北邮电子测量与电子电路综合设计实验火灾报警装置

1、电子测量与电子电路综合设计实验实验名称：火灾报警电路的设计实现学院： 班级：姓名： 学号；班内序号；一、 摘要本实验是设计一个火灾报警装置，当有火灾发生时，通过火灾报警装置的温度传感器感应温度的变化，变化成电压信号，由于信号幅值较小，信号需经过差分放大器放大至几伏后，经过单限比较器固定的阈值电压比较，若大于阈值电压则输出一个足够大的电压经过振荡电路使蜂鸣器和二极管工作，从而实现火灾报警。关键词：火灾报警、温度、差分放大器、比较器、振荡电路二、 设计任务及要求1.实验目的(1)学习多个基本模拟电子电路的组合应用(2)学习将集成运放应用电路应用于生产实际(3)熟悉实用模拟电子电路的设计调试思路与方

2、法2.实验要求设计满足设计功能要求的火灾报警电路：当有火情时，蜂鸣器鸣叫报警，发光二极管点亮。（1）.基本要求：绘制出自行设计的规范具体的电路原理图；制定详细的实验调试步骤与调试方法；确定电路各个参数取值。（2）提高要求：自己创新（3）提交电子版材料（4）各级仿真波形输出三、 设计思路及总体结构框图1、 设计思路先通过阅读背景知识，了解实验原理，然后对总电路进行分块设计。分别分为温度传感器电路、差分放大器电路、单限比较器电路、振荡电路及报警电路，计算各个电阻电容的阻值进行电脑仿真，仿真成功后，在电路板上搭建电路，进行实际测量及调试。2、 总体设计框图温度传感器1单限比较器差分放大器报警电路NE

3、555振荡电路温度传感器2四、 分块电路和总体电路的设计1、 温度传感器是将通过温度传感器TS400得到的电阻信号转换成电压信号，电路如下所示，其功能是将电阻R4的值（以K为单位）转换为同值电压（以V为单位）。图1电阻信号转换成电压信号原理图电路由三个集成运放一个精密基准源和若干电阻组成。A2的输出电压VO2通过转换电阻R4与电阻R1串联分压，再经电压跟随器A1输出电压V01，一路送给差分比例电路A2同相输路端，A2反向输入端接有精密基准源2.5V;另一路送给反向比例电路A3.电路的输出电压V03，最后以数字电压表显示VO3的值。取R5=2.5K,R7=R8/R9=50K,R1R9=100K由

4、图可知V01=R4/(R5+R4)或V02=(1+R1/R4)V01而V02=VO12.5V, V03=V01，故(1+R5/R4)V01= VO12.5V,即V01=R4/R5×2.5V因此，V03=V01=2.5×(R4/R5)=R4(以V为单位)这样就实现电阻电压变换2、 差分放大器差分放大器由运放ua741及电阻构成，如下图所示。当R1=R2，R3=Rf时，差分放大器的放大倍数为A=Rf/R1。当上一级温度传感器传输过来两个电压信号后，由于传输来的电压仅几毫伏，经过差分放大器可对他们的差值进行放大。由测量可得，当温度升高到火灾报警所需温度时，Ui1与Ui2相差8毫伏

5、，为使下一级单限比较器能准确识别，则需使Uo1输出大概3V左右的电压。因此令R1=R2=100，R3=Rf=36K，则此时的放大倍数A=360，所以若输入的Ui1与Ui2相差为8mV，放大后的输出Uo1为2.88V3、 单限比较器单限比较器主要也是由ua741和电阻组成，如下图所示。主要作用为对输入，即前一级差分放大器的输出，与阈值电压Ut进行比较，若Uo1>Ut则输出电压，反之则不输出。为节约稳压源的使用个数，Ut采用一个分压电路获得，由于上一级的误差及单限比较器自身有一些滞回会使Uo1<2.88V，因此取Ut=2V，则令R3=10k，R4=2K4、555振荡电路通过查阅百度百科

6、上的资料可知，多谐振荡器又称无稳态触发器，他没有稳定的触发状态，只有两个暂状态，在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转至另一暂稳态。两个暂稳态互相转而输出一系列矩形波，因此可作为方波的发生器。通过改变电阻和电容的值，可以改变555的输出频率，改变输入电流可以提高后面蜂鸣器的响度。因此使蜂鸣器与之串联获得一定频率的方波，从而发出响声，而放光二极管与之并联获得电压，进行发光。5、 总体电路电路总体由温度传感器、差分放大电路、单限比较器电路、555振荡电路、及报警电路组成。当温度传感器获得火灾时的温度后，分别输出常温下的电压信号和火灾时的电压信号，这两个信号均输入至下一级差分放大器中，

7、差分放大器把这两个输入的差值放大到几伏的量级上，并进行输出传入到下一级单限比较器进行比较，当温度差足够大时，比较器输出一个足够大的电压使555振荡器进行工作，从而产生报警。五、 所实现功能说明实测两温度传感器输出电压差值达到0.01V时二极管和蜂鸣器开始工作。差分放大电路的放大倍数约为355.5，单限比较器的跳变电压为2.05V，跳变前电压为-10.3V，跳变后输出为11.2V。经过联调后，用火烤热敏电阻一小段时间后，发光二极管发亮，蜂鸣器震动。经过讨论，我们认为将温度传感器改为一个，并将差分放大器的另一端接地，可以简化电路的并且起到和两个温度传感器相同的效果，相应的要提高单限比较器的跳变电压

8、，改变对应的差分放大倍数。六、 故障及问题分析1、在进行实验前，要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。实验时，要先将各个单元电路单独调测，用函数信号发生器等代替输入，观察电路是否正确运行，再将单元电路两两结合进行调测，都正常后进行电路总体调测。在电路联调时，用万用表测各个单元电路的输出端电压是否合适。这些电压难免和单独调测不同，这时需要改变参数来使电路达到要求。2、当电路没有正常的输出时，首先要立刻关闭电源，再检查电源的正负级是否接反，再看电路中是否发生短路或断路现象。若不立即关闭电源就开始改变

9、电路，很有可能导致元件烧毁。实验时若发现两温度传感器输出有微妙差距，但会根据电阻变化而线性变化，有可能是电阻之间有差距，这时需要调整放大倍数，并以常温输出电压较大的电阻为感应火灾的电阻。3、在电路联调时，用万用表测各个单元电路的输出端电压是否合适。这些电压难免和单独调测不同，这时需要改变参数来使电路达到要求。当蜂鸣器响度不够时有可能是输入电流较小，需要采取灌电流方法提高电流。七、总结和结论 此次实验我们组基本完成了实验的基本要求，电路能对高温进行报警，并对其进行了一些创新。在实验中，由于仪表的使用不够熟练和实际与仿真的区别，我们组也困惑、气馁过，但最后都被我们克服。经过几次实验下来，我们达到了实验的目的，学会了用以前学过的基本知识进行实际的综合电路设计，并增强了我们自行查询元件参数和资料的能力，也明白了实际中跟理论是有差距的，应对实际的情况对电路进行相应的修改。总之，此次试验令