电子科技大学模电课程设计报告——火灾报警电路
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电子科技大学模电课程设计报告——火灾报警电路
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2
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):
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。
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
)
(
1
2I
I
f
O
u
u
R
R
u-
•
=
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。
图4 单限电压比较器
CC
T oH o T o oL o T o V R R R U U u U u U u U u •+=
=>=<4
34
2121;;时,时,
4.声光报警电路
声光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
元件型号数量集成运算放大器UA741 3个三极管2N2222A 1个二极管稳压二极管1N4733A 4个一般二极管1N4148 2个
发光二极管LED 2个
1kΩ4个
10kΩ3个
9kΩ1个
电阻100Ω3个
13.5kΩ1个
20kΩ1个
3kΩ1个
1kΩ1个电容0.01uF 1个
报警器蜂鸣器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
(1)产生温度电压差
将其中一个二极管的工作温度调高(60℃)
图7 调整二级管工作温度
(2)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(9V)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
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(可选)
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10kΩ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。