简易火灾报警器
摘要
本实验通过使用热敏电阻随温度电阻值的减小来控制比例运算电路的反向端的电压，从而使二级运放的输入电压增大而使其超过阀值电压。单限比较器实现电压的跳变。输出高电平使发光二极管和晶体管导通，从而驱动声光报警电路报警。
本次实验通过设计简易火灾报警器，使人们进一步了解它的作用及原理，以便在以后更好的应用和使用它。
关键词： 热敏电阻；比例运算电路；单限比较器；声光报警电路
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一 设计任务及要求
1.1 引言
生活中难免遇到火灾的发生，因此一个火灾报警器是十分必要的。在火灾未发生前防患于未然。
1.2 设计任务及主要技术指标和要求
? 要求电路能够通过热敏电阻实现对温度的控制，从而当温度升高时会有
声光报警信号（灯发光，蜂鸣器发声）。 ? 温度范围t?70℃。
? 要求温度必须手动调整。
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二 元器件简介
2.1 设计所用元器件
模拟电路实验箱 1台 数字万用表 1个 热敏电阻 2个 发光二极管 1个 蜂鸣器 1 个 NPN三极管 1个 双向稳压管 1个 LM324集成块 1个 10K，20K，3K电阻 各2个 2K，51欧姆电阻 各1个
2.2 元器件简介
LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2-1。
图2-1 LM324的引脚图
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三 设计原理和数据分析
3.1 电路组成部分
如图3-1：
GND VCC(5V) VCC(1.68V) VCC(5V) R’’ RP2 437.4 R2 20K .
R3 R1 10K R1 10K 3K R6 3K R5 R2 20K NPN RP1 492.6 R4 2K + - 6V 51 R’ GND VCC(5V) GND
图3-1火灾报警电路图
3.2热敏电阻
热敏电阻随温度的变化阻值变小，因此分压减小。有如图3-1有公式：
UI2=
VCC?R''V?R'；UI1=CC。
R''?RP2R'?RP1热敏电阻R”和R’变化时UI2和UI1变化。R’’接受高温，R’在室温下时。由于R’’的减小，使UI2减小。与同向端UI1形成压差。
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3.2双端输入的比列运算电路
1）原理图如图3-2：
当R1//R2//Rf =R3//R4//R5时UO=(
UI1UI2UI3UI4R1RfR2R3R4UOUI3UUU+ I4-I2-I1) R3R4R2R1R5GND
图3-2双端输入的比列运算电路
2）若电路中有两个输入且参数对称如图3-3可以实现对差模信号的放大,
R2电路图3-1中一级A1运放。则输出结果为UO=(UI1-UI2)。
R1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，UI2减小，因此UO1增大。
R2UI1UI2R1R1UOR2GND
图3-3 A1 差分比例运算电路
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3.3单限比较器
原理图如图3-3：
UO2
UO1
图3-3 A2组成的电压比较器的电压传输特性
1) 当UO1>UT, UO2=UOH输出高电平，使发光二极管和晶体管导通。 2) 当UO1 3.4报警电路 ? 报警电路R5和R6所在的图3-1中后面的部分。 1) 发光二极管的电流为：ID= UOH?UD。 R52) 晶体管的基极电流为：IB= 为：IC??IB。 UOH?UBE；集电极电流即蜂鸣器的电流R63.5原理小结 当没有火灾时，(UI1-UI2),数值很小，UO1 当遇到火灾时， UI1>UI2 ，(UI1-UI2)，增大到一定值，UO1>UT, UO2=UOH，使发光二极管和晶体管均导通，发出报警。 6 四 设计中的问题及改进 4.1设计步骤及方法 1) 画出原理图，如图3-1。 2) 根据设计原理，来计算。 1. 选择热敏电阻和合适的电阻RP2=437.4?,RP1=492.6?,VCC=5V。 因此得到温度控制电路的参数： UI2= VCC?R''=1.23V； R''?RP2VCC?R'=2.11V R'?RP1UI1= 2. 通过加减运算电路估算一级运放的输出UO，这里选择R1=1K?和 R2(UI1-UI2)=1.68V。 R13. 选择和估算出二级运放的参数。 R4?VCC2。如果要报警必须输? 二级运放有阀值电压UT= R3?R4R2=2K?。则： UO= 出高电平。则只要UO1>UT, UO2 =UOH。 ? 可以使UO1=VCC2=1.68V,只需要系数可选择R3=3K?,R4=2K?。 R4?VCC2=0.56V。 ? UT= R3?R44. 选择和估算出声光报警电路参数。 ? 由于发光二极管的电流为：ID= 管为??6V。 因此UOH=+6，UOL=-6V。UD?2.5V, ID?20mA则R5选用51? 电阻。 ? 晶体管的基极电流为：IB= UOH?UBE。UBE=0.7V，IB约为R6UOH?UD。这里用稳压二极R5R4?1即可。因此 R3?R4几毫安，因此选R6=3K?即可。 3) 在此过程中必要的检验和调试是必不可少的。 7 4.2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。 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。 5. 总体结构图 温度控制电路 - UI2 UI1 加减运算比例电 路实现差分放大 单限电压比较器 声光报警电路 图4-1总体结构 4.3 设计出的焊接电路 如图4-2所示： 图4-2 焊接电路图 8 五 总结 此次低频电子线路课程设计后我得到了多方面的锻炼。一方面我对模拟电子技术专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多电子仪器的使用方法。掌握电子电路的测试方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。应用知识更为得新应手，熟练自如。有了更多对模拟电子技术综合性训练的机会。也通过实用型模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。另一方面对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。设计一个电路首先要有合理的原理，再有合理的原理图，对于大型的电路还要注意分层分块的完成然后系统连接。在以后的工作中对于我们的实践训练这是很重要的。再一方面电子电路的安装与调试技能培养了我的创新能力和对治学要严谨的态度。 此次模拟电子技术课程设计让我的身心也得到了改善，自身素质也有所提高。不仅在言语上对专业术语提高而且在设计过程中和不同人的交流使我感到了学术交流的乐趣。我与搭档的合作也更让我明白合作中的收获更大。在合作中收获快乐。 不仅收获知识还收获快乐。这过程中我受到了许长安老师的精心指导和帮助，在这里我衷心的感谢许老师！ 六 参考文献 [1]《 模拟电子技术基础-第三版》 童诗白，华成英主编 北京：高等教育出版 社 2001年1月 [2]《电子技术应用》 龙可微著 北京： 高等教育出版社 1999年9月 [3]《通用集成电路速查手册》王新贤著 济南：山东科学技术出版社 2002年3月 [4]《现代电子技术》 史红梅,余祖俊,刘盾,赵爱菊著 北京：北京航空航天大学 出版社1998年9月 9