毕业设计说明书 张晓光.docx
- 文档编号:6411009
- 上传时间:2023-01-06
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:232.04KB
毕业设计说明书 张晓光.docx
《毕业设计说明书 张晓光.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计说明书 张晓光.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
毕业设计说明书张晓光
学校代码:
10128
学号:
200820906022
本科毕业设计说明书
(
题目:
烟雾报警系统的基本原理与设计
学生姓名:
张晓光
学院:
理学院
系别:
物理系
专业:
电子信息科学与技术
班级:
电科08-2班
指导教师:
胡秀珍教授
二〇一二年六月
摘要
随着社会经济的发展,火灾也变成了一种发生频率较高的灾害。
据统计,当有烟雾报警系统的地方发生火灾,明显减少了火灾所造成的生命和财产损失。
这是因为报警系统能够及时的将火灾迹象通知给用户或者管理人员,从而有助于他们准备疏散和组织灭火,有效的抑制了火灾的扩展,大大减少了火灾的危害。
所以设计一种简单可靠的烟雾报警系统十分有必要。
本设计以烟雾传感器和无线电遥控开关为设计的核心器件,再配合报警电路即可实现声光报警功能,同时可通过无线电遥控开关控制电路的报警。
烟雾报警系统通过烟雾传感器采集烟雾信号,当达到一定浓度时,便向外发出信号控制报警电路,从而报警电路发出警报。
本烟雾报警系统中的无线电遥控开关可以在了解具体情况后,远程控制报警电路,增加报警的准确性。
本烟雾报警系统有以下几个创新点:
采用了新型的光电式烟雾传感器、可以通过无线电遥控开关远程控制提高了报警系统的准确性、通过简单的电路实现了报警功能、整个系统简单、实用、可靠适合很多场所使用。
关键词:
烟雾传感器;无线电遥控开关;声光报警
Abstract
Withthedevelopmentofsocialeconomy,firehasitselfbecomeahigherfrequenciesofoccurrenceofdisasters.Accordingtostatistics,whenthereissmokealarmsystemoflocalfire,obviouslyreducethefirecausedbythelossoflifeandproperty.Thisisbecausealarmsystemcantimelywillfiresignsnoticetotheuserormanagementpersonnel,thushelpthemreadytofireevacuationandorganization,restraintheexpansionofthefire,greatlyreducingthefirehazard.Sothedesignofasimple,reliablesmokealarmsystemisverynecessary.
Thisdesigntosmokesensorandwirelessremotecontrolswitchforthedesignasthecorecomponent,combinedwiththealarmingcircuitaudibleandvisualalarmfunctionscanberealized,andthroughthewirelessremotecontrolswitchcontrolcircuitofthepolice.Smokealarmsystemthroughthesmokesensorstocollectsmokesignal,whentheyreachacertainconcentration,thensendingsignalcontrolalarmcircuit,andalertthealarmingcircuit.Thesmokealarmsystemofwirelessremotecontrolswitchcanunderstandthespecificsituation,remotecontrolalarmcircuit,increasetheaccuracyofthealarm.Thesmokealarmsystemhavethefollowingafewinnovations:
thenewtypeofphotoelectricsensor,cansmokethroughwirelessremotecontrolswitchremotecontrolimprovetheaccuracyofthealarmsystem,throughthesimplecircuitrealizedthealarmfunction,thewholesystemissimple,practical,reliableformanyplacesofuse.
Keywords:
Smokesensors;Wirelessremotecontrolswitch;Soundandlightalarm
目录
引言1
第一章烟雾报警系统概述2
1.1研究来源、目的和意义2
1.1.1研究来源2
1.1.2研究目的和意义2
1.2国内外发展现状3
1.3设计的要求和思路框图3
第二章烟雾报警系统的设计与制作5
2.1产品介绍5
2.2主要元器件介绍6
2.2.1烟雾传感器简介6
2.2.2无线遥控开关简介9
2.2.3LED简介9
2.3电路设计11
2.4电路制作12
第三章烟雾报警系统的总结和展望15
3.1烟雾报警系统总结15
3.2烟雾报警系统展望15
3.2.1烟雾传感器展望16
3.2.2GPS在烟雾报警系统中的应用16
参考文献17
谢辞18
引言
火,给人类带来文明进步,然而火灾也变成了一种发生频率较高的灾害,现代社会尤为突出。
现代生活节奏的加快,建筑物又趋向集中化,建筑的标准也越来越高,而且建筑都具有设备先进、功能多、装饰豪华等特点,这些都是使火灾不断发生的十分重要因素。
火灾往往发生在人群稠密和物资集中的地方,并且扩展的速度较快,人员疏散较为困难,消防灭火工作难以展开,往往小的火灾却酿成大的灾祸。
为了保护人身和财产安全,做好预防火灾的发生,同时也要做好火灾发生的准备。
如果能够在火灾发生初期及时发现,防止火灾进一步扩展造成的严重的损失,此时烟雾报警系统就十分有必要的。
当火灾发生时,就会产生大量的烟雾,烟雾就是由很多不同的微粒群构成的混合物。
烟雾报警系统是通过系统中的烟雾传感器检测环境中的烟雾浓度,当环境中的烟雾浓度达到所设定的浓度时,向外界发出信号。
信号会通过报警电路或其他方式表现出来,通知用户或管理员。
通过对烟雾报警系统的深入研究,以实际情况为出发,基于适用,可靠的原则设计了本系统。
第一章烟雾报警系统概述
1.1研究来源、目的和意义
1.1.1研究来源
随着社会经济的发展,现代生活节奏不断加快,建筑物又趋向集中化,建筑的标准也越来越高,而且建筑都具有设备先进、功能多、装饰豪华等特点,这些都成为了火灾发生频率增加的重要因素。
火灾往往发生在人群稠密和物资集中的地方,并且扩展的速度较快,人员疏散较为困难,消防灭火工作难以展开,往往小的火灾却酿成大的灾祸。
为了保护人身和财产安全,做好预防火灾的发生,同时也要做好火灾发生的准备。
当火灾发生时,就会产生大量的烟雾,烟雾就是由很多不同的微粒群构成的混合物。
而这些构成烟雾的微粒的产生主要取决于,在火灾发生时的燃烧物。
燃烧物不同,使这些微粒的质量和体积都不同。
虽然火灾发生的地点和环境不同,火灾的性质也不同,但最终产生的烟雾,都能通过烟雾传感器检测到,因此烟雾传感器的使用范围很广泛。
烟雾传感器在探测火灾烟雾浓度上有很大的作用和意义,为烟雾报警系统提供了很有利基础的条件。
为了能够减少火灾带来的事故的发生,可以通过烟雾报警系统检测环境中的浓度,早发现火灾,采取有效的措施,避免灾害的发生,保证生命和财产安全。
因此,烟雾报警系统的研究是十分有必要的[6]。
1.1.2研究目的和意义
烟雾报警系统是通过系统中的烟雾传感器检测环境中的烟雾浓度,当环境中的烟雾浓度达到所设定的浓度时,向外界发出信号。
资料显示,随着社会经济的发展,当有烟雾报警系统的地方发生火灾,可以减少火灾所造成的生命和财产损失。
这是因为报警系统能够及时的将火灾迹象通知给用户或者管理人员,从而有助于他们准备疏散和组织灭火,有效的抑制了火灾的扩展,大大减少了火灾的危害。
随着现代科学技术的不断发展,与烟雾报警系统相关的技术都有很大的进步,这也使烟雾报警系统在实际中运用的更有效的发挥了作用[9]。
所以设计一种烟雾报警系统,可以通过烟雾报警系统检测环境中的浓度,早发现火灾,采取有效的措施,避免灾害的发生,保证生命和财产安全。
烟雾报警系统在一些人员密集的场所、工厂和家庭中都必不可缺的。
通过对烟雾报警系统的深入研究,以实际情况为出发,基于适用,可靠的原则设计烟雾报警系统是很有意义的。
1.2国内外发展现状
一些以美国、英国、日本为代表的发达国家很早以前对烟雾报警系统的研究已经十分重视。
在20世纪80年代,美国、英国、日本等国相继开始投入大量的科研经费、科技力量进行烟雾报警系统技术产品的专门研究。
我国的烟雾报警系统发展起步比较晚,同美国、英国、日本等发达国家相比,在研究和生产上有一部分差距。
主要表现在我国的烟雾报警系统在整体上的智能化程度不是很高。
虽然有智能化的设计但是由于技术不成熟,无法使整个系统更加成熟。
由于烟雾传感器在现场环境中的灰尘和人为因素的干扰,使烟雾报警器无法准确的进行判断,常造成误报和漏报等情况的发生[7]。
对于大型的公共建筑等按规定都有安装烟雾报警系统,而对于一些人员密集的小型场所基本都没有安装烟雾报警系统,一旦发生火灾会造成重大人员伤亡。
总体上看我国的烟雾报警系统无论是在智能化程度上,还是在应用范围上都有所提高和扩展。
1.3设计的要求和思路框图
本文主要通过数字电子技术、模拟电子技术、传感器原理及其应用和相关文献,研究设计一种比较实用的烟雾报警系统。
设计要求:
当烟雾报警系统所处的环境中,烟雾浓度打到一定程度时报警系统自动发出报警,通知用户或管理人员及时采取措施,避免火灾造成重大损失。
通过前期准备了解到的文献同时结合自己所学的知识,确定了烟雾报警系统的基本设计方案。
本烟雾报警系统有三部分组成,第一部分是烟雾传感器,第二部分是无线电遥控开关,第三部分是报警电路。
第一部分的作用是通过烟雾传感器检测环境中的烟雾浓度,当达到所设的的浓度时,向外发出信号。
第二部分的作用是通过无线电遥控开关可以远程控制报警电路,这样用户或管理人员可以在了解情况后远程调控烟雾报警系统更有利于系统发挥作用。
第三部分的作用是当接受到火灾信号时,报警电路发出声光报警通知用户和管理人员及时采取措施。
设计框图如图1-1所示:
图1-1思路框图
第二章烟雾报警系统的设计与制作
2.1产品介绍
所设计的烟雾报警系统分别由烟雾传感器部分、无线电遥控开关部分和报警电路部分组成。
当环境中的烟雾浓度达到一定程度,烟雾报警系统中传感部分的烟雾传感器发出信号,通过控制部分,传送到报警电路。
烟雾传感器探测到烟雾时其指示灯不断闪烁,烟雾浓度越高闪烁频率越快,最后向外发出信号。
当报警电路接受到信号时,报警电路中的三个并联的红色LED灯发光,同时报警电路中的喇叭也会发出声响。
烟雾报警系统实物图如图2-1所示:
图2-1烟雾报警系统实物图
制作产品的创新点:
(1)采用了新型的光电式烟雾传感器
(2)可以通过无线电遥控开关远程控制提高了报警系统的准确性。
(3)通过简单的电路实现了报警功能。
(4)整个系统简单、实用、可靠适合很多场所使用。
2.2主要元器件介绍
2.2.1烟雾传感器简介
烟雾传感器是一种烟雾感应装置,它可以将空气中存在的烟雾的浓度变化转换为有相应关系的输出信号。
烟雾传感器应用的领域十分广泛,已经深入到我们日常生活中的各个方面,与我们的日常生活密切相关。
烟雾传感器一般分为三种类型:
1.离子式烟雾传感器
离子式烟雾传感器是最为常见的烟雾传感装置。
离子式烟雾传感器出现的时间比较早,其各方面技术经过长时间发展,离子式烟雾传感器也不断完善。
由于离子式烟雾传感器的技术各方面都比较成熟,所以被广泛的运用到各个领域[11]。
离子式烟雾传感器内部有电离室,电离室里面有放射源镅241,放射源镅不断向外释放粒子,粒子高速的撞击空气粒子,使得空气电离,电离产生正离子和负离子。
当接入电源后,电离室形成电场,在电场的作用下正离子和负离子个子向正负电极移动,达到相对平衡时,电离室的电流和电压时不变的。
当离子式烟雾传感器所在的环境有火灾发生时,火灾产生的烟雾就会进入到离子烟雾传感器的电离室内,进入的烟雾就会影响带正负离子的正常运动,相对平衡就会被破坏,从而电流和电压就会有所变化。
这种变化成为离子式烟雾传感器判断烟雾浓度的指标,当浓度变化达到设定值时,它变会向外面发出相应的信号,通知用户或管理员及时采取措施应对火灾。
2.气敏式烟雾传感器
气敏式烟雾传感器与其它两种烟雾传感器不同,其它两种烟雾传感器主要是检测环境中的烟雾浓度,主要用于火灾报警。
而气敏式烟雾传感器是检测环境中的一种气体或一类气体的传感器。
由于气敏式烟雾传感器检测的气体的种类和方式的不同,所以它的分类很多,分类之中最常用的是半导体气敏传感器。
气敏式烟雾传感器的基本工作原理是将特定的一种气体或一类气体在空气中的浓度有关的信息转换成相对应的电信号,用户或管理员再根据转化成的电信号确定相对应的操作。
其中气敏式烟雾传感器有以下几种类型[17]:
(1)可燃性气体气敏元件传感器,这种类型的传感器检测的是一类气体,这些气体具有可燃性,一旦泄露发生火灾将造成极其严重的后果,。
这些可燃性气体种类很多,烷类和有机类气体都包括其中。
(2)氧传感器,氧传感器在工业上的应用十分重要,一些限定氧气浓度的场所,氧传感器是必不可少的。
氧传感器在发动机上也有很重要的应用。
(3)一氧化碳气敏元件传感器,一氧化碳气敏元件传感器是检测特定的一氧化碳气体的传感器。
一氧化碳在工业中,冶炼一些金属有重要的应用,由于一氧化碳是一种无色无味的有毒气体,从而一氧化碳气敏元件传感器也使不可缺少的。
(4)毒性气体传感器,这种传感器在环境保护方面有着不可取代的地位。
3.光电式烟雾传感器
光电式烟雾传感器与其它两种传感器的探测性质不同,离子式烟雾传感器是通过烟雾改变了它内部的离子运动,气敏式烟雾传感器是通过化学反应达到变化的目的,而光电式烟雾传感器他是利用光线传播特性达到探测目地的。
光电式烟雾报警器里有很多光学元器件,同时也有光线通过的特定的场所,这些都是光电式传感器必不可少的。
光电式烟雾传感器用到的光线通过特定的场所与烟雾接触发生传播变化。
光电式烟雾报警器内有发光器件和收光器件,发光器件的作用是发出所需要的光线,收光器件主要的作用是接受所传来的光线,并且可以把接收到的光线转化成电流,这种电流称为光电流。
光电式烟雾传感器的工作原理是在正常情况下发光器件发出的光线已有特定的传播路线,当烟雾进入传感器内部时,光线与烟雾接触,由于光的传播特性原有的光传播线路必然会改变,接收器件接收到的光线也发生了变化,通过光电流的形式表现为电信号。
此时光电式烟雾传感器通关对接受器件的光线变化的程度做出判断,烟雾的浓度是否达到设定的标准浓度,如果达到设定的浓度就向外发出信号,进而通知用户或管理员。
根据光电式传感器内的接受器件的位置和用到的光线传播特性,光电式传感器可以分为两种类型:
(1)散射光式光电烟雾传感器,该光电式烟雾传感器内的发光器件发射出的光的光传播路线,通过内部各种光学设备,使得受光器件无法接收发光器件发出的光线。
由于接收器件无法接收到光线,所为不能产生光电流。
当火灾发生时,产生的烟雾进入散射光式光电烟雾传感器内,烟雾粒子与原有的光发生接触使得光改变了传播路径。
光遇到烟雾粒子的时候发生了漫反射,经过漫反射的光线最终照射到了,原本没有接受到光的接收器件上。
由于接收器件从没有接收到光到接收到光,使其从没有产生光电流到产生光电流,光电流发生了变化。
烟雾传感器把光电流的变化转化成为所需要的电信号。
同时经过进一步的判断光电流变化的大小,进而发出信号,通知用户或管理员。
散射光式光电烟雾传感器工作原理如图2-2所示:
图2-2散射光式光电烟雾传感器工作原理图
(2)减光式光电烟雾传感器,该光电式烟雾传感器内部的发光器件和接收器件的位置与散射光式光电烟雾传感器明显不同。
该烟雾传感器的发光器件发出的光,经过各种设备,最终可以被接收器件接收到。
接收器件能接收到光,便有光电流产生。
在发生火灾时,烟雾进人到烟雾传感器的内部,发光器件发出的光线被一些烟雾所遮挡,自然接收器件一端接收到的光也就减少。
进而导致原来所产生光电流变小;通过光电流的变化大小,由此来确定空气中的烟雾浓度。
三种烟雾传感器的比较:
当火灾发生时,就会产生大量的烟雾,烟雾就是由很多不同的微粒群构成的混合物。
气敏式烟雾传感器是检测环境中的一种气体或一类气体的传感器。
气敏式烟雾传感器在工业和环境上用途最为广泛,工业上对于冶金等方面需要一些特定的气体进行相关的工序,气敏式烟雾传感器对这些气体的检测室不可缺少的。
环境方面气敏式烟雾传感器可以监管一些尾气和工业有毒气体的排放。
在火灾烟雾的检测方面其它的烟雾传感器的性能要比它好。
离子式烟雾传感器与光电式烟雾传感器都可以通过检测火灾的烟雾达到烟雾报警系统所需要的效果。
从工作原理上,离子式烟雾传感器是内部已经有了的电压平衡,即电离空气的正离子和负离子向正负电极运动所形成的电压平衡。
当烟雾离子进入其中打破了这种电压平衡,最终导致了电压的变化。
电压的变化转化成为电流的变化,最终以电信号的形式传出去。
而光电式烟雾传感器内部涉及光电两方面的变化,首先是有发光器件和接收器件,两者之间确定的关系,通过烟雾粒子来改变这种对应的关系,使得接收器件上的光发生变化,进而导致了光电流发生了变化。
通过光电流变化的大小来,由此来确定空气中的烟雾浓度,最终发出信号。
由于他们的工作原理有所差别,离子式烟雾传感器对于一些小的烟雾粒子的测试要比通过光学特性研制的光电式烟雾传感器的测试要好一些,而大的烟雾粒子自然是光电式烟雾传感器敏感。
虽然这两种烟雾传感器时间间隔不大,但是离子式烟雾传感器内部有放射源,而光电式烟雾传感器全部是电子元件和光电元件组成。
所以本设计采用了比较新型的光电式烟雾传感器。
光电式烟雾传感器中的减光式烟雾传感器需要的电源等等比较复杂,所以该系统需要定期维护和检查。
因而,其成本或造价较高。
基于以上分析,本烟雾报警系统设计选用散射光式光电烟雾传感器。
2.2.2无线遥控开关简介
随着社会的不断发展,对于各种系统的控制方法也越来越多。
通过智能的无线电遥控开关远程控制控制本烟雾报警系统,提高了报警的准确率。
无线电遥控开关简单的理解便是通过无线电方式来远程控制的一种开关。
这种开关可以应用于各个方面,只要涉及到电路的闭合与断开。
无线电遥控开关主要分为两个部分,发射部分和接收部分。
发射部分的主要作用就是向外发射指令,这指令是通过频率为315或433mHz的无线电为载波,传送到远方设备的接收部分。
接收部分接收到信号以后,去完成相应的电路的断开与闭合。
无线电遥控开光的加入是为了更好的控制烟雾报警系统,避免一些人为因素使得烟雾报警系统发出误报警,提高报警的准确率,更好的发挥烟雾报警系统作用。
2.2.3LED简介
LED的一些良好的性能不断的提高,人们也渐渐意识到LED的价值,并且使其得到广泛应用。
LED的结构示意图如图2-3所示:
图2-3LED的结构示意图
LED是一种半导体器件,和普通的二极管一样都是正向导通、反向截止,但不同的是LED可以直接把电能转化成光能。
LED发光原理如图2-3所示:
图2-3LED发光原理
当电源的正极接P端,负极接在N端时,即为PN结加正向电压。
P区的空穴注入N区,N区的电子注入P区,电子与空穴的扩散均破坏结两边的电中性。
在的移动过程中电子和空穴会相遇而复合,复合的能量则以光子的形式散发出来,从而使LED开始发光。
LED的优点:
(1)发光效率高
LED灯几乎把所有的电都转化成为了光,产生的热量极少。
(2)启动时间短
LED灯与我们家庭中普遍应用的普通白炽灯的开启时间100到300ms相比,启动时间特别短,该灯的启动时间只需要60ns。
(3)体积小、重量轻
当使用发热量低并且体积小的发光二极管时可以使设计者拥有更灵活的设计空间,可以使不同模式和不同造型来满足设计要求。
(4)寿命长
发光二极管可以使用100000小时,当采用LED灯时有可能在使用过程中不在更换或者修理。
从一个方面看LED的冷光性,可以使其不会因为温度过高而变形,进而在火灾发生时更长久的发光。
传统的光源是没有这些优点的。
(5)有利于环保
由于LED单色性非常好,所以不会产生一些对人身体有害的杂光。
LED是一个可以回收的,不容易破碎的全固体发光体,有利于保护环境。
2.3电路设计
本烟雾报警系统分为三个部分,烟雾传感器部分、遥控开关部分和报警电路部分。
对于报警电路部分,能用最简单的电路来实现想要的功能是最好的,电路越简单也就越可靠。
通过对烟雾传感器和遥控开关的深入了解,同时经过不断的完善与测试,最终确定了本烟雾报警系统的电路[16]。
烟雾报警系统电路图如图2-4所示:
图2-4烟雾报警系统电路图
列出所选择的器件如表2-1所示:
表2-1设计所用元器件
元件代码
元件名称
规格
数量
VCC
电源
3V
1
R1
电阻
100KΩ
1
R2
电阻
1KΩ
1
C
电容
0.01μF
1
V1
三极管
9013
1
V2
三极管
9012
1
B
喇叭
8Ω
1
LED1-LED3
发光二极管
红色(1.8V)
3
遥控开关
遥控开关
1
烟雾传感器
烟雾传感器
1
2.4电路制作
有了以上电路设计的结果,现在可以进入实验室制作产品。
在制作过程中一些看似简单的步骤做起来却不是那么的容易。
如果在焊接不小心的话,有些器件十分容易损坏。
在电路连接过程中,虽然电路简单,但是也遇到了一些小的问题;比如焊点的大小,导线长短的截取等等;如有不注意就容易使电路不能导通,甚至短路。
产品制作的步骤:
第一步:
制作报警电路电路板。
首先通过电路图确定各个元器件的连接方式,确定元器件在电路板上的摆放位置。
在测试电路能正常工作后,进行焊接。
报警电路焊接完成。
报警电路实物图如图2-5所示:
图2-5报警电路实物图
第二步:
连接整个烟雾报警系统。
对烟雾传感器和无线电遥控开关进行测试,一切正常后,对这三个部分进行连接。
烟雾报警系统连接完成后,进行测试。
当烟雾进入烟雾传感器时,经过烟雾传感器判断后向报警电路发出信号,报警电路中的三个红色LED等发光,同时喇叭发出声响。
此时可以通过无线电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计说明书 张晓光 毕业设计 说明书