烟雾报警器设计报告

北京交通大学

电子系统课程设计报告

设计题目：烟雾报警器

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指导老师：

完成日期：2013年3月29日

目录

一、设计目的 (2)

二、设计要求 (2)

三、设计步骤 (2)

四、设计原理 (3)

五、设计方案 (4)

1 总体电路设计图及原理说明 (4)

2 各单元电路的设计图及原理说明 (5)

2.1 气体烟雾传感器 (5)

2.2 控制电路 (6)

2.3 无线收发模块 (7)

2.4报警信号保持电路 (9)

2.5 声光报警电路 (12)

2.6 计时显示电路 (13)

六、调试过程及结果分析 (18)

七、课设体会 (20)

八、元件清单 (20)

九、附件：烟雾报警器实物图 (21)

一、设计目的

1.了解传感器的基本知识，掌握传感器的使用方法；

2.进一步加深对模拟电路基础理论和数字电路基础理论的理解；

3.掌握放大器逻辑控制电路和振荡器的设计方法。

二、设计要求

1.基本部分：

1)电源电压不限，可以使用交流或直流电源；

2)有气体或烟雾时进行报警，无气体或烟雾后仍然维持报警，直至重新上

电后才撤消报警；

3)气体或烟雾报警设置断气、灭火驱动接口；

4)显示报警时间。

2.发挥部分：

1)可以通过无线方式向远端发送报警信息，无线传输所使用的信号调制、

解调方式不限，可以使用成品模块；

2)报警采用模拟救火车报警声的音响效果。

三、设计步骤

1.电路设计：

1)确定整体方案

根据设计要求，实现题目要求的电路方案有多种供选择，比较各种方案

的优劣、和具体情况选择其中的一种；

2)单元电路设计

设计两种以上满足要求的电路进行比较，确定最佳的方案；

3)元器件的选择；

4)画出总体电路图；

2.安装焊接调试；

3.总结设计报告：

1)设计任务书；

2)设计框图及电路系统概述；

3)各单元电路的设计方案及原理说明；

4)调试过程及结果分析；

5)设计、安装及调试中的体会；

6)参考文献。

四、设计原理

1.设计框图

2.电路系统概述

当空气中有烟雾或可燃气体时，传感器会探测到烟雾或气体，并造成电路中

电信号变化。控制电路处理电信号的变化，并控制无线发射模块发射报警信号，同时预留驱动接口，以控制断气、灭火等设备。对应的无线接收模块接收到报警信号后，将信号传给声光报警电路和计时显示电路进行报警。

五、 设计方案

1 总体电路设计图及原理说明

1.1 总体电路设计图

1.2 总体电路原理说明

当气体烟雾传感器遇到可燃气体或烟雾时，传感器的电阻急剧减小，比较器的输出由低电位跳变到高电位，驱动无线发射模块发射报警信号，无线接收模块接收到报警信号，送交报警信号保持电路，报警信号一直保持直到重新上电复位，信号使能声光报警电路和计时显示电路。

GND

2各单元电路的设计图及原理说明

2.1气体烟雾传感器

我们小组询问了北京中关村中发电子市场的商家后发现，市场上最常见的气体烟雾传感器是MQ系列的。课上推荐的QM-NG1型号多数商家都没有货。

又通过比较两者的技术手册，我们发现两者基本参数、原理等大体相同。考虑功能、成本，我们购买了MQ-2型气体传感器。

MQ-2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。MQ-2可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

MQ-2气敏元件管脚图如下：

MQ-2气敏元件典型应用电路图如下：

其标准工作条件是：

封装好的MQ-2气敏元件有６只针状管脚，其中４个A、B用于信号取出，２个H用于提供加热电流。实际使用时，一个H接电源正极，另一个H接地；2个A短接后接电源正极，2个B短接后为信号的输出端。

当无可燃气体或烟雾时，MQ-2的电阻为极大，此时信号的输出端是低电位；当有可燃气体或烟雾时，MQ-2的电阻急剧下降，此时信号的输出端的电位逐渐变高。

2.2控制电路

由于2.1中MQ-2气敏元件探测到可燃气体或烟雾时，信号的输出端电位是逐渐变高的，不利于驱动其他电路。所以需要用一个控制电路，将电位的逐渐变化转变成有明显的低、高电位跳变的变化。由于我们在模电课上学习过此功能的电路，这里就直接使用了：用一个运放就能设计一个比较器，用来实现明显的低、高电位跳变的变化。结合模电实验课的知识，我们选择了LM324N运放。将MQ-2的信号输出端接到LM324N的3管脚，得到如下电路图：

其中R23是传感器，R24是保护电阻（可调为0欧）。

接通电源，预热约1-2分钟，当气敏传感器遇到可燃气体或烟雾时，LM324的3端电压迅速增大，当增大到比2端的基准电位高时，输出端1由低电压跳变到高电位，作为控制信号输出到下一级电路。

另外可以在输出端1引出一个接口，作为断气、灭火驱动接口。可通过设计控制一个继电器的通断，来驱动断气、灭火设备的强电。

2.3无线收发模块

根据老师的要求，无线收发部分可以使用集成模块。我们小组通过询问北京中关村中发电子市场的商家，购买了最常见、最普通的无线发送模块ZF-1、无线接收模块ZR06A。（不同的商家生产的模块名字可能不一样，但是使用的编码芯片、基本参数大致是相同的）。使用时，将控制电路输出的控制信号端接ZF-1模块的电源正极（红线），当控制信号为高电平时，无线模块工作，发射无线信号；接收模块ZR06A的输出管脚输出高电位，驱动下一级电路工作。

2.3.1无线发送模块ZF-1

ZF-1模块的实物图如下：

本发射板已引出两根线，分别接电源正、负极（红正、黑负）,电压为DC 3-12V，每次发射可以直接通过控制电源的通断来实现，时间以不超过5秒为宜，图片中最左方编码为8位地址码，下方编码为四位数据码（通过拔插跳线控制哪几路信号发送），短距离通信时，天线可以不加。