设计选题三十五烟雾报警器的设计实现.docx
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设计选题三十五烟雾报警器的设计实现
设计选题三十五
烟雾报警器的设计实现
姓名：
赵阳
学号：
07041423
班级：
07-414
成绩：
2010年6月9日
设计选题三十五烟雾报警器的设计实现
一．选题背景
现在很多公共场合因为人们吸烟而导致空气质量不好，影响人们的身体健
康。
某些特定环境里对室内的烟雾浓度也有一定限制。
本系统能够监测指定环境
内的烟雾浓度，并显示烟雾浓度等级。
系统根据烟雾浓度等级并自动开启排风机，
改善室内空气质量或发出警报。
二．设计任务
□能够检测制定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度分为三级加以显示。
□当浓度超过第二等级时系统自动开启风扇排风
□当浓度超过最高等级时系统发出声音警报
三．设计目的
□学习烟雾传感器的原理，掌握实际应用方法
□掌握模数转换，电压比较和数码显示电路的设计和构建方法
□掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进
行逐步工程设计与实际装调系统电路的能力
四．设计提示
□利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号
□将模拟电压信号转为数字信号，进行等级划分，将烟雾浓度等级分为三级。
（0~333ppm为第一等级333~666ppm为第二等级>666ppm为第三等级）
□使用数码管将烟雾浓度等级进行显示。
□三级烟雾浓度时，控制蜂鸣器报警。
□烟雾浓度大于或等于二级时，控制风扇排风。
五．方案比较与论证
1.用单片机实现
工作原理：
以STC89C51单片机为控制核心。
利用QM-N5将烟雾浓度转换为电信号，
单片机控制ADC0804将电压信号转化为数字信号。
根据数值的大小将烟雾
浓度划分为三个等级。
单片机驱动数码管显示烟雾浓度等级。
当烟雾浓度超
过第二等级时，单片机驱动风扇开始工作。
当烟雾浓度超过最高等级时，单
片机控制蜂鸣器发出报警提示。
系统框图：
优点：
能适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾
报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度、故
障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。
其目
标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。
该系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、时间
显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。
报警器采
用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光、声信号。
统
应采用高性能的单片机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，
保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报
警器的体积，降低报警器的成本。
另外，单片机构成的外围电路所用元器
件较少，且电路简单。
缺点：
单片机的管脚多且分布较密，对焊接的要求高。
需要掌握单片机的使用方法，
并且具有一定的编程能力，对单片机的要求较高。
另一方面，芯片的价格较
模拟电路贵。
2.用模拟数字电路实现
工作原理：
利用QM-N5将烟雾浓度转化为电信号，使用LM324搭建两路电压比较器，
将烟雾浓度等级分为三级。
比较器输出的数字信号经过74HC147和非门之
后将浓度的等级变为BCD码。
再经过74LS47可驱动数码管显示相应的浓度
等级。
当烟雾浓度超过第二等级时，打开风扇开始工作。
当烟雾浓度超过最
高等级时，驱动蜂鸣器进行报警。
系统框图：
优点：
只需要掌握简单的数电模电知识就可以进行设计，起点比较低。
电路结构清
晰明了，原理简单易懂。
而且所需的器件都比较简单常见，价位比较低，适
合初学者练习。
可以深刻理解数模转化，电压比较和数码显示电路的设计和
构架方法。
缺点：
电路所用元器件比较多，连线较为复杂，并且测量的精度不够准确，易受周
围环境影响。
最终方案确定：
基于以上两种方案的比较，结合老师所给的元器件以及自己对单片机知识的
掌握程度，最终确定以方案二（即模拟数字电路）实现设计.
模拟数字电路设计：
1、烟雾浓度采集
QM-N5型气敏元件是半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。
特点：
☐用于可燃性气体（CH4、C4H10、H2等）和烟雾的检测
☐灵敏度高
☐响应速度快
☐输出信号大
☐寿命长，工作稳定可靠
技术指标
☐加热电压（VH）AC或DC5±0.5V
☐回路电压（VC）最大DC24V
☐负载电阻（RL）2KΩ
☐清洁空气中电阻（Ra）≤4000KΩ
☐灵敏度（S=Ra/Rdg）≥4（在1000ppmC4H10中）
☐响应时间（tres）≤10S
☐恢复时间（trec）≤30S
☐检测范围50-10000ppm
2、烟雾浓度分级/编码
采用三个等值电阻串联形成比较阈值电压，与采样电压通过LM324进行比较实现给采样电压分级，进而实现给烟雾浓度分级。
比较器（运放）
a
b
0
0
1
0
1
1
3、输出控制
实现译码功能
将不同等级的浓度对应到不同输出
模拟开关（CD4052BCM）
双4选1模拟开关
4、输出
☐显示电路
☐蜂鸣器
☐风扇
显示电路
9个输入管脚（1~9）、4输出管脚（A、B、C、D）
将0-9十个数字变成BCD码（极性相反）
9个输入管脚全为高电平时输出BCD码0
建议想输出数字几的BCD码，就将相应的输入管脚输入低电平，其余管脚高电平
7段数码管译码器（74LS47）
将BCD码译码提供给7段数码管显示
A0~A3对应4位BCD码
a~g对应共阳极数码管
74LS47输入的BCD码与74HC147输出的BCD码反向需要反向器
反向器（74LS04）
将74HC147输出的4位BCD码反向
数码管（共阳极）
☐由8段二极管组成（阳极连接在一起）
☐a~g对应74LS74输出（低电平时发光）
☐管脚测量（万用表）
显示电路
结论
烟雾检测报警器可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。
本文在对烟雾传感器和报警技术进行深入研究的基础上，合理地确定系统的设计方案。
并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。
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