1、精選優質文檔-傾情為你奉上光電子技術課程設計智能倉庫火焰報警器設計與制作 目 錄3.1.1 智能倉庫火焰報警器硬件電路元件清單602377789902設計要求安裝智能倉庫安全防火報警系統是現代倉庫必備的安全系統，該系統具有火災報警和防盜報警功能。通過綜合運用所學知識設計倉庫安全防火報警系統，掌握傳感器應用技術，培養學生對控制系統的設計分析能力。可利用火焰傳感器檢測倉庫光源、紅外輻射線等，當以上兩項發生異常時，系統認為發生了火災，發出報警信號，直到人工消除異常，才自動停止報警。如果改進火焰傳感器檢測的設備，改用熱釋電紅外傳感器檢測人體輻射的紅外線變化探測移動人體，還可以實現防盜檢測。要采用萬能板

2、焊接智能倉庫火焰報警器，因為這種電子制作方法，不僅能培養學生的焊接技術，還能提高識別電路圖和分析原理圖的能力，為日后維修、設計電子產品打下堅實的基礎。第二章：基本原理2.1 原理物質燃燒不但會產生煙霧和熱量，同時也會產生可見或不可見的光輻射。感光型火災報警系統就是通過響應火災中產生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發報警系統的。根據感應的敏感波長，可以將感光型火災報警系統分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統。火災報警系統一般由火災探測器、區域報警器和集中報警器組成。火災探測器通過對火災發出的物理、化學現象氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫

3、度）、光（火焰）的探測，將探測到的火情信號轉化成火警電信號傳遞給火災報警控制器。區域報警器將接收到火警信號后經分析處理發出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災的房間號。集中報警是將接收到的信號以聲光形式表現出來，其屏幕上也顯示出著火的樓層和房間號，利用本機專用電話還可迅速發出指示和向消防隊報警。光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。物質在燃燒時，由化學反應產生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉變成電信號，經放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發出離子，通過繼電器等，就能打開開關電路報警。&

4、#160;火災報警器是重要的安全設備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。它還可以與自動滅火設備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。2.2 背景與意義火災是可燃物在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害，是威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。火，在給人類帶來文明進步、光明和溫暖的同時也在其失去控制之時給人類造成了巨大的災難。據統計，我國70年代火災平均損失不到2.5億元，80年代火災平均損失接近3.2億元。進入90年代，特別是1993年以來，火災造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。 嚴峻的事實證明，隨著社會和經濟的發展，社

5、會財富日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大，它不僅毀壞物質財產，造成社會秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現實讓人們逐漸認識到監控預警和消防工作的重要性，良好的監控系統和及時的報警機制可以大大降低人員的上網，為社會減少不必要的損失。 隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。智能化火災報警系統已并非傳統意義上的簡單的報警設備，而是融入了計算機技術、電子技術、自動控制技術、傳感器的應用等各領域知識。伴隨著科學技術的不斷進步，火災報警系統必將得到更快的發展。 2.3

6、發展趨勢火災報警器可保障生產與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發生，它是防火、防爆和安全生產所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發展前景。第三章：硬件電路和軟件設計3.1 電子元器件介紹3.1.1 智能倉庫火焰報警器硬件電路元件清單序號名稱代號規格數量1電阻R3,R51K22電阻R1,R410K23電阻R230K14電位器RP110K(103)15瓷片電容C10.1UF(104)16發光二極管LED13MM17火焰傳感器VD15MM-940nm18輕觸開關S16*6*719三極管VT19013110蜂鳴器HA15V有源111雙集成運放U1LM358112雙D觸發器U1CD401311

7、3IC座DIP8P114IC座DIP14P115單排針VCC,GND1*4PIN2.54mm216萬能板7*9CM117拖焊專用銅導線0.5銅導線218拖焊專用焊錫凱納0.8,帶松香219焊接專用圖紙高清原理圖A413.1.2 電源指示發光二極管本電路中采用發光二極管、電阻串聯構成電源指示電路。發光二極管將電能轉變為光能，電阻將電能轉變為熱能。發光二極管，通常稱為LED，內部是具有發光特性的PN結。當給這個PN加正向偏置電壓時，PN結導通，依靠少數載流子的注入以及隨后的復合而輻射發光。發光二極管引腳有正負之分，一般長的為正，短的為負。也可以從內部看到，接觸面小的為正，接觸面大的為負。外邊有切口

8、的為負，另一邊就為正。發光二極管外形如下圖所示。發光二極管外形3.1.3 電壓取樣電位器電位器是可變電阻的一種，其電阻值的大小可以人為調節，以滿足電路的需要。可以逐漸地改變和它串聯的用電器中的電流，也可以逐漸地改變和它串聯的用電器的電壓，還可以起到保護用電器的作用。如下圖所示為104（100K）的電位器。可調電阻100K可調范圍本電路使用的電位器是103（10K）的可調范圍,通常是由電阻體與轉動或滑動系統組成，即靠一個動觸點在電阻體上移動，獲得部分電壓輸出。電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調節轉軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與

9、電流的大小。3.1.4 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，在電路中用字母組合HA表示。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后（1.5-15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5-2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理后，再與黃

10、銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。蜂鳴器還可分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內部帶震蕩源，所以只要通電就會發聲。而無源蜂鳴器內部不帶震蕩源，所以如果用直流電信號無法令其鳴叫，必須用1K-5K的方波去驅動它才能發出不同頻率的聲音。有源蜂鳴器比無源蜂鳴器的成本要高，因為有源蜂鳴器里面多個震蕩電路。無源蜂鳴器便宜，聲音頻率可控，可以做出“多來米發索拉西”的效果。本電路設計采

11、用電磁式5V有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于一般的TTL電壓無法直接驅動，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管構成驅動電路，如下圖所示： 3.1.5火焰傳感器火焰的輻射是具有離散光譜的氣體輻射和伴有連續光譜的固體輻射，其波長在0.1-10m或更寬的范圍，為了避免其他信號的干擾，常利用波長<300nm的紫外線，或者火焰中特有的波長在4.4m附近的CO2輻射光譜作為探測信號。紫外線傳感器只對185-260nm狹窄范圍內的紫外線進行響應,而對其它頻譜范圍的光線不敏感,利用它可以對火焰中的紫外線進行檢測。到達大氣層下地面的太陽光和非透紫材料作為玻殼的電光源發出的光

12、波長均大于300nm，故火焰探測的220m-280nm中紫外波段屬太陽光譜盲區（日盲區）。紫外火焰探測技術，使系統避開了最強大的自然光源一太陽造成的復雜背景，使得在系統中信息處理的負擔大為減輕。所以可靠性較高，加之它是光子檢測手段，因而信噪比高，具有極微弱信號檢測能力，除此之外，它還具有反應時間極快的特點。與紅外探測器相比，紫外探測器更為可靠，且具有高靈敏度、高輸出、高響應速度和應用線路簡單等特點。因而充氣紫外光電管正日益廣泛地應用于燃燒監控、火災自報警、放電檢測、紫外線檢測、及紫外線光電控制裝置中。 但對于傳統的紫外光電管器件，由于結構設計和制備工藝的限制，其噪聲和靈敏度是一個互相矛盾的參數

13、。一般而言，需將靈敏度控制在一個合適的水平，過高的靈敏度對器件的低噪聲指標是十分困難的，因為靈敏度和噪聲信號都是由光敏管發出，傳統的檢測器會將兩種信號同時放大。所以其靈敏度比較差,檢測距離小,不能抗雷電的干擾,存在一定的誤報率。因而需要基于現有或新發展的探測原理方法，與其它學科技術交叉，通過改進信號采集和處理等方法來改善系統性能。本電路采用的火焰傳感器可以檢測火焰或者波長在760納米1100納米范圍內的光源，探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏，性能穩定，工作電壓5V，火焰傳感器探頭的工作溫度為-25攝氏度到85攝氏度，在使用過程中一定要注意火焰傳感器探頭離火焰的距離不能太近，以免造成損壞。

14、3.1.6 輕觸開關輕觸開關，又叫按鍵開關，由嵌件、基座、彈片、按鈕、蓋板等組成，輕輕按下開關接通，松開即斷開。本電路使用的是四腳輕觸開關，外型尺寸大小為6*6*7MM，在輕觸開關底部我們可以看“北”字圖形，如下圖所示。輕觸開關工作原理輕觸開關是使用時輕輕點按開關按鈕即可使開關接通，當松開手時開關即可斷開，其內部結構是靠金屬彈片受力彈動來實現通斷的。3.1.7 半導體三極管三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管，晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅值較大的電信號, 也用作無觸點開關，俗稱開關管。本電路使用的是NPN型的三極管9012，當把有字的面向自己

15、，引腳朝下，總左往右排列是發射極E，基極B，集電極C。如下圖所示。三極管的引腳圖晶體三極管具有電流放大作用，其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將Ic/Ib的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。3.1.8通用運算放大器LM358LM358是雙運算放大器，內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使

16、用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，引腳功能如下：LM358引腳功能排列LM358引腳功能介紹1腳：第一運放輸出端2腳：第一運放反向輸入端3腳：第一運放同向輸入端4腳：接地端5腳：第二運放同向輸入端6腳：第二運放反向輸入端7腳：第二運放輸出端8腳：正電源引腳 本電路設計利用了LM358中的其中一個運算放大器構成電壓比較器，信號從第一運放反向輸入端（2腳）和同向輸入端（3腳）輸入，經比較后由第一運放輸出端（1腳）輸出。如果3腳電壓大于2腳電壓，則1腳輸出高電平；如果3腳電壓小于2腳電壓，則1腳輸出低

17、電平。3.1.9雙D觸發器4013CD4013是一雙D觸發器,由兩個相同的、相互獨立的數據型觸發器構成。每個觸發器有獨立的數據、置位、復位、時鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數據輸入，可用作計算器和觸發器。在時鐘上升沿觸發時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復位與時鐘無關，而分別由置位或復位線上的完成。D觸發器在時鐘脈沖CP的前沿（正跳變0到1）發生翻轉，觸發器的次態取決于脈沖上升沿到來之前D端的狀態，即=D。因此，它具有置0、置1兩種功能。由于CP=1期間電路具有維持阻塞作用，所以在CP=1期間，D端的數據狀態變化，不會影響觸發器的輸出狀態。和分別

18、是決定觸發器初始狀態的直接置0、置1端。當不需要強迫置0、置1時，和端都應置高電平（如接+5V電源）。此外74LS74、74LS175等均為上升沿觸發的邊沿觸發器。觸發器的應用很廣，可用作數字信號的寄存，移位寄存，分頻和波形發生器等。CD4013真值表1CP (3腳) 1D (5腳)1RD(4腳)1SD(6腳)1Q(1腳)1/Q(2腳) 0000110010x00QQxx1001xx0110xx1111本電路設計把雙D觸發器設計成了RS觸發器，由6腳為置位輸入端，4腳為清零輸入端，1腳為輸出端。3.2 電路原理圖設計3.2.1電路原理圖設計整圖及工作原理分析根據電路框圖及以上各個單元電路的設計

19、，原理圖設計整圖如下：由R1和LED1構成了電源指示電路，當接通5V直流電壓時，發光二極管LED被點亮，電路進入工作狀態。由R2、R3、RP1、C1、VD1、LM358構成了了火焰感應電路，RP1調到中間位置，產生2.5V左右的基準電壓送到LM358的3腳（同相輸入端），火焰傳感器從來到信號送到LM358的2腳（反相輸入端），兩個電壓信號進行比較后通過LM358的1腳輸出火焰控制信號Si。如果3腳（同相輸入端）電壓大于2腳（反相輸入端）電壓，1腳輸出火焰控制信號Si為高電平。如果3腳（同相輸入端）電壓小于2腳（反相輸入端）電壓，1腳輸出火焰控制信號Si為低電平。正常工作時沒有火焰的，火焰傳感器

20、截止，提供給LM358的2腳（反相輸入端）的電壓為高電平，大于3腳（同相輸入端）電壓的，輸出火焰控制信號Si為低電平給信號處理電路。由S1和R4構成了手動控制電路，產生手動控制信號Ci送到信號處理電路的清零端。當輕觸開關S1按下后，產生手動控制信號Ci為高電平。當輕觸開關S1松開后，產生手動控制信號Ci為低電平。由雙D觸發器4013、R5信號處理電路，其中4013搭建成RS觸發器，高電平有效，主要負責處理火焰感應信號Si和手動控制電路產生清除信號Ci，并產生相應的輸出控制信號Ki給報警電路。當4013的置位信號端6腳電壓為高電平時，產生輸出控制信號高電平給報警電路。當4013的清零信號端4腳電

21、壓為高電平時，產生輸出控制信號低電平給報警電路。由三極管VT1（9013）和蜂鳴器HA1（5V有源電磁式）構成了報警電路。當三極管VT1的基極電壓為高電平時，三極管VT1導通，蜂鳴器鳴叫，產生報警聲。當三極管VT1的基極電壓為低電平時，三極管VT1截止，蜂鳴器不工作，報警聲消失。第四章：智能倉庫火焰報警器的制作4.1 硬件電路PCB布局及焊接安裝4.1.1 硬件電路PCB布局圖采用Protel99se繪制電路原理圖，再根據原理圖對PCB圖進行布局，設計PCB圖，如下圖所示。 4.1.2 硬件電路焊接安裝根據元件布局圖和走線圖，采用萬能版焊接電路，焊接成功的智能倉庫火焰報警器頂層如下圖所示：智能

22、倉庫火焰報警器底層走線如下圖所示：4.2硬件電路調試4.2.1硬件電路調試制作完成后，接上5V直流電壓，用打火機在火焰傳感器上方30CM處點火，報警器立刻報警。手動按下報警消除按鍵（輕觸開關），報警聲停止。如下圖所示：第五章：總 結本次課程設計經過努力，整個系統實現了預期的目標。本系統通過設計一個以傳感器為核心的火災報警器可以實現聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警等功能。是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。本報警器電路結構簡單、可維護性好。由于實現了對普通環境中煙霧濃度和溫度的實時監控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應用于居民

23、家庭、企事業單位等多方面的安全防范。 但是也存在不少的不足。由于電源的波動，傳感器的電氣特性等問題，使得A/D轉換結果有時波動很大，這樣就可能出現誤報警。由于時間的關系，系統中本應具有的串行通信的功能沒有實現，而只是實現了煙霧濃度、溫度顯示及按鍵控制。由于上述缺點的存在,此系統不是很完善，還有待進一步改進。 通過這次設計，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業的認識也更加深入，使自己對本專業更加的熱愛，對本科階段的學習做了進一步的總結，更加明確了自己學習的目標和方向。在設計過程中，自己也學到了許多新的知識，有很多感悟和體驗心得。而且，對工程設計的流程和步驟有了清晰的認

24、識，為自己日后的學習和研究打下了堅實的基礎。 本課程設計是在我的指導老師錢顯毅老師的關懷與細心指導下完成的。從課題的選擇到最終的完成，錢顯毅老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持，并且在耐心指導之余，錢顯毅老師仍不忘拓展我們的文化視野。值得一提的是，錢顯毅老師宅心仁厚，閑靜少言，不慕榮利，對學生認真負責，在他的身上，我們可以感受到一個學者的嚴謹和務實，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。畢竟“經師易得，人師難求”，希望借此機會向錢顯毅老師表示最衷心的感謝！ 此外，本課程設計最終得以順利完成，也是與班級其他同學的幫助分不開的，雖然他們沒有直接參與我的畢業設計指導，但在開題時也給我提供了不少的意見，提出了一系列可行性的建議，在此向他們表示深深的感謝！通過此次課程設計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來電子的發展方向，使自己在專業知識方面和動手能力方面有了質的飛躍。大學是象牙塔，也是一個小社會，面對生活的沖擊。我