可燃气体报警器电路设计.docx
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1、信息职业技能学院结业设计说明书(论文)设计(论文)题目: 燃气泄露报警器 专 业: 应用电子技能 班 级: 应电 08-2 学 号: 61 姓 名: 指导西席: 二一年九月十日目录摘要1第1章绪论21.1 燃气泄露报警器的生长及现状21.1.1 火警探测技能21.1.2 火警探测器的生长趋势21.2 报警器的研究目的及意义2第2章方案设计4第3章单位电路的设计53.1 电源电路设计53.1.1 变压器63.1.2 整流电路63.1.3 整流电路的参数盘算及二级管的选择73.1.4 电容滤波电路83.1.5 电容滤波电路的参数盘算及滤波电容的选择93.1.6 稳压电路93.1.7 稳压电路原理图
2、103.2 检测电路的设计113.2.1 传感器的应用与生长113.2.2 燃气传感器的介绍113.2.3 半导体气体传感器事情原理(HQ-2)123.2.4 半导体气敏元件的特性参数及主要技能指标123.2.5 检测电路133.3 报警电路的设计133.3.1 555时基电路的起源133.3.2 报警集成电路555的介绍143.3.3 555时基电路的组成及管脚用途143.3.4 555时基电路的事情原理153.3.5 555时基电路的无稳态事情模式15第4章整机电路及事情原理17第5章电路仿真19第6章实物制作与调试226.1.1元器件的检测226.1.2 焊接的工艺要求226.1.3 电
3、路安装236.2 制作与调试23总 结25参考文献26附录1整机电路图27附录2 元件明细表28摘要为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对燃气传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、遍及和典范的原则而设计了本电路。本设计利用模拟电子技能结合传感器技能而设计了这一燃气泄露监控系统。本设计以电阻式燃气传感器和模拟电子技能为焦点并与其他电子技能相结合,设计出一种技能水平较好的燃气泄露报警器。其中选用HQ-2型气敏燃气传感器实现燃气浓度的检测,具有灵敏度高、响应快、抗滋扰能力强等优点,并且代价低廉,使用寿命长。以模拟电子技能和HQ-2型半导体电阻式燃气浓度传感器为焦点设计的燃气泄露报警器可实现声光
4、报警等功效,是一种结构简朴、性能稳定、使用方便、代价低廉的燃气泄露报警器且具有一定的实用代价。要害词燃气泄露报警器;555时钟电路;传感器第1章绪论1.1 燃气泄露报警器的生长及现状1.1.1 火警探测技能火警作术为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害,对人类生命产业和社 会宁静组成了极大的威胁。由此引发的重大宁静事故比皆是,所以人类一直也未停止过对它的研究。 火警的产生和生长是一个非常庞大的非平稳历程,它除了自身的物理化学变革以外还会受到许多外界的千扰,火警一旦产生便以打仗式(物质流)和非打仗式能量流)的形式向外释放能量。打仗式形式包罗可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非打仗式如声音、辐
5、射等。火警探测技能就是利用敏感元件将火警中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理惩罚的物理量。1.1.2 火警探测器的生长趋势探测器朝新探测技能的生长进一步拓展了火警探测的应用领域,为一些传统探测器无法胜任的情况提供了有效的手段。相关技能的生长,如傅立叶近红外光谱技能弱信号处理惩罚技能、低功耗MCU技能进一步促进了传统探测技能的革新,使得传统探测器在技能和性能上有了显著的提高。火警着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的偏向生长迈出了更快的步调。1.2 报警器的研究目的及意义 目的:随着现代家庭用火、用电量的增加,家庭火警产生的频率越来越高。家庭火警一旦产生,很容易出现扑救不实
6、时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等倒霉因素,最终导致重大生命产业损失。消防部分的统计显示,在所有的火警比例中,家庭火警已经占到了全国火警的30%左右。家庭起火的原因林林种种,可能在我们注意得到的地方,也可能就隐藏在我们底子就注意不到的地方。 在现代都会家庭里,许多人因不懂家庭宁静知识引起火警事故,使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,并且一旦产生居民家庭火警,处理不妥、报警迟缓,是造成人员伤亡的重要因素。所以说,人们应该积极了解家庭火警的主要起因,另有预防火警的产生。这就是我们研究燃气泄露报警器的目的。 意义:随着科技的生长,越来越多的巨大的隐患由于产业生产和人们的日常生
7、活而产生。为了早期发明和通报火警,防备和淘汰火警危害,掩护人身和产业宁静。防备火警引起燃烧、爆炸等事故,造成严重的经济损失,甚至危及生命宁静。为了淘汰这类事故的产生,就必须对燃气进行现场实时检测,接纳先进可靠的宁静检测仪表,严密监测情况中燃气的浓度,赶早发明事故隐患,接纳有效步伐,制止事故产生,才气确保产业宁静和家庭生活宁静。因此,研究燃气泄露的检测要领与研制燃气泄露报警器就成为传感器技能生长领域的一个重要课题。第2章方案设计基于日常宁静,结构简朴,性能稳定,使用方便,设计了一款报警器,它可以准确的检测到燃气,并且立刻报警,以免产生事故。接通电源后,当检测电路检测到空气中有易燃气体时报警电路实
8、现报警,其组成框图如图2-1所示。图2-1 结构框图电源电路:将220V、50HZ的交换电经降压、整流、滤波、稳压得到电路所需的5V直流电源。检测电路:检测电路是由气敏传感器HQ-2组成,它利用气体在金属氧化物半导体外貌的氧化和还原反响,实时检测到可燃气体。详细检测原理是声外貌波器件之波速和频率会随外界情况的变革而产生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体外貌涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜,当该气敏薄膜与待测气体相互作用(化学作用或生物作用,大概是物理吸附),使得气敏薄膜的膜层质量和导电率产生变革时,引起压电晶体的声外貌波频率产生漂移;气体浓度差别,膜层质量和导电率变革水平亦差别,即引
9、起声外貌波频率的变革也差别。报警电路:当气敏元件HQ-2打仗到空气中燃气时,输出电信号推动扬声器B发出报警声。从而使人们知道家中燃气泄露第一时间发明危险。第3章单位电路的设计3.1 电源电路设计将220V交换电压经降压、整流、滤波、稳压后得到5V的直流电压,为检测电路和报警电路提供电源,其直流电源的组成框图和原理图如图3-1、3-2所示。图3-1直流电源的组成框图图3-2 直流电源原理图 发光二极管D2用于电源指示。三端稳压器则用于稳定直流电压。电容C1和C2的作用是滤波。3.1.1 变压器变压器的事情原理:变压器利用电磁感到原理,从一个电路向另一个电路通报电能或传输信号的一种电器是电能通报或
10、作为信号传输的重要元件。变压器是静止的电磁装置,可变更电压、电流和阻抗,其主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。变压器有两个绕组,与电源相连的线圈,吸收交换电能,称为一次绕组,与负载相连的线圈,送出交换电能,称为二次绕组。图3-3 变压器原理图3.1.2 整流电路桥式整流电路的事情原理可阐发如下,在u2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,只能经过二极管VD1流向RL,再由二极管VD3流回变压器,所以VD1、VD3正向导通,VD2、VD4反偏截止;在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压,其电流通路可用图3-4(a)中虚线箭头体现,在u2的负半周,其极性与图示相反,电流从变压器副边线圈
11、的下端流出,只能经过二极管VD2流向RL,再由二极管VD4流回变压器,所以VD1、VD3反偏截止,VD2、VD4正向导通,电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负,与正半周时相同,其电流通路如图3-4(b)中虚线箭头所示。凭据上述阐发,可得桥式整流电路的事情波形如图3-5所示,通过负载RL的电流IL以及电压UL波形都是单偏向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所蒙受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供应负载,电源变压器得到了充实的利用,效率较高。图3-4 桥式整流电路0V2t0vot0VT1、3tV2m0VT2、4tV2m图3-5 二极管桥
12、式整流电路波形3.1.3 整流电路的参数盘算及二级管的选择在桥式整流电路中无论是正半周照旧负半周都有电流流过负载,所以电流平均值和电压平均值及如下:UO(AV =0.9U2IL(AV)=在桥式整流电路中,四只二极管分两次轮流导通,流经每只二极管的电流为负载电流IL(AV)的一半选择二极管时IF ID,即IF ID=IL(AV)=在二极管截止时最大反向电压UDM即是的U2最大值,即URMUDM=U23.1.4 电容滤波电路电容滤波电路简朴,输出电压平均值高,适用于负载电流较小且其变革也较小的场所。电容滤波电路,滤波电容容量大,因此一般接纳电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利
13、用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。滤波原理当u2为正半周uCu2时,二极管V1和V3管导通,V2和V4管截止,电流一路流经负载电阻RL,另一路对电容C充电。当uCu2,导致V1和V3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻RL放电,uC按指数纪律迟钝下降。图3-6 电源电路图3-7 单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形阐发当u2为负半周幅值变革到恰好大于uC时,V2和V4因加正向电压变为导通状态,u2再次对C充电,uC上升到u2的峰值后又开始下降;下降到一定命值时V2和V4变为截止,C对RL放电,uC按指数纪律下降;放电到一定命值时V1和V3变为导通,重复上述历程。RL、C对充放电的影响:
14、电容充电时间常数为rDC,充电速度快;RLC为放电时间常数,放电速度慢。电容C愈大,负载电阻RL愈大,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈大。3.1.5 电容滤波电路的参数盘算及滤波电容的选择单向桥式整流电容滤波电路的输出电压如下UO(AV)1.2U2在滤波电路中若负载电阻开路,滤波电容按下式选取= RLC(35)T/2滤波电容数值一般在几十微法到几千微法,视负载电流巨细而定,其耐压值应大于输出电压值,一般取1.5倍左右,且通常接纳有极性的电解电容。3.1.6 稳压电路三端稳压集成电路LM7805:最大输出电流1A、输出电压5V引脚功效如表3-1。图3-8 压器7805结构图及引脚图表3-1
15、LM7805集成电路的引脚功效及数据引脚功效电压在路电阻(k)开路电阻(k)红笔丈量黑笔丈量红笔丈量黑笔丈量输入8.6充电225输出50.40.42.75.6地00000集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、事情稳定可靠、外围电路简朴、体积小、重量轻等显箸优点,在种种电源电路中得到了普遍的应用。LM7805为三端正稳压器电路TO-220F封装,能提供多种牢固的输出电压,应用范畴广。内含过流、过热和过载掩护电路、带散热片时,输出电流可达1A。虽然是牢固稳压电路,但使用外接元件,可得到差别的电压和电流。7805集成稳压器为三端器件:1脚为输入端
16、,2脚为接地端,3脚为输出端,使用十分方便。下图为LM7805三端稳压器的实物图。图3-9 稳压器7805实物图 3.1.7 稳压电路原理图经过整流、滤波后的直流电压参加三端稳压器LM7805后得到稳定的5V直流电源。电路如图3-10所示。3-10 稳压电路原理图3.2 检测电路的设计3.2.1 传感器的应用与生长传感器险些渗透到所有的技能领域,如产业生产、宇宙开发、海洋探索、情况掩护、资源利用、医学诊断、生物工程和文物掩护等领域,并逐渐深入到人们的生活中,传感器接纳与否及接纳数量的几多是权衡呆板人是否具有只能得标记,现代智能呆板人因为接纳了大量性能更好的、功效更强的的传感器,才使得其具有自我
17、诊断、自我赔偿、自我学习的能力,呆板人通过传感器实现类似于人们的直觉作用。传感器传感器被称为呆板人的“电五官”。在民用产业生产中,传感器也起着至关重要的作用,如一座大型炼钢厂就需要两万多台传感器和检测仪表;大型的石油化工场需要六千多台传感器和检测仪表;一部现代化汽车需要九十多个传感器;日常生活中的电冰箱、洗衣机、电饭煲、影像设备、电动自行车、空调器、照相机、电热水器、报警器等家用电器都安装了传感器。当今信息时代,随着电子盘算机技能的飞速生长,自动检测自动控制技能显露出特殊的能力,传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换,就没有现代化的自动检测和自动
18、控制系统;没有传感器就没有现代科学技能的迅速生长。自1980年以来,世界传感器的产值增长率达15%30%,1985年世界传感器市场的年产值为50亿,1990年为155亿。传感器的生长势如破竹,补课阻挡,它是权衡一个国度经济生长及现代化水平的重要标记。3.2.2 燃气传感器的介绍目前,气体传感器的生长趋势会合体现为:一是提高灵敏度和事情性能,低落功耗和本钱,缩小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是气体传感器一直追求的目标。如美国FirstAlert公司推出了生物模拟型(光化反响型)低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功效化,生长MEMS技能,生长现场适用的变送
19、器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理惩罚器,使气体传感器具有控制校准和监督妨碍状况功效,实现了智能化。气体传感器向低功耗、多功效、集成化偏向生长,常见传感器的种类:压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、气敏传感器等,气敏传感器。气体敏感元件,大多是以金属氧化物半导体为底子质料。凭据半导体的物理性的差别,可分为电阻型和非电阻型。气敏传感器HQ-2实物及结构图如图3-11所示。 图3-11 气敏传感器结构图3.2.3 半导体气体传感器事情原理(HQ-2)HQ-2型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体质料的N型半导体其名元件,当元件打仗还原性气体时
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