烟雾报警器设计.

烟雾报警器姓名：学号：班级：[摘要]

随着我国社会经济的不断发展和⼈民⽣活⽔平⽇益提⾼，⽕灾发⽣的概率越来越⼤。⽕灾是最普遍、最容易威胁⼈民财产安全和社会发展的主要灾害之⼀，所以，烟雾报警器装置的安装使⽤将会越来越普遍。

我校师⽣专门为⼩型建筑、家庭和办公室设计了款烟雾报警器，⼀个有害⽓体的检测电路，能检测到室内或相应环境的有害⽓体浓度超标现象，并进⾏及时报警，本设计主要包括以下⼏个部分：①直流电源②信号采集及处理电路③声光报警电路④排⽓通风装置。

[关键词] 烟雾报警器, 检测电路，直流电源，

With the high speed development of China’s socio—economic and the increase of People’s living standard，more and morefactors can lead to the fire disasten The probability of the fire disaster is riding high．The fire disaster is becoming one of thefirst hazard threatening human security of life and properties． And the smoke detectors have been installed and used moreand more widely.

The teachers and students in our school specially designe d for small buildings, homes and offices the smoke alarm,A

harmful gas detection circuit, which can detect the indoor o r corresponding environmentviolation, the harmful gas concentration and alarm in

time,This design mainly includes the following several parts:( 1)dc power supply (2) signal acquisitionand processing circuit (3) sound and light alarm circuit (4) exhaust ventilation device.Key words：smoke detectors，detection circuit,direct-current main⼀、概述

现在，烟⽕报警器在市场上有很多，但⼤都针对⼤中型公共场所或民⽤建筑公共通道的部位，⽽针对单个家庭房间、办公室内部的⼩型⼯作、⽣活区域的报警器品种少，即使有⼀些⼩型报警器，设计上采⽤的传感器⼤都是半导体式和离⼦式。离⼦式传感器中的电离源有辐射性，不利于绿⾊环保，不适合在房间和办公室内使⽤；⽽半导体式传感器具有监控电流⼤、需要预热，这种形式的报警器，误报和漏报现象严重，警戒效果不很理想。最近，我校师⽣专门为⼩型建筑、家庭和办公室设计了⼀款烟雾报警器，本电路综合各⽅利弊采⽤了选择变压器、整

流⼆极管、传感器、电阻、电容、运算放⼤器、555定时器、继电器及集成稳压器来设计有害⽓体报警电路，笔者认为这是感烟式传感器的发展⽅向。根据设计要求，性能稳定、待机电流低的集成电路是笔者优先考虑的元件。本电路采⽤通⽤的双时基集成电路NE555，低电流、低功耗。报警电路利⽤⾳乐⽚电路来实现，成本低廉，结构简单⽆须调整。这款⼩型报警器试制成功后，在本校办公室和住宅⼩区试⽤，其待机功耗⼩，安装⽅便，报警灵敏度⾼，使⽤性能完全符合国家标准，达到了预期的效果。⼆、⼯作原理

1、本设计的⼯作原理流程如下：

①直流电源部分：为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。

②信号采集及处理电路：由⽓敏传感器及附属电路组成。传感器将空⽓中的有害⽓体浓度变化转换为其本⾝阻值的变化，从⽽利于后⾯的电路处理。

③声光报警电路：在有害⽓体浓度超标时，电路产⽣相应的红⾊警告信号，同时驱动扬声器产⽣⾳频信号，提醒⼈们空⽓中的有害⽓体浓度已超出允许范围，应及时撤离现场；在空⽓洁净时，电路应以不同的灯光提⽰，表明安全。

④排⽓通风装置：在有害⽓体浓度超标时，设计对应的电路驱动通风装置（如排⽓扇）⼯作，以迅速降低有害⽓体浓度。2、基本的电路⽅框图

图（1）电路⽅框图3、电路原理图1234D 0R 42

K

C 11000U FR 52KC 20.33UFC 60.1U FV in 1G N D2V o u t

3U 17812D 1LE DC 4

100U F D IS 7TH R6TR IG2V C C8R4G N D

1C V5Q3U 3C 3

0.1U F D 2LE DV in 1G N D2V o u t3U 27805C 50.1U FIN-2IN+3O UT 1V +4V -8U 3AH A17458R 151D 3

R 23K R 33KR 610KR 7100K416325

U 4123J1C ON 3

51324D 6JIC

图（2） 电路原理图三、模块电路1、直流电源

直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分组成。

桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 滤波电路由电容元件组成。它的作⽤是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为⽐较平滑的直流电压。

稳压电路的作⽤是采取某些措施，使输出的直流电压在电⽹电压或负载电流发⽣变化时保持稳定。电源稳压常采⽤三端集成稳压器，本设计可以采⽤三端集成稳压器W7812和W7805，它具有体积⼩、可靠性⾼以及温度特性好等优点，⽽且使⽤灵活、价格低廉，只有三个引出端⼦，分别接输⼊端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，⽽且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使⽤⽅便、安全。构成的电源电路图如下：图（3） 电源电路图

W7812电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路和启动电路。图形如下：

图（4）W7812电路图2、信号采集及处理电路

信号采集电路包括⽓体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。⽓体检测电路需要⽤⽓体传感器，将被检测对象中含的⽓体的浓度变为传感器的电信号输出，以利于后⾯的信号处理电路进⾏处理。

⽓敏传感器：按构成⽓敏元件的材料划分为半导体和⾮半导体⽓敏元件两⼤类，⽽半导体型⼜分为电阻型和⾮电阻型两类。电阻型半导体⽓敏元件是⽤氧化锡、氧化锌等⾦属氧化物材料制作⽽成，利⽤其阻值的变化来检测⽓体的浓度。⾮电阻式半导体⽓敏元件是根据⽓体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对⽓体进⾏直接或间接检测。分类如下：主要物理特性

类型⽓敏元件检测⽓体电阻型电阻表⾯控制型SnO2、ZnO等的烧结体、薄膜、厚膜

可燃性⽓体体控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化钛

酒精、可燃性⽓体、氧⽓⾮电阻型

⼆极管整流特性表⾯控制型铂-硫化镉、铂-氧化钛（⾦属-半导体结型⼆极管）氢⽓、⼀氧化碳、酒精

晶体管特性铂栅、钯栅M0s场效应管氢⽓、硫化氢

本设计选⽤电阻型半导体⽓敏传感器，电阻型半导体⽓敏传感器的组成：电阻型半导体⽓敏传感器是利⽤待测⽓体与半导体（主要是⾦属氧化物）表⾯接触时的电导率等物性的变化来检测⽓体。电阻型半导体⽓敏器件被加热到稳定状态下，当⽓体接触器件表⾯⽽被吸附时，吸附分⼦⾸先在表⾯⾃由地扩散（物理吸附），失去其运动能量，其间的⼀部分分⼦蒸发，残留分⼦产⽣热分解⽽固定吸

附处（化学吸附）。这时，如果器件的功函数⼩于吸附分⼦的电⼦亲和⼒，则吸附分⼦从器件夺取电⼦⽽变成负离⼦吸附。具有负离⼦吸附倾向的⽓体有O2和NO2，称为氧化性⽓体或电⼦接收性⽓体。如果器件的功函数⼤于吸附分⼦的离解能，吸附分⼦将向器件释放电⼦，⽽成为正离⼦吸附。具有这种正离⼦吸附倾向的⽓体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等，称为还原性⽓体或电⼦供给⽓体。

当氧化性⽓体吸附到N型半导体上，还原性⽓体吸附到P型半导体上时，将使载流⼦减少，⽽使电阻增⼤；相反当还原性⽓体吸附到N型半导体上，氧化性⽓体吸附到P型半导体上时，将使载流⼦增多，使电阻下降。

空⽓中的氧成分⼤体上是恒定的，因⽽氧⽓的吸附也是恒定的，⽓敏器件的阻值⼤致保持不变。如果被测⽓体流⼊这⽓氛中，器件表⾯将产⽣吸附作⽤，器件的阻值将随⽓体浓度⽽变化，从浓度与阻值的变化关系，即可得知被测⽓体的浓度。3、电压⽐较电路

电压⽐较电路⽤电压⽐较器实现。电压⽐较器是由运算放⼤器发展⽽来的，⽐较器电路可以看作是运算放⼤器的⼀种应⽤电路。由于⽐较器电路应⽤较为⼴泛，所以开发出了专门的⽐较器集成电路。电压⽐较器是对两个模拟电压⽐较⼤⼩。如下图，左为电路图，右为⼯作原理性能。3218

4U1A1458....

图（5） ⽐较器电路图

4、触发电路

触发电路就是⽤555组成双稳态触发电路，由其输⼊状态改变输出状态，触发后续的执⾏电路。

555时基电路是⼀种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同⼀硅⽚上的组合集成电路。它设计新颖，构思巧妙，因其内部含有电压⽐较器、基本R-S 触发器、放电电路及驱动电路等，辅以适当外围分⽴元件后，被⼴泛应⽤于单稳态电路、施密特触发器、多谐振荡器、幅度鉴别器、波形发⽣器、延时发⽣器、定时器及电压-频率变换电路等，⽤途⼗分⼴泛。芯⽚引脚如下：图（6）555芯⽚引脚图

图（7）555原理电路图555芯⽚逻辑功能表如下：

④脚⑥脚 TH ②脚③脚 OUT ⑦脚 DIS0 X X 0 导通（0）

1 >2/3Vcc >1/3Vcc 0 导通（0）1 X <1/3Vcc 1 截⽌（1）1 <2/3Vcc >1/3Vcc 原态原态4、声光报警电路

该报警电路包括光报警电路、声⾳报警电路两个报警电路，下⾯简单介绍这两个报警电路的组成部分。光报警电路部分，该电路部分由两个发光⼆极管（绿、红）及其附属电路组成。声⾳报警电路部分，

该电路部分由⾳乐集成芯⽚KD153、扬声器及其附属电路组成。具体电路如图8所⽰：其中继电器是⼀组触头开关，⼀个是常开触点，⼀个是常闭触点。

图（8）光电警报器电路图使⽤条件如下：

环境温度：－55～＋85℃；相对温度：＋40℃时，达98%；⼤⽓压⼒：达4400Pa；

振动：10～500Hz，加速度达49m/s2 ；离⼼加速度：达245m/s2；⼯作电压：12V；线圈电阻：50±10%；吸合电压≥9V；释放电压≤2V；⼯作位置：任意5、排⽓通风装置

当空⽓中有害⽓体超标时，继电器动作，常开触点接通，驱动风扇⼯作，降低空⽓中有害⽓体的浓度，以确保室内⼈员的⽣命安全。当空⽓中有害⽓体不超标时，继电器不动作，常闭触点接通，排⽓通风装置不⼯作。电路如下：

图（9）排风电路图四、产品制作

利⽤软件99SE对已设计的电路图进⾏设计、规划、检测以及打印等，在此不再对软件99SE的操作做介绍。画出原理图如下：

图（10）PCB电路图

图（11）最终产品

课程设计说明书第11页参考⽂献

[1]钱⽂华⼀款适合房间和办公室使⽤的烟雾报警器[期刊论⽂]-世界⽂范2012(10)[2]陶泽峰. 基于MSCOS烟雾报警器的设计[学术论⽂]硕⼠-万⽅数据2012(10)

[3]黄继昌, 张海贵, 陈宝平等. 检测专⽤集成电路及其应⽤[J]. ⼈民邮电出版社, 2006.10[4]张庆双.555应⽤电路精选[M].北京:机械⼯业出版社，2009.11