电子电路综合实验报告.doc

目 录
一、设计选题 - 3 -
设计目的 - 3 -
性能指标要求 - 3 -
二、方案比较与论证 - 3 -
方案1、应用单片机实现 - 3 -
方案2、应用数字电路实现 - 4 -
方案确定 - 5 -
三、理论计算 - 5 -
烟雾浓度采集电路 - 5 -
烟雾浓度分级/编码电路 - 6 -
输出控制模块 - 9 -
显示电路 - 11 -
风扇 - 14 -
蜂鸣器 - 14 -
语音电路 - 15 -
四、测试方法与数据 - 16 -
烟雾浓度测量 - 16 -
设定等级浓度值 - 16 -
输出控制模块调测 - 17 -
声音报警和风扇启动调测 - 17 -
显示电路调测 - 18 -
语音报警模块调测 - 18 -
五、结果及结论 - 19 -
设计任务完成情况 - 19 -
误差分析 - 19 -
故障分析与解决办法 - 20 -
心得体会 - 20 -
参考文献 - 20 -
附录一 整体设计电路图 - 22 -
附录二 元器件清单表 - 23 -
摘要
烟雾浓度报警器具有广泛应用价值。某些特定场合对烟雾浓度有严格的要求与限制，这就需要对烟雾浓度进行实时监测，并显示其浓度等级；一旦超标，相应仪器会进行报警提示，自动开启排风扇以降低烟雾浓度。诸如此类的实际需求就成为了设计烟雾报警器的初衷。
本次实验采用数字电路实现。首先用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号，使用LM324搭建四路电压比较器，每个比较器阈值电压不同可将烟雾浓度等级划分为三级。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。最后用CD4052BCM将不同等级浓度对应到不同输出模块来控制实现具体功能。当烟雾浓度高于二级时，自动开启风扇排风；当烟雾浓度大于最高等级时，蜂鸣器发声并伴随语音提示报警。
该烟雾浓度报警器为初级水平，实时性强，灵敏度高，监测范围广，工作稳定可靠，可简单满足实际需求，如对公共场合因吸烟而导致的烟雾浓度超标情况进行监测和报警提示。
烟雾浓度报警器的设计实现
设计选题
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初步工程设计与实际装调系统电路的能力。
性能指标要求
能够检测指定环境内烟雾浓度并将烟雾浓度分为三级加以显示；（0~333ppm为第一等级，333~666ppm为第二等级，>666ppm为第三等级）
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；
当浓度超过最高等级时系统发出语音提示警报。
二、方案比较与论证
方案1、应用单片机实现
以STC89C51单片机为控制核心。利用QM-N5将烟雾浓度转化为电压信号，51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。当烟雾浓度高于中间级时单片机驱动风扇开始工作；当烟雾浓度大于最高等级时，单片机控制蜂鸣器发出报警提示。
系统框图：
Level2
Level1
Level2
Level0
Level1
Level2
扩展功能
传感器QM-N5
串口通信
安全控制装置
STC89C51
单片机
浓度等级显示
风扇排风
蜂鸣器报警
语音提示报警
A/D转换ADC0804
按键控制
图1 单片机实现框图
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不仅能在较宽的温度范围工作，而且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距离测量和实时控制等功能。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、声音以及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光、声信号。统一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以及可靠性，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比较密，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，芯片的价格比模拟电路要贵。