烟雾报警器设计实现
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Level0 Level1 Level2
输出 控制
Level1 Level2
风扇 排风
Level2
语音提示 报警*
Level2
蜂Hale Waihona Puke Baidu器 报警
烟雾报警器设计实现
1、烟雾浓度采集
QM-N5型气敏元件是半导体气敏元件，当元件接 触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅 速升高。 特点： 用于可燃性气体（CH4、C4H10、H2等）和烟 雾的检测 灵敏度高 响应速度快 输出信号大 寿命长，工作稳定可靠
a~g对应74LS74输 出（低电平时发光）
管脚测量（万用表）
烟雾报警器设计实现
显示电路
编码
反相
译码
烟雾报警器设计实现
数码管
风扇
烟雾报警器设计实现
继电器
5脚继电器
烟雾报警器设计实现
蜂鸣器
烟雾报警器设计实现
ISD1700语音芯片系列
烟雾报警器设计实现
语音电路
烟雾报警器设计实现
语音电路
*
采样率(kHz) 12
8
6.4
4
录音时长(sec) 40 60
75
120
Rosc(kΩ) 60 80 100 160
**
电容可选用4.7 μF 或10 μF
（录放音操作见使用说明）
烟雾报警器设计实现
整体电路
烟雾报警器设计实现
元器件清单
烟雾报警器设计实现
实验成绩
实验总成绩 = 实验动手操作+实验总结报告
烟雾报警器设计实现
QM-N5
技术指标 加热电压(VH) 回路电压(VC) 负载电阻(RL) 清洁空气中电阻(Ra) 灵敏度(S=Ra/Rdg)
1000ppmC4H10中) 响应时间(tres) 恢复时间(trec) 检测范围
AC或DC 5±0.5V 最大DC 24V 2KΩ ≤4000KΩ ≥4 (在
≤10S ≤30S 50-10000ppm
烟雾报警器设计实现
QM-N5
烟雾报警器设计实现
2、烟雾浓度分级/编码
比较器（运放）
原理： 同相>反向，输出高电压 同相<反向，输出低电压
烟雾报警器设计实现
LM324
烟雾报警器设计实现
LM324
烟雾报警器设计实现
LM324
a
Ui
LM324
b
a
b
0
0
烟雾报警器设计实现
设计任务
能够检测指定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度 分为三级加以显示。
当浓度超过第二等级时系统自动开启风扇排 风
当浓度超过最高等级时系统发出声音警报 当浓度超过最高等级时系统发出语音提示警
报
烟雾报警器设计实现
设计提示
利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号 将模拟电压信号转为数字信号，并进行等级
将BCD码译码提 供给7段数码管显 示
A0~A3对应4位 BCD码
a~g对应共阳极 数码管
烟雾报警器设计实现
7段数码管译码器（74LS47）
74LS47输入的 BCD码与 74HC147输出的 BCD码反向需要 反向器
烟雾报警器设计实现
数码管（共阳极）
由8段二极管组成 （阳极连接在一起）
烟雾报警器的设计实现
设计选题一
烟雾报警器设计实现
设计背景
现在很多公共场合因为人们吸烟而导致 空气质量不好，影响人们的身体健康。某些 特定环境里对室内的烟雾浓度也有一定限制。 本系统能够监测指定环境内的烟雾浓度，并 显示烟雾浓度等级。系统根据烟雾浓度等级 选择是否蜂鸣报警并开启排风机，改善室内 空气质量或发出警报。
1
0
1
1
烟雾报警器设计实现
3、输出控制
信号分级电路，实现译码功能 根据运放a b不同的输出值来控制操作不同 的模块
模拟开关（CD4052BCM） 双4选1模拟开关
烟雾报警器设计实现
模拟开关（CD4052BCM）
?
烟雾报警器设计实现
模拟开关（CD4052BCM）
烟雾报警器设计实现
4、输出
连接不同的通道来低电平驱动下面的输出模块 显示电路 蜂鸣器 风扇 语音
建议想输出数字几 的BCD码，就将相 应的输入管脚输入 低电平，其余管脚 高电平
烟雾报警器设计实现
反向器（74LS04）
将74HC147输出 的4位BCD码反向
注意下电源管脚，VCC接 5V电压，GND接地，集成 芯片都需要在供电的情况下 才能正常工作。
烟雾报警器设计实现
7段数码管译码器（74LS47）
报告投放到实验室3楼的"电子电路综合实验“报告箱中。实验报 告范例在网上管理系统的资源下载里面 优秀等级采用个人申报+教师推荐的方式，想要申报的学生在实 验课程结束之后将姓名学号联系方式留给老师，然后在15、16 周左右进行笔试考试。
烟雾报警器设计实现
注意
自备烙铁架，万用表和吸锡器等工具 分模块调试，器件按照模块分发；完成每个模块需要验收 注意插拔 1. 注意管脚分布 2. 芯片座拔掉芯片焊接 QM-N5和ISD1760数量有限，调试时借用 完成作品及时验收，验收后交还（芯片、继电器、MIC、蜂鸣器
、扬声器），并拆掉电路板中其他器件（焊掉而不要剪掉） 完成试验后按照实验讲义要求认真完成实验报告，一周内将实验
划分，将烟雾浓度等级分为三级。 使用数码管将烟雾浓度等级进行显示。 烟雾浓度大于或等于二级时，控制风扇排风。 三级烟雾浓度时，控制蜂鸣器报警。 语音录放芯片录音，并在三级烟雾浓度时，
控制其放音
烟雾报警器设计实现
模拟、数字电路实现思路
系统框图
烟雾浓 度采集
烟雾浓度 分级/编码
浓度等 级显示
烟雾报警器设计实现
显示电路
输入
BCD码 七段数
编码器
码管译
码器
数码管
烟雾报警器设计实现
编码器（74HC147）
147是一个9段优先编码器。 9个输入管脚（1~9）、4输 出管脚（A、B、C、D）
将0-9十个数字变成BCD码（ 极性相反）
烟雾报警器设计实现
编码器（74HC147）
9个输入管脚全为 高电平时输出BCD 码0
100分满分 （占成绩60%） （占成绩40%） 实验操作评分细则
烟雾报警器设计实现
实验报告评分细则
烟雾报警器设计实现
实验进度安排表
烟雾报警器设计实现
实验课须知
实验时间地点：
1. 本实验选题分为两个班上，4系学生一个班，5、8系学生一个班。 选题一选课学生如有特殊情况可以调整班次
2. 时间为周一到周五下午4：:0~9:00，中间半个小时吃饭时间 3. 上课地点为：21B458实验室
学生每天需要完成的工作
1. 上课：实验必须在实验室完成，不得无故旷课。有课需要请假 2. 预约：预约周一的实验课即可，上下课需刷卡。 3. 实验日志，要求每天写。实验日志上记录当天完成的工作、测量
的数据和实验故障等实验状况。实验日志在网上管理系统的资源 下载里。实验日志需要当天找老师签字之后交回。
输出 控制
Level1 Level2
风扇 排风
Level2
语音提示 报警*
Level2
蜂Hale Waihona Puke Baidu器 报警
烟雾报警器设计实现
1、烟雾浓度采集
QM-N5型气敏元件是半导体气敏元件，当元件接 触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅 速升高。 特点： 用于可燃性气体（CH4、C4H10、H2等）和烟 雾的检测 灵敏度高 响应速度快 输出信号大 寿命长，工作稳定可靠
a~g对应74LS74输 出（低电平时发光）
管脚测量（万用表）
烟雾报警器设计实现
显示电路
编码
反相
译码
烟雾报警器设计实现
数码管
风扇
烟雾报警器设计实现
继电器
5脚继电器
烟雾报警器设计实现
蜂鸣器
烟雾报警器设计实现
ISD1700语音芯片系列
烟雾报警器设计实现
语音电路
烟雾报警器设计实现
语音电路
*
采样率(kHz) 12
8
6.4
4
录音时长(sec) 40 60
75
120
Rosc(kΩ) 60 80 100 160
**
电容可选用4.7 μF 或10 μF
（录放音操作见使用说明）
烟雾报警器设计实现
整体电路
烟雾报警器设计实现
元器件清单
烟雾报警器设计实现
实验成绩
实验总成绩 = 实验动手操作+实验总结报告
烟雾报警器设计实现
QM-N5
技术指标 加热电压(VH) 回路电压(VC) 负载电阻(RL) 清洁空气中电阻(Ra) 灵敏度(S=Ra/Rdg)
1000ppmC4H10中) 响应时间(tres) 恢复时间(trec) 检测范围
AC或DC 5±0.5V 最大DC 24V 2KΩ ≤4000KΩ ≥4 (在
≤10S ≤30S 50-10000ppm
烟雾报警器设计实现
QM-N5
烟雾报警器设计实现
2、烟雾浓度分级/编码
比较器（运放）
原理： 同相>反向，输出高电压 同相<反向，输出低电压
烟雾报警器设计实现
LM324
烟雾报警器设计实现
LM324
烟雾报警器设计实现
LM324
a
Ui
LM324
b
a
b
0
0
烟雾报警器设计实现
设计任务
能够检测指定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度 分为三级加以显示。
当浓度超过第二等级时系统自动开启风扇排 风
当浓度超过最高等级时系统发出声音警报 当浓度超过最高等级时系统发出语音提示警
报
烟雾报警器设计实现
设计提示
利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号 将模拟电压信号转为数字信号，并进行等级
将BCD码译码提 供给7段数码管显 示
A0~A3对应4位 BCD码
a~g对应共阳极 数码管
烟雾报警器设计实现
7段数码管译码器（74LS47）
74LS47输入的 BCD码与 74HC147输出的 BCD码反向需要 反向器
烟雾报警器设计实现
数码管（共阳极）
由8段二极管组成 （阳极连接在一起）
烟雾报警器的设计实现
设计选题一
烟雾报警器设计实现
设计背景
现在很多公共场合因为人们吸烟而导致 空气质量不好，影响人们的身体健康。某些 特定环境里对室内的烟雾浓度也有一定限制。 本系统能够监测指定环境内的烟雾浓度，并 显示烟雾浓度等级。系统根据烟雾浓度等级 选择是否蜂鸣报警并开启排风机，改善室内 空气质量或发出警报。
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0
1
1
烟雾报警器设计实现
3、输出控制
信号分级电路，实现译码功能 根据运放a b不同的输出值来控制操作不同 的模块
模拟开关（CD4052BCM） 双4选1模拟开关
烟雾报警器设计实现
模拟开关（CD4052BCM）
?
烟雾报警器设计实现
模拟开关（CD4052BCM）
烟雾报警器设计实现
4、输出
连接不同的通道来低电平驱动下面的输出模块 显示电路 蜂鸣器 风扇 语音
建议想输出数字几 的BCD码，就将相 应的输入管脚输入 低电平，其余管脚 高电平
烟雾报警器设计实现
反向器（74LS04）
将74HC147输出 的4位BCD码反向
注意下电源管脚，VCC接 5V电压，GND接地，集成 芯片都需要在供电的情况下 才能正常工作。
烟雾报警器设计实现
7段数码管译码器（74LS47）
报告投放到实验室3楼的"电子电路综合实验“报告箱中。实验报 告范例在网上管理系统的资源下载里面 优秀等级采用个人申报+教师推荐的方式，想要申报的学生在实 验课程结束之后将姓名学号联系方式留给老师，然后在15、16 周左右进行笔试考试。
烟雾报警器设计实现
注意
自备烙铁架，万用表和吸锡器等工具 分模块调试，器件按照模块分发；完成每个模块需要验收 注意插拔 1. 注意管脚分布 2. 芯片座拔掉芯片焊接 QM-N5和ISD1760数量有限，调试时借用 完成作品及时验收，验收后交还（芯片、继电器、MIC、蜂鸣器
、扬声器），并拆掉电路板中其他器件（焊掉而不要剪掉） 完成试验后按照实验讲义要求认真完成实验报告，一周内将实验
划分，将烟雾浓度等级分为三级。 使用数码管将烟雾浓度等级进行显示。 烟雾浓度大于或等于二级时，控制风扇排风。 三级烟雾浓度时，控制蜂鸣器报警。 语音录放芯片录音，并在三级烟雾浓度时，
控制其放音
烟雾报警器设计实现
模拟、数字电路实现思路
系统框图
烟雾浓 度采集
烟雾浓度 分级/编码
浓度等 级显示
烟雾报警器设计实现
显示电路
输入
BCD码 七段数
编码器
码管译
码器
数码管
烟雾报警器设计实现
编码器（74HC147）
147是一个9段优先编码器。 9个输入管脚（1~9）、4输 出管脚（A、B、C、D）
将0-9十个数字变成BCD码（ 极性相反）
烟雾报警器设计实现
编码器（74HC147）
9个输入管脚全为 高电平时输出BCD 码0
100分满分 （占成绩60%） （占成绩40%） 实验操作评分细则
烟雾报警器设计实现
实验报告评分细则
烟雾报警器设计实现
实验进度安排表
烟雾报警器设计实现
实验课须知
实验时间地点：
1. 本实验选题分为两个班上，4系学生一个班，5、8系学生一个班。 选题一选课学生如有特殊情况可以调整班次
2. 时间为周一到周五下午4：:0~9:00，中间半个小时吃饭时间 3. 上课地点为：21B458实验室
学生每天需要完成的工作
1. 上课：实验必须在实验室完成，不得无故旷课。有课需要请假 2. 预约：预约周一的实验课即可，上下课需刷卡。 3. 实验日志，要求每天写。实验日志上记录当天完成的工作、测量
的数据和实验故障等实验状况。实验日志在网上管理系统的资源 下载里。实验日志需要当天找老师签字之后交回。