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图3.6正向电流与电压特性曲 图3.7光电三极管等效电路 OP801SL是使用密封封装的NPN型硅光电三极管,集电极最小电流0.5mA,它既有光敏二极管的感光性能又具有三极管的放大功能,特性：狭窄的接受角度、变化的灵敏度范围、更强的温度适应范围、TO-18封装。其中狭窄的接收角度提供了与发射管在轴线方向的耦合。
从图3.7的等效电路清楚地看到,基极和集电极的PN结完成了光电二极管承担的任务。也就是说,入射光在PN结附近被吸收,形成电子和空穴,电子向集电极方向移动,空穴向基极方向移动,形成了基极电流Ico,图3.7虚线部分示出了实际三极管的基极和集电极的PN结。这时Ico变成放大了β倍的集电极电流。 3.2.2.2 光电感烟探测器电路设计
红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形,使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调,便于设计不同要求的驱动输出。同时,较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。电路原理如图3.8所示。上电后,555振荡输出信号经过8050放大并反相,使红外发射管OP231上获得调制后的方波电压信号,电路设计中,振荡电路输出的方波信号为7ms的高电平和139ms的低电平输出,频率约为7Hz,设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准,同时满足低功耗要求,具体参数如下：
TH=0.693×RA×C=0.693×10×103×1×10-6=6.9ms TL=0.693×RB×C=0.693×20O×103×l×10-6=138.6ms
F=l.44/((RA+RB)×C)=l.44/((10+200)×l03×1×10-6)=6.86Hz
接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后,以变化电流的形式送给三极管9014,放大后的射极电流变换成电压信号作为输出,其中输出端可
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变电阻用于调节输出为合适的电压信号以备采样用。
图3.8散光型光电感烟探测器电路图
3.2.2.3 光电感烟探测器输出特性
用木头、树叶、碎布、塑料、泡沫、报纸、毡子作为燃烧物,取同一温度(35.5度)点做参考阀值电压点,得到图3.9所示测量输出结果。结论：光电感烟探测器对阴燃火(木头、碎布)响应明显；对燃烧时产生烟量较少的物质(塑料、毡子)输出响应无明显变化；对明火(报纸)因温升较快,烟量较少,因此不适合探测明火。
图3.9光电感烟探测器测量输出数据
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3.3 防煤气中毒探测器
因为家用煤气的主要成分是CO，若CO浓度过高,一方面存在火灾隐患；另一方面,对人身安全也带来威胁(煤气中毒),所以,我们重点设计CO气体探测器,在这里我们采用MQ-7一氧化碳气体传感器作为CO敏感元件,这种气敏传感器对CO响应的选择性好,并具有灵敏度高,稳定性好等特点。基本工作电路图如图3.10所示。负载电阻R串联在传感器中,其两端加工作电压,在加热丝两端加热电压。在洁净空气中,传感器的电阻较大,在负载R上输出电压较小；当气体浓度增加时,传感器的电阻变得较小,则R上的输出电压较大,1,3两点电压输出增大,经放大后与比较器的输入电压比较,当达到报警浓度时,比较器输出高电平。
图3.10 CO浓度探测器电路图
3.4 无线发射接收模块
前面介绍的无线类传感器的输出量均为开关量,为将这些报警开关信息传送到报警主机微处理器,各无线探测器中都包含无线发射模块,主机报警器内含有无线接收主模块,这样当各种灾情参数达到报警阀值时,输出的开关量信号经无线发射模块发送给主机接收模块实现报警。无线发射接收模块包括LFK-51无线发射模块和LFK-52无线接收模块,它们分别采用专用编译码芯片PT2260和PT2270作为电路的核心,电路简洁,抗干扰能力强。 3.4.1 编/译码器PT2260及PT2270
PT2260及PT2270是台湾普诚公司1996及1997年生产的一种编译码器(PT2260是编码器,TP2270是译码器)。PT2260编码器的主要特点：采用高性能CMOS工艺制造；功耗极低；备用模式耗电仅0.5μA(典型值)；很宽的工作电压范围(l.8V-10V)；工作温度范围宽(-30℃-70℃)；有8个三态地址码及4个数据码；振荡器仅外接1
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个电阻；外围元件极少,电路简单,尺寸可做得较小。与PT2260配套的译码器PT2270具有与PT2260相同的特点,仅工作电压范围稍有不同(2V-10V),备用摸式耗电仅0.lμA(典型值)。
3.4.1.1 TP2260编码器简介
TP2260编码器的结构框图见图3.11,A0-A7为地址码,D0-D3为数据码,其中A8/D3及A9/D2是可以做地址码或数据码。该编码器有PT2260-R4及PT226O-R2两种型号。前者有8个地址码(A0-A7)及4个数据码(D0-D3),而后者有10个地址码及2个数据码(D0及D1),OSC端为外接一个振荡电阻到VCC,DOUT为输出端,输出地址码及数据码(由不同的脉宽组成的脉冲串),一般经射频电路调制后由天线发送出去。
图3.11 PT2260的结构框图
AO-A7地址码是三态的,可置“0”置“1”或“悬空”相应输出的信号是两个不同宽度的脉冲。因为地址码是8位的,相应地可以编成38个不同的地址码。
PT2260编码器上电后处于备用模式,如果数据码没有置1,则一直保持备用模式。数据码仅有“0”及“1”,一旦数据码中有1个置“1”时,则DOUT脚就有编码信号输出。如果数据码一直置“1”时,则编码信号连续输出。发送出去的编码信号有地址码、数据码及同步码,这三部分组成一个码字。在备用模式时DOUT输出低电
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平。
3.4.1.2 PT2270译码器简介
PT2270是与PT2260配套的译码器,其结构框图如图3.12所示。AO-A5是地址码,可三态编码。
A6/D5-A11/D0是6位地址码或用作数据码,用作地址码时可三态编码；作为数据码时它是输出脚：若译码器的地址码与编码器的地址码完全相对应,编码器有数据位置“1”时,则相应的数据脚输出为1,DIN是脉冲信号串行输入脚；OSC1与OSC2这两端外接一个振荡电阻；VT是当接收到的信号中地址码完全符合时,此端输出高电平；VCC为正电源(2V-10V),VSS为地。PT2270的外接振荡电阻所产生的频率要与PT2260配合,采用的电阻值对应关系为PT2260用820KΩ,1MΩ,2MΩ,则PT2270对应的电阻分别为1MΩ,1.2MΩ,2.2MΩ。
图3.12 PT2270的结构框图
PT2270有锁存型(后缀为L)及瞬时型,主要表现在数据输出脚上的电平保持时间不同,瞬时型的输出经过一段时间后自动变低,而锁存型的要等到另一个数据接收到后才变。
PT2270上电后处于备用模式,当接收到信号时,其地址码经两次比较而完全相
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