煙霧報(bào)警器 季凱 唐牧原 周子賀 (1)

1、. 電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告煙霧報(bào)警器成員：季 凱 09214035唐牧原 09214044周子賀 0921 指導(dǎo)老師： 佟 毅 一、設(shè)計(jì)目的1、了解傳感器的基本知識(shí)，掌握傳感器的使用方法。2、進(jìn)一步加深對(duì)模擬電路基礎(chǔ)理論和數(shù)字電路基礎(chǔ)理論的理解。3、掌握放大器邏輯控制電路和振蕩器的設(shè)計(jì)方法。二、題目要求1、基本部分： 1）電源電壓不限，可以使用交流或直流電源； 2）有氣體和煙霧時(shí)進(jìn)行報(bào)警，無氣體和煙霧后仍然維持報(bào)警，直至重新上電后才撤消報(bào)警； 3）氣體和煙霧報(bào)警以不同的聲光加以區(qū)分； 4）氣體和煙霧報(bào)警分別設(shè)置斷氣、滅火驅(qū)動(dòng)接口； 5）顯示報(bào)警時(shí)間。2、發(fā)揮部分： 1）可以通過無線方式向遠(yuǎn)端發(fā)送報(bào)警

2、信息，無線傳輸所使用的信號(hào)調(diào)制、解調(diào)方式不限，可以使用成品模塊； 2）多個(gè)報(bào)警器報(bào)警時(shí)互相不影響，在接收端各自有獨(dú)立的聲光指示；3、設(shè)計(jì)任務(wù)： 1）設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路； 2）畫出完整電路圖，詳細(xì)說明電路原理，寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。無線發(fā)射模塊電信號(hào)處理邏輯氣體傳感器三、設(shè)計(jì)框圖報(bào)警聲音顯示保持電路無線接受模塊報(bào)警時(shí)間顯示原理描述：當(dāng)檢測到火災(zāi)煙霧或可燃?xì)怏w，氣體傳感器將產(chǎn)生電信號(hào)。信號(hào)通過邏輯處理模塊和無線發(fā)射模塊發(fā)送至無線接受模塊。信號(hào)經(jīng)過處理和保持，開啟報(bào)警聲音和報(bào)警時(shí)間模塊，實(shí)現(xiàn)聲光顯示及計(jì)時(shí)功能，最終實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警功能。四、單元電路設(shè)計(jì)方案1、信號(hào)的產(chǎn)生部分1）主要器件：QM-NG

3、1氣敏傳感器， LM324，電阻及滑動(dòng)變阻器。2）信號(hào)產(chǎn)生電路我們選用了目前國際上工藝最成熟，生產(chǎn)規(guī)模最大的QM-NG1型廣譜型氣體傳感器。它采用SnO2材料作為敏感基體，對(duì)各種可燃性氣體（如氫氣、液化石油氣、一氧化碳、烷烴類等氣體）以及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有毒氣體具有較高的敏感性。QM-NG1的標(biāo)準(zhǔn)工作條件（摘自廠家官方網(wǎng)站）如下：加熱電壓（VH）5±0.2V（AC.DC）回路電壓(VC)10V(最大DC24V)負(fù)載電阻(RL)2K(可自定)清潔空氣中電壓(VO)1.5V靈敏度3響應(yīng)時(shí)間(tres)10S恢復(fù)時(shí)間(trec)30S元件功耗0.7W使用壽命5年 QM-NG1的使用

4、方法如上圖：2、5管腳對(duì)應(yīng)加熱電阻，在額定電壓差下正常工作；取測試極接入信號(hào)產(chǎn)生電路，一端接電源正，另一端接負(fù)載電阻。當(dāng)遇到可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器反應(yīng)為電阻由很大變?yōu)楹苌伲瑥亩a(chǎn)生負(fù)載端電位從低到高的變化。multisim仿真電路圖如下：2、無線收發(fā)模塊PT2262/PT2272 是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262/PT2272 最多可有12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平)。另安裝了F05P發(fā)射集成模塊和J04V接收集成模塊，兩模塊的調(diào)制方式為ASK，功率低，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)可由1013腳任意一腳輸入，18腳為地址編碼。

5、接收部分我們采用對(duì)應(yīng)的PT2272、J04V，只要兩端有同樣的地址碼，2272對(duì)應(yīng)腳就會(huì)輸出高電平?；倦娐穲D如下： 因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)我們沒有購置集成模塊，采取了分別焊接的辦法，其中四對(duì)輸入輸出只需要用到一對(duì)，即PT2262的10管腳輸入，PT2272的10管腳輸出，11-13管腳接地，地址碼選用A0-A8：00000000，全部接地。3、信號(hào)保持模塊：1）主要器件： CD4013集成D觸發(fā)器，單刀雙擲開關(guān)。2）CD4013為集成D觸發(fā)器，其芯片管腳圖及功能表如下: 由功能表可知，當(dāng)R，S端為L，L，CP為上升沿時(shí)，次態(tài)與D相同。S為置1端，R為置0端，均為高電平有效。所以，當(dāng)Q非端接D端時(shí)可以實(shí)

6、現(xiàn)信號(hào)保持電路（直至下一個(gè)上升沿到來）。如下圖： 4、 分頻產(chǎn)生模塊 CD4060是穩(wěn)定性較好的分頻電路，可以實(shí)現(xiàn)2的14次冪分頻，由于我們購買的時(shí)32KHZ的晶振，輸出Q14為2HZ方波，如下圖： 為獲得1HZ的方波，可采用觸發(fā)器或計(jì)數(shù)器等分頻，使用74LS161分頻，以Q14作為時(shí)鐘信號(hào)，以Q1端輸出1HZ方波，仿真圖如下：5、計(jì)時(shí)顯示模塊1）主要器件：CD4060,74LS161,74LS00，74LS47，單刀雙擲開關(guān)，七段共陽數(shù)碼管。2）由于計(jì)時(shí)電路所需芯片較多，為節(jié)約成本，只設(shè)計(jì)了秒計(jì)時(shí)電路，即六-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，常見計(jì)數(shù)器有74LS193、74LS161和74LS163，60進(jìn)制有

7、很多種實(shí)現(xiàn)方法，可以采用同步電路，由低片進(jìn)位端控制高片的CTt或CTp；也可以采用異步電路，由低片輸出控制高片時(shí)鐘，具體模數(shù)的大小則由反饋清零或反饋置位實(shí)現(xiàn)。無論使用何種芯片，其原理都是實(shí)現(xiàn)如下的狀態(tài)表，并將其譯碼顯示。N低位片狀態(tài)00000100012001030011401005010160110701118100091001 進(jìn)位脈沖N高位片狀態(tài)0000010001200103001140100501013） 因?yàn)橛袛?shù)電實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，故選用了74LS161實(shí)現(xiàn)，當(dāng)U4的輸出端QDQCQBQA為1001時(shí)，通過與非門得到低電平，使能置數(shù)端實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置0000。同時(shí)可以產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖使高片計(jì)

8、數(shù)一次。當(dāng)高片的輸出端QDQCQBQA為0101時(shí)，通過與非門得到低電平，使能置數(shù)端實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置0000。仿真圖如下：6、報(bào)警聲音模塊555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0

9、，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。我們組采用的時(shí)救護(hù)車聲響模擬電路，由兩個(gè)555電路組成的振蕩電路組成，1片組成的振蕩電路所產(chǎn)生的矩形波對(duì)2片產(chǎn)生的矩形波調(diào)制，電路圖如下： 五、調(diào)試過程 電路整體分為兩部分：信號(hào)產(chǎn)生與發(fā)射模塊和信號(hào)接收模塊，我們分兩塊板子分別焊接。計(jì)數(shù)模塊我們非常熟悉，但最終還是出現(xiàn)了一些問題，由于采用置位反饋法，在multisim仿真過程中數(shù)碼管顯示正常，但是實(shí)際電路中，低位為8時(shí)高位計(jì)數(shù)一次，在仔細(xì)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，Multisim仿真的LS161是下降沿有效，即采用低片Qd輸出接高片時(shí)鐘，可以實(shí)現(xiàn)低片記10高片記1（低片設(shè)計(jì)為M=10計(jì)數(shù)器）

10、。在實(shí)際電路中，我們只能采用利用QdQa與非后借高片時(shí)鐘（即低片的反饋置位信號(hào)）后，顯示恢復(fù)正常。聲光顯示部分按照指定電路圖焊接一直不能正常工作，我們寄希望于細(xì)細(xì)的排查該模塊電路中任意兩端電阻、電容值是不是理論值，不過因?yàn)闇y量電容難度較大而擱淺。無線傳輸模塊由于沒有購買集成元件，導(dǎo)致成功率較低，在初步檢查焊接不存在問題的前提下，仍然存在問題使我們很困惑，另外因?yàn)闆]有無線模塊的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，全然靠資料的補(bǔ)充讓我們覺得不夠穩(wěn)妥。6、 心得體會(huì)季凱： 本次課程設(shè)計(jì)大部分基于了時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用，所以任務(wù)的第一步是分析和掌握所涉及芯片的功能。第二步根據(jù)芯片功能，在確定了分模塊的電路圖之后，分析邏輯關(guān)系，有

11、了分析邏輯的過程，可以加深對(duì)電路的理解，也可以提高焊接電路的速度，且避免了出錯(cuò)率。第三部是焊接過程，布局布線是工作量很大的一項(xiàng)工作，完成電路板的焊接工作后，我們就把板子拿到實(shí)驗(yàn)室檢查是否能夠正常工作。 其中在檢查錯(cuò)誤和解決錯(cuò)誤的過程中，我們對(duì)所有焊點(diǎn)進(jìn)行了排查，以排除虛焊點(diǎn)，但最后證實(shí)并沒有這種情況。其實(shí)在問題解決之后，仔細(xì)思考，面對(duì)出現(xiàn)的問題，沒有確定一個(gè)檢查方案，并且根本沒有分析幾個(gè)檢查方案的孰優(yōu)孰劣，直接幾個(gè)檢查方案都使用上，卻沒有起到立竿見影的效果，最后在老師的提醒下，我們采用了最簡潔、最穩(wěn)妥的方法，檢查邏輯。直到已經(jīng)開始焊接電子課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板的今天，我們對(duì)于兩學(xué)期的數(shù)電和模電兩門課程

12、的基本認(rèn)識(shí)才有了一定的雛形，如果說應(yīng)付考試的話，我們只需要記住芯片的功能表并通過一系列的聯(lián)系就可以達(dá)到目的，但是對(duì)于從事弱電的我們來說，動(dòng)手能力是舉足輕重的能力，實(shí)踐的過程不僅僅意味著把在書本上看到的和在芯片上看到的簡單聯(lián)系，而是兩者的相互對(duì)應(yīng)，融為一體，這是我們最終的也是最寶貴的收獲。查找邏輯錯(cuò)誤這個(gè)問題雖然事小，但對(duì)于考驗(yàn)我們給予本次實(shí)驗(yàn)的理解和心態(tài)是個(gè)很好的考驗(yàn)?；诒敬蔚恼n程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，我查閱了大量關(guān)于電子課程的相關(guān)資料，有了數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)，關(guān)于模擬型和數(shù)字型器件的電路設(shè)計(jì)的知識(shí)可以更好地接受。本學(xué)期關(guān)于模擬和數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)課程已經(jīng)完成，但以本次課程設(shè)計(jì)的角度考量

13、對(duì)于整個(gè)電子基礎(chǔ)課程都有收獲頗豐，因?yàn)閷?duì)于這個(gè)行業(yè)的探索的深度和廣度歸根結(jié)底來自于我們對(duì)其的熱衷程度，只有通過大量的研究和探討，才能真正了解和掌握的必需的知識(shí)和技能，要學(xué)有所成甚至成為這個(gè)學(xué)科和行業(yè)的佼佼者，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。唐牧原： 這次的煙霧報(bào)警器電路比較復(fù)雜，所以我們打算先一塊塊攻下。根據(jù)老師的PPT我們分析了一下它每塊電路的原理，然后根據(jù)原理，結(jié)合資料，終于不再覺得茫然了。先是感應(yīng)電路，主要是比較器和傳感器。一開始不是很明白比較器的用法，后來才知道是用來當(dāng)有煙霧，傳感器起作用時(shí)把電平抬高，輸出一個(gè)高電平。然后我們拓展了電路，加入了無線傳輸模塊。傳感器的高電平輸出后，輸入到發(fā)射模塊里，又發(fā)

14、射模塊向接受模塊發(fā)出。因?yàn)橛邪l(fā)射和接受模塊，所以用到了兩塊電路板，發(fā)射電路這一塊電路板較為簡單，只用了一個(gè)下午就焊完了。而接收電路的電路板很復(fù)雜，有顯示電路，報(bào)警電路和斷氣接口，所以光是布局就花費(fèi)了一番功夫，焊的時(shí)候也是不容易，花了兩天才結(jié)束。接下來就是痛苦的調(diào)試過程，顯示電路一次就成功了，晶振也較準(zhǔn)確，沒有出現(xiàn)什么問題，但是555報(bào)警電路接入了高電平依然沒有出聲，我們一個(gè)個(gè)檢測電阻的值和導(dǎo)線，都沒有問題，電路也是仿真過的，沒有問題，到最后也沒找出原因。在調(diào)節(jié)發(fā)射電路，也是出了點(diǎn)問題，當(dāng)有煙霧的時(shí)候沒有高電平輸出，經(jīng)過一次次檢查，得出的結(jié)論是，傳感器可能出問題了，在有煙霧的時(shí)候，電阻并沒有減小

15、。這次的煙霧報(bào)警器花費(fèi)了我們很多的功夫，一步步原理的推敲，一步步電路的焊接，再一次次的檢查調(diào)試，雖然結(jié)果并不理想，但是在這個(gè)過程中，我們還是收獲了很多。 周子賀： 本次課程實(shí)驗(yàn)是一次綜合的復(fù)習(xí)回顧過程，在課程設(shè)計(jì)中涉及到了數(shù)電課程里邏輯門電路、觸發(fā)器、電路仿真軟件、芯片功能的知識(shí)，并讓我們聯(lián)系實(shí)際，將理論切入生活，將理論用到實(shí)地，讓課本的知識(shí)變得更為具體?？傮w來說，我們?yōu)檫@一次課程設(shè)計(jì)傾盡全力，做了所有可能的努力去出色完成這項(xiàng)任務(wù)，我對(duì)我們小組的表現(xiàn)很滿意，我很開心進(jìn)入到這個(gè)小組和其他兩人一起努力奮斗。 從一開始我們就很重視本次課程設(shè)計(jì)，題目剛下來的時(shí)候我們的定位就是做到我們的最好，拿良好乃至

16、優(yōu)秀的評(píng)價(jià)，因此即使對(duì)一些拓展模塊知識(shí)不是特別熟悉，我們對(duì)板子的定位依然是全功能板子，所有拓展功能都要在板子上實(shí)現(xiàn)。在這其中，客觀挑戰(zhàn)確實(shí)很大，我們對(duì)無線模塊的知識(shí)不是特別熟悉，在多次查詢、研討之后，才將無線模塊拿下，這是我們焊制板子過程中克服的最大難關(guān)。隨后我們在老師指點(diǎn)以及仿真圖的支持下，布線，焊接，一一順利完成主電路模塊，聲音報(bào)警模塊，計(jì)時(shí)電路模塊，順利完成了焊接工作。進(jìn)入到調(diào)試的過程，我們陷入了比較麻煩的境地。效果出不來，存在著太多的可能，我們一一排查，將焊點(diǎn)是否牢固，布線是否出錯(cuò)，焊接是否短路或串線等問題都檢查了數(shù)遍，最后我們縮小了問題范圍，將氣體感應(yīng)器測試了多次，發(fā)現(xiàn)該感應(yīng)器無法正

17、常工作，在收到氣體的情況下沒法降阻實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。我想如果我們的時(shí)間能更多一點(diǎn)我們將徹底完成該功能。通過本次實(shí)驗(yàn)，我與其他同學(xué)的交流和研究中學(xué)到了很多，發(fā)現(xiàn)成品的完成其實(shí)還可以通過單片機(jī)的方式完成，這讓我感覺十分深刻，如果能將最近所學(xué)的內(nèi)容都聯(lián)系起來去實(shí)現(xiàn)運(yùn)用，這將對(duì)我們課本的知識(shí)理解做很大的幫助。本次實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)盡了全力，不管結(jié)果如何，都感謝這次課程給我?guī)砹撕芏嗍斋@。季凱： 本次課程設(shè)計(jì)大部分基于了時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用，所以任務(wù)的第一步是分析和掌握所涉及芯片的功能。第二步根據(jù)芯片功能，在確定了分模塊的電路圖之后，分析邏輯關(guān)系，有了分析邏輯的過程，可以加深對(duì)電路的理解，也可以提高焊接電路的速度，且避

18、免了出錯(cuò)率。第三部是焊接過程，布局布線是工作量很大的一項(xiàng)工作，完成電路板的焊接工作后，我們就把板子拿到實(shí)驗(yàn)室檢查是否能夠正常工作。 其中在檢查錯(cuò)誤和解決錯(cuò)誤的過程中，我們對(duì)所有焊點(diǎn)進(jìn)行了排查，以排除虛焊點(diǎn)，但最后證實(shí)并沒有這種情況。其實(shí)在問題解決之后，仔細(xì)思考，面對(duì)出現(xiàn)的問題，沒有確定一個(gè)檢查方案，并且根本沒有分析幾個(gè)檢查方案的孰優(yōu)孰劣，直接幾個(gè)檢查方案都使用上，卻沒有起到立竿見影的效果，最后在老師的提醒下，我們采用了最簡潔、最穩(wěn)妥的方法，檢查邏輯。直到已經(jīng)開始焊接電子課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板的今天，我們對(duì)于兩學(xué)期的數(shù)電和模電兩門課程的基本認(rèn)識(shí)才有了一定的雛形，如果說應(yīng)付考試的話，我們只需要記住芯片的功能表并通過一系列的聯(lián)系就可以達(dá)到目的，但是對(duì)于從事弱電的我們來說，動(dòng)手能力是舉足輕重的能力，實(shí)踐的過程不僅僅意味著把在書本上看到的和在芯片上看到的簡單聯(lián)系，而是兩者的相互對(duì)應(yīng)，融為