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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- 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 实现