火灾报警电路设计

内蒙古工业大学信息工程学院

课程学习报告

课程名称： 模拟电子技术

班 级： 电子10-1班

* 名： ***

学 号 ： ************

同组人：

成 绩：

指导教师： *** 2

1.导论............................................3

2.火灾报警电路说明................................3

2.1火灾报警电路总体说明........................3

3火灾报警电路原理.................................3

3.1火灾报警原理图..............................4

3.2备注........................................4

4温度传感器.......................................5

4.1.温度传感器.................................5

4.2.单限比较器.................................6

4.3.报警电路原理分析...........................7

4.4.总结.......................................7

5设计方法步骤与仿真...............................7

5.1分析电路功能...............................8

5.2选择声光报警电路参数.......................8

5.3电路仿真...................................8

6实验中的问题.....................................9 3

7心得与体会.......................................10

1.导论：

在我们的日常生活中，时常会有火灾发生，为了能够是火灾得到有效的控制，火灾报警器就成了日常生活中十分重要的器件，基于我们目前学会的知识，我们设计了简易火灾报警器，在正常情况下，两个温度传感器所产生的电压相等，1IU=2IU，发光二级管不亮，蜂鸣器不响。有火情时，安装在金属板上的温度传感器因金属板导热快而温度升高较快，而安装在塑料壳内的温度传感器温度上升的较慢，使1OU与2OU产生差值电压。差值电压增大到一定数值时，发光二级管发光，蜂鸣器鸣叫，产生报警。

2.火灾报警电路说明：

此火灾报警电路的框图如下:

2.1．火灾报警电路总体说明：

（1）温度控制电路有热敏电阻的水温度的的变化电阻减小而控制必列运算电路的输入电压。

（2）比例运算实现电压差。并用输出控制单限比较器。 温度控制电

路 加减运算比例

实现差分放大 单限电压比较器

声光报警电路 4

（3）不同的电压使单限比较器输出不同的电平。使二极管和晶体管导通，控制报警电路。

（4）导通后二极管亮，蜂鸣器发声报警。

此火灾报警电路中使用了热敏电阻元件以及比例运算电路以及声光报警电路。

3.火灾报警电路原理

3.1如下图所示为火灾报警电路原理图：

方案一如下图

方案二如下图 5

3.2备注：

两种方案能使电路达到报警效果，第一种方案相比于第二种简单，性价比相对来说高一些，第二种方案虽说也可行但是增大了电路的不稳定性，但是对蜂鸣器以及二极管的参数要求降低，电路的灵敏性较高，但是成本比较高。考虑到元件的性价比，以及制作程度的难易，还有就是电路整体结构参数的稳定性，我们组选择了方案一，因为两种方案的工作原理大致相同，我们在报告中只介绍了方案一的工作原理，以及它的各种参数。

4.1.温度传感器：

温度传感器工作原理：

温度的测量有几种不同的方式。从简单的二极管到高精度的噪音温度计。在实验室，最主要使用的是不需要由其它温度计标定的温度计。在工业中， 主要使用二级温度计测量温度， 这些传感器需要标定。实际中， 最常用的是热电阻温度计或热电偶温度计。为满足过程控制测量信号精度的需要，下列传感器成为了标准：

电阻式温度计通过电阻值来检测温度。纯金属具有最大的阻抗变化，特别是非常纯的贵金属。正温度系数热敏电阻的电阻值随温度的上升而增加，负温 6

度系数热敏电阻则正好相反。如果电阻与温度呈现线性关系， 温度值即可通过多项式计算出。通常， 电阻式温度计的测量范围是- 2 5 0 至1 0 0 0 多摄氏度。这类传感器中包括标准化的由铂制成的传感器（ 如： P t 1 0 0 ， 在0 ℃ 为1 0 0 Ω ） 。高精度测量中，他们可应用于高达8 5 0 ℃多种工况。热电偶虽然不如热电阻精确， 但具有更快的响应速度。

热电偶传感器由两种不同的金属或半导体相互连接的组成。当两种金属间有温度差， 在连接处就会产生压降。这种现象也被称作塞贝克效应。金属的热电压（也称热电能） 与温度有关， 每开尔文产生几微伏电压。实际上， 这种测量原理是测量热端和冷端间的温度差。如果要确定热端的温度， 必须知道冷端的温度。反之亦然。实践中，人们通常用其它温度传感器测量冷端的温度。通过热电压可推倒热端的温度（ 测量点） 。热电偶传感器通常用来测量超过1 0 0 0 ℃ 的温度。它精度取决于结合处温度的精密量度。

其中温度传感器（热敏电阻）随温度的变化阻值变小，因此分压减小。有公式：

2IU=2''''PCCRRRV

1IU=1''PCCRRRV。

热敏电阻R’’和R’变化时2IU和1IU变化。R’’接受高温，R’在室温下时。由于R’’的减小，使2IU减小。与同向端1IU形成压差。双端输入的比列运算电路，如图（3）。当R1//R2//Rf =R3//R4//R5时

OU=(33RUI+ 44RUI−22RUI−11RUI)

4.2.比例运算电路： 7

图（1）双端输入的比列运算电路 图（2） 差分比例运算电路

若电路中有两个输入且参数对称如图（2）可以实现对差模信号的放大,电路中一级A1运放。则输出结果为：

OU=13RR(1IU-2IU)

即为本题中一级运放A1的输出结果。当热敏电阻R’’发生改变时，2IU减小，因此1OU增大。

4.3.单限比较器：

单限比较器工作原理：

由图5所示为火灾报警电路的第三部分——单限电压比较器电路。由于没有引入反馈，并且工作在开环状态，故构成单限电压比较器。由图中R10、R9可以得出阈值电压，也就是说当从差分放大电路出来的电压大于阈值电压的时候才会由电流从单限电压比较器中流过。输出的直流电压作用于输入端1，如果输出的电压大于单限电压比较器的阈值电压，则就可以通过单限电压比较器，然后作用在发光二极管LED灯和蜂鸣器上。但如果差分放大器输出的电压小于阈值电压，则电流不会通过单限电压比较器，此时二极管工作在低电平状态，就不会有任何警报。 R1UOR2UI4R3UI3R4UI2RfUI1R5GNDR1UOR1UI2R2UI1GNDR2 8

图（2） A2组成的电压比较器的电压传输性

当1OU>UT, 2OU=UOH 输出高电平，使发光二极管和晶体管导通。

当1OU

4.4.报警电路原理分析：

R5和R6所在的图中后面的部分发光二极管的电流为：

DI=7RUUDOH

晶体管的基极电流为：

BI=8RUUBEOH

集电极电流即蜂鸣器的电流为：

BCII

4.5.总结：

当没有火灾时，(1IU-2IU),数值很小，1OU

当遇到火灾时， 1IU>2IU ，(1IU-2IU)，增大到一定值，1OU>UT, 2OU=UOH，使发光二极管和晶体管均导通，发出报警。 UO1 UO2 9

5.设计方法步骤与仿真：

5.1分析电路功能：

选择合适得电压VCC=12V，因此得到所需电压差：