低频电子线路火灾报警电路课程设计.docx
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低频电子线路火灾报警电路课程设计
低频电子线路
课
程
设
计
书
一、设计目的
1、通过解决某一实际问题，加深和巩固课程所学理论知识和实践技能，掌握模拟电子线路的一般设计方法。
2、了解火灾报警器的组成与工作原理。
熟悉火灾报警器的设计、制作，与操作。
3，当环境温度的差值大于1℃时，电路产生声、光报警信号。
4，学会使用Protel绘制原理图和电路板。
二、设计思路
1、火灾发生前后，通过改变电阻的阻值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、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。
4、画出电路原理图生成电路板。
三、设计过程
1、设计方案
该电路主要由差分放大电路、电压比较器、声光报警电路组成。
基本框图如下图所示：
执行机构
正常时两温度传感器所产生的输出电压几乎相等，电路不发出报警信号。
有火情时，安装在金属板上的传感器因金属导热快而温度升高快，安装在塑料壳体内的传感器温度上升较慢，使得两个传感器的输出信号之间产生电压差。
当电压差值增大到一定数值，电路动作发出报警信号。
没有火情时，（ui1－ui2）数值小，差分放大电路的输出电压小于电压比较器的阀值电压uo1＜UT，电压比较器输出低电平uo2=UOL，电路不报警。
声光报警器
电压
比较器
差分放大电路
Ui1
Ui2
Uo1
2、基本电路和工作原理
基本电路如图所示：
Ur
工作原理：
ui1、ui2为温度传感器输出信号。
N1、R1、R2、R3、R4构成差分比例运算放大器。
N2、R5、R6构成单值电压比较器，其阀值电压UT由R5、R6的分压确定。
正常情况时ui1、ui2两个信号的差值很小，放大器
输出uo1＜UT，故uo2＜0，电路不报警。
发生火灾时（ui1－ui2）的差值增大，放大器输出uo1＞UT，故uo2＞0，VD和VT导通，电路报警.
四、电路的设计与计算
1，设计电路
（1）放大器的选择
选择LM358放大器，从网上查得其基本参数如下：
直流电压增益高（约100dB） 。
单位增益频带宽（约1MHz） 。
电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；双电源（±1.5±15V） 。
低功耗电流，适合于电池供电。
低输入偏流。
低输入失调电压和失调电流。
共模输入电压范围宽，包括接地。
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。
输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）
选择LM324放大器，从网上查得其基本参数如下：
运放类型：
低功率
带宽:
1.2MHz
针脚数:
14
工作温度范围:
0°C to +70°C
封装类型:
SOIC
3dB带宽增益乘积:
1.2MHz
变化斜率:
0.5V/μs
器件标号:
324
器件标记:
LM324AD
增益带宽:
1.2MHz
工作温度最低:
0°C
工作温度最高:
70°C
放大器类型:
低功耗
温度范围:
商用
电源电压最大:
32V
电源电压最小:
3V
芯片标号:
324
表面安装器件:
表面安装
输入偏移电压最大:
7mV
则可确定其工作电压为正负15V。
（2）发光二极管的选择
上网查询可选择BT301发光二极管，其基本参数如下所示：
参数
型号
最大耗散功率
/W
最大工作电流
/mA
正向电压
/v
反向电压
/V
反向电流
/uA
波长
/nm
发光颜色
材
料
封装
结构
BT301
0.09
120
≤2
≥5
≤200
650
红
GaAsP
Φ=7.8
mm
当温度偏差1℃时，Vo2=+Vcc
Vd可由最大限制电流Idmax和最大导通工作电流Idmin
Vd
则有：
可取R8=800
（3）蜂鸣器的选择
上网查得型号分别为HY12-1P、HY12-2P、HY12-3P蜂鸣器的参数：
Type
Unit
HY12-1P
HY12-2P
HY12-3P
RatedVoltage
V
1.5
3
5
OperatingVoltage
V
1-3
3-6
3-8
*RatedCurrent（MAX）
mA
30
15
10
*MinSoundOutputat10cm
dB
85
85
80
CoilResistance
Ω
16±4
42±6
50±7.5
*ResonantFrequency
Hz
2048
OperatingTemperature
℃
-20～+70
StorageTemperature
℃
-30～+80
HousingMaterial
NORYL
Weight
g
2.0
则可选择HY12-1P型的蜂鸣器，RL=16
根据Ic=Vcc/RL计算出Ic的值
Ic=0.94A
（3）BJT的选择
三极管是作为开关管用，其集电极电流就是负载电流，负载是蜂鸣器。
三极管导通时要保证有足够的电流使得蜂鸣器可靠鸣叫，可考虑选择功率晶体管。
不报警时应使得晶体管基极电位低于PN结压降；报警时应有
由于Ic=0.94A上网查询得：
13002A主要参数：
Icm=1.2A,Vce=400V，
Vcb=700V
则可选型号为13002A的功率BJT，根据上试计算出Ib和R7
则可选R7=113
（4）选择电阻
1）差分放大电路电阻的选择计算
取R1=R2=10K,当输入信号源正常时，取Vo1=1/3Vcc=5v则根据公式：
计算R3=R4的值。
则可计算出R3=R4=10^6K
信号源正常时，设Vo2-Vo1=0.05mv
当温度有1℃以上偏差时Vo2与Vo1相差0.1mv，取Ut=1/3Vcc=5v
正常时，Uo1=Ut=1/3Vcc=R3/R1（VI2-VI1）
2）电压比较电路R6、R7的选择计算
当正常时：
1/3Vcc=R3/R1（0.05mv）
当温度有1℃偏差时：
2Vcc/3=R3/R1（0.1mv）
设R6上端电流为i6，则有：
i6≤0.5mA,由于Vcc=15V,根据电路则有：
又由于R6=2R5，则可确定R5=10K、R6=20K
最后可得出设计的电路原理图
基本结构如下图所示：
2，直流稳压电源设计
选用书上的桥式整流滤波电路和三端集成稳压器，可得到如图所示的电源电路：
由输出为15V可确定V2=50v,参考书上的电路和查阅资料分别确定
各元器件的值和型号，分别有LM117、LM137各值的电阻电容。
其电阻电容的材质为市场上使用最多的普通材料。
整流桥D1~D4的选择：
分别由方向最大电压:
正向导通最大电流：
为最大负载电流。
可以依据电路原理图粗略计算出其值。
粗略计算出
1.8A
网上查询得知可选FR303整流二极管组成的整流桥，其基本参数如下：
型号
反向电压
正向电流
反向电流
封装形式
FR303
200V
3.0A
10..0A
DO-201AD
3，总原理图和在Protel中形成的电路板
带电源的原理图如下图所示：
由于不考虑传感器的设计，所以输入端口用两个输入信号Vo2、
Vo1表示。
电路板：
4，电路元器件清单
序号
名称
编号
型号
标称值
数量
说明
1
电阻
R1
MOF
10K
1
2
电阻
R2
MOF
10K
1
3
电阻
R3
MOF
10^6K
1
4
电阻
R4
MOF
10^6K
1
5
电阻
R5
MOF
10K
1
6
电阻
R6
MOF
20K
1
7
电阻
R7
MOF
113
1
8
电阻
R8
MOF
800
1
9
电阻
R9
MOF
120
1
10
电位器
R10
WS-1
2K
1
11
电位器
R11
WS-2
2K
1
12
电阻
R12
MOF
120
1
13
电容
C1
103
2000uF
1
14
电容
C2
103
0.1uF
1
15
电容
C3
103
0.1uF
1
16
电容
C4
103
10uF
1
17
电容
C5
103
10uF
1
18
极性电容
C6
25YK1000
1uF
1
19
极性电容
C7
25YK1000
1uF
1
20
三端稳压器
U3
LM117
1
电压1.2~37V
21
三端稳压器
U4
LM137
1
22
电源变压器
T
DG-200
1
23
整流二极管
D1
FR303
4
24
运算放大器
U1
LM358
1
25
运算放大器
U2
LM324
1
26
发光二级管
DS
BT301
1
27
蜂鸣器
LS1
HY12-1P
1
RL=16
Ω
28
功率BJT
Q
13002A
1
Icm=1.2A
五、设计总结
通过本次课程设计，让我们掌握和更深的学习了解了模拟电子技术基础的相关知识。
了解了基本元器件的选择、参数和特性。
对本专业有了很多的认识，为以后的学习和设计大打下了基础。
但是，在设计的过程中还是会出现一些问题，一些器件的参数，特性掌握得不够好。
在网上查询时，不知道如何辨别哪些是我们需要的信息。
总而言之，本次课程设计提高了我们对专业的认识，巩固了电子技术基础的一些知识，提高了我们的动手能力。
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