“电子产品创作设计”
技术报告
题 目 关于烟雾报警器设计的研究
小组成员 ***
西安电子科技大学
20XX年10月
关于烟雾报警器设计的研究
摘要：随着现代家庭用火、用电量的增加家庭火灾发生的频率越来越高。烟雾报警器也随之被广泛应用于各种场合。本设计是利用QMR1003气敏元件来实现烟雾报警器。交流电经过变压器，再经桥式整流电路，经7805后对气敏元件F端进行加热，当报警器监测到有烟雾时，气敏元件的A到B端导通，使电压接到LED灯上和蜂鸣器上报警。
关键词：烟雾 变压器 桥式整流 气敏元件 LED灯
目 录
引言………………………………………………………………………………………1
1、设计任务………………………………………………………………………………3
2、作品应用背景…………………………………………………………………………3
3、元件选择………………………………………………………………………………4
4、器材的使用和性能的判断……………………………………………………………4
4.1、电阻器……………………………………………………………………………4
4.2、电位器……………………………………………………………………………4
4.3、电容………………………………………………………………………………5
4.4、扬声器……………………………………………………………………………5
4.5、发光二极管………………………………………………………………………5
4.6、桥式整流…………………………………………………………………………5
4.8、稳压二极管………………………………………………………………………6
5、电路的原理及实现…………………………………………………………………7
6、结论…………………………………………………………………………………7
7、参考文献……………………………………………………………………………8
引言
随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。 为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度， 及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和 家庭生活安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警 器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。
第一章 研究烟雾报警器的目的和意义
为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。 烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具 有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能 的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。烟雾报警器属于《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项，它归类于物理化学计量器具。《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。2003年12月，国家执行新的烟雾探测器标准(GB 15322-2003)《可燃烟雾探测器》，2004年10月国家颁布《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。 目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10%计算，烟雾检测报警器的需求量就达2000万台以上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到2006年底，全国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。
第二章 国内外烟雾报警器的发展现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。随着传感器生产 工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。 1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。 燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、 有毒有害烟雾报警器三大系列产品。
(1) 民用火灾烟雾报警器民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动 外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外
(2) 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏 蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。
第三章 烟雾报警系统的主要分类
火灾报警系统根据需要可划分为区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。 火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。
一、 设计任务 利用简单电路设计烟雾报警器
具体要求：
1、 自行设计系统供电用的直流稳压电源+9V,建议用变压器作降压变换器。
2、 用烟雾传感器作烟雾检测器。
3、 检测到烟雾后，作出声光报警，并控制电源开关加电，控制排风装置。
4、 根据系统功能，选择合适的应用场合和包装。
5、 自行收集设计题目内容有关的资料，进行综合，设计出系统成熟的电路图和集成电路设计。
6、 作品应考虑在应用场合和功能扩展两方面的创新设计。
7、 完成样机的包装设计，原理图设计，元件安装调试，最终完成样机成品和设计制作论文一篇。
二、作品应用背景
未捻灭的烟头、漫不经心地让有故障的家用电器连续工作或坏人把燃烧的纸片塞进门口的信箱里都有可能引起火灾。许多易燃聚酯泡沫塑料的家俱，一旦着火就迅速产生大量有居毒的浓烟。在大多数情况下，烟雾才是杀手。熟睡的人们在尚未接触到火灾的热量之前，就由于烟雾中毒而无法挽救了，而这一切都出人意料地发生在很短的时间内，最多不超过几分钟。
消防专家曾经明确的指出，在各种火灾情况下，主要的危害是烟雾，这正是大部分火灾警报器都是烟雾探测器的原因。所幸的是这种探测器可以用很低的成本做得非常有效。
火灾一开始，热空气就带着烟雾向它所能达到的房屋最高点迅速推进，在天花板下形成烟雾层，先充满天花板下的整个建筑物。这就是消防队员和试图从火灾逃生的人们为什么总是躬着身体尽量接近地板，必要时甚至是爬行的原因。显然，烟雾探测器应装在天花板上或房间里靠近天花板的高处。
可以在每个房间里都装上一只烟雾探测器，但这样相当费钱。给每个房间安装与中央报警器相连的烟雾探测器也是如此，它还涉及连接电缆的成本问题。
三．元件选择
IC1选用1A/20V的桥式整流模块；
IC2选用三端集成稳压器7805；
IC3选用IC555；
R1,R2电阻器；
RP1,RP2选用。。。微型电位器；
C1，C2，C3，C4,C5,C6采用。。。电容器；
LED选用4mm直径高亮度红色发光二极管；
VD采用0.25W的稳压二极管；
B选用YD100——6型电动式扬声器。
四．器材的使用和性能判别
1.电阻器
碳膜电阻器是将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成的。其电压稳定性好，造价便宜，并可以在70度以下长期工作。收音机，电视机大多采用碳膜电阻器。碳膜电阻器所允许的功率较小，一般为0.125~2W。
金属膜电阻器是用真空蒸镀的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面制成的。这种电阻有较好的耐高温性能，可以在125度下长期工作。它还适宜工作在较宽的频率范围，噪声小，温度系数低，性能好，精度高。在相同的功率下可以比碳膜电阻器小一半。在仪表及通信设备中都大量采用金属膜电阻器。
2.电位器
有机实心电位器是一种新型电位器 。它的电阻体和合成碳膜电位器相似，是导体和绝缘体按比例配合，用酚醛树脂为调合剂，在膜内加热加压而成。这种电位膜片较厚，具有散热快，功率大，阻值范围宽，耐磨性能好和制造工艺简单等优点。其缺点是高频损耗大。电位体积小，功率0.5W，最高工作电压350V，电阻变化为线性规律。
3.电容
独石电容器实际上也是一种瓷介质电容器，它是用钛酸钡为主的陶瓷材料燃烧而成的。它是用若干片厚度为几十微米厚的陶瓷膜预先印刷上电极，然后叠起来烧结而成，外形具有独石状。
电解电容是一种固定电容器，他是一种有确定正负极的电容器，是一种小体积，大电容的电容器，其频率特性差，温度特性也较差，绝缘电阻低，漏电电流大，长久不用会变质失效。固定电容的好坏及质量的高低可以用万用表电阻挡加以判别。
4.扬声器
又称“喇叭”。一种电声换能器件。音频电能通过电磁、压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动周围空气造成音响。按换能元件分动圈式、电容式、晶体式；按声辐射材料分纸盆式、号筒式、膜片式；按纸盆形状分圆形、椭圆形、双纸盆和橡皮折环；按频率分低音、中音、高音；按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗；按效果分直辐和环境声等。
5.发光二极管
发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
我们这采用的是红的。发光二极管具有体积小，功耗低，色彩鲜明，响应速度快，抗震动，寿命长等优点。
6.桥式整流器
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步。
7.稳压二极管
一种用于稳定电压的单PN结二极管。它的伏安特性、电路符号如图所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿PN结的位垒，形成大的反向电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（隧道击穿）或雪崩电压（雪崩击穿）。
稳压二极管工作于反向击穿状态(图a)。反向电流在-IZK和-IZM之间时，二极管两端的电压基本不变，等于UZ，即为稳定电压。对硅稳压二极管而言，稳定电压在5V以下的器件靠齐纳电压工作，稳定电压在7V以上的器件靠雪崩电压工作，两者之间的器件两种形式的击穿都可能起作用。
五、电路的原理及实现
该电路适用于对煤气、液化气汽油、一氧化碳、烷类挥发气体及纸张、木材、橡胶、塑料制品等燃烧生成的烟雾进行报警。
电路的结构如图所示。该电路主要由两部分基本电路组成，第一部分电路可产生9V的直流稳压源。220V的交流电经过桥堆的整流和电容的滤波及三端集成稳压器7805后可以输出9V的直流。第二部分为烟雾检测电路，电路采用半导体气敏元件MQR1003作为传感器，实现“气——电”转换，由IC9561音乐芯片及外围元件组成报警音响电路。由于气敏元件工作时要求其加热电压相当稳定，所以利用三端集成稳压器7805对气敏元件加热灯丝进行稳压。本电路的气敏传感器需要预热10秒钟左右，当没有检测到烟雾时，传感器呈现的阻抗比较大音乐芯片不能被触发，当检测到烟雾时，气敏传感器AB端呈现的阻抗降低，即可触发音乐芯片发出警报声，可通过电位器RP1的调节改变检测烟雾的灵敏度。
六、结论
火灾探测器采用了更加科学合理，性能更趋完善的离子感烟探测器。它把物质初期燃烧所产生的烟雾信号转换成支流电压信号，通过导线传输给报警器，发出声光报警信号。 控制器的电源模块用于对控制板上各电子元器件供电，并要保证在市电突然停止供电的一定时间内保持系统正常工作。主控模块完成火灾报警信息查询，探测器管理预报警，火警处理和通讯等功能。 火灾报警系统控制器软件设计为用户提供了一个更简单，舒适和友好的界面。用户更能简单方便的操作系统。 但随着现代科技的飞速发展，一些更加合理完善的系统会不断涌现！我们只有在实践中不断完善提高，才能让我们更好的远离火灾
七、参考文献
《常用电子产品制作200例》机械工业出版社