火灾报警电路的设计(模电课程设计)..

模拟电子技术课程设计报告书

课题名称 火灾报警电路的设计 姓 名

学 号 院、系、部 通信与电子工程学院 专 业 电子信息工程专业

指导教师

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2010级电子信息工程 模拟电子技术课程设计

2011年 12 月16 日

火灾报警电路的设计

1 设计目的

（1）通过运用模拟电子技术的相关知识设计一个元件，来达到熟悉相关知识件的目的。

（2）了解火灾报警器的组成及工作原理。

（3）熟悉火灾报警器的设计、制作，与操作。

（4）了解protel2004或Multisim的使用方法以及实现仿真。

2 设计思路

设计一个火灾报警器电路:

（1）火灾发生前后，通过改变电阻的组织来实现声光报警电路的发生，然后，运用发光二极管，蜂鸣器等元件将报警结果表现出来。

（2）选择最具优势的各部分电路，如：直流稳压电路、惠更斯电桥、差分式放大电路、单门限电压比较电路等电路的选择。

（3）将已经选择好的各部分电路组合使之构成完整的电路图。

3 设计过程

3.1方案论证

该火灾报警器是有惠更斯电桥，差分放大电路，单门限电压比较器，声光报警电路组成，其原理框图如图所示：

图1火灾报警器原理框图

它的工作原理：通过第一部分惠更斯电桥电路的热敏电阻，采集温度变化信号，使之转变为电信号。再到第二部分的差分式放大电路的比例运算放大器，由电阻引入负反馈，构成差分比例运算电路。接着到第三部分单门限电压比较电路，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED 灯和蜂鸣器上。但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电平状态，就不会有任何警报。最后到第四部分声光报警电路，当输入电压达到发光二极管LED 灯和三极管正常工作电压时，二极管LED 灯发光，蜂鸣器发声，实现报警，否则，不能实现报警。

3.2电路设计

（1）直流稳压电源的设计

直流稳压电源的设计如图2所示。

工作原理：由图2所示为火灾报警电路的第一部分——直流稳压电源。它是由电源变压器、整流电路、芯片三部分组成的。电路中XMM1输出电压为5V ，XMM2输出电压为12V 。

图2直流稳压电源 （2）惠更斯电桥电路设计 惠更斯电桥电路如图3所示。

工作原理：由图3所示为火灾报警电路的第二部分——惠更斯电桥电路。R2代表的是热敏电阻，采集温度变化信号，使之转变为电信号。

图3惠更斯电桥

（3）差分放大电路设计

差分放大电路设计如图4所示。

工作原理：由图4所示为火灾报警电路的第三部分——差分放大电路。U1为比例运算放大器，由R

3

引入负反馈，构成差分比例运算电路。VCC和VEE为比较电压值为±12V。

1kΩ

图4差分放大电路

（4）单限电压比较器电路的设计

单限电压比较器电路的设计如图5所示。

工作原理：由图5所示为火灾报警电路的第四部分——单限电压比较器电

路。由图中R

1、R

2

可以得出阈值电压，也就是说当从差分放大电路出来的电压大

于阈值电压的时候才会由电流从单限电压比较器中流过。输出的直流电压作用于输入端1，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED灯和蜂鸣器上。但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电

平状态，就不会有任何警报。

图5单门限电压比较器

（5）声光报警电路设计

声光报警电路设计如图6所示。

工作原理由图6所示为火灾报警电路的第五部分——声光报警电路。当输入电压达到发光二极管LED灯和三极管正常工作电压时，二极管LED灯发光，蜂鸣器发声。

图6 声光报警电路

（6）整体电路的设计与分析

由上面各部分电路的设计方案的论证以及所选择的电路可设计出如图所示的火灾报警器的电路图如下：

R11kΩ

R2

1kΩ

Key=A

0%R31kΩ

R41kΩ

VDD

5V R5200ΩR6200Ω

U1

OPAMP_5T_VIRTUAL U2

OPAMP_5T_VIRTUAL VCC

12V VEE -12V R7400ΩR8400ΩR9200ΩR10

100Ω

VCC

12V VEE -12V R11

1.8kΩ

R121.2kΩ

Q1BJT_NPN_VIRTUAL

BUZZER 200 Hz

LED1

图7火灾报警器的电路图

4 调试与结果

（1）反复检查电路的可行性，并运用Multisim 进行仿真，找到相应的元件，注意连接好各部分电路。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

（2）可预置稳压电路，并进行组装和调试。当电阻R2变化时（即模拟火灾未发生和发生时），要求电路能够实现不报警与报警。

（3）观察仿真是LED1管和蜂鸣器BUZZER 的情况，看是否实现了仿真，找出最适合的R2的阻值。

（4）仿真结果：a.直流稳压电源：

图8直流电源仿真结果

b.调节滑动变阻器：

当R2=0Ω时的电路测试结果如图7所示，此时蜂鸣器不响，二极管不亮。