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1、智能仓库火焰报警器,一、设计要求,安装智能仓库安全防火报警系统是现代仓库必备的安全系统，该系统具有火灾报警功能。通过综合运用所学知识设计仓库安全防火报警系统，掌握传感器应用技术，形成对控制系统的设计分析能力。,利用火焰传感器检测仓库光源、红外辐射线等，当以上两项发生异常时，系统认为发生了火灾，发出报警信号，直到人工消除异常，才自动停止报警。要求采用电路板焊接智能仓库火焰报警器，培养焊接技术，提高识别电路图和分析原理图的能力，为日后设计和应用传感器产品打下坚实的基础。,二、系统工作原理,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。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特
2、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，可以将感光型火灾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
3、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。,火灾报警控制器的的基本工作原理如图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。,本设计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。电路采用4.5V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,三、硬件电路设
4、计,3.1 电子元器件介绍,3.1.1 元件清单,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。,3.1.2 电源指示发光二极管,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
5、器的电压，还可以起到保护用电器的作用。如下图所示为10K的电位器。本电路使用的电位器是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 电压取样电位器,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、电话机、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
6、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
7、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,3.1.4 蜂鸣器,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：,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0.1-10m
8、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4.4m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，
9、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
10、交叉，通过改进信号采集和处理等方法来改善系统性能。,3.1.5火焰传感器,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4.5V，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。,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。轻触开关是使用时轻轻点按开关按钮即可使开关接通，当松
11、开手时开关即可断开，其内部结构是靠金属弹片受力弹动来实现通断的。,3.1.6 轻触开关,三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管，晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号,也用作无触点开关，俗称开关管。本电路使用的是NPN型的三极管8050，当把有字的面向自己，引脚朝下，总左往右排列是发射极E，基极B，集电极C。如下图所示。晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。,3.1.7 半导体三极管
12、,LM358是双运算放大器，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，引脚功能如下：,3.1.8通用运算放大器LM358,本电路设计利用了LM358中的其中一个运算放大器构成电压比较器，信号从第一运放反向输入端（2脚）和同向输入端（3脚）输入，经比较后由第一运放输出端（1脚）输出。如果3脚电压大于2脚电压，则1脚输出高电平；如果3脚电压小
13、于2脚电压，则1脚输出低电平。,CD4013由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出。此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。CD4013引脚图：1D、2D：数据输入端，1CP、2CP：时钟输入端1Q、2Q：原码输出端，1/Q、2/Q：反码输出端，1SD、2SD：直接置位端，1RD、2RD：直接复位端，VDD：电源正，VSS：地。,3.1.9 双D触发器4013,CD4013有两个D触发
14、器，一个D触发器有6个端子：2个输出，4个控制。4个控制分别是R、S、CP、D。1）R和S不能同时为高电平。2）当R为1、S为0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。3）当S为1、R为0时，输出Q一定为1。4）当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。,利用火焰传感器把火焰中的红外光转换成电信号，与电路里的基准电压比较后输出火焰感应信号Si送到信号处理电路。当感应到了火焰时输出高电平，没有火焰时输出低电平。电路设计如下：,3.2 模块电路设计,3.2.1 火焰感应电路设计,当火焰感应电路触发了报警电路，必须通过手动控制电路产生
15、清除信号Ci才能消除报警，电路设计如下：,3.2.2 手动控制电路设计,信号处理电路由双D触发器构成RS触发器，主要负责处理火焰感应信号Si和手动控制电路产生清除信号Ci，并产生相应的输出控制信号Ki给报警电路，电路设计如下：,3.2.3 信号处理电路设计,当信号处理电路输出Ki为高电平时，驱动报警电路工作，蜂鸣器发声，电路设计如下：,3.2.4 报警电路设计,3.3 整体电路设计3.3.1 电路原理图,由R1和LED1构成了电源指示电路，当接通5V直流电压时，发光二极管LED被点亮，电路进入工作状态。由R2、R3、RP1、VD1、LM358构成了了火焰感应电路，RP1调到中间位置，产生2.5
16、V左右的基准电压送到LM358的3脚（同相输入端），火焰传感器从来到信号送到LM358的2脚（反相输入端），两个电压信号进行比较后通过LM358的1脚输出火焰控制信号Si。如果3脚（同相输入端）电压大于2脚（反相输入端）电压，1脚输出火焰控制信号Si为高电平。如果3脚（同相输入端）电压小于2脚（反相输入端）电压，1脚输出火焰控制信号Si为低电平。正常工作时没有火焰的，火焰传感器截止，提供给LM358的2脚（反相输入端）的电压为高电平，大于3脚（同相输入端）电压的，输出火焰控制信号Si为低电平给信号处理电路。,3.3.2工作原理分析,当有火焰时，火焰传感器导通，提供给LM358的2脚（反相输入端
17、）的电压为低电平，小于3脚（同相输入端）电压的，输出火焰控制信号Si为高电平给信号处理电路。,由S1和R4构成了手动控制电路，产生手动控制信号Ci送到信号处理电路的清零端。当轻触开关S1按下后，产生手动控制信号Ci为高电平。当轻触开关S1松开后，产生手动控制信号Ci为低电平。由双D触发器4013、R5信号处理电路，其中4013搭建成RS触发器，高电平有效，主要负责处理火焰感应信号Si和手动控制电路产生清除信号Ci，并产生相应的输出控制信号Ki给报警电路。当4013的置位信号端6脚电压为高电平时，产生输出控制信号高电平给报警电路。当4013的清零信号端4脚电压为高电平时，产生输出控制信号低电平给报警电路。由三极管VT1（9013）和蜂鸣器HA1（5V有源电磁式）构成了报警电路。当三极管VT1的基极电压为高电平时，三极管VT1导通，蜂鸣器鸣叫，产生报警声。当三极管VT1的基极电压为低电平时，三极管VT1截止，蜂鸣器不工作，报警声消失。,四、智能仓库火焰报警器的制作,4.1 硬件电路PCB布局,4.2 硬件电路焊接安装,制作完成后，接上5V直流电压，用打火机在火焰传感器上方30CM处点火，报警器立刻报警。手动按下报警消除按键（轻触开关），报警声停止。,4.3硬件电路调试,
