烟雾报警器设计与实验操作评分要点

本次实验主要聚焦于"烟雾报警器的设计实现"。实验成绩由两部分组成：实验动手操作和实验总结报告，总分100分，分别占比60%和40%。实验的核心任务包括设计一个系统，能实时监测指定环境中烟雾浓度，将其分为三个等级并采取相应的措施：一级显示但无动作，二级启动风扇排风，达到最高等级则触发声音及语音报警。系统利用QM-N5型半导体气敏元件作为烟雾浓度传感器，该元件具有高灵敏度、快速响应和工作稳定的特性。 设计过程中，首先通过QM-N5采集烟雾浓度，将其转换为电压信号，然后使用比较器（如LM324）进行电压比较，将模拟信号转换为数字信号，并依据预设阈值进行分级。根据运放输出的不同，模拟开关CD4052BCM被用来控制不同的模块，如显示电路、蜂鸣器、风扇以及语音播放电路。编码器（74HC147）在此过程中也起到关键作用，负责将不同等级的编码信号传输给各个输出模块。 烟雾浓度的分级采用比较器的同相和反相输出来确定，当烟雾浓度上升，输出信号变化，系统相应地执行排风或报警操作。在实际实现中，要注意电源电压（VH）、负载电阻（RL）、清洁空气中的电阻（Ra）等技术参数，以及响应时间和恢复时间的控制，确保系统的准确性和稳定性。 此外，设计提示强调了使用模拟电压信号处理和数字化的重要性，以及如何有效地利用QM-N5的特性来适应各种烟雾浓度条件。在整个系统设计中，不仅涉及硬件电路的设计与连接，还包括软件算法的编写和控制逻辑的实现，这些都是实验操作评分的关键点。 通过这个实验，学生可以深入了解电子传感器的应用、模拟数字信号处理、电路控制以及系统集成的实践知识，同时提升他们的问题解决能力和动手能力。完成实验后，撰写出详实的实验报告，阐述设计思路、实验过程和结果分析，是获取良好实验成绩的重要环节。