烟雾报警器(终结稿).doc

电子信息工程学院硬件课程设计实验室课程设计报告题 目：烟雾报警及处理装置的设计年 级：专 业：学 号：学生姓名：指导教师： 2014年 月 日目录一.设计任务及要求21.1任务及基本要求2二.设计方案论证22.1方案论证与比较22.1.1延时电路方案设计22.1.2蜂鸣器、LED、风扇的驱动方式3三、理论分析与计算33.1烟雾传感器原理33.2 555定时器原理4四硬件电路设计54.1烟雾触发电路54.2 555延时电路54.3自动排风电路54.4 LED报警器以及风扇驱动电路6五 测试分析6六 总结7 摘要 ：现在许多公共场合因为人们吸烟导致空气质量不好，影响人们的身体健康。一些特定的场合对烟雾的浓度也有一定的限制。本系统拟定能够监测指定环境内烟雾的浓度，并且能够显示烟雾浓度值。系统根据环境烟雾浓度的等级，自动报警开启排风扇，改善指定环境的空气质量。拟采用QM-N2烟雾传感器对信号进行采集后传至比较与延时电路，进而控制电子开关通断来控制蜂鸣器、发光二极管、排风扇启动。利用TI的MSP430单片机显示，当前烟雾浓度值。关键词：QM-N2；烟雾传感器; MSP430一.设计任务及要求1.1任务及基本要求实现一个烟雾报警及处理装置，其功能是检测环境中烟雾的浓度，若环境中烟雾浓度达到一定阈值，触发声音及灯光警报设备(蜂鸣器报警及发光二极管灯亮)。此时可人工通过开关控制解除警报(关闭蜂鸣器及熄灭发光二极管)；或警报持续一段时间后，装置自动关闭警报，转入排风处理模式，风扇开始工作，烟雾浓度降低到阈值以下后停止风扇工作。警报持续时间：30秒扩展部分：利用单片机实时显示烟雾浓度值。图 1 电路基本组成结构框图二.设计方案论证2.1方案论证与比较2.1.1延时电路方案设计方案一： 555定时器延时法：通过555定时器构成延时电路，可以通过改变其4脚和7脚的可变电阻来调节3脚的输出方波占空比，从而改变定时器的定时时间，这样可较为精确的控制延时时间，更好的实现人机交互。方案二： rc延时电路：电路的延时时田可通过R或C的大小来调整，但由于延时电路简单，存在着延时时间短和精度不高的缺点。对于需要延时时间较长并且要求准确的场合就显得不适合。通过比较以上方案：方案一(555定时器延时法)电路较电容延时法在延时时间上可控且较为精确。综合本次课程设计对时间要求比较高，而电容延时法存在着延时时间短和精度不高的缺点来看，我们选择方案一：555定时器延时方法。2.1.2蜂鸣器、LED、风扇的驱动方式方案一：直接驱动 蜂鸣器、LED、风扇直接接到555定时器的输出端。方案二：用三极管驱动把蜂鸣器、LED、风扇接到三极管的集电极，当三极管导通时，集电极电压被拉低，蜂鸣器、LED、风扇会导通。通过比较以上方案：由于风扇工作时需要280MA以上的电流，选择直接驱动电流达不到要求，而且对下一级555定时器产生干扰，而三极管具有放大电流的作用。综合以上我们选择用三极管驱动。三、理论分析与计算3.1烟雾传感器原理 市场上最常见的气体烟雾传感器是MQ系列的，课上推荐的QM-N2型号。MQ-N2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。MQ-N2可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。图2 MQ-2气敏元件管脚示意图 图3 MQ-N2气敏元件典型应用电路图 封装好的MQ-2气敏元件有只针状管脚，其中个A、B用于信号取出，个H用于提供加热电流。实际使用时，一个H接电源正极，另一个H接地；2个A短接后接电源正极，2个B短接后为信号的输出端。当无可燃气体或烟雾时，MQ-N2的电阻为极大，此时信号的输出端是低电位；当有可燃气体或烟雾时，MQ-N2的电阻急剧下降，此时信号的输出端的电位逐渐变高。3.2 555定时器原理电路图如下图4MQ-2气敏元件管脚示意图5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。当VI11/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平四硬件电路设计4.1烟雾触发电路图5 烟雾触发电路设计示意图4.2 555延时电路图6 延时电路设计示意图4.3自动排风电路图7 自动排风电路设计示意图4.4 LED报警器以及风扇驱动电路图8 LED报警器以及风扇驱动电路5 测试分析及总结可实现人工通过开关控制解除警报；或警报持续30s后，装置自动关闭警报，转入排风处理模式.烟雾浓度降低到阈值以下后风扇停止工作。本次硬件课程收获在于学会了焊接和调试电路，三极管以及555定时器的应用。碰到的困难是用555定时器做成的单稳态没有延时功能，仔细分析并与老师同学以及学长讨论后发现这是因为输入触发信号vI的脉冲宽度（低电平的保持时间），必须小于电路输出vO的脉冲宽度（暂稳态维持时间tW），否则电路将不能正常工作。解决这一问题的一个简单方法，就是在电路的输入端加一个RC微分电路，即当vI为宽脉冲时，让vI经RC微分电路之后再接到vI2端。不过微分电路的电阻应接到VCC，以保证在vI下降沿未到来时，vI2端为高电平。测试时发现，即使输入端有下降沿有很窄的负脉冲和上升沿也不能使输出端触发变成高电平，我们试着在输入端接一个几十千欧姆的电阻到地结果成功使输出端触发变成高电平。另外测试过程中发现在接入电源供电的瞬间风扇会工作，认真参考其他同学的电路后发现微分电路的电容不宜用电解电容，改为独石电容后情况得以解决。