設(shè)計(jì)選題三十四__煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1、電子電路綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告題目： 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)班級(jí)：10-421學(xué)號(hào)：20100421-姓名：王 磊日期：2013-04-19成績： 摘要在城市化日益突出的今天，室內(nèi)生活在人們的日常生活中的比例也越來越高。在很多公共場(chǎng)合，因?yàn)槿藗兾鼰煻鴮?dǎo)致空氣質(zhì)量不好，影響人們的身體健康；在眾多的家庭，天然氣和煤氣占據(jù)著廚房，帶來便利的同時(shí)也隱藏著危險(xiǎn)等等。某些特定環(huán)境里對(duì)室內(nèi)的煙霧濃度也有一定限制。本系統(tǒng)采用模擬數(shù)字電路，設(shè)計(jì)簡單，保證功能的同時(shí)成本較低，故障率低，能夠監(jiān)測(cè)指定環(huán)境內(nèi)的煙霧濃度，并顯示煙霧濃度等級(jí)。系統(tǒng)根據(jù)煙霧濃度等級(jí)并自動(dòng)開啟排風(fēng)機(jī)和語音報(bào)警，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量并發(fā)出警報(bào)，及時(shí)提醒人們

2、所處環(huán)境煙霧和可燃性氣體的變化。一 設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)選題三十四 煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 二 設(shè)計(jì)任務(wù) 能夠檢測(cè)制定環(huán)境內(nèi)煙霧濃度并將煙霧濃度分為三級(jí)加以顯示。 當(dāng)濃度超過第二等級(jí)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)開啟風(fēng)扇排風(fēng) 當(dāng)濃度超過最高等級(jí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲音警報(bào) 當(dāng)濃度超過最高等級(jí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)出語音提示報(bào)警三 設(shè)計(jì)目的 學(xué)習(xí)煙霧傳感器的原理，掌握實(shí)際應(yīng)用方法 掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換，電壓比較和數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方法 掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，培養(yǎng)提高綜合利用多學(xué)科相關(guān)知識(shí)進(jìn)行逐步工程設(shè)計(jì)與實(shí)際裝調(diào)系統(tǒng)電路的能力 增強(qiáng)電路布控能力和對(duì)電路錯(cuò)誤的檢錯(cuò)能力四 設(shè)計(jì)提示 利用QM-N5將煙霧濃度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào) 將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字

3、信號(hào)，并進(jìn)行等級(jí)劃分，將煙霧濃度等級(jí)分為三級(jí)。 （擬定0333ppm為第一等級(jí)333666ppm為第二等級(jí)>666ppm為第三等級(jí)） 使用數(shù)碼管將煙霧濃度等級(jí)進(jìn)行顯示。 三級(jí)煙霧濃度時(shí)，控制蜂鳴器報(bào)警。 煙霧濃度大于或等于二級(jí)時(shí)，控制風(fēng)扇排風(fēng)。 語音錄放芯片錄音，并在三級(jí)煙霧濃度時(shí)，控制其放音五 方案比較與論證1. 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)工作原理：以STC89C51單片機(jī)為控制核心。利用QM-N5將煙霧濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，單片機(jī)控制ADC0804將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)數(shù)值的大小將煙霧濃度劃分為三個(gè)等級(jí)。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示煙霧濃度等級(jí)。當(dāng)煙霧濃度超過第二等級(jí)時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇開始工作。當(dāng)煙霧

4、濃度超過最高等級(jí)時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提示。 系統(tǒng)框圖：優(yōu)點(diǎn)：能適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。 該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí) 報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，

5、保證報(bào)警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器 的成本。另外，單片機(jī)構(gòu)成的外圍電路所用元器件較少，且電路簡單。缺點(diǎn)：單片機(jī)的管腳多且分布較密，對(duì)焊接的要求高。需要掌握單片機(jī)的使用方法，并且具有一定的編程能力，對(duì)單片機(jī)的要求較高。另一方面，芯片的價(jià)格較模擬電路貴。2. 用模擬數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)工作原理：利用QM-N5將煙霧濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，使用LM324搭建兩路電壓比較器，將煙霧濃度等級(jí)分為三級(jí)。比較器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過74HC147和非門之后將濃度的等級(jí)變?yōu)锽CD碼。再經(jīng)過74LS47可驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的濃度等級(jí)。當(dāng)煙霧濃度超過第二等級(jí)時(shí)，打開風(fēng)扇開始工作

6、。當(dāng)煙霧濃度超過最高等級(jí)時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并播放錄音芯片的語音報(bào)警。系統(tǒng)框圖：優(yōu)點(diǎn)：只需要掌握簡單的數(shù)電模電知識(shí)就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，起點(diǎn)比較低。電路結(jié)構(gòu)清晰明了，原理簡單易懂。而且所需的器件都比較簡單常見，價(jià)位比較低，適合初學(xué)者練習(xí)。可以深刻理解數(shù)模轉(zhuǎn)化，電壓比較和數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)和構(gòu)架方法。缺點(diǎn)：電路所用元器件比較多，連線較為復(fù)雜，并且測(cè)量的精度不夠準(zhǔn)確，易受周圍環(huán)境影響。最終方案確定：基于以上兩種方案的比較，結(jié)合老師所給的元器件以及自己對(duì)單片機(jī)知識(shí)的掌握程度，最終確定以方案二（即模擬數(shù)字電路）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì).模擬數(shù)字電路設(shè)計(jì)：1、煙霧濃度采集QM-N5型氣敏元件是半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還

7、原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。特點(diǎn)：o 用于可燃性氣體（CH4、C4H10、H2等）和煙霧的檢測(cè)o 靈敏度高o 響應(yīng)速度快o 輸出信號(hào)大o 壽命長，工作穩(wěn)定可靠技術(shù)指標(biāo)o 加熱電壓(VH) AC或DC 5±0.5Vo 回路電壓(VC) 最大DC 24Vo 負(fù)載電阻(RL) 2Ko 清潔空氣中電阻(Ra) 4000Ko 靈敏度(S=Ra/Rdg) 4 (在1000ppmC4H10中)o 響應(yīng)時(shí)間(tres) 10So 恢復(fù)時(shí)間(trec) 30So 檢測(cè)范圍 50-10000ppm 注：煙霧濃度采集電路可通過改變負(fù)載電阻的阻值改變靈敏度，我的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路中的負(fù)載電阻采

8、用直插式，可根據(jù)不同的環(huán)境和使用者要求改變阻值。2、煙霧濃度分級(jí)/編碼采用三個(gè)等值電阻串聯(lián)形成比較閾值電壓，與采樣電壓通過LM324進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)給采樣電壓分級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)給煙霧濃度分級(jí)。比較器（運(yùn)放）ab0010113、輸出控制實(shí)現(xiàn)譯碼功能將不同等級(jí)的濃度對(duì)應(yīng)到不同輸出模擬開關(guān)（CD4052BCM） 雙4選1模擬開關(guān)4、輸出o 顯示電路o 蜂鳴器o 風(fēng)扇o 語音顯示電路9個(gè)輸入管腳（19）、4輸出管腳（A、B、C、D）將0-9十個(gè)數(shù)字變成BCD碼（極性相反）9個(gè)輸入管腳全為高電平時(shí)輸出BCD碼0建議想輸出數(shù)字幾的BCD碼，就將相應(yīng)的輸入管腳輸入低電平，其余管腳高電平7段數(shù)碼管譯碼器（74LS47

9、）將BCD碼譯碼提供給7段數(shù)碼管顯示A0A3對(duì)應(yīng)4位BCD碼ag對(duì)應(yīng)共陽極數(shù)碼管74LS47輸入的BCD碼與74HC147輸出的BCD碼反向需要反向器反向器（74LS04）將74HC147輸出的4位BCD碼反向數(shù)碼管（共陽極）o 由8段二極管組成（陽極連接在一起）o ag對(duì)應(yīng)74LS74輸出（低電平時(shí)發(fā)光）o 管腳測(cè)量（萬用表）蜂鳴器顯示電路風(fēng)扇ISD1700語音電路 電路：六 數(shù)據(jù)測(cè)量與方法1. 煙霧濃度測(cè)量時(shí)，采用氣體和煙霧兩種方式，氣體用打火機(jī)氣體，數(shù)據(jù)采集和顯示正常，煙霧則采用香煙和碎紙屑等不同方式，數(shù)據(jù)采集和顯示也正常；2. 等級(jí)濃度分為0,1,2三個(gè)等級(jí)，可根據(jù)煙霧采集模塊的負(fù)載阻

10、值進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)，試用1k、2k、5k的電阻時(shí)煙霧濃度的分級(jí)有明顯變化，電阻值越大靈敏度越高；3. 輸出模塊在模塊測(cè)試時(shí)不接入煙霧采集模塊，模塊工作在最高等級(jí)模式，接入顯示電路時(shí)顯示等級(jí)2，接入采集模塊時(shí)，不同煙霧等級(jí)下管腳電平正常；4. 報(bào)警模塊，如蜂鳴器，風(fēng)扇輸出均按設(shè)計(jì)要求工作，測(cè)試時(shí)，風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定在5-9v之間，正常工作電壓為12v；5. 語音模塊電路無誤時(shí)調(diào)試較為簡單，模塊單獨(dú)測(cè)試時(shí)各項(xiàng)功能正常，接入電路后能按設(shè)計(jì)要求工作；七 結(jié)果分析本次試驗(yàn)作品的實(shí)際工作情況與實(shí)驗(yàn)要求和預(yù)期效果吻合，沒有較大失誤，作品的焊接和布局達(dá)到了自己的要求且較為規(guī)范，選作的語音電路工作正常，音質(zhì)清晰，

11、設(shè)計(jì)任務(wù)成功完成。誤差：本實(shí)驗(yàn)工作指標(biāo)要求較低，誤差分析不易；故障及排除：在實(shí)驗(yàn)過程中，需要對(duì)電路各個(gè)模塊單獨(dú)焊接測(cè)試，而電路圖存在未知錯(cuò)誤，需要分析糾錯(cuò)；調(diào)試語音模塊時(shí)，語音電路錄放功能無法實(shí)現(xiàn)，多次檢查后才發(fā)現(xiàn)20管腳的阻值由于焊接時(shí)缺少100k電阻而是用了10k電阻，更換標(biāo)準(zhǔn)阻值電阻后工作正常；在幫同學(xué)檢查電路的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的問題較多，如焊點(diǎn)虛焊，跳線中間有斷點(diǎn)，跳線較多而錯(cuò)接，管腳較長而互相接觸，鋪錫時(shí)兩條錫路接觸，芯片故障等等問題，規(guī)范操作均能解決問題； 心得體會(huì)：本次實(shí)驗(yàn)過程完成得比較順利，在布局和語音模塊花費(fèi)的時(shí)間較多。通過幫助同學(xué)糾錯(cuò)的過程，對(duì)電路設(shè)計(jì)和焊接過程的細(xì)心程度有了深刻的體會(huì)。因此，通過本次實(shí)驗(yàn)，增加了煙霧報(bào)警器的了解，增強(qiáng)了對(duì)電路的糾錯(cuò)能力。整體電路結(jié) 論煙霧檢測(cè)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。 本實(shí)驗(yàn)制作的煙霧報(bào)警器，