行性，并運用Multisim進行仿真，找到相應的元件，注意連接好各部分電路。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。實驗時，要先將各個單元電路單獨調(diào)測，用函數(shù)信號發(fā)生器等代替輸入，觀察電路是否正確運行，再將單元電路兩兩結(jié)合進行調(diào)測，都正常后進行電路總體調(diào)測。在電路聯(lián)調(diào)時，用萬用表測各個單元電路的輸出端電壓是否合適。這些電壓難免和單獨調(diào)測不同，這時需要改變參數(shù)來使電路達到要求。2、當電路沒有正常的輸出時，首先要立刻關(guān)閉電源，再檢查電源的正負級是否接反，再看電路中是否發(fā)生短路或斷路現(xiàn)象。若不立即關(guān)閉電源就開始改變

9、電路，很有可能導致元件燒毀。實驗時若發(fā)現(xiàn)兩溫度傳感器輸出有微妙差距，但會根據(jù)電阻變化而線性變化，有可能是電阻之間有差距，這時需要調(diào)整放大倍數(shù)，并以常溫輸出電壓較大的電阻為感應火災的電阻。3、在電路聯(lián)調(diào)時，用萬用表測各個單元電路的輸出端電壓是否合適。這些電壓難免和單獨調(diào)測不同，這時需要改變參數(shù)來使電路達到要求。當蜂鳴器響度不夠時有可能是輸入電流較小，需要采取灌電流方法提高電流。七、總結(jié)和結(jié)論 此次實驗我們組基本完成了實驗的基本要求，電路能對高溫進行報警，并對其進行了一些創(chuàng)新。在實驗中，由于儀表的使用不夠熟練和實際與仿真的區(qū)別，我們組也困惑、氣餒過，但最后都被我們克服。經(jīng)過幾次實驗下來，我們達到了實驗的目的，學會了用以前學過的基本知識進行實際的綜合電路設計，并增強了我們自行查詢元件參數(shù)和資料的能力，也明白了實際中跟理論是有差距的，應對實際的情況對電路進行相應的修改?？傊舜卧囼灹?/p>