火灾报警电路的设计模电课程设计.docx

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火灾报警电路的设计模电课程设计

模拟电子技术课程设计报告书

课题名称

火灾报警电路的设计

姓名

学号

院、系、部

通信与电子工程学院

专业

电子信息工程专业

指导教师

2011年12月16日

一、设计任务及要求：

设计任务：

采用差分式放大电路，单门限电压比较器，LED显示灯，蜂鸣器模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、故障自诊断等功能。

要求：

1.在正常情况下，声光报警电路部分不工作（即发光二极管不发光，蜂鸣器不报警）。

2.当有火情时，声光报警电路部分工作,驱动发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫报警。

3.采用Multisim10.O进行仿真，验证和完善设计方案。

指导教师签名：

2011年12月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

2011年12月日

三、成绩

验收盖章

2011年12月日

火灾报警电路的设计

1设计目的

（1）通过运用模拟电子技术的相关知识设计一个元件，来达到熟悉相关知识件的目的。

（2）了解火灾报警器的组成及工作原理。

（3）熟悉火灾报警器的设计、制作，与操作。

（4）了解protel2004或Multisim的使用方法以及实现仿真。

2设计思路

设计一个火灾报警器电路:

（1）火灾发生前后，通过改变电阻的组织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、惠更斯电桥、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。

3设计过程

3.1方案论证

该火灾报警器是有惠更斯电桥，差分放大电路，单门限电压比较器，声光报警电路组成，其原理框图如图所示：

图1火灾报警器原理框图

它的工作原理：

通过第一部分惠更斯电桥电路的热敏电阻，采集温度变化信号，使之转变为电信号。

再到第二部分的差分式放大电路的比例运算放大器，由电阻引入负反馈，构成差分比例运算电路。

接着到第三部分单门限电压比较电路，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED灯和蜂鸣器上。

但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电平状态，就不会有任何警报。

最后到第四部分声光报警电路，当输入电压达到发光二极管LED灯和三极管正常工作电压时，二极管LED灯发光，蜂鸣器发声，实现报警，否则，不能实现报警。

3.2电路设计

（1）直流稳压电源的设计

直流稳压电源的设计如图2所示。

工作原理：

由图2所示为火灾报警电路的第一部分——直流稳压电源。

它是由电源变压器、整流电路、芯片三部分组成的。

电路中XMM1输出电压为5V，XMM2输出电压为12V。

图2直流稳压电源

（2）惠更斯电桥电路设计

惠更斯电桥电路如图3所示。

工作原理：

由图3所示为火灾报警电路的第二部分——惠更斯电桥电路。

R2代表的是热敏电阻，采集温度变化信号，使之转变为电信号。

图3惠更斯电桥

（3）差分放大电路设计

差分放大电路设计如图4所示。

工作原理：

由图4所示为火灾报警电路的第三部分——差分放大电路。

U1为比例运算放大器，由R3引入负反馈，构成差分比例运算电路。

VCC和VEE为比较电压值为±12V。

图4差分放大电路

（4）单限电压比较器电路的设计

单限电压比较器电路的设计如图5所示。

工作原理：

由图5所示为火灾报警电路的第四部分——单限电压比较器电路。

由图中R1、R2可以得出阈值电压，也就是说当从差分放大电路出来的电压大于阈值电压的时候才会由电流从单限电压比较器中流过。

输出的直流电压作用于输入端1，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED灯和蜂鸣器上。

但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电平状态，就不会有任何警报。

图5单门限电压比较器

（5）声光报警电路设计

声光报警电路设计如图6所示。

工作原理由图6所示为火灾报警电路的第五部分——声光报警电路。

当输入电压达到发光二极管LED灯和三极管正常工作电压时，二极管LED灯发光，蜂鸣器发声。

图6声光报警电路

（6）整体电路的设计与分析

由上面各部分电路的设计方案的论证以及所选择的电路可设计出如图所示的火灾报警器的电路图如下：

图7火灾报警器的电路图

4调试与结果

（1）反复检查电路的可行性，并运用Multisim进行仿真，找到相应的元件，注意连接好各部分电路。

然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

（2）可预置稳压电路，并进行组装和调试。

当电阻R2变化时（即模拟火灾未发生和发生时），要求电路能够实现不报警与报警。

（3）观察仿真是LED1管和蜂鸣器BUZZER的情况，看是否实现了仿真，找出最适合的R2的阻值。

（4）仿真结果：

a.直流稳压电源：

图8直流电源仿真结果

b.调节滑动变阻器：

当R2=0Ω时的电路测试结果如图7所示，此时蜂鸣器不响，二极管不亮。

图9火灾未发生时的电路仿真图

当R2=1KΩ时的电路测试结果如图8所示，二极管亮，蜂鸣器响。

图10火灾发生时的电路仿真图

5主要仪器与设备

直流电源：

5V一个,12V两个，-12V两个；

放大器：

OPAMP-5T-VIRTUAL放大器两个；

电阻：

1.8K的电阻一个，1.2K的电阻一个，1K的电阻三个，400Ω的电阻两个，200Ω的电阻三个，100Ω的电阻一个,滑动变阻器一个；

二极管：

LED-RED一个；

三极管：

BJT-NPN-VIRTUAL三极管一个；

蜂鸣器：

蜂鸣器一个。

6设计体会与建议

6.1设计体会

此次火灾报警电路课程设计让我得到了多方面的锻炼。

一方面我对模拟电子技术专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多电子仪器的使用方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。

也通过实用型模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。

另外，我还学会了用Multisim进行仿真，这使我加大了对本专业的兴趣，也会在今后的学习中起到不小的作用。

另一方面对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。

平时所学的理论知识此刻起不了什么作用，这使我在这次设计中遇到的难题层出不穷，现在才真的知道了理论与实际的差距，在理论的学习中觉得很顺手，在实际应用中却显得那么的无能为力，为了做好这个课程设计，我花了很多时间在方案的讨论与选择、电路的分析与设计中，到最后的电路仿真测试，让我真正的感觉到了自己各方面知识的匮乏以及经验的不足，还有自己平时对细节的忽视。

通过这次课程设计也使我明白了一个道理：

许多看上去很难理解的，或者很神秘的东西，当你真正愿意发时间去研究它的时候，它会变得很简单，因此，在以后的学习中，生活中，我会养成勤于思考，勤于动手，不怕困难的好习惯。

再一方面电子电路的安装与调试技能培养了我的创新能力和对治学要严谨的态度。

虽然此次课程设计做起来有点困难，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，它使我终身受益。

6.2对设计的建议

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。

在我们初次接触课程设计的时候，由于是第一次接触，老师就是我们的引路人，我建议老师指导我们一下，让我们能够有一个明确的目的和方向，从而效率就能够得到提高，这样我们就会有更充足的时间去学习其他知识，让自己的知识面更广泛。

当然空洞的理论是永远也比不上实际技能的掌握的，让我们自己去解决问题，能更好的培养自己独立思考的能力。

不过，还是希望老师您能给我们多一点建议，让我们学到的知识更多，更丰富，这对我们今后的工作也将会有莫大的帮助，在此谢谢老师！

参考文献

[1]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京:

高等教育出版社,2011.

[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础-第三版[M].北京:

高等教育出版社,2001.

[3]渡边嘉二郎.模拟大规模集成电路设计基础（日）[M].中村哲夫著,徐国鼎译,北京:

科学出版社,2007.

[5]崔玮.电路原理图与电路板设计教程[M].北京:

海洋出版社,2004.