智能仓库火焰报警器电路分析与制作

我们主张，电子初学者要采用万能板焊接电子制作作品，因为这种电子制作方法，不仅能培养电子爱好者的焊接技术，还能提高他们识别电路图和分析原理图的能力，为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。

本文是在分析智能仓库火焰报警器电路原理图的基础上，帮助读者掌握传感器的应用，运算放大器构成电压比较器和D触发器改造成RS触发器等综合数字电路知识。通过制作、调试产品，进一步提高实践动手能力。该产品是我们电子技术入门培训课程中的选修项目，限定完成时间3个小时。

一、智能仓库火焰报警器电路功能介绍

本电路设计思路来源现代企业仓库管理系统的火焰报警系统，当仓库出现火光时，发出报警声，打开灭火设备。电路采用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，智能仓库火焰报警器电路焊接专用原理图如下：

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、报警电路组成。

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LED1被点亮，蜂鸣器HA1发出报警声，电路进入工作状态，按下开关S1，可消除报警声。

由R2、R3、RP1、C1、VD1、LM构成了了火焰感应电路，RP1调到中间位置，产生2.5V左右的基准电压送到LM的3脚（同相输入端），火焰传感器输出的信号送到LM的2脚（反相输入端），两个电压信号进行比较后通过LM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LM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。

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、R5组成信号处理电路，其中搭建成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（）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。

二、智能仓库火焰报警器电路安装与调试

1、根据原理图，列出元器件清单

序号

名称

代号

规格

数量

1

电阻

R3,R5

1K

2

2

电阻

R1,R4

10K

2

3

电阻

R2

30K

1

4

电位器

RP1

10K()

1

5

瓷片电容

C1

0.1UF()

1

6

发光二极管

LED1

3MM

1

7

火焰传感器

VD1

5MM-nm

1

8

轻触开关

S1

6*6*7

1

9

三极管

VT1

1

10

蜂鸣器

HA1

5V有源

1

11

双集成运放

U1

LM

1

12

双D触发器

U1

CD

1

13

IC座

DIP8P

1

14

IC座

DIP14P

1

15

单排针

VCC,GND

1*4PIN2.54mm

2

16

万能板

7*9CM

1

17

拖焊专用铜导线

0.5铜导线

2

18

拖焊专用焊锡

凯纳0.8,带松香

2

19

焊接专用图纸

高清原理图

A4

1

2、元件识别与检测

本电路使用了电阻、电容、发光二极管、电位器、三极管、火焰传感器、蜂鸣器、双运算放大器LM、双D触发器集成芯片等元器件构成。

（1）电阻，本电路使用了3种色环电阻，1K欧姆的电阻上面的5条色环分别为棕黑黑棕棕，10K欧姆的电阻上面的5条色环分别为棕黑黑红棕，30K欧姆的电阻上面的5条色环分别为橙黑黑红棕。

（2）无极性电容，常见的有瓷片电容。本电路中使用了1种瓷片电容，电容上面标示了“”的表示电容容量是0.1UF。

（3）发光二极管，其引脚有正负之分，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。

（4）电位器是可调电阻的一种,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。

本电路使用1个10K的蓝白可调电位器，电位器表注了“”字样，当把电位器1脚接正电源，2脚接负电源，也就是地，3脚作为输出，这样就构成了电压取样电路。

（5）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。套件中使用的是NPN型的三极管，当把有字的面向自己，引脚朝下，从左往右排列是发射极E，基极B，集电极C。如下图所示。

三极管的引脚图

（6）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表示。蜂鸣器还可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，这里的“源”不是指电源。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。

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。

（7）火焰传感器，本电路采用的火焰传感器可以用红外接受二极管代替，可以检测火焰或者波长在纳米～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。

（8）双运算放大器LM，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。LM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：

LM引脚功能排列

LM引脚功能介绍

1脚：第一运放输出端

2脚：第一运放反向输入端

3脚：第一运放同向输入端

4脚：接地端

5脚：第二运放同向输入端

6脚：第二运放反向输入端

7脚：第二运放输出端

8脚：正电源引脚

本电路设计利用了LM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脚电压小于2脚电压，则1脚输出低电平。

（9）（8）双D触发器，CD是一双D触发器,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，可用作计算器和触发器。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。

真值表功能

1CP(3脚)

1D(5脚)

1RD(4脚)

1SD(6脚)

1Q(1脚)

1/Q(2脚)

↑

0

0

0

0

1

↑

1

0

0

1

0

↓

x

0

0

Q

Q

x

x

1

0

0

1

x

x

0

1

1

0

x

x

1

1

1

1

本电路将D触发器改接成了高电平有效的RS触发器，SD（置位端）的优先级高于RD（清零端），其逻辑功能如下：

输入

输出

RD（清零端）

SD（置位端）

Q

/Q

0

0

保持

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

3、智能仓库火焰报警器电路安装与调试

采用Protel99se绘制电路焊接专用原理图和PCB布局图，从左到右，按照电源指示电路、火焰感应电路、手动控制电路、报警电路的顺序安装，PCB布局图如下所示。

根据元件布局图和走线图，采用万能版焊接电路，焊接成功的智能仓库火焰报警器顶层图如下图所示：

智能仓库火焰报警器底层走线入如下图所示：

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。如下图所示：

如果制作没有成功，请从下面几个方面进行检测维修：

（1）观察法：检查每个元件是否安装正确，特别是通用运放LM、双D触发器，火焰传感器、蜂鸣器、轻触开关等是否安装正确，三极管的三个引脚E、B、C是否正确等，发光二极管的正负极性是否正确。

（2）电阻法：根据原理图检查线路是否正常连通，可用万用表检测每条线路是否导通。电子初学者，焊接的线路多有虚焊、漏焊、假焊，电路搭建错误等情况，所以首先检查每条线路是否焊接好，也就是电气性能是否保证。

（3）电阻法：检测每处GND是否和电源负极接头是否连通；检测每处VCC是否和电源接头是否连通。

（4）电压法：测试LM的3脚电压是否为2.5V左右，LM的2脚电压是否为4V左右，然后用打火机在火焰传感器上方30CM处点火，看看电压是否由高到低变化（下降到1V左右）。如果一直电压没有变化，电位器和火焰传感器接错或者损坏。

（5）电压法：测试LM的1脚电压，然后用打火机在火焰传感器上方30CM处点火，看看电压是否由低电平变为高电平。如果电压没有变化，LM的烧坏的可能性较大。

（6）电压法：测试双D触发器的6脚电压，然后用打火机在火焰传感器上方30CM处点火，看看电压是否由低电平变为高电平。同时检测双D触发器的1脚电压是否由低电平变为高电平。如果电压没有变化，双D触发器的烧坏的可能性较大。

（7）电压法：测试三极管V3的基极电压，用嘴吹驻极体话筒时，电压会发生零点几的下降。如果一直电压没有变化，三极管的损坏的可能性比较大。

（8）电压法：测试三极管VT1的基极电压是否会因打火机在火焰传感器上方30CM处点火而变化，如果有变化，但是没有声音，三极管和蜂鸣器损坏的可能性较大。

实践证明，通过以上检测，故障基本能排除，实现智能仓库火焰报警器的仿真功能，即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。

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