传感器检测技术课程设计智能仓库火焰报警器设计与制作 2016 年 6 月目录1绪论 22系统工作原理 32.1火灾形成的原因 32.2火焰报警控制器的原理 43硬件电路设计 53.1 电子元器件介绍 53.1.1 电源指示发光二极管 53.1.2 电压取样电位器 53.1.3 蜂鸣器 63.1.4火焰传感器 73.1.5 轻触开关 83.1.6 半导体三极管 83.1.7通用运算放大器LM358 93.1.8双D触发器4013 93.2 电路原理图设计 103.2.1 火焰感应电路设计 103.2.2 手动控制电路设计 103.2.3 信号处理电路设计 113.2.4 报警电路设计 113.2.5电路原理图设计整图 123.3.6工作原理分析 124安装调试 135总结 136附录 141元器件清单 142硬件实物图 143硬件电路焊接实物图 153参考文献 161绪论多少年来，火灾一直是人们所遭遇的最主要灾害之一，曾对人类的文明造成了重大破坏，许多著名的建筑大都毁于火灾例如：我国的南宋在杭州建都后，先后发生火灾20次，其中5次使全城为之一空。
公元1201年3月（农历）的一场大火烧了数天，蔓延到城内外10余里，烧毁宫室、军营、仓库、民宅等58000余间，受灾达186300余人，成为我国灾害火灾之最现在,火灾仍然不断对人类社会造成巨大损失伤害,根据世界火灾统计中心的统计,近年来全球范围内,每年发生的火灾有600-700万起,死亡人数为65000-75000人.大多数国家的火灾直接损失都占国民经济总值的0.2%以上.实际上,发生火灾后,除了直接经济人亡财产损失外还有相当大的间接损失,所以要发展加强火灾防范,加强火灾方便的研究物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射感光型火焰报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的根据感应的敏感波长，可以将感光型火焰报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统火焰报警系统一般由火焰探测器、区域报警器和集中报警器组成火焰探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火焰报警控制器区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。
集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用还可迅速发出指示和向消防队报警光辐射探测器一种是红外光辐射探测器物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报警 火焰报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应该安装它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”2系统工作原理2.1火灾形成的原因在初中的物理、化学课中我们曾学习过，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气液体和固体是凝聚态物质，难以与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体（如CO、H2等）的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶一般气溶胶的分子较小，在产生气溶胶的同时，产生分子较大的液体或固体微粒，称之为烟雾。
可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧，着火后，燃烧产生的热量使液体或液体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，形成火灾其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾 总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高起火过程中，阴燃产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器从此阶段进行探测就可以使火灾损失控制在最小限度火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能在这时探测到可以比较及时地控制火灾有效的温度值，起火过程曲线如图2.1所示：图2.1起火过程曲线图2.2火焰报警控制器的原理火焰报警控制器是火灾自动报警系统的重要组成部分在火灾自动报警系统中，火焰探测器是系统的感觉器官，随时监视着周围环境中的火灾情况而火焰报警控制器是系统的“躯体”和“大脑”，是系统的核心，它可以供给火灾探测器稳定的直流电源，监测连接的各类火灾探测器有无故障。
保证火灾探测器长期、稳定、有效地工作当火焰探测器探测到火焰情况后接受火灾探测器发来的报警，迅速、正确地进行转换和数据处理，指示报警具体部位和时间，同时执行相应的辅助控制等诸多任务因此火灾报警控制器除了具有控制、记忆、识别和报警功能外，还具有自动检测、联动控制、打印输出、图象显示、图形显示、通信广播等功能火灾报警控制器功能的多少反映出火灾自动报警系统的技术构成，可靠性、稳定性和性能价格比等因素是评价火灾自动报警系统先进性的一向重要指标 火灾报警控制器的的基本工作原理如图2.2，整个电路原理图可分为火焰感应电路、人工控制电路、信号处理电路和报警电路组成火焰感应电路信号处理电路报警电路手动控制电路图2.2电路原理框图本文以红外检测传感器与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的红外火焰检测报警器，用于火焰检测当仓库出现火光时，发出报警声，打开灭火设备电路采用5V直流电压供电，可以用打火机在火焰传感器上方30CM处点火模拟仓库发生火灾，信号处理系统电路将根据环境做出智能响应，发出报警声，只有按下报警消除按键（轻触开关），报警声才能停止3硬件电路设计3.1 电子元器件介绍3.1.1 电源指示发光二极管本电路中采用发光二极管、电阻串联构成电源指示电路。
发光二极管将电能转变为光能，电阻将电能转变为热能发光二极管，通常称为LED，内部是具有发光特性的PN结当给这个PN加正向偏置电压时，PN结导通，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光发光二极管引脚有正负之分，一般长的为正，短的为负也可以从内部看到，接触面小的为正，接触面大的为负外边有切口的为负，另一边就为正发光二极管外形如下图所示图3.1发光二极管外形3.1.2 电压取样电位器电位器是可变电阻的一种，其电阻值的大小可以人为调节，以满足电路的需要可以逐渐地改变和它串联的用电器中的电流，也可以逐渐地改变和它串联的用电器的电压，还可以起到保护用电器的作用如下图所示为104（100K）的电位器图3.2可调电阻100K可调范围本电路使用的电位器是103（10K）的可调范围,通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小3.1.3 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，在电路中用字母组合HA表示压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5-15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5-2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声蜂鸣器还可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，这里的“源”不是指电源而是指震荡源也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要通电就会发声而无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以如果用直流电信号无法令其鸣叫，必须用1K-5K的方波去驱动它才能发出不同频率的声音有源蜂鸣器比无源蜂鸣器的成本要高，因为有源蜂鸣器里面多个震荡电路无源蜂鸣器便宜，声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果本电路设计采用电磁式5V有源蜂鸣器，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于一般的TTL电压无法直接驱动，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管构成驱动电路，如下图所示： 图3.3三极管构成驱动电路3.1.4火焰传感器火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射，其波长在0.1-10μm或更宽的范围，为了避免其他信号的干扰，常利用波长<300nm的紫外线，或者火焰中特有的波长在4.4μm附近的CO2辐射光谱作为探测信号。
紫外线传感器只对185-260nm狭窄范围内的紫外线进行响应,而对其它频谱范围的光线不敏感,利用它可以对火焰中的紫外线进行检测到达大气层下地面的太阳光和非透紫材料作为玻壳的电光源发出的光波长均大于300nm，故火焰探测的220m-280nm中紫外波段属太阳光谱盲区（日盲区）紫外火焰探测技术，使系统避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，使得在系统中信息处理的负担大为减轻所以可靠性较高，加之它是光子检测手段，因而信噪比高，具有极微弱信号检测能力，除此之外，它还具有反应时间极快的特点与红外探测器相比，紫外探测器更为可靠，且具有高灵敏度、高输出、高响应速度和应用线路简单等特点因而充气紫外光电管正日益广泛地应用于燃烧监控、火灾自报警、放电检测、紫外线检测、及紫外线光电控制装置中 但对于传统的紫外光电管器件，由于结构设计和制备工艺的限制，其噪声和灵敏度是一个互相矛盾的参数一般而言，需将灵敏度控制在一个合适的水平，过高的灵敏度对器件的低噪声指标是十分困难的，因为灵敏度和噪声信号都是由光敏管发出，传统的检测器会将两种信号同时放大所以其灵敏度比较差,检测距离小,不能抗雷电的干扰,存在一定的误报率。
因而需要基于现有或新发展的探测原理方法，与其它学科技术交叉，通过改进信号采集和处理等方法来改善系统性能本电路采用的火焰传感器可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏，性能稳定，工作电压5V，火焰传感器探头的工作温度为-25摄氏度到85摄氏度，在使用过程中一定要注意火焰传感器探头离火焰的距离不能太近，以免造成损坏3.1.5 轻触开关轻触开关，又叫按键开关，由嵌件、基座、弹片、按钮、盖板等组成，轻轻按下开关接通，松开即断开本电路使用的是四脚轻触开关，外型尺寸大小为6*6*7MM，在轻触开关底部我们可以看“北”字图形，如下图所示图3.5轻触开关工作原理轻触开关是使用时轻轻点按开。