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）：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)(12IIfOuuRRu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CCToHoTooLoToVRRRUUuUuUuUu4342121;;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UA7413个三极管2N2222A1个二极管稳压二极管1N4733A4个一般二极管1N41482个发光二极管LED2个1kΩ4个10kΩ3个9kΩ1个电阻100Ω3个13.5kΩ1个20kΩ1个3kΩ1个1kΩ1个电容0.01uF1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。