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1、基于防火监测及硬件电路Multisim的仿真设计摘 要本文介绍了一种防火检测电路及其工作的基本原理，使用EDA软件Multisim10.0建立光电信号转换部分的仿真模型。硬件电路包括光电检测电路和声光报警电路两部分。在光电检测电路部分，采用VTT1116型硅光敏三极管作为燃烧火焰检测的光电转换器件，光敏管输出的电压信号Va经过两级通用型运算放大器放大，放大后的电压信号为。作为比较电压输出到声光报警电路。声光报警电路由四个相同的报警单元组成。每个单元均采用高精度电压比较器LM311作阈值电压比较。当大于阈值，LED点亮，蜂鸣器发出报警声。点亮的LED个数越多，表明火灾形势越严重。关键词：火焰检测
2、；声光报警；multisim仿真。IFire monitoring and hardware-based simulation of Multisim circuit designAbstract：This thesis introduces the work basic principle of fire detection circuit, and sets the simulation model of the photoelectric signal conversion circuit by EDA software Multisim10.0. The hardware circui
3、ts includes two parts, that is, photoelectric detection circuit and sound and light alarm circuit. For the photoelectric detection circuit, we use VTT1116 as the photoelectric detection component whose output is conveyed to the sound and light circuit after amplification by the Internally - compensa
4、ted dual low noise operational amplifier.The sound and light alarm circuit contain four same units. Each unit has a LM311 as the voltage comparator. When the amplified voltage of the photistors emitter region larger than the threshold , the LED is lighted and the buzzer sounds. More LED is lighted,
5、the fire is more fierce.Key words：photoelectric detection;sound and light alarm; the simulation of multisim.目 录摘 要I第一章 绪 言11.1 学术背景及意义11.1.1 学术背景11.1.2 意义21.2 国内外文献综述3第二章 防火检测电路42.1 光电检测电路42.1.1.光电检测电路原理图42.1.2元件清单列表82.2 声光报警电路102.2.1.声光报警电路原理图102.2.2.电路工作原理112.2.3元件清单列表122.3 电路图中主要元器件简介142.3.1 VTT1
6、116硅型光敏三极管142.3.2 NE5532内在补偿的双向低噪音运算放大器142.3.3 LM39100 1A低电压低压差稳压器162.3.4 LM311 高灵敏度的电压比较器17第三章 防火检测电路的Multisim10.0软件仿真183.1 Multisim简介及特点183.2 防火检测电路的仿真203.2.1 仿真电路203.2.2仿真Q2发射极电压反应火焰光强的情况213.2.3 Q1基极电压反应火焰温度的情况263.2.4 Q1对干扰信号的抑制作用29第四章 硬件电路的制作324.1 Protel 软件简介324.2 PCB板的设计制作334.2.1光电检测电路334.2.2声光
7、报警电路34第五章 实物图36结 论38致 谢39参考文献40第一章 绪 言1.1 学术背景及意义1.1.1 学术背景火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。（GB5907-86）火灾可以按照不同的标准进行分类。为了方便在防火检测中有效的区分出不同种类的物质，本文根据国家标准GB4968-85火灾分类的规定，采用按燃烧特征的不同将火灾分成A、B、C、D四类，即：A类火灾，B类火灾，C类火灾，D类火灾。1A类火灾A类火灾指固体物质火灾。这种物质往往具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等。该种类型燃烧火焰主要呈黄色，温度在1301000不等。本次毕业
8、设计针对纸张、棉麻，燃烧火焰温度约180。2B类火灾B类火灾指液体火灾和可熔化的固体火灾。如汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等。该种类型燃烧火焰主要呈黄色，燃烧火焰温度大半在400500左右，本次毕业设计主要针对酒精灯和石蜡。3C类火灾C类火灾指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等。该种类型燃烧火焰主要成蓝色，燃烧火焰温度约在16001700左右。本次毕业设计主要针对煤气、甲烷。4D类火灾D类火灾指金属火灾。如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等。各种金属在燃烧时现象区别较大，如镁在空气中燃烧，发出耀眼白光；钠在空气中燃烧，火焰黄色；铁在氧气中燃烧，火星四射，（
9、没有火焰）生成的四氧化三铁熔融而滴下等。此处仅针对钾、理两种金属而言，它们燃烧的火焰为紫色，燃烧火焰温度在10001300左右。由于光强越强，温度越高，光敏三极管的光电流越大。因此，可以通过连接在光敏三极管发射极的电阻上的电压大小判断燃烧物质的温度，从而判断火灾的种类。不过由于燃烧物质现象的多样性，此处燃烧物质的判断有一定局限性。1.1.2 意义在众多的灾害中，火灾已成为我国长发性、破坏性和影响力最强的灾害之一，其直接损失约为地震的五倍，仅次于干旱和洪涝，而其发生的频率则居各灾种之首。不仅造成重大的经济损失和人员伤亡，而且给人们心灵留下了一定的精神创伤，对社会的稳定也产生了不良影响。根据世界火
10、灾统计中心以及欧盟的研究成果，许多发达国家每年火灾损失占GDP的0.2%左右，而整个火灾成本约占GDP的1%左右，人员死亡率在十万分之二左右。 为了预防火灾给人类带来的危害，就需要发展响应更快、可靠性更高的火灾防治技术。防火监测是所有建筑及重要场所不可缺少的部分。生活中难免遇到火灾的发生，为了在火灾来临之前防患于未然，因此一个火灾报警器是十分必要的，因而我们模拟设计了火灾报警电路。它包括了温度传感器、放大器、电阻、模拟电路实验箱、发光二极管、蜂鸣器等等。其中温度传感器是一个热敏电阻，它通过感知温度的变化来改变电路中电流的大小，并影响电路中二极管和蜂鸣器中所通过的电流，使其产生变化。而后通过mu
11、ltisim软件仿真的实现来使二极管发光以及使蜂鸣器报警，从而来实现预防火灾及减小火灾危害的作用。321.2 国内外文献综述为了寻求减少火灾经济损失和人员伤亡的方法，首先基于对火灾燃烧机理的研究，找出发生火灾的固有特征；通过对火灾固有特征的分析比较，判断火灾是否发生，为选择或设计火灾探测报警的手段提供理论依据。随着人们对火灾机理理解的不断深入，逐渐发展了众多的火灾探测手段：利用火灾中产生的火焰、烟雾、高温、气体、光和声音等火灾的表现特征，各种各样的火灾探测器，如感焰、感温、感烟以及复合火灾报警器等，用以警示火灾的发生。当今的火灾探测技术产品中，数量最多、应用最广的是接触型火灾探测器。他们在大量
12、建筑物（写字楼、公寓楼等）中获得广泛使用。离子探测器出现之后，感温探测器被排挤到了次要地位。迄今，离子探测器占到已装火灾探测器总量的90%。20世纪80年代后，火灾探测器与其他技术开始了更广泛的交叉和结合，探测智能、检测智能和抗干扰算法在火灾探测技术中的应用，使火灾探测技术进入了一个全新发展的时期，与信号处理技术、人工智能技术和自动控制技术更紧密的联系在一起，火灾探测算法在改进探测系统性能上的作用日益突出。传统的火灾探测器中感温探测器、感烟探测器和感火烟探测器的工作原理均是基于火灾中温度的变化或利用火灾厌恶、火焰的电学和光学等物理特性来进行识别的。这种识别模式很难可靠地发现早期火灾，如感烟探测
13、器不能探测到究竟火焰，感温探测器不易探测到阴燃火源。在现代高大空间建筑中，当存在遮挡和环境干扰的时候，常规的感烟、感温探测器由于火灾燃烧产物在空间传播受空间高度和面积的影响，很难对火灾发生快速响应。复合探测器和多种新型探测器的不断涌现是探测器性能越来越完善，也较好地解决了上述问题。多传感/多判据探测器技术发展，从响应火灾不同信号的多个传感器获得信号，并从这些信号寻出多样的报警和诊断判据。通过把两种或两种以上探测方式融合在一起制成复合探测器，可增强探测器功能，同时弥补各种探测方式的缺点。第二章 防火检测电路本文所设计的防火检测电路包括光电检测部分和声光报警部分。2.1 光电检测电路2.1.1.光
14、电检测电路原理图图2-1 光电检测电路原理图该光电检测电路原理图可以分成三个部分：光电转换电路、信号放大电路、电源及抗干扰电路。下面一一介绍这三个部分的工作原理。（1）光电转换部分图2-2 光电转换部分电路原理图电路接通，LED1亮，表示电路开始工作。本次设计采用VTT1116，即Q2，作为检测火焰的光电转换器件。R7为Q2的偏置电阻，通过调节R7使得光敏三极管Q2工作在放大区。当有物质燃烧时，火焰照射到光敏三极管Q2的基极，产生光电流。由于处于激发态的各电子放出的光子频率不同，导致火焰光强摇摆不定，光电流变化，a点的电流相应发生变化。为了控制和稳定Q2射极电流，方便采集光敏三极管的射极输出电
15、压，我们采用三极管Q1作为电流信号采样反馈元件。当a点电流变大到一定值时，Q1基极电流足够大，使得Q1导通，Q1分Q2基极电流，导致Q2基极电流减小，其发射极电流相应减小，a点电流减小。从而减缓因外来背景强光干扰而造成Q2进入到饱和工作区，以避免强光干扰信号淹没进入到Q2的有用信号，这样便保证Q2正常工作。 Q1射极电阻R1上电压的直流分量的大小反映了火焰温度值的高低变化。电位器W3用于调节光敏三极管Q2的采样输出信号幅度。光敏三极管发射极电压即表示了火焰光的强度。根据火焰光强度不同可以大致判断四种不同的火灾类型。（2）信号放大部分图2-3 信号放大部分电路原理图 本次设计采用NE5532两级通用型放大器作为信号放大电路；为提高输入阻抗，U1B采用同端放大。其放大系数为： （2-1）U2B采用末极同相放大。其放大系数为： （2-2）在没有光照的条件下，调节电位器W2，使得U1B的输出为零，减小误差。（3）电源和抗干扰部分图2-4 电源及抗干扰部分电路原理图
