烟雾报警器设计.docx
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烟雾报警器设计
烟
雾
报
警
器
姓名：
学号：
班级：
[摘要]
随着我国社会经济的不断发展和人民生活水平日益提高，火灾发生的概率越来越大。
火灾是最普遍、最容易威胁人民财产安全和社会发展的主要灾害之一，所以，烟雾报警器装置的安装使用将会越来越普遍。
我校师生专门为小型建筑、家庭和办公室设计了款烟雾报警器，一个有害气体的检测电路，能检测到室内或相应环境的有害气体浓度超标现象，并进行及时报警，本设计主要包括以下几个部分：
①直流电源②信号采集及处理电路③声光报警电路④排气通风装置。
[关键词]烟雾报警器,检测电路，直流电源，
WiththehighspeeddevelopmentofChina’ssocio—economicandtheincreaseofPeople’slivingstandard，moreandmorefactorscanleadtothefiredisastenTheprobabilityofthefiredisasterisridinghigh．Thefiredisasterisbecomingoneofthefirsthazardthreateninghumansecurityoflifeandproperties．Andthesmokedetectorshavebeeninstalledandusedmoreandmorewidely.
The teachers and students in our school specially designed for small buildings, homes and offices the smoke alarm,A harmful gas detection circuit, which can detect the indoor or corresponding environmentviolation, the harmful gas concentration andalarmintime,This design mainly includes the following several parts:
（1）dc power supply
（2） signal acquisitionand processing circuit （3） sound and light alarm circuit （4） exhaust ventilation device.
Keywords：
smokedetectors，detectioncircuit,direct-currentmain
1、概述
现在，烟火报警器在市场上有很多，但大都针对大中型公共场所或民用建筑公共通道的部位，而针对单个家庭房间、办公室内部的小型工作、生活区域的报警器品种少，即使有一些小型报警器，设计上采用的传感器大都是半导体式和离子式。
离子式传感器中的电离源有辐射性，不利于绿色环保，不适合在房间和办公室内使用；而半导体式传感器具有监控电流大、需要预热，这种形式的报警器，误报和漏报现象严重，警戒效果不很理想。
最近，我校师生专门为小型建筑、家庭和办公室设计了一款烟雾报警器，本电路综合各方利弊采用了选择变压器、整流二极管、传感器、电阻、电容、运算放大器、555定时器、继电器及集成稳压器来设计有害气体报警电路，笔者认为这是感烟式传感器的发展方向。
根据设计要求，性能稳定、待机电流低的集成电路是笔者优先考虑的元件。
本电路采用通用的双时基集成电路NE555，低电流、低功耗。
报警电路利用音乐片电路来实现，成本低廉，结构简单无须调整。
这款小型报警器试制成功后，在本校办公室和住宅小区试用，其待机功耗小，安装方便，报警灵敏度高，使用性能完全符合国家标准，达到了预期的效果。
2、工作原理
1、本设计的工作原理流程如下：
①直流电源部分：
为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。
②信号采集及处理电路：
由气敏传感器及附属电路组成。
传感器将空气中的有害气体浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。
③声光报警电路：
在有害气体浓度超标时，电路产生相应的红色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，提醒人们空气中的有害气体浓度已超出允许范围，应及时撤离现场；在空气洁净时，电路应以不同的灯光提示，表明安全。
④排气通风装置：
在有害气体浓度超标时，设计对应的电路驱动通风装置（如排气扇）工作，以迅速降低有害气体浓度。
2、基本的电路方框图
图
（1）电路方框图
3、电路原理图
图
（2）电路原理图
3、模块电路
1、直流电源
直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分组成。
桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。
滤波电路由电容元件组成。
它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
电源稳压常采用三端集成稳压器，本设计可以采用三端集成稳压器W7812和W7805，它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。
构成的电源电路图如下：
图（3）电源电路图
W7812电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路和启动电路。
图形如下：
图（4）W7812电路图
2、信号采集及处理电路
信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。
气体检测电路需要用气体传感器，将被检测对象中含的气体的浓度变为传感器的电信号输出，以利于后面的信号处理电路进行处理。
气敏传感器：
按构成气敏元件的材料划分为半导体和非半导体气敏元件两大类，而半导体型又分为电阻型和非电阻型两类。
电阻型半导体气敏元件是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作而成，利用其阻值的变化来检测气体的浓度。
非电阻式半导体气敏元件是根据气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。
分类如下：
主要物理
特性
类型
气敏元件
检测气体
电阻型
电阻
表面控制型
SnO2、ZnO等的烧结体、薄膜、厚膜
可燃性气体
体控制型
La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化钛
酒精、可燃性气体、氧气
非电阻型
二极管整
流特性
表面控制型
铂-硫化镉、铂-氧化钛（金属-半导体结型二极管）
氢气、一氧化碳、酒精
晶体管特性
铂栅、钯栅M0s场效应管
氢气、硫化氢
本设计选用电阻型半导体气敏传感器，电阻型半导体气敏传感器的组成：
电阻型半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体（主要是金属氧化物）表面接触时的电导率等物性的变化来检测气体。
电阻型半导体气敏器件被加热到稳定状态下，当气体接触器件表面而被吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散（物理吸附），失去其运动能量，其间的一部分分子蒸发，残留分子产生热分解而固定吸附处（化学吸附）。
这时，如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子从器件夺取电子而变成负离子吸附。
具有负离子吸附倾向的气体有O2和NO2，称为氧化性气体或电子接收性气体。
如果器件的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而成为正离子吸附。
具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等，称为还原性气体或电子供给气体。
当氧化性气体吸附到N型半导体上，还原性气体吸附到P型半导体上时，将使载流子减少，而使电阻增大；相反当还原性气体吸附到N型半导体上，氧化性气体吸附到P型半导体上时，将使载流子增多，使电阻下降。
空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧气的吸附也是恒定的，气敏器件的阻值大致保持不变。
如果被测气体流入这气氛中，器件表面将产生吸附作用，器件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与阻值的变化关系，即可得知被测气体的浓度。
3、电压比较电路
电压比较电路用电压比较器实现。
电压比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。
由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。
电压比较器是对两个模拟电压比较大小。
如下图，左为电路图，右为工作原理性能。
图（5）比较器电路图
4、触发电路
触发电路就是用555组成双稳态触发电路，由其输入状态改变输出状态，触发后续的执行电路。
555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。
它设计新颖，构思巧妙，因其内部含有电压比较器、基本R-S触发器、放电电路及驱动电路等，辅以适当外围分立元件后，被广泛应用于单稳态电路、施密特触发器、多谐振荡器、幅度鉴别器、波形发生器、延时发生器、定时器及电压-频率变换电路等，用途十分广泛。
芯片引脚如下：
图（6）555芯片引脚图
图（7）555原理电路图
555芯片逻辑功能表如下：
④脚
⑥脚TH
②脚
③脚OUT
⑦脚DIS
0
X
X
0
导通（0）
1
>2/3Vcc
>1/3Vcc
0
导通（0）
1
X
<1/3Vcc
1
截止
（1）
1
<2/3Vcc
>1/3Vcc
原态
原态
4、声光报警电路
该报警电路包括光报警电路、声音报警电路两个报警电路，下面简单介绍这两个报警电路的组成部分。
光报警电路部分，该电路部分由两个发光二极管（绿、红）及其附属电路组成。
声音报警电路部分，
该电路部分由音乐集成芯片KD153、扬声器及其附属电路组成。
具体电路如图8所示：
其中继电器是一组触头开关，一个是常开触点，一个是常闭触点。
图（8）光电警报器电路图
使用条件如下：
环境温度：
－55～＋85℃；
相对温度：
＋40℃时，达98%；
大气压力：
达4400Pa；
振动：
10～500Hz，加速度达49m/s2；
离心加速度：
达245m/s2；
工作电压：
12V；
线圈电阻：
50±10%；
吸合电压≥9V；
释放电压≤2V；
工作位置：
任意
5、排气通风装置
当空气中有害气体超标时，继电器动作，常开触点接通，驱动风扇工作，降低空气中有害气体的浓度，以确保室内人员的生命安全。
当空气中有害气体不超标时，继电器不动作，常闭触点接通，排气通风装置不工作。
电路如下：
图（9）排风电路图
4、产品制作
利用软件99SE对已设计的电路图进行设计、规划、检测以及打印等，在此不再对软件99SE的操作做介绍。
画出原理图如下：
图（10）PCB电路图
图（11）最终产品
参考文献
[1]钱文华一款适合房间和办公室使用的烟雾报警器[期刊论文]-世界文范2012（10）
[2]陶泽峰.基于MSCOS烟雾报警器的设计[学术论文]硕士-万方数据2012（10）
[3]黄继昌,张海贵,陈宝平等.检测专用集成电路及其应用[J].人民邮电出版社,2006.10
[4]张庆双.555应用电路精选[M].北京:
机械工业出版社，2009.11
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