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1、电子科技大学模电课程设计报告火灾报警电路电子科技大学 模拟电路基础应用设计报告 设计题目： 火灾报警电路 学生姓名： 学号： 教师姓名： 日期： 一、设计任务 通过两个温度传感器获得的电压差实现火灾自动报警。 正常情况下，电压差为零，发光二极管不亮，蜂鸣器不响。 当有火情时，电压差增大，发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫。 二、电路原理 根据设计要求，把设计的电路分成以下三个模块： 图1 电路方框图 电路详细构成如下： 放大微弱电压信号 判断是否需要报警 报警指示 1.二极管温度传感器 仿真时，可用电压源ui1、ui2模拟温度引起的电压变化，但可用二极管作为实际的温度传感器。常温下，硅二极管正向导通时
2、的导通电压约为0.7V。 流过二极管的正向电流固定时，温度每上升1度，正向电压下降大约2mV。 图2 二极管温度传感器 2.差分电压放大电路 发生火灾时，温度传感器的电压差可以迅速上升至几十到几百mV，根据后 级的比较电压确定放大倍数，通过差分放大器将电压放大到大于比较 电压。 uO=RfR(uI2-uI1) 因此选择图三这样的电路可将微弱的电信号放大10倍左右。 图3 差分电压放大电路 3.单限电压比较器 差分电路输出的电压从U2的正向输入端输入，与单限电压比较器的阈值电 压UT进行比较。 uo1UT时，uo2=UoH;UT=图4 单限电压比较器 R4VCCR3+R4 4.声光报警电路 声光
3、报警电路由一个报警器、一个闪烁报警灯电路和一个放大电路组原 设计中，是用红色LED灯亮时表明发生火灾，但是闪烁的警示灯具有更好的 警示效果。当U2输出为高电平时，晶体管T导通，蜂鸣器鸣叫，同时闪烁 报警灯电路也开始闪烁。 图5 声光报警电路 三、电路仿真和结果 1.选择的器件及其参数 选用的元器件型号和数量(表1) 表1 选用的元器件型号和数量 元件 集成运算放大器 三极管 二极管 稳压二极管 一般二极管 发光二极管 型号 UA741 2N2222A 1N4733A 1N4148 LED 1k 10k 9k 数量 3个 1个 4个 2个 2个 4个 3个 1个 电阻 电容 报警器 100 13
4、.5k 20k 3k 1k 0.01uF 蜂鸣器 3个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 2.电路仿真 将上述元件按照个执行功能连接，得到直流稳压电路，如图6 图6 仿真电路图 产生温度电压差 将其中一个二极管的工作温度调高 图7 调整二级管工作温度 测量蜂鸣器波形和警示灯波形 a.蜂鸣器波形 蜂鸣器的波形要比蜂鸣器开启电压大，蜂鸣器才会开始工作 图8 测量蜂鸣器波形电路 图9 蜂鸣器工作电压波形 则由波形图可知，输出电压为15V左右，蜂鸣器可正常工作，通过仿真也可听见蜂鸣器发出响声。 b.报警灯电路波形 要时此电路报警灯闪烁，而且是两个灯交替闪烁，以起到警示效果，所以需要输出一个方波电压
5、图10 测量报警灯波形电路 图11 报警灯电路波形 输出的是方波图形，可以使两个报警灯交替闪烁，达到较好的警示效果，但是从图中也看出报警灯闪烁还是有一定延迟，不能和蜂鸣报警器同步。 图12 报警灯交替闪烁图 本次仿真达到预期任务： 通过两个温度传感器获得的电压差实现火灾自动报警。 正常情况下，电压差为零，发光二极管不亮，蜂鸣器不响。 当有火情时，电压差增大，发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫。 所以本次仿真获得成功。 四、电路加工及测试 1.焊接过程注意事项 (1)焊接时，应该遵循先焊小元件，如电阻和二极管等；后焊大元件，如电容。 (2)焊接时间不宜过长，特别是在焊接MC4558和二极管的时候，防止高
6、温改变元件参数。 2.阐明所用的测试仪、测试方法 用到的测试仪器有直流电源，示波器。 测量时，用示波器检测波形，需要的直流电压和方波信号是否达标。 五、问题解答 如何减小闪烁报警灯的报警延迟？ 可适当调高R13的阻值，在10k以上时，可近似看作没有延迟。 六、总结 本次电路设计具有很大的实用性，我们生活的房屋中，都安装有火灾报警器，火灾报警器在发生火灾时发出警报，让人们安全撤离，减少人员伤亡，所以在本次电路设计时，也考虑到发生火灾时的气温会很高，因而设置二极管工作温度为60。同时为了在发生火灾时，反应出情况的紧急，我也将原先的二极管电路变为二极管交替闪烁报警电路，这样可以使报警器的报警效果更好。 通过本次电路设计，了解了有关差分放大电路、方波发生器的原理，并将其做成模拟电路，在实际生活中，可大大减少人们生命财产安全受到损失，但是电路也有一些缺陷没有排除，首先是报警灯电路的报警延迟，火灾发生时，一分一秒都是万分宝贵的，有延迟就可能造成损失。虽然调高R13电阻可减少延迟，但也不能完全消减延迟，同时，增大电阻会使方波频率加大，而使得两个发光二极管不再闪烁。除此之外，我们还需要考虑火灾发生时高温也会对我们的电路造成影响，进而影响报警效果，所以希望在以后学习中，不断优化自己的电路，使其可以被利用到实际生活中。
