模电--火灾报警器电路

电子技术课程设计

题目名称：大型商场火灾报警器姓名：

学号：

班级：机电101201班

指导教师：

太原科技大学机械工程学院

目录

一、摘要 (1)

二、关键字 (1)

三、设计题目 (1)

四、设计要求 (1)

五、题目分析 (2)

六、整体构思 (2)

七、具体实现 (2)

八、实现过程中遇到的问题及排除措施 (2)

九、设计心得体会 (7)

十、参考文献 (8)

一．摘要：

随着高层建筑、大型化建筑物的发展，火灾的危害性越来越大。一旦发生火灾，火灾蔓延迅速，人员疏散困难，如果仅靠消防人员人工灭火，由于受各种条件的限制，消防人员很难迅速靠近火区灭火。因此，火灾自动报警系统探测火灾隐患，担负着安全防范重任。火灾自动报警系统的设计首先必须符合GB50l16—98《火灾自动报警系统设计规范》的要求，在现代大型建筑内部均要求设置火灾自动报警及控制系统，同时也要适应建筑的特点，合理选配产品，做到安全适用、技术先进、经济合理。本文对本市一家家私商场消防报警系统设计进行探讨。

二.关键字：

火灾报警器大型商场温度传感器差分放大电路单限比较器声光报警电路

三．设计题目:

1.设计一个大型商场火灾报警系统

2.掌握模拟电子电路设计的方法

3.学习简单设计的一般步骤和方法

4.在已学知识的基础上，根据实际情况融会贯通

四．设计要求：

测试两路温度传感器（安装在室内同一处，一路安装在塑料壳内，另一路安装在金属板上）的温度电压信号，在正常情况下两路温度传感器所产生的电压相等，指示灯－发光二极管不亮，报警器－蜂鸣器不响。当有火情时，安装在金属板上的温度传感器会因金属板导热快而温度上升速度快，相比较而言，安装在塑料壳内的温度传感器的温度

上升速度要较慢，从而令两者产生的温度电压信号产生压差。当此压差增大到一定数值时，经过由集成运放构成的差分放大电路的放大以及单限比较器的状态比较，最终驱动发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫报警。

五．题目分析：

适用于大型商场的火灾报警系统，在人群中密集且不易流动的场合，所以该系统需要有极强的灵敏度及反应速度，为此，需对电路的元件进行逐步筛选，以及电路的连接。通过仿真电路的测试，选择电器元件，调试以后做出最终结果。

六．整体构思

要实现火灾报警这一功能，就必须使得整个系统具有灵敏的反应，以及信号的快速传递，而且要通过某些元器件实现对小信号的放大。如下图6-1所示，通过两个温度传感器1和2实现温度向电流的转化，输入到系统的差分放大电路，通过放大器，实现输入的小信号放大输入到下一级单限电亚比较器，最后进过比较电路，将最终电流输入到最后的执行系统中，实现最终的火灾报警的目的。

图6-1

七．具体实现：

经过上述题目分析，以及所要求实现的火灾预警功能，确定使用的电子器件。选择适合的电路连接。仿真之后通过测试结果进行电路，电器元件的可靠实用程度评估。一下逐步介绍电器元件的选择，电路的连接，电路的仿真计算，以及测试结果分析。

7．１设计所用器材

表7-1

7．2设计原理

原理一：热敏电阻Ｒ＇与ＲＰ１分压，Ｒ＇＇与ＲＰ２分压分别得到ＵＩ１和ＵＩ２即：ＵI1＝ＶＣＣ·Ｒ＇／（Ｒ＇＋ＲＰ１）

ＵI2＝ＶＣＣ·Ｒ＇＇／（Ｒ＇＇＋ＲＰ２）

常温下，Ｒ＇＇分压大于Ｒ＇分压，电路截止，发光二极管不发光，蜂鸣器不报警。当Ｒ＇＇接受高温时，Ｒ＇＇阻值逐渐减小，其上面的分压逐渐减小，当ＵＩ１＞ＵＩ２时，二者形成压差，第一级放大器电路导通，同时对信号进行放大，一级运放输出电压Ｕ１＝Ｒ２·（ＵＩ１－ＵＩ２）／Ｒ１

原理二：１．５Ｖ电压在第二级运放的反向输入端有分压，即Ｕ－＝１．５·Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４），形成单限比较器。如图：

图7-2

当Ｕ1＜Ｕ－时，稳压管反向导通，，电压为负，电路截止；当Ｕ1＞Ｕ－时，稳压管正向导通，发光二极管导通，开始发光，同时蜂鸣器开始报警。

7．3设计电路图

7．4设计步骤

一、选择适当的热敏电阻

Ｒ＇＝２０ΩＲ＇＇＝３０ΩＲＰ１＝ＲＰ２＝５１Ω

因此ＵI1＝ＶCC·Ｒ＇／（Ｒ＇＋ＲＰ１）＝１．６９Ｖ

ＵI2＝ＶCC·Ｒ＇＇／（Ｒ＇＇＋ＲＰ２）＝２．２２Ｖ

同时，Ｒ１＝１０Ｋ，Ｒ２＝２０Ｋ，从而，通过一级运放后的输出电压Ｕ１＝Ｒ２·（ＵＩ１－ＵＩ２）／Ｒ１＝１．５Ｖ。

二、第二级运放有门限电压Ｕ－＝１．５·Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）可以选Ｒ３＝３ＫΩ，Ｒ４＝２ＫΩ，从而Ｕ－＝０．６Ｖ。当Ｕ１＇＞Ｕ－时，ＵＯＨ＝ＵＺ。

三、稳压二极管选用±６Ｖ，因此ＵＯＨ＝ＵＺ＝６Ｖ，ＵＯＬ＝－６Ｖ。

四、发光二极管ＵＤ＝２．５Ｖ，ＩD≦２０ｍＡ。由ＩD＝（ＵOH－ＵD）／Ｒ５，可以得出R5＝175Ω。

五、三极管的基极电流I B＝（ＵOH－ＵBE）／Ｒ６，ＵBE＝０．７Ｖ，I B约为几毫安，因此Ｒ６可以选３ＫΩ。

六、蜂鸣器电流即集电极电流ＩC＝βI B

七、电源为直流电源，加在运放上的为１２Ｖ，还有三个为６Ｖ，一个为１．５Ｖ，具体位置参看电路图。

7．5电路框图

7．6电路仿真图

7．7电路说明

一、热敏电阻随温度的升高电阻逐渐减小，通过两热敏电阻阻值变化引起的压差控制第一级运放的输入输出。

二、比例运放通过放大压差，并与第二级运放反向输入电压相比，形成单限比较器。

三、通过第二级运放正向输入端电压的变化，使单限比较器输出不同的电平，来控制发光二极管和蜂鸣器的工作与否。从而就控制了报警电路的工作与否。

四、电路导通后，发光二极管发光，蜂鸣器报警。

八．实现过程中遇到的问题及排除措施：

在这次设计用于大型商场的火灾预警系统的过程中，遇到了许多问题，比如在电路中的各元器件的选择，电路的连接方式，各级电路的连接方式，以及在电路运行过程中的各个控制量和被控制量的变化对设计电路的整体影响，在实际运行过程中如何实现各回路的快速反应。进过对各种元件的比较以及通过电路仿真，使得电路在实现同一功能的情况下在结构上有比较大的变化。

九．心得体会：

通过这次模拟电子技术的课程设计，我们受益匪浅。使我们懂得了科研一种产品是多么的不容易，让我们对技术研发人员产生了一种敬佩之情。并使我们得到了许多方面的锻炼，绘制设计电路初期，我们拿到工具---软件Multisim10.0后，还很陌生，通过好几天的接触使用这一工具，才明白这个软件的用处和它的具体使用方法。让我们接触到了这些我们平时接触不到的工具，使我们对这些我们以后用到的工具有了出初步概念。选择电路中的各个带器元件，给我们带来了不小的困难，开始我们完成了仿真阶段，选择好了元件时，发现我们用的元件不合适，我们只好修改自己的电路，重新仿真，直到仿真成功并且电路在实现同一功能的情况下简单明了为止。在连接仿真电路的过程中，我们培养了不烦不燥，细心耐心，使我们课堂上学到的模拟电子的知识在实际中得到了应用，是我们增加了很大的信心，因此也给我们带来了很大的乐趣。我们还通过在