随着人们生活质量的提高，人们对自己所生活的环境要求越来越高，空气质量收到了人们的重视。空气净化器类产品相继推出在一定程度上使空气得到了净化。由于条件有限，不能完全的自制空气净化器，所以今天准备开始DIY一个具有报警功能，排除烟雾的烟雾报警器。

由于在官网购买的物料还没有到，国庆期间不能浪费了这美好的空闲时间，于是乎就在实验室开始“翻箱倒柜”，找到了一些电子元件，包括一个12V电源适配器，LM339比较器，lm7805,几个有源蜂鸣器，继电器和一个散热用的风扇。因为没有烟雾报警器，所以这里先做一些电路分析，如有不妥之处，还望大家进行指教。

1：DIY制作要求

1>能够设置烟雾浓度，当超过设定浓度时，蜂鸣器报警

2>指示灯显示不同状态，蓝灯亮表示低于所设置浓度，红灯亮表示高于所设置浓度

3>12V直流电源供电

4>当浓度超过设置浓度时，风扇开始工作

2：对所需电路模块进行分析

1>电源电路

电源电路为整个模块（MQ-2,比较器，有源蜂鸣器，继电器，风扇）提供电能，电源的稳定性决定了整个电路的稳定性。

        图一

由于电源需要给风扇进行供电，风扇是非线性负载会使电源不稳定，图中B点会出现电压波动的现象,如图所示（图不代表真实波形，只是为了表明电压在12v上下的波动）： 

           图二

所以这里的二极管VD2 ，在B点电压低于12V时，二极管反向不导通，可以防止A点电容向B点进行放电，降低A点电压纹波。

电阻R10的作用是防止输入电压突然变化时，电流突然增大形成浪涌电流（电容电流：i(t) = C*du/dt），R10电阻可以消耗部分电流，不会给A点以后电路造成较大的冲击。由于5V后端的电路所需电流最大不超过300MA，在这里LM7805的功耗不超过2W，在这里不考虑LM7805的散热问题。

在电源输入端并联电容可以起到滤波的作用，大电容滤低频,小电容滤高频,同时可以降低线路的输入阻抗，提高电源的电流输出能力。

2>信号采集电路与指示灯电路

MQ-2输出为模拟电压信号,可以通过比较器设置阈值电压将模拟信号转化成为具有开关作用的数字信号。

这里我使用的比较器是LM339，关于LM339的数据手册可以从这个网站进行下载http://www.ic37.com/pdf/search.asp?keyword=LM339

                          图三

JP1接插件代表MQ-2烟雾传感器（买的还没到），为了确保给MQ-2供电稳定，再供电引脚处并联两个电容

电容C2的作用在这里起到滤波作用，防止干扰信号对后端信号造成误触发，误报警的情况出现。

滑动变阻器用于设置报警烟雾浓度大小。为了降低功耗避免LM7805发热这里使用了100K的滑动变阻器。

下图为LM339内部框图，图中可以看出触发器输出为三极管OC输出，为集电极开路输出，在电路设计中只能出现两状态，而不能出现三态，所以在比较器输出端需要接一个上拉电阻。使得比较器输出只有高低两种状态。

                         图四

从手册中可以知道当比较器输出低电平时，芯片内部三极管可以承受16ma灌电流，可以用来驱动LED。如下图所示：

                            图五

在指示灯交换电路中（图三），要求低于设置浓度时蓝灯亮，高于设置浓度时红灯亮。当LM339 5脚电压低于4脚电压时2脚输出为低电平，蓝色LED亮，由于LM339 B部分构成了反向电压比较器，此时，6脚电压低于7脚电压所以1脚输出高电平，红色LED熄灭。

当LM339 5脚电压高于4脚电压时2脚输出为高电平，蓝色LED熄灭。此时，6脚电压高于7脚电压所以1脚输出低电平，红色LED亮。

3>蜂鸣器驱动电路

蜂鸣器有两种 一种是无缘蜂鸣器，一种是有源蜂鸣器。

无缘蜂鸣器在外加直流电压时只会在上电的瞬间滴答响一声，需要外加方波信号或特定的交流信号下才会发出发出声响。

有源蜂鸣器顾名思义，内部有一简单的振荡电路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从而实现磁场交变，带动钼片振动发音。

  图六

这里我们使用三极管作为开关管使用。当Vbe=0.7V, Ib>=1ma时三极管就会完全导通处于开关状态。此时Ic可以流过大约100ma电流，Rce几乎为0，Vce约等于0.3V，加在蜂鸣器上的电压可以达到4.7V。如图七所示为有源蜂鸣器参数，可以看出此电路满足蜂鸣器的工作要求

   图七

同样在前面也提到过，在电路设计中只能出现两状态，而不能出现三态 。

R9 2K的电阻一方面使得三极管B级的电平处于高低两种状态，另一方面可以降低三极管B级的阻抗，当B级有高的du/dt（静电...）时可从如图八所示路径流走从而保护了三极管不被烧坏。

                              图八

再者由于三极管BE之间存在寄生电容，在三极管需要关断时能够提供一个放电回路加快三极管关断避免三极管在线性放大区过度时间过长。在这个项目中对三极管关断速度要求不高，如果在电机H桥驱动电流中为了避免同一桥臂两管出现串洪现象对三极管关闭速率就会有较高的要求，在这里不在展开描述。

2>排风扇驱动电路

我在这里增加了一个自动排风功能，当烟雾浓度超过设定浓度时风扇自动启动进行排风使烟雾浓度降低。

图九

这里我用了一个5V的继电器来控制排风风扇，如图九所示，图中TP1和TP2可以用来选择排风风扇供电电压，由于是DIY项目我这里使用了12V进行供电，风扇使用的12V散热风扇，如果用于现实场景中可选用220V进行供电，使用功率更大的排风风扇。

由于继电器内部有线圈，属于感性元件在断电瞬间线圈会释放电能由公式U=L*di/dt可知，会瞬间产生很高的电压对周围电流产生影响，甚至会击穿三极管。

二极管VD1可以在继电器关断时提供一个续流回路消耗掉产生的能量，起到保护电路的作用，续流回路如如图十所示。

图十

排风扇旁边的VD3和VD1作用效果相同，在这里不在叙述。

继电器开关电路，与蜂鸣器开关电路相似，这里也不展开叙述

3：制作过程图片展示

做完电路分析下面就开始动手制作了，首先，打印原理图，找齐所需要的元器件，明确芯片引脚顺序。

最终找到了几个0808三极管和8550三极管，电容若干，IN4148二极管若干，LM7805,一块，LM339比较器，洞洞板一块，直插的电阻只有10K和4.7K这种规格的，其余电阻都使用贴片电阻，没有直插LED，所以使用了贴片的LED。原理图和元器件如图十一。

                                                                                          图十一

首先调试电源部分，布局

焊接

测下电压稳定输出（部分阻容使用的贴片在背面焊接）

LM339布局

这种引脚比较多的芯片，在焊接时先焊接一个引脚，然后手托着芯片，将芯片焊接正之后在焊接其他引脚。

信号采集电路焊接完成。这里滑动变阻器使用规格为100k

测下滑动变阻器分得电压

由于没有MQ-2烟雾传感器，这里我是用了两个10K的电阻串联分压作为信号输入（2.5V），调节滑动变阻器测试比较器工作是否正常。(刚开始比较器输出口没有焊接上拉电阻，怎么测试电压都不正确，最后焊上后就一切正常了，这里注意下)

输出高电平测试（等于VCC，足够高）

输出低电平测试（0.04V，够低）

下面焊接指示灯电路（没有直插红色LED,所以用的贴片的LED焊接到了正面），测试正常

是不是很有艺术感

来张背面的照片

报警电路焊接与调试（出问题了！！！）

电路设计不会一帆风顺的，通过设计，焊接，调试，从中发现问题，解决问题，这样对电路设计提升有非常大的帮助。

    在调试报警电路时，出现了问题，下面进行说明问题的所在，与解决方案。

以开始的思维进行分析，当烟雾浓度高于设置浓度时，比较器输出高电平，此时E点，F点应该为5V，根据分压关系G点应该约为0.7V。

    但是实际上E点和F点电压只有2.73V（如下图所示），现在开始进行分析。

    如下图所示，由于Ib电流比较小，在这里忽略三极管Rbe之间的电阻。此时比较器内部三极管不导通，这时电路的源和回路如图中红线所示，电阻R1，R8，R9串联到地，根据分压关系可以得到Ue=5.00*((12+2)/(10+12+2))=2.9V,和实际上E点电压相近（电阻有误差），此时G点电压Ug=5.00*((2)/(10+12+2))=0.41V,电流I=5/24=0.2ma。G点电压与流过电流不足以让三极管处于完全导通状态。所以蜂鸣器也就不会响了。

从数据来看问题就出现在R1，R8，R9，这几个电阻参数上，如果这里将R1，R8都更换为5K，R9不变此时Ug=5*(2/(2+5+5))=0.83V可以使三极管导通，通过更换电阻，这样确实可以使得三极管导通，蜂鸣器正常工作，只是在烟雾浓度低于设置浓度时功耗又多了0.5ma。

另一方面，应该从整体来分析电路，还有继电器驱动电路和报警电路类似。如下图所示简画。

使用E点信号同时驱动报警电路和继电器电路时，两路三级管基级电阻并联，由分压关系E点电压下降，G点电压满足不了三极管导通电压，报警电路和继电器电路都不工作，当然通过更改电阻参数也会使得电路正常工作，如果这样做不会在是增加一点点功耗的问题，还有可能使得电路工作不正常。

所以，在这里我又把电阻R1，R8，R9更换为最开始的值，10K 12K 2K。采用另外一种解决方案。

    此时电路基本焊接完成，不方便进行拆卸，所以通过仔细分析电路,我在电路中增加了如图所示8550三极管，当烟雾浓度高于设置浓度时,F点为低电平，三极管Q1导通，H变为高电平，当烟雾浓度低于设置浓度，F点为高电平，三极管Q1截止，H变为高电平。这样就可以满足驱动报警电路和继电器电路。

为了确保电路正确性，我在面包板上做了简单的实验（不敢失败了，不然板子上就没地方焊接，还是严谨点好），如图所示：

H点输出高电平（低于电源电压，原因是CE级之间分的一部分电压）

H点输出低电平

测试基级电流 0.904ma,比较器内部三极管可以容忍16ma灌电流，还是比较安全的。

看下功耗：

这是电路处于报警状态，不接排风扇是P=1.14W，LM7805流过电流I=228ma，不会引起芯片发热。

这是电路处于报警状态，接排风扇P=2.7W

这是处于不报警状态时P=0.06W

最后来几张完整照片

不报警状态

报警状态

结束语：

从需求，到电路设计，然后遇见问题，到问题的解决从中学到了很多，报警电路与继电器驱动电路开始认为的参数不正确，到后来8550三极管的引入，都是学习与成长的过程。本人现在为大三在校学生，设计经验不足在分析中如有不妥之处还望大家指出，并进行讨论，共同进步。

国庆时候有几天空闲时间，所以利用国庆的机会完成了DIY项目的制作，最近一直比较忙，没有关注DIY项目，这几天偶得几天空闲时间所以想把DIY项目在进行完善一下。

我的项目中缺少了三角波产生电路和方波驱动电路，所以现在想把这两部分加上去，完善我的项目。

实际需求：

在实验室有一个焊台，平时有不少人在上面焊接东西。焊接时会产生不少的烟，对身体是有害处的，这时需要让烟雾报警系统里的排风风扇低速旋转带走产生的烟并不需要进行报警，如果焊台上出现烟雾较大时烟雾报警器报警，排风扇转速提高。

分析实现：  

想要控制电机转动可以选用电子开关MOS管进行控制；想要实现不同转速的控制有电阻限流，PWM脉宽调制等方法，这里我使用PWM脉宽调制的方法进行转速控制。

PWM:

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽度的控制。下图为STM32F407的PWM输出原理：

现在这里需要使用比较器来实现PWM 方波的输出，这里的基本思路为应用迟滞比较器实现三角波的输出，然后在通过一路比较器实现方波的输出，下图为通过比较器实现三角波和PWM方波输出的原理。  

下图为迟滞比较器输出三角波电路，三角波输出频率可通过电容C1进行改变输出频率。

可变占空比PWM输出电路：

为了实现在不报警和报警两个状态时有两个输出占空比，这里只需要实现在LM393 2引脚处实现电压可变化即可（我是这么想的）,如下图所示当BEEP为低电平时三极管截止不导通，A点电压为R8 R7 R9分压所得。当BEEP为高电平时，三极管导通因为Rce电阻较小，A电压近似于R8 R7 分压所得这样就可实现PWM输出占空比的改变便可以实现电机转速的控制。

电机驱动电路：

这里通过N型MOS管作为开关控制电机。MOS管驱动电路使用推挽电路进行驱动，如下图所示。