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00设计选题三十五__烟雾报警器的设计实现.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.48M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    结 论
    设计选题三十五 烟雾报警器的设计实现 一． 选题背景 现在很多公共场合因为人们吸烟而导致空气质量不好，影响人们的身体 健 康。某些特定环境里对室内的烟雾浓度也有一定限制。本系统能够监测指定环 境 内的烟雾浓度，并显示烟雾浓度等级。系统根据烟雾浓度等级并自动开启排风 机， 改善室内空气质量或发出警报。 二． 设计任务 □ 能够检测制定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度分为三级加以显示。 □ 当浓度超过第二等级时系统自动开启风扇排风 □ 当浓度超过最高等级时系统发出声音警报 三． 设计目的 □ 学习烟雾传感器的原理，掌握实际应用方法 □ 掌握模数转换，电压比较和数码显示电路的设计和构建方法 □ 掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识 进 行逐步工程设计与实际装调系统电路的能力 四． 设计提示 □ 利用 QM-N5 将烟雾浓度转化为电压信号 □ 将模拟电压信号转为数字信号，进行等级划分，将烟雾浓度等级分为三 级。（0~333ppm 为第一等级 333~666ppm 为第二等级>666ppm 为第三等级）
    □ 使用数码管将烟雾浓度等级进行显示。 □ 三级烟雾浓度时，控制蜂鸣器报警。 □ 烟雾浓度大于或等于二级时，控制风扇排风。 五． 方案比较与论证 1. 用单片机实现 工作原理： 以 STC89C51 单片机为控制核心。利用 QM-N5 将烟雾浓度转换为电信号， 单片机控制 ADC0804 将电压信号转化为数字信号。根据数值的大小将烟雾 浓度划分为三个等级。单片机驱动数码管显示烟雾浓度等级。当烟雾浓度超 过第二等级时，单片机驱动风扇开始工作。当烟雾浓度超过最高等级时，单 片机控制蜂鸣器发出报警提示。 系统框图：
    优点： 能适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾 报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度、故 障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目 标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。 该系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、时间 显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器采 用巡检的工作方式，进行两级 报警值设定，并发出不同的光、声信号。统 应采用高性能的单片机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低， 保证报警器的精确性及可 靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报 警器的体积，降低报警器 的成本。另外，单片机构成的外围电路所用元器 件较少，且电路简单。 缺点： 单片机的管脚多且分布较密，对焊接的要求高。需要掌握单片机的使用方法， 并且具有一定的编程能力，对单片机的要求较高。另一方面，芯片的价格较 模拟电路贵。 2. 用模拟数字电路实现 工作原理： 利用 QM-N5 将烟雾浓度转化为电信号，使用 LM324 搭建两路电压比较器， 将烟雾浓度等级分为三级。比较器输出的数字信号经过 74HC147 和非门之 后将浓度的等级变为 BCD 码。再经过 74LS47 可驱动数码管显示相应的浓 度
    等级。当烟雾浓度超过第二等级时，打开风扇开始工作。当烟雾浓度超过最 高等级时，驱动蜂鸣器进行报警。 系统框图： 烟雾浓 度采集 烟雾浓度 分级/编码 Level0 Level1 Level2 Level1 Level2 浓度等 级显示 输出 控制 风扇 排风 蜂鸣器 报警 Level1 优点： 只需要掌握简单的数电模电知识就可以进行设计，起点比较低。电路结构清 晰明了，原理简单易懂。而且所需的器件都比较简单常见，价位比较低，适 合初学者练习。可以深刻理解数模转化，电压比较和数码显示电路的设计和 构架方法。 缺点： 电路所用元器件比较多，连线较为复杂，并且测量的精度不够准确，易受周 围环境影响。
    最终方案确定： 基于以上两种方案的比较，结合老师所给的元器件以及自己对单片机知识的 掌握程度，最终确定以方案二（即模拟数字电路）实现设计. 模拟数字电路设计： 1、烟雾浓度采集 QM-N5 型气敏元件是半导体气敏元件，当元件接触还原性 气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。 特点：  用于可燃性气体（CH4、C4H10、H2 等）和烟雾的检 测  灵敏度高  响应速度快  输出信号大  寿命长，工作稳定可靠 技术指标  加热电压(VH) 0.5V  回路电压(VC)  负载电阻(RL)  清洁空气中电阻(Ra)  灵 敏 度 (S=Ra/Rdg) AC 或 DC 5± 最大 DC 24V 2KΩ ≤4000KΩ ≥ 4 ( 在
    1000ppmC4H10 中)  响应时间(tres)  恢复时间(trec)  检测范围 ≤10S ≤30S 50-10000ppm
    2、烟雾浓度分级/编码 采用三个等值电阻串联形成比较阈值电压，与采样电压通过 LM324 进行比较实现给采样电压分级，进而实现给烟雾浓度分级。 比较器（运放）
    a 0 1 1 b 0 0 1 3、输出控制 实现译码功能 Ui LM324 a b 将不同等级的浓度对应到不同输出 模拟开关（CD4052BCM） 双 4 选 1 模拟开关
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