煙霧電路設計設計說明精品

1、煙霧報警電路設計目錄摘要1第1章緒論21.1 論文研究背景、目的和意義21.1.1 論文研究背景21.1.2 論文研究目的和意義21.2 國內外發(fā)展狀況2第2章方案論證42.1 設計方案的介紹42.1.1 方案一42.1.2 方案二52.2 設計方案的選定5第3章單元電路設計73.1 電源電路設計73.1.1 變壓器73.1.2 橋式整流電路83.1.3 濾波電路83.1.4 三端集成穩(wěn)壓電路93.2 煙霧檢測電路設計103.2.1 氣體傳感器的介紹103.2.2 煙霧傳感器的選定103.2.3 半導體煙霧傳感器簡介113.2.4 煙霧檢測電路133.3 555時基集成電路143.3.1 55

2、5時基電路簡介143.3.2 555時基電路的工作原理153.3.3 555時基電路的工作模式163.4 聲光報警電路173.5 整機電路的工作原理17第4章電路仿真與調試19第5章印制板制作與整機裝配調試225.1 印制電路板設計225.2 印刷板制作工藝流程225.3 整機裝配與調試23結論25參考文獻26附錄1整機電路原理圖27附錄2元件明細表28摘要為了提前發(fā)現(xiàn)并阻止火災的發(fā)生，提高人們的警覺性，防止和減少火災引起的事故。設計出以模數(shù)電和傳感器技術為設計方法，基于實用、廣泛和典型的原則，由三端集成穩(wěn)壓電路、半導體電阻式煙霧傳感器、555集成電路等元器件構成的煙霧報警電路，可實現(xiàn)煙霧檢測

3、和聲光報警功能。并且運用電子仿真軟件進行電路仿真、實物制作來實現(xiàn)設計的功能。電路選用半導體煙霧傳感器MQ-2型，對煙霧進行檢測。運用555集成電路實現(xiàn)聲光報警，及時提醒用戶。本設計是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、使用壽命長等優(yōu)點的煙霧報警電路，且具有一定的實用性。關鍵詞煙霧傳感器；555集成電路；聲光報警第1章緒論1.1 論文研究背景、目的和意義 論文研究背景 隨著科技的發(fā)展，越來越多的安全隱患由工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了更早發(fā)現(xiàn)和阻止火災的發(fā)生，防止因火災引起的燃燒、爆炸等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及人的生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時

4、檢測，采用先進可靠的安全檢測電路，嚴密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。也是科學技術和社會發(fā)展的必然要求。因此，研究煙霧的檢測方法與煙霧報警器就成為傳感器技術發(fā)展領域的一個重要方向。 論文研究目的和意義 為了提前發(fā)現(xiàn)和阻止火災發(fā)生，防止和減少火災引起的燃燒、爆炸等事故，造成社會嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及人的生命安全。因此，研究煙霧的檢測方法與煙霧報警器就成為傳感器技術發(fā)展領域的一個重要課題。本設計中的煙霧報警電路是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度并具有聲光報警功能的電路。該報警電路是石油化學工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備

5、的儀器。因此研究新型、性能穩(wěn)定、準確監(jiān)測可燃性氣體，并符合國家相關規(guī)定的報警器具有極其重要得意義。1.2 國內外發(fā)展狀況 我國在70年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術和先進的生產(chǎn)工藝基礎上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。國外從20世紀30年代開始研究并開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關統(tǒng)計

6、，美國1996年2002年煙霧傳感器年均增長率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測 儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。 煙霧報警器可分為民用火災煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、有毒有害煙霧報警器三大系列產(chǎn)品。1.民用火災煙霧報警器 民用火災煙霧報警器為居民家庭用的火災報警器,一般安裝在廚房，遇到火災產(chǎn)生的煙霧時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把煙霧排出室外。 2.工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器

7、只是檢測探頭有差異，而在原理和應用中都很相近。工業(yè)用燃氣報警器及有毒煙霧報警器根據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。 第2章方案論證2.1 設計方案的介紹煙霧報警電路是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，若達到一定的值時具有報警功能的電路。根據(jù)煙霧報警電路的設計要求，在本次的設計中有兩種設計方案可選擇:一種是由555時基集成電路為核心器件構成的煙霧報警電路，另一種是由LM324集成電路為核心器件構成的煙霧報警電路。以下是對兩種不同設計方案的介紹。 方案一以555時基電路為核心的報警電路此方案電路的最基本部分是由直流穩(wěn)壓電源電路選用MQ-2型煙霧傳感器實現(xiàn)對煙霧的檢測，且其具有靈敏度高、響應

8、快、抗干擾能力強等優(yōu)點，且價格低廉，使用壽命長。本方案是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉等優(yōu)點的煙霧報警電路，且具有一定的實用價值 方案二以LM324集成電路為核心構成的報警電路。此方案的電路組成框圖如圖2-2所示，整個電路分為電源、檢測、定時報警輸出三部分。電路的結構較為簡單。其核心的元件是煙霧傳感器和LM324集成電路。電源部分是由變壓器、電橋、CW7805集成電路、CW7810集成電路幾部分構成的。電路檢測部分是由煙霧傳感器和一個電位器組成，報警電路是由LM324集成塊、三極管及揚聲器組成。在此方案中煙感元件采用HQ-2氣敏管，在電路加點的瞬間，氣敏管可能會導通一下，但如果長期

9、擱置時再使用時，沒有遇到煙霧時元件的電阻也可能會變小，所以需要預熱10分鐘的初始穩(wěn)定時間后才能正常工作。因此，此電路的穩(wěn)定性不是很高，靈敏度不是很高，容易出現(xiàn)誤報警動作。使用的范圍有一定的局限性。檢測電路定時報警LM324集成電路電源圖2-2 電路組成框圖2.2 設計方案的選定根據(jù)對前面介紹的兩種方案的分析得出，方案一中的555時基電路比方案二中的LM324集成電路性能穩(wěn)定，電路結構較嚴密，且更加符合實際中的使用需要。在方案二中在電源部分沒有電源的指示燈，在使用中可能會對使用者帶來不便，而在電路的報警部分，由于元件和電路本身的問題，可能會在電路的運行中會出現(xiàn)誤報警的錯誤，且在電路的報警電路中，

10、電路的設計中只有指示燈為報警信號。用戶在使用時可能不會很容易就發(fā)覺出現(xiàn)煙霧的情況，引發(fā)火災，從而帶來人身和財產(chǎn)上的損失。相反，在方案一中，設計里面的各個部分的設計考慮的較為嚴密，在電源部分使用CW7805三端穩(wěn)壓集成電路，產(chǎn)生穩(wěn)定的5V電壓，并且在集成塊的兩端加上一個反向的二極管，以保護三端穩(wěn)壓集成塊，防止過高的電壓擊穿集成塊。在煙霧檢測電路部分，采用靈敏度較好的MQ-2型煙霧傳感器，以確保整機在工作時不會出現(xiàn)因電路本身而產(chǎn)生的故障。在電路的報警部分，采用較為穩(wěn)定的555時基電路作為電路的核心器件，在有報警指示燈的基礎之上還加入了蜂鳴器，以提醒用戶能夠及時發(fā)現(xiàn)煙霧所引起的事故，以保障安全，使整

11、機的作用得到最大的發(fā)揮，滿足用戶的使用需求。且方案本身是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉等優(yōu)點的煙霧報警電路，且具有一定的實用價值。根據(jù)對兩種方案煙霧報警電路應具備的功能要求的比較得出，方案一比方案二的電路設計好。所以在本次的畢業(yè)設計中采用第一種方案進行電路的設計，使整機電路更符合設計的要求。第3章單元電路設計3.1 電源電路設計在本設計中采用直流穩(wěn)壓電源為整機供電，直流穩(wěn)壓電源是一種將220V交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分共同完成。電路方框圖如圖3-1所示。根據(jù)電路的需要，在電源部分，采用三端穩(wěn)壓集成電路CW7805產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V電壓，

12、為整機供電。在三端穩(wěn)壓器兩端加入一個二極管，防止過高的電壓擊穿穩(wěn)壓器。電源電路原理圖如圖3-2所示。圖3-1 直流穩(wěn)壓電源的方框圖圖3-2 電源電路原理圖 變壓器電源變壓器：本設計中運用的是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合電路需要的+12V交流電壓，并送給整流電路進行整流。它有兩個共用一個鐵芯的線圈，即初級線圈和次級線圈。變壓器的變壓比由變壓器的初級和次級線圈電壓確定，當初級線圈通上交流電時，變壓器鐵芯產(chǎn)生交變磁場，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢。變壓器的線圈的匝數(shù)比等于電壓比。電壓變壓器結構圖如圖3-3所示：圖3-3 電壓變壓器結構圖 橋式整流電路整流電路：利用二極管的單向導電元件，

13、把50Hz、220V的正弦交流電變換成脈動的直流電。在設計中整流電路采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3-4所示。在U2的正半周內，二極管D1、D3正偏導通，D2、D4反偏截止；在U2的負半周內，D2、D4正偏導通，D1、D3反偏截止。正負半周內部都有電流流過負載電阻RL，且方向是一致的。每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半。圖3-4 單相橋式整流電路 濾波電路濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以電容

14、C應該并聯(lián)在負載兩端。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，從而改善了直流電壓的質量。本設計中采用單相橋式整流電容濾波電路。電容濾波電路如圖3-5所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。電容濾波波形如圖3-6所示。輸出電壓為：U01.2U2 圖3-5 單相橋式電容濾波電路 圖3-6 單相橋式電容濾波波形圖 三端集成穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化，從而使整機的供電正常。在本設計中采用CW7805三端穩(wěn)壓集成電路。只有三個端子，即輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。

15、它的電路符號如圖3-7所示，封裝形式如圖3-8所示。 圖3-7 電路符號 圖3-8 封裝圖三端固定輸出集成穩(wěn)壓器7805的兩種穩(wěn)壓方式如圖3-9所示。在本設計的應用中采用正穩(wěn)壓的連接方式。圖3-9 三端固定輸出集成穩(wěn)壓電路3.2 煙霧檢測電路設計煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣電變換器，它將煙霧及氣體在空氣中的含量(即濃度)轉化成電壓或者電流信號，通過煙霧傳感器將模擬信號送到555集成電路中，進而由555集成電路完成數(shù)據(jù)處理及報警控制等工作。煙霧傳感器作為煙霧檢測報警電路的信號采集部分，是電路中的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的作用在檢測電路和整個電路中都是至關重要的。 氣體傳感器的介紹1.

16、氣體傳感器的分類 氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類：(1)利用理化性質的氣體傳感器：如半導體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。 (2)利用物理性質的氣體傳感器：如熱導體氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。 (3)利用電化學性質的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。2.氣體傳感器應滿足的基本條件一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件： (1)能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應或低響應。 (2)對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地

17、檢測允許范圍內的氣體濃度。(3)對檢測信號響應速度快，重復性好。(4)長期工作穩(wěn)定性好。 (5)使用壽命長。 (6)制造成本低，使用與維護方便。 煙霧傳感器的選定 煙霧報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體煙霧傳感器。采用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻緩是當在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境

18、中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。因此按期對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高、響應快、體積小、結構簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，

19、發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導體煙霧傳感器中，根據(jù)各方面的要求，本設計選用MQ-2型煙霧傳感器。 半導體煙霧傳感器簡介1.半導體煙霧傳感器的結構、外形、分類本設計中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。當其處于200300時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘大小受到該煙霧的濃度的變化而發(fā)生變化，相應的就會引起電導率的變化。利用這一點

20、就可以獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，原來吸附的氧脫附，而可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。MQ-2型傳感器的結構如圖3-10所示。圖3-10 MQ-2型傳感器的結構圖半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體制作的煙霧傳感器。煙霧傳感器外形如圖3-11所示。按敏感機理分類，可分為

21、電阻型和非電阻型。半導體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨煙霧濃度的增大而減??；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。它具有靈敏度高、響應快、體積小、結構簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要是其靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。半導體煙霧傳感器的分類如表3-1所示。圖3-11 煙霧傳感器外形圖表3-1 半導體煙霧傳感器的分類主要物理特性傳感器舉例工作溫度代表性被測氣體電阻式表面控制性氧化錫、氧化鋅室溫450可燃性氣體體控制型氧化鈦、氧化鈷 氧化鎂、氧化錫300450700以上酒精、可燃氣體、氧氣非電阻式表面電位氧化銀室溫硫醇二極管整流特性鉑/硫化鎘、鉑/氧化

22、鈦室溫200酒精、一氧化碳、氫氣晶體管特性鉑柵MOS場效應管150氫氣、硫化氫2.MQ-2型傳感器的特性及主要技術指標 (1) MQ-2型傳感器的一般特點： MQ-2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。 MQ-2型傳感器具有良好的重復性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定、響應時間短、長時間工作性能好。 MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精、粉塵等。 電路設計電壓范圍寬，18V以下均可；加熱電壓5±0.2V。 (2) MQ-2型傳感器的特性參數(shù)： 回路電壓：(Vc)518V 取樣電阻：(RL)0.120K加熱

23、電壓：(VH)5±0.2V加熱功率：(P)約750mW 靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS(0.1%CH4)5 響應時間：Tres10秒 恢復時間：Trec30秒 煙霧檢測電路煙霧檢測電路是整機電路中最重要的組成部分之一，它的的核心元件是MQ-2型煙霧傳感器。煙霧傳感器的工作電壓由直流穩(wěn)壓電源輸出的+5V電壓供給。在使用時，將電位器3的靈敏度調節(jié)到最高，當電路處于無煙霧的情況下，煙感元件MQ-2的極片A-B間的阻值較大，該電阻與R3的分壓減小，相應使555腳處于低電平，555停振，LED指示燈和蜂鳴器不工作。33.3 555時基集成電路 555時基電路簡介555集成時基電路稱為集

24、成定時器，是一種數(shù)字模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需要外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器，因而廣泛應用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內部電路標準的使用了三個5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，兩者的工作原理和結構相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電源電壓是+5V+15V，輸出的最大電流可達200mA，C

25、MOS型的電源電壓是+3V+18V。555集成電路內部結構如圖3-13所示：圖3-13 555集成電路內部結構555集成電路是雙列直插型8引腳封裝，引腳排列方式如圖3-14所示。在本設計中選用型號為NE555的集成電路芯片，各引腳功能為：1腳是地端(GND)；2腳稱觸發(fā)端()，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(OUT)，它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；4腳是復位端()，加上低電平時可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(CO),可用它改變上下觸發(fā)電平值；6腳稱閾值端(TH)，是上比較器的輸入；7腳是放電端(D)，它是內部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；8腳是電

26、源端(Vcc)。圖3-14 555集成電路外引腳排列圖3.3.2 555時基電路的工作原理555電路的內部電路含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關VT，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。為復位端，當=0時，定時器輸出OUT為0。當=1時，定時器有以下幾種功能：(1)當高觸發(fā)端，且低觸發(fā)端時，比較器C1輸出為低電平；C1輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為0狀態(tài)，即Q=0 ，使得定時器輸出OUT為0，同時放電管VT導通。(2)當高觸發(fā)端，且低觸

27、發(fā)端時，比較器C2輸出為低電平，C2輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為1狀態(tài)，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1，同時放電管VT截止。(3)當高觸發(fā)端，且低觸發(fā)端時，定時器的輸出OUT和放電管VT的狀態(tài)保持不變。根據(jù)以上分析，同時得出555定時器的功能表見表3-2所示。表3-2 555定時器的功能表輸入輸出THOUTVT××00導通>>10導通<>1不變不變<<11截止3.3.3 555時基電路的工作模式在本機中采用555時基電路構成的多諧振蕩器工作模式對由煙霧信號轉化成的電信號進行處理，如圖3-15所示，由555定時器和外接元件R1、R2、

28、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端Dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應的波形如圖3-16所示： 圖3-15 555構成多諧振蕩器 圖3-16 多諧振蕩器的波形圖輸出信號的振蕩周期T是： T=tw1+tw2tw1=0.7（R1+R2）C tw2=0.7R2C根據(jù)電路的參數(shù)要求，計算出輸出信號的振蕩周期是T=8.33ms,頻率為f=1.2HZ。其中，tw1為Vc由上升到所需的時間，tw2為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R

29、2均應不小于1K，但兩者之和應不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應用很廣。3.4 聲光報警電路為使報警電路更加完善，在聲音報警的基礎上，加入LED光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，以彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限性。聲光報警電路圖如圖3-17所示。紅燈不亮、蜂鳴器沒有鳴叫表示電路處于無煙狀態(tài)，環(huán)境中煙霧濃度極低。紅燈閃亮和蜂鳴器發(fā)出鳴叫，表示環(huán)境中煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快采取相應安全措施。若濃度仍超出報警限，報警器會一直鳴叫，LED燈會一直閃爍以此來提醒用戶

30、。用戶到達現(xiàn)場后，可斷開電源，報警器停止報警。報警電路采用蜂鳴器和LED燈。蜂鳴器：聲音響亮，適用于煙霧報警聲音源。LED燈：功耗小，節(jié)約能量。圖3-17 聲光報警電路圖3.5 整機電路的工作原理設計中的煙霧報警電路主要由煙霧傳感器和555集成電路及分立元件組成，電路將檢測到的煙霧信號轉化成電信號，經(jīng)過555時基集成電路進行電位分析，判斷電位是否大于或等于某個預設值(也就是臨界報警值)。為方便調節(jié)臨界報警值，在煙霧傳感器檢測電路部分安裝了電位器。以下是電路的工作方式與過程：當電源開關閉合后，交流電經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個過程后，產(chǎn)生12V和5V的直流電壓，給單元電路和整機供電。電路經(jīng)預熱

31、3分鐘后，整機進入工作狀態(tài)。當電路處于無煙霧的情況下，煙感元件MQ-2的極片A-B間的阻值較大，該電阻與R3的分壓減小，相應使555腳處于低電平，555停振，LED指示燈和蜂鳴器不工作。當煙感元件接觸到可燃性氣體或煙霧時，其煙感元件MQ-2極片A-B間的電阻值降低，從而使該電阻與R3的分壓上升，相應555腳電位上升，當腳的電位上升到2.8V以上時，555起振，其振蕩頻率f=1.44(R4+2R5)C5。相應555的輸出端腳的輸出信號驅動報警電路發(fā)出報警，煙霧報警整機電路如附錄1所示。第4章電路仿真與調試電子仿真軟件MultiSIM10是由美國國家儀器公司(NI公司)公司推出，而在本次的畢業(yè)設計

32、中就運用電子仿真軟件MultiSIM10進行虛擬仿真，軟件中有許多傳感器或新器件，只需要知道它們的特性和在電路中的作用，可以采用相似的元件代替進行仿真，這樣可以大大地拓寬電子仿真軟件MultiSIM的應用范圍。軟件在仿真時并不存在損壞和燒毀元件、儀器等問題，只要電路設計好后就可以進行仿真測試，如仿真成功，則可以進行硬件電路的設計和實物電路的輔助制作。在整個電路中，電源部分是必不可少的，因此電源電路在整個電路中起到最重要的作用。在電源電路仿真部分，由V1表測試交流電經(jīng)過電橋產(chǎn)生的12V左右的電壓，為整個電路供電。而V2表測試由三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生的5V左右的電壓，為煙霧傳感器供電。仿真圖如圖4-1所示

33、：圖4-1 電源仿真圖由于在此仿真軟件當中沒有煙霧傳感器，所以選用單擲開關J1代替。在整個電路中，主要是對電路進行以下幾種工作情況的仿真。當整機電路在無煙霧的情況下時，煙霧傳感器替代開關J1未閉合，即煙霧傳感器沒有檢測到煙霧，報警電路不工作。如仿真圖4-2所示，波形如圖4-3所示。圖4-2 無煙霧無報警狀態(tài)圖4-3 無報警時的輸出波形當整機電路在檢測到煙霧時，調節(jié)電位器R3的阻值為最佳（即臨界值狀態(tài)），煙霧傳感器替代開關J1閉合，表示煙霧傳感器檢測到煙霧，此時555集成電路的第4腳的電壓超過臨界值2.8V，555集成電路起振，聲光報警電路發(fā)出報警信號，如仿真圖4-4所示：圖4-4 有煙霧時的工

34、作狀態(tài)555時基電路輸出的波形如圖4-5所示：圖4-5 報警時輸出波形當整機電路工作在報警狀態(tài)時，模擬用戶到達現(xiàn)場后，關閉整機電路的電源，整個電路都停止工作。如仿真圖4-6所示：圖4-6 停止工作狀態(tài)在對模塊電路的仿真與調試工作過程中，電源部分的作用很重要，產(chǎn)生的電壓必須符合電路的需要，因此在對電路的仿真時，調試和計算元器件的參數(shù)是必須的。在整機的仿真和調試時，為了使蜂鳴器產(chǎn)生穩(wěn)定的鳴叫和LED的正常發(fā)光，也就是使示波器產(chǎn)生的穩(wěn)定的波形，因此對元件參數(shù)的反復調節(jié)和計算也是必須的，以保證電路在實際的運用中能穩(wěn)定、正常的工作。第5章印制板制作與整機裝配調試Protel公司2001年正式推出了功能強

35、大的EDA綜合設計環(huán)境Protel99SE，它具有原理圖設計、印制電路板設計、電路仿真及邏輯器件設計等功能。所以在本次的畢業(yè)設計中也采用軟件Protel99SE進行電路設計和印制電路板的設計。5.1 印制電路板設計在本設計中，運用Protel99SE軟件進行原理圖繪制及印制電路板的設計，其中在用軟件進行PCB板設計的主要過程為以下步驟：繪制電路原理圖PCB電氣規(guī)格檢查及標注調整生成網(wǎng)絡表建立PCB文件、定義電路板加載PCB元件庫加載網(wǎng)絡表元件布局設計規(guī)則設置自動布線人工布線調整打印PCB樣圖。經(jīng)過以上的步驟，最后軟件輸出PCB板的三維效果圖，如圖5-1所示：圖5-1 PCB板三維效果圖5.2

36、印刷板制作工藝流程 工藝程序：確定整板周邊尺寸貼熱轉印紙熱轉印去除熱轉印紙腐蝕清洗細砂紙擦光亮涂松香水鉆孔定位檢查電路線。 1.將符合尺寸要求的覆銅板表面用細砂紙擦光亮,再用熱轉印紙粘貼到覆銅板上。2.貼熱轉印紙，貼完熱轉印紙后，應在板上墊放一張厚張，用手掌在上面壓一壓，其目的是使全部熱轉印紙與復銅板粘貼得更加牢靠，便于熱轉印。3.將已經(jīng)貼好熱轉印紙的覆銅板用熱轉印機進行電路板的熱轉印，使熱轉印機的工作溫度控制在150度左右，讓熱轉印紙上的電路圖充分的附著在覆銅板上。4.將轉印好的覆銅板經(jīng)冷卻以后，去除熱轉印紙（注意不要損壞轉印好的電路）。5.腐蝕過程一般采用三氯化鐵作腐蝕液，腐蝕速度與腐蝕液

37、的濃度、溫度及腐蝕過程中不斷的抖動有關，為保證制板質量及提高腐蝕速度，可采用抖動和加熱的方法。6.將已經(jīng)腐蝕好的印制板用清水沖洗，去掉殘留在印制板上的三氯化鐵腐蝕液，再晾干。用細砂布將印刷板復銅面擦至光亮為止，然后立即涂上松香溶液，晾干。（涂松香水時應將印刷電路板傾斜再涂上松香水）。7.將晾干的印制板用直徑1.0mm鉆頭的鉆孔機鉆孔、定位，完成后檢查電路線。5.3 整機裝配與調試經(jīng)過前面的一系列的工作過程后，最后部分是整機的裝配和調試，按照整機電路的設計圖，搭接實物電路，且按照PCB板的效果圖中的電路進行元件的安裝、焊接、調試。最后組裝完成出如圖5-2所示的整機實物電路。圖5-2 實物其具體的

38、裝配過程如下：1.做好裝配前的準備工作，包括工具、儀器、材料等。2.清理和檢測元件的好壞。3.元件的焊接，按照先小后大，先輕后重，先里后外的規(guī)則。并確定是臥裝還是立裝，按照工藝要求，個別元件要進行引腳的整形，再進行焊接。4.剪引腳，元件焊接完成后，剪掉元件較長的引腳。5.清洗與檢查，用工業(yè)酒精對殘留有助焊劑的焊盤進行清洗，按照原理圖，對照焊接的電路，觀察有無錯焊的元件，也可以借助儀表進行檢測。裝配完成以后，進行整機電路的調試，其過程是：按照電路先靜態(tài)，后動態(tài)，先局部，后整體的調試的基本原則進行。同時借助儀表進行測試點的的檢測，如果測得的數(shù)據(jù)與電路的技術指標相符，確定無誤后，再進行通電測試。若不能正常工作，則必須對電路進一步檢測，觀察有無元器件錯焊、漏焊等，有錯誤立即糾正。調試直到整機能夠正常工作為止。結論在本次畢業(yè)設計中，我的畢業(yè)設計題目是“煙霧報警電路設計”，主要以模數(shù)電知識和傳感器知識為核心，結合相關的學習軟件輔助設計，最終完成了