（二二 〇〇 一一 一一 年年 十十 二二 月月专题设计实验报告专题设计实验报告学校代码：学校代码： 1012810128组组 别：别： 第五组第五组题题 目目 : 火火灾灾信信号号放放大大及及报报警警电电路路设设计计与与实实验验学学生生姓姓名名 ：： 专专 业业：： 电电子子信信息息工工程程班班 级级：： 电电子子09-2 班班指指导导教教师师 ：： 房房建建东东 1一、 设计任务内蒙古工业大学信息工程学院组合逻辑专题设计任务书（内蒙古工业大学信息工程学院组合逻辑专题设计任务书（3 3））课程名称：课程名称：模拟电子技术模拟电子技术 指导教师：指导教师：房建东房建东 一、组合逻辑专题设计题目：火灾信号放大及报警电路设计与实验二、 设计目的(1)掌握基本组合逻辑电路的分析和设计方法，培养学习专业知识能力2)掌握基本逻辑故障识别与诊断基本方法，培养分析问题、解决问题能力。
3)掌握学习总结报告和设计说明书的基本书写方法，培养技术交流能力三、 设计内容和要求1．设计内容（1）在郑州炜盛电子和奥松电子有限公司网站自行查阅资料选用 1—2 种性价 比高的湿敏元件作为湿度传感器件来感知火情 （2）正常情况下，两个温度传感器所产生的电压信号相等，发光二极管不亮， 扬声器（5V，0.5W） ，不响3）出现火情时，两个温度传感器所产生的电压信号不相等（实验中，可将一 个安装在塑料板上，另一个安装在铁板上） ，出现差值电压，当差值电压达到一定值 时，发光二极管亮，同时扬声器报警4）设计应体现实用性好、成本低、功耗小特点（5）测量精度可自行整定 2．设计要求（1）查找资料，比较实现逻辑功能的几种设计方法（要求 2 中以上，主要根据 器件选型不同来进行比对分析，例如，一种方案是实验室现有可提供器件；另一种方 案是查找资料得到的性价比更高的器件） ，理解原理，比较它们的优缺点，完成框架 设计从设计任务逻辑抽象、设计方案选择、选取器件材料、设计制作、测试分析等 方面归纳阐述并总结成文，列出参考文献目录清单2）确定电路设计方案，绘制原理框图或流程图，简述所选电路设计方案的工 作原理；确定电路结构，给出具体参数（3）搭建 Multisim 或其他仿真电路，完成所设计逻辑电路的仿真测试。
4）进行功能仿真，安装、调试实测电路，完成电路性能指标测试，记录并分 析实验测试结果5）得出结论（是否针对实际任务完成电路设计，通过什么方式验证设计的正 确性，设计电路的性能如何，还可以在那些方面做进一步改进等） 6）写出实际说明和实验报告，分析说明实验过程中出现故障的原因及排除方 法7）创意设计或自主扩展设计想一想自己的设计作品具有那些方面的市场竞 争力，是否可以通过进一步拓展和深化，开展项目研发，参加创新性设计，怎样才、2能销售出去等二、设计方案及论证1.设计背景现如今，火灾时有发生，给国家和人民带来巨大的经济损失，甚至会使人民家破 人亡因此，火灾报警器在现实生活中起到了至关重要的作用为了了解火灾报警器的 结构原理，也为了将所学理论知识运用于实践，锻炼一下自己的动手能力，我们选择了 制作这个简易火灾报警器本电路利用了热敏电阻遇热电阻减小的特性，用两个热敏电 阻所受不同温度产生的压差来控制差分放大电路的输出电压，即单限比较器的输入电压， 通过跟单限比较器的阀值电压相比较，当比阀值电压大时，单限比较器实现了电压跳变， 从而使发光二极管和ＮＰＮ三极管导通，最终使得声光报警器工作，蜂鸣器开始报警。
3一个简易的火灾报警器完成了 2.设计思路 测试两路温度传感器（安装在室内同一处，一路安装在塑料壳内，另一路安装在金属板上）的温度电压信号，在正常情况下两路温度传感器所产生的电压相等，指示灯－ 发光二极管不亮，报警器－蜂鸣器不响当有火情时，安装在金属板上的温度传感器会 因金属板导热快而温度上升速度快，相比较而言，安装在塑料壳内的温度传感器的温度 上升速度要较慢，从而令两者产生的温度电压信号产生压差当此压差增大到一定数值 时，经过由集成运放构成的差分放大电路的放大以及单限比较器的状态比较，最终驱动 发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫报警非门 发光二极管设计所需仪器及元器件清单序 号器 材 名 称单 位数 量备 注1数字万用表个22运算放大器个23蜂鸣器个34 NPN 三极管个15发光二极管个26 或门个1名称数量数字万用表1 台4热敏电阻2 个运算放大器2 个蜂鸣器1 个NPN 三极管1 个直流电源6 台稳压管1 个非门 发光二极管1 个电阻若干5．2 设计原理原理一：热敏电阻Ｒ＇与ＲＰ１分压，Ｒ＇＇与ＲＰ２分压分别得到ＵＩ１和ＵＩ２ 即：ＵＩ１＝ＶＣＣ·Ｒ＇／（Ｒ＇＋ＲＰ１） ＵＩ２＝ＶＣＣ·Ｒ＇＇／（Ｒ＇＇＋ＲＰ２）常温下，Ｒ＇＇分压大于Ｒ＇分压，电路截止，发光二极管不发光，蜂鸣器不报警。
当Ｒ＇＇接受高温时，Ｒ＇＇阻值逐渐减小，其上面的分压逐渐减小，当ＵＩ１＞ＵＩ２时，二者形成压差，第一级放大器电路导通，同时对信号进行放大，一级运放输出电压Ｕ１＝Ｒ２·（ＵＩ１－ＵＩ２）／Ｒ１原理二：１．５Ｖ电压在第二级运放的反向输入端有分压，即Ｕ－＝１．５·Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４） ，形成单限比较器如图：5当Ｕ１＜Ｕ－时，稳压管反向导通， ，电压为负，电路截止；当Ｕ１＞Ｕ－时，稳压管正向导通，发光二极管导通，开始发光，同时蜂鸣器开始报警5．3 设计电路图5．4 设计步骤一、选择适当的热敏电阻 Ｒ＇＝２０Ω Ｒ＇＇＝３０Ω ＲＰ１＝ＲＰ２＝５１ Ω 因此 ＵＩ１＝ＶＣＣ·Ｒ＇／（Ｒ＇＋ＲＰ１）＝１．６９ＶＵＩ２＝ＶＣＣ·Ｒ＇＇／（Ｒ＇＇＋ＲＰ２）＝２．２２Ｖ同时，Ｒ１＝１０Ｋ，Ｒ２＝２０Ｋ，从而，通过一级运放后的输出电压 6Ｕ１＝Ｒ２·（ＵＩ１－ＵＩ２）／Ｒ１＝１．５Ｖ二、第二级运放有门限电压 Ｕ－＝１．５·Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）可以选Ｒ３＝３ＫΩ，Ｒ４＝２Ｋ Ω，从而Ｕ－＝０．６Ｖ当Ｕ１＇＞Ｕ－时，ＵＯＨ＝ＵＺ三、稳压二极管选用±６Ｖ，因此ＵＯＨ＝ＵＺ＝６Ｖ，ＵＯＬ＝－６Ｖ四、发光二极管ＵＤ＝２．５Ｖ，ＩＤ≦２０ｍＡ。
由ＩＤ＝（ＵＯＨ－ＵＤ）／Ｒ５，可以得出Ｒ５＝５１Ω五、三极管的基极电流ＩＢ＝（ＵＯＨ－ＵＢＥ）／Ｒ６，ＵＢＤ＝０．７Ｖ，ＩＢ约为几毫安，因此Ｒ６可以选３Ｋ Ω六、蜂鸣器电流即集电极电流ＩＣ＝ βＩＢ七、电源为直流电源，加在运放上的为１２Ｖ，还有三个为６Ｖ，一个为１．５Ｖ，具体位置参看电路图5．5 电路框图5．6 电路仿真图75．7 电路说明一、热敏电阻随温度的升高电阻逐渐减小，通过两热敏电阻阻值变化引起的压差控制第一级运放的输入输出二、比例运放通过放大压差，并与第二级运放反向输入电压相比较，形成单限比较器 三、通过第二级运放正向输入端电压的变化，使单限比较器输出不同的电平，来控制发光二极管和蜂鸣器的工作与否从而就控制了报警电路的工作与否四、电路导通后，发光二极管发光，蜂鸣器报警心得体会通过这次模拟电子技术的假期实习，我们受益匪浅使我们懂得了科研一种产品是多么的不容易，让我们对技术研发人员产生了一种敬佩之情并使我们得到了许多方面的锻炼，制作电路板初期，我们拿到工具后，还很陌生，通过接触使用这些工具，才明白这些工具的用处让我们接触到了这些我们平时接触不到的工具，使我们对这些我们以后用到的工具有了出初步概念。
选择和购买零件，给我们带来了不小的困难，开始我们完成了仿真阶段，选择好了零件去购买时，发现我们用的零件买不到，我们只好修改自己的电路，重新仿真，直到仿真成功并且零件能买到为止是我们接触了很多细小零件，对它们也有了一些初步判断和认识在焊接过程中，我们培养了不烦不燥，8细心耐心，使我们学到的知识在实际中得到了应用，是我们增加了很大的信心，带来了很大的乐趣我们还通过在实验验收时的调节仪器，使我们接触到了一些高科技的仪器，通过对这些仪器的使用，我们意识到这些仪器的高精尖，使我们提高了学习能力和创新能力通过这次实习我们还培养了严谨治学的科学态度通过这次实习，我们自身的素质也有了很大的提高更好的懂得了团结协作，懂得了集体力量大的真理，有时自己找不到的错误在大家的努力下解决了还使我们对一些专业术语有了进一步的研究，提高了认知能力体会到了乐趣在这里我要感谢王老师不辞辛苦的精心指导，感谢学校为我们提供了可供实习的实验室，感谢同学们对我们的帮助附录参考文献[1]模拟电子技术基础简明教程（第三版）[2]简明火灾报警电路设计[3]模拟电子技术及应用9、主要参考文献[1]童诗白 ，模拟电子技术基础（第四版） 高等教育出版社 2006[2]电子技术课程组，电子技术 内蒙古工业大学 2011.3[3]课程设计专栏，内蒙古工业大学精品课程公共网站[4]其他自查参考资料101112四、设计所需仪器设备及元器件清单四、设计所需仪器设备及元器件清单序 号器 材 名 称型 号单 位数 量备 注1数字万用表个12热敏电阻个23运算放大器个24蜂鸣器5NPN 三极管6直流电源五、五、 测试用表格及测试结果测试用表格及测试结果5.1 仿真测试结果1．仿真电路图2．仿真内容及步骤3．模拟真值表4．仿真波形图5．测试结果分析说明5.2 安装实测结果1．实测接线图2．实验内容与步骤3．实测真值表4．实测波形图5．实测结果分析说明六、六、 测试中遇到的问题及测试结果分析测试中遇到的问题及测试结果分析对所学知识掌握不够牢固，以至于电路图开始设计不正确，对仿真软件应用也不熟悉，不过经过努力克服种种困难，经过多次测试终于解决了问题。
经过测试比较得到利用非门电路设计购买元器件更经济，省时快捷13七、七、 结论结论三种方法通过仿真模拟过程验证得结果一致具体还得经过实验验证出正确结论八、八、 创意设计或自主扩展设计说明创意设计或自主扩展设计说明此项设计如能设计成功，投入到市场中中可以通过报警装置而避免锅炉内因温度过高而引起爆炸，也可有效避免烟道温度过高而造成对人伤害等其他意外可以到学校、医院、企事业等人口较多单位进行销售备注备注本次设计工作由郭兴荣、胡明宇、徐浩、姚劲松、郭玺、梁运六位同学共同完成其中，郭兴荣完成了总体设计、全程排版及仿真具体过程等工作；胡明宇、徐浩完成了电路图的构建和设计工作；姚劲松完成了查阅相关资料的工作；郭玺完成查找元器件名称的工作，梁运旁听了整个过程并参与一部分工作。