火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、模電課程設(shè)計(jì)學(xué) 院 ：電子工程學(xué)院指導(dǎo)老師 ：李朝海學(xué) 生 ：劉浩學(xué) 號(hào) ：20150209之火災(zāi)報(bào)警器2016年12 月18日一、實(shí)驗(yàn)原理總覽圖說(shuō)明：第1級(jí)電路為信號(hào)采集電路，負(fù)責(zé)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；第2級(jí)電路為一個(gè)差分放大電路，負(fù)責(zé)將較小的信號(hào)放大； 第3級(jí)電路為一個(gè)單限比較器，判斷是否發(fā)生了火災(zāi)；第4級(jí)電路為報(bào)警電路，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，LED亮，蜂鳴器發(fā)聲。二、信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 1、 如何檢測(cè)溫差？我們沒有溫度傳感器，現(xiàn)在用二極管代替，常溫下，硅二極管正向?qū)〞r(shí)的通電壓約為0.7V。 流過(guò)二極管的正向電流固定時(shí)，溫度每上升1度，正向電壓下降大約2mV。 然后我們用兩個(gè)一樣的硅二極管，一個(gè)

2、 放在容易發(fā)現(xiàn)感受火災(zāi)的位置，把另一個(gè)保護(hù)起來(lái)，用來(lái)感受常溫。電路連接見圖1。圖12、如何模擬溫度升高？ 如圖1 所示，我們使用了兩個(gè)運(yùn)放，由于運(yùn)放“虛短”和“虛斷”的特性，Un=UP=0 V，導(dǎo)致輸出電壓即兩個(gè)二極管D1、D2上電壓與電阻1、2上電壓之和，當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，上下兩個(gè)電路完全一樣，所以輸出也一樣；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，運(yùn)放U1的輸出電壓會(huì)減小，以此來(lái)模擬發(fā)生火災(zāi)時(shí)溫度升高時(shí)二極管上的電壓下降。開關(guān)打開時(shí)，如圖1：U1、U2輸出都為630mV，說(shuō)明沒有溫差（火災(zāi)）；開關(guān)閉合時(shí)，如圖2：U1=521mV，U2=630mV,產(chǎn)生了109mV電壓差，換算成溫度大約為109/2=54.5度，視為發(fā)生

3、火災(zāi)。圖23，元件參數(shù)如何選擇? 首先要選擇合適的觸發(fā)溫差，這里我們選的觸發(fā)溫差為54.5度，對(duì)應(yīng)的二極管下降電壓為109mV ，經(jīng)過(guò)調(diào)試，當(dāng)電阻1、2為 2千歐 時(shí)能滿足這個(gè)條件； 二極管 D1、D2選擇1N4149，導(dǎo)通電壓為 520.75mV；由于運(yùn)放的關(guān)系，R1R6對(duì)電路影響不大，在合理取值內(nèi)可就設(shè)定為圖2中的參數(shù)：R1=R3=220千歐，R2=R4=R5=R6= 1千歐；運(yùn)放電壓源設(shè)為12 V。三、差分放大電路設(shè)計(jì)電路原理圖：圖3有差分放大電路公式：Uo=RfRUp-Un=RfRU········

4、3;·················公式1設(shè)計(jì)的觸發(fā)電壓差U為109mV，所以Uo=91k1k×109mV=9.919V 仿真結(jié)果如圖4，可見Uo= 9.918V，符合設(shè)計(jì)要求。圖5四、單限比較器設(shè)計(jì)由于觸發(fā)信號(hào)由差分放大電路放大后為Uo=9.918V，我們?cè)O(shè)計(jì)的比較電壓要很接近Uo才行，因此要設(shè)計(jì)分壓電路，電壓源選擇Vcc=12V，電路如圖6: 圖6由分壓公式：UoR9=Vcc-UoR10 ··

5、;···········································公式2我選R9=100千歐，得R10=22千歐。 仿真結(jié)果如圖7，可見Un=9.8

6、4V，單限比較器輸出為正10.001V，符合設(shè)計(jì)要求。圖當(dāng)Uo<9.84V 時(shí)，例如Uo=9V時(shí)，如圖8，輸出為負(fù)10.001V，與設(shè)計(jì)相符。圖8五、報(bào)警工作電路電路原理圖9：圖9說(shuō)明：小電阻R11是限流電阻，D3、D4是穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓值為6V，R12是保護(hù)電阻，LED1導(dǎo)通電壓為 5mA。仿真結(jié)果如圖10，可見LED發(fā)光，聽見蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟嘟嘟”的聲音，符合設(shè)計(jì)要求。圖10六、完整火災(zāi)報(bào)警器電路測(cè)試 開關(guān)斷開（無(wú)火災(zāi)）時(shí)：LED不發(fā)光，蜂鳴器不響；開關(guān)閉合（發(fā)生火災(zāi)）時(shí)，LED發(fā)光（紫色框），蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟嘟嘟”聲七、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 總的來(lái)說(shuō)，這次的課程設(shè)計(jì)由于有老師ppt的完美輔助，設(shè)計(jì)的難度就大大減小了，而且電路都很簡(jiǎn)單，計(jì)算量非常小，這多虧了有運(yùn)放這個(gè)好東西，輸入電阻無(wú)窮大，輸出電阻幾乎為0，“虛短”、“虛斷”一用上