电子科技大学模电课程设计报告——火灾报警电路

电子科技大学模电课程设计报告——火灾报警电路

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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

)

(12I 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 •+=

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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。