家庭煤氣泄漏報警裝置的設計.doc

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1、華東交通大學課程設計 傳感器課程設計 題 目： 家庭煤氣泄漏報警裝置的設計 學 院： 機電工程學院 年 級： 2009級 專 業(yè)： 測控技術與儀器 姓 名： 李恒 學 號： 20090310110229 指導教師： 曹青松 周繼惠 2012年06月28日 目錄 一．目錄

2、 2 二.設計任務書 3 三．元器件介紹 5 1.電阻 5 2.蜂鳴器 6 3.電位器 6 4.氣敏傳感器MQ-2 7 5.NE555時基集成電路 8 四．電路圖分析及調試 10 五．心得體會 12 六．參考文獻 13 七．作品展示 14 二.設計任務書 1.總要求 能夠獨立進行小型檢測模塊系統(tǒng)方案的設計及論證，選擇合理的傳感器、設 計必要的接口電路等，以及合理選擇有關元器件及正確使用相關工具與儀器設備等，并且能結合實際調試與實驗進行有關精度分析與討論。 2.總任務 針對總要求進行原理及方案論證、模塊設計、接口電路設計、焊接或插接與調試、精度分

3、析以及撰寫報告等工作。 3.設計題目 家庭煤氣泄漏報警裝置的設計 4.設計內容 煤氣泄漏報警 5. 設計進度或計劃 1、 準備及查閱資料 一天 2、 方案設計及論證（總體方案） 二天 3、 硬件電路設計、畫圖（PROTEL） 三天 4、 實驗室調試及結果分析 二天 5、 整理報告及準備答辯

4、 二天 6. 設計說明書包括的主要內容 1、 封面 2、 目錄 3、 設計任務書 4、 正文（可按下列內容撰寫、僅供參考） 1） 序言 可包括系統(tǒng)工作原理的介紹等。 2） 方案設計及論證 可按模塊進行方案設計與論證； 各模塊設計中應包括適當的精度分析及選型等。 3） 實驗或系統(tǒng)調試 可包括實驗調試工具儀器、實驗結果及適當的分析等。 4） 心得體會 5） 主要參考文獻 另：說明書的撰寫格式應符合一定的要求，可參照華東交通大學本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范進行。 7.考核方法 考核可根據學生平時學習態(tài)度（含出勤率）20%、設計完成情況（樣機）4

5、0%、圖紙及說明書質量（含答辯）40%確定。 三．元器件介紹 1.電阻 電阻是阻礙電流流過的物理量。因為物質對電流產生的阻礙作用，所以稱其該作用下的電阻物質。電阻將會導致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。沒有電阻或電阻很小的物質稱其為電導體，簡稱導體。不能形成電流傳輸的物質稱為電絕緣導體，簡稱絕緣體。 本次使用的多為色環(huán)電阻，所謂色環(huán)電阻，是在電阻封裝上（即電阻表面）涂上一定顏色的色環(huán)，來代表這個電阻的阻值。即可通過顏色來判斷這個電阻的阻值。 色環(huán)電阻是電子電路中最常用的電子元件，采用色環(huán)來代表顏色和誤差，可以保證電阻無論按什么方向安裝都可以方便、清楚地看見色

6、環(huán)。色環(huán)電阻的基本單位是：歐姆（Ω）、千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）。1000歐（Ω）=1千歐（KΩ），1000千歐（KΩ）=1兆歐（MΩ）。 　　 色環(huán)電阻用色環(huán)來表示電阻的阻值和誤差，普通的為四色環(huán)，高精密的用五色環(huán)表示，另外還有六色環(huán)表示的（此種產品只用于高科技產品且價格十分昂貴）。下表為色環(huán)電阻對照關系，其識別方法如下： 色環(huán)電阻的對照關系 顏色 數值 倍乘數 誤差（%） 溫度關系/（10 /℃） 棕■ 1 10 1 100 紅■ 2 100 2 50 橙■ 3 1k — 15 黃■ 4 10k — 25 綠■ 5 10

7、0k 0.5 ? 藍■ 6 1M 0.25 10 紫■ 7 10M 0.1 5 灰■ 8 ? 0.05 ? 白■ 9 ? — 1 黑■ 0 1 — — 金■ — 0.1 5 — 銀■ — 0.01 10 — 無色■ ? ? 20 ? 2.蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁

8、鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 3.電位器 電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調節(jié)的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關系的電阻值或電壓。電位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可視作一可變電阻器 電位器的結構特點——電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調節(jié)轉軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。 電位

9、器是一種可調的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關系的電壓。它大多是用作分壓器，這時電位器是一個四端元件。電位器基本上就是滑動變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關和激光頭功率大小調節(jié)電位器是一種可調的電子元件。 4.氣敏傳感器MQ-2 MQ-2氣敏傳感器所使用的氣敏材料是清潔空氣中電導率較低的二氧化錫，當傳感器所在環(huán)境存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中的可燃氣體的on孤獨的增大而增大，使用簡單的驅動電路即可把電導率的變化轉化為響

10、應的輸出信號。 MQ-2對丙烷，氫氣液化氣的靈敏度高，對天然氣和其他可燃氣體的靈敏度也還行。它可以檢測出多款可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 MQ-2氣敏傳感器在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度，壽命長，成本低，只需簡單的驅動電路即可。 MQ-2工作電壓應小于15V，加熱電壓控制在5V左右，經測量其加熱電阻為50Ω，相應的使用溫度，儲存溫度，相對濕度也有重要影響。 經測量，本次使用的氣敏傳感器加熱絲的阻值約為50歐姆，A,B間的電阻阻值為10兆歐左右。加熱后，再噴以氣體，其阻值降到幾百歐。 5.NE555時基集成電路

11、 NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數的電阻和電容，便可產生數位電路所需的各種不同頻率的脈波訊號。 NE555的特點有： 　　1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 　　2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 　　3.其輸出端的供給電流大，可直接推動

12、多種自動控制的負載。 4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 　　Pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 　　Pin 3 (輸出) -當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 　　Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接

13、到正電源或忽略不用。 　　Pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 　　Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 　　Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 　　Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏

14、特(最大值)。 NE555引腳圖介紹如下 1地 2觸發(fā) 3輸出 4復位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc 6.萬用表的使用 萬用表又叫多用表、三用表、復用表，萬用表分為指針式萬用表和數字萬用表引。是一種多功能、多量程的測量儀表，一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導體的一些參數 表筆分為紅、黑二只。使用時應將紅色表筆插入標有“+”號的插孔，黑色表筆插入標有“－”號的插孔。測量電壓時，要選擇好量程，如果用小量程去測量大電壓，則會有燒表的危險；如果用大量程去測量小電壓，那么指

15、針偏轉太小，無法讀數。量程的選擇應盡量使指針偏轉到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測電壓的大小時，應先選擇最高量程檔，然后逐漸減小到合適的量程。 測量直流電流時，將萬用表的一個轉換開關置于直流電流檔，另一個轉換開關置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數方法與電壓一樣。測量時必須先斷開電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將萬用表串聯到被測電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬用表與負載并聯，則因表頭的內阻很小，會造成短路燒毀儀表。 用萬用表測量電阻時，應按下列方法操作： a機械調零。在使用之前，應該先調節(jié)指針定位螺絲使電流示數為零，避免不必要的

16、誤差。 　　 b選擇合適的倍率檔。萬用表歐姆檔的刻度線是不均勻的，所以倍率檔的選擇應使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數越準確。一般情況下，應使指針指在刻度尺的1/3~2/3間。 　　 c歐姆調零。測量電阻之前，應將2個表筆短接，同時調節(jié)“歐姆（電氣）調零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線右邊的零位。如果指針不能調到零位，說明電池電壓不足或儀表內部有問題。并且每換一次倍率檔，都要再次進行歐姆調零，以保證測量準確。 　　 d讀數：表頭的讀數乘以倍率，就是所測電阻的電阻值。 四．電路圖分析及調試 1.前言： 長期以來，煤氣中毒事件頻頻發(fā)生，由

17、于以前人們只能簡單地通過氣味來判別煤氣泄漏，這不僅給生產生活帶來了不安全因素，也為事故的發(fā)生埋下隱患。煤氣泄漏報警器通過實時檢測空氣中的煤氣情況，及時發(fā)出報警聲，以提醒人們煤氣泄漏情況，保障人民的生命財產安全。這對于現實生活具有重要的意義。 2.電路圖分析及調試 電路圖 1.電路原理：接通電源，給555時基集成電路提供約10V的直流電壓；另外經R?分壓后給氣敏傳感器QM-2提供約5V的直流加熱電壓。 正常狀態(tài)時，無泄漏氣體，氣敏傳感器QM的A,B之間的電導率很小，電阻很大（在圖中等效于R3),555時基集成電路的4腳為低電平（<0.7V)（調節(jié)電位器RP6決定），多諧振蕩器不工

18、作，揚聲器不發(fā)聲。當可燃氣體達到一定濃度時，氣體傳感器QM-2的A,B之間的電導率迅速增大（電阻很小），555時基集成電路的4腳變?yōu)楦唠娖剑嘀C振蕩器工作，揚聲器發(fā)出報警聲。 2. 調試：接通電源，測量氣敏元件加熱電阻絲兩端電壓，應有5V左右直流電壓，氣敏元件的加熱電阻絲應預熱數分鐘。調節(jié)RP6，使555時基集成電路的4腳電壓小于0.7v，這時報警器不工作，揚聲器不發(fā)聲。再將少量待測氣體噴在氣敏傳感器QM附近，調節(jié)RP1使揚聲器報警。調節(jié)RP1，可改變裝置靈敏度，調節(jié)RP2，可改變報警聲調。 簡單的就是這些，具體調試還是遇到很多問題，開始時，電阻絲直接接10V的電壓上加熱，而加熱的標準電壓

19、是5V，一開始想到用7805穩(wěn)壓器實現，試了下效果不理想，后來才想到辦法，測量了下加熱絲的電阻為50歐姆，于是果斷想到串聯了一個同阻值的電阻進行分壓，但找遍了實驗室也沒找到這樣的電阻，空耗了大量的時間，后來看到了滑線變阻器有了靈感，就用電位器代替了電阻，分壓問題得到解決。QM-2在圖上是4個引腳，而實物有6個引腳，導致無法識別，通過用萬能表檢測每兩個腳之間的導通情況，發(fā)現有兩對腳是導通的，還有兩對腳之間的阻值大小是差不多的，十幾兆歐，還有一隊是幾十歐，初步判別這個阻值為幾十歐的對腳為加熱絲。通過查閱資料知原來實際的氣敏傳感器A,B對腳有兩對，作為備用的，這才正確地把氣敏傳感器接入電路。經過檢查

20、實物連接無誤，導通情況正常后接下電源，過五分鐘后加酒精，毫無反應，于是對電路產生重大懷疑，全部拆了重新接了一遍，再認真看了書上的電路圖，原來我是用的不是電解電容，重新換了電解電容再試，終于有反應了，感覺到自己的努力沒白費。成功之后，再對電路進行了一些改善，以提高裝置的靈敏度。 五．心得體會 作為大學生涯中的第二次電子類課程設計，還是有很多感想的，第一天開會大家選題目，最終確定為家庭煤氣泄漏報警裝置的設計，接著去圖書館查閱了相關資料，并在網上找相關電路圖，發(fā)現網上還是挺少的，就把目標鎖定在書本上，書本上的電路圖還是挺多的，大部分電路圖比較簡單，元器件相對比減少，于是挑選了一個電路圖，由于

21、實驗室有直流穩(wěn)壓電源，所以略去7812集成穩(wěn)壓器不用，也帶來了不少方便，通過簡單地分析電路圖，主要有NE555時基集成電路構成，在查閱了大量的555相關資料后，基本看懂了電路圖，接著就開始畫電路圖仿真，畫電路圖還是遇到一些問題，不過在同學們的幫助下都一一解決了，仿真時暫時用LED發(fā)光二極管代替蜂鳴器，通過對電路圖的分析，仿真成功了，這花了不少時間，這主要得益了團隊的力量，要不是多問同學，一個小小的問題都可能阻礙你半天。仿真成功后，就開始連接實物圖了，連接實物圖錢，先對氣敏元件MQ-2的相關參數進行檢測，如加熱絲的電阻，A,B間的電阻，這都是重要參數，電路圖連好后，就接上電源進行測試，在測試的過

22、程出現了好多意外情況，電阻還出現負數，開始以為是萬用表的問題，后來請同學分析知原來我是開著電源測量電阻的，這樣會受到萬用表內部電路的影響，測量結果肯定不準確，于是便采用了正確的測量方式。實物測試也經歷了不少失敗，電路也重新連接了好幾次，不知道是氣敏元件不敏感還是電路調節(jié)不當，當把氣體弄上去時，沒有第一時間報警，然后在接電源的情況下，通過測量各點的電壓，總算找到一些錯誤，通過對電路的不斷分析，檢測和完善，總算達到了預期的結果。 為期兩周的傳感器課程設計真的讓我體驗到了好多東西，也學到了好多，其中最重要的是團隊的力量是強大的，當你遇到問題時，你可能執(zhí)迷不悟好長時間，當你想過之后再去問同學，則能收獲很多你想不到的結果。同時也感謝老師對我們的督促，每天發(fā)言，可以說出自己設計過程中遇到的麻煩，然后當面解決他。課程設計這個過程及其思想是非常重要的，也許結果并不是最重要的，你探索這個結果的過程是我們應該重視的。 六．參考文獻 傳感器技術大全，張宏潤 北京航空航天大學出版社 傳感器技術及應用 樊尚春 北京航空航天大學出版社 七．作品展示 13