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福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院計(jì)算機(jī)系 電子信息工程專業(yè) 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器課程設(shè)計(jì)報(bào)告 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 傳感器原理及工程應(yīng)用課程設(shè)計(jì)題目： 采用傳感器設(shè)計(jì)燃?xì)庑孤﹫?bào)警器 姓 名： 系： 專 年 學(xué) 業(yè)： 級(jí)： 號(hào)： 張吳健 計(jì)算機(jī)系 電子信息工程 2008 級(jí) 081918007 王蘇潭 副教授指導(dǎo)教師： 職 稱：年月日1福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院計(jì)算系 課程設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)定評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 任務(wù)下達(dá)日期： 評(píng)定日期：2采用傳感器設(shè)計(jì)燃?xì)庑孤﹫?bào)警器0 引 言 燃?xì)?人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì) 量，但在使用燃?xì)獾倪^(guò)程中，因燃?xì)庑孤?、廢氣等原因造成的燃?xì)獗ā⒅卸镜?意外事故時(shí)有發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，因此安全使用 燃?xì)庖恢笔侨細(xì)庵鞴懿块T工作的重中之重。 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器能有效監(jiān)測(cè)環(huán)境中可 燃?xì)怏w或毒性氣體(如 CO)的濃度，一旦其濃度超出報(bào)警限定值，就能發(fā)出聲光 報(bào)警信號(hào)，并且能自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇把燃?xì)馀懦鍪彝?，甚至能通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)切 斷燃?xì)夤?yīng)防止燃?xì)饫^續(xù)泄漏， 起到安全防范的作用。 但報(bào)警器選用得是否合理， 直接關(guān)系到其功能的充分發(fā)揮。

該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警器正是應(yīng)這種要 求而開(kāi)發(fā)的。 該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)是利用傳感器對(duì)可燃?xì)怏w濃度信號(hào)進(jìn)行監(jiān) 測(cè)并且轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后與設(shè)定的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超過(guò)設(shè)定 值時(shí)實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警并能打開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行換氣。 目前市場(chǎng)上家用可燃性氣體報(bào)警器的 價(jià)格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進(jìn)一步加大了投資甲醇報(bào)警器，使 得普通用戶難以承受。該設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警裝置的線路簡(jiǎn)單，各種器件的價(jià)格相對(duì) 低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發(fā)展的今天，燃?xì)鈭?bào)警裝置的 價(jià)格逐步降低是必然趨勢(shì)，燃?xì)鈭?bào)警裝置將廣泛地被人們認(rèn)可并普及使用，為人 們的人身財(cái)產(chǎn)安全樹(shù)立一道可靠的屏障。該設(shè)計(jì)采用氣敏傳感器 TGS813 對(duì)可燃 性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 正常工作時(shí)氣敏傳感器輸出電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓值通過(guò) 比較器進(jìn)行比較。當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，氣敏傳感器輸出的電壓值超過(guò)正常時(shí)的電 壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過(guò)三極管放大后，輸出驅(qū)動(dòng)音響裝置發(fā)出 聲音并且驅(qū)動(dòng)繼電器線圈使風(fēng)扇自動(dòng)打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警及自動(dòng)換氣功能。 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警通風(fēng)裝置，采取單獨(dú)利用硬件的開(kāi)發(fā)方式，充分利用了 氣敏傳感器及其他元件的特性，使其相輔相成。

它的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件相 對(duì)較少，使其制作成本大大降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適應(yīng)了燃?xì)鈭?bào)警器價(jià)格逐步降低的 趨勢(shì)，具有較高的性價(jià)比。圖 1 即為可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案框圖，其主 要組成電路為：電源電路、穩(wěn)壓電路、傳感器及設(shè)定電壓、比較電路、放大電路、 風(fēng)扇控制及報(bào)警電路。3具體方案的工作流程分析：電源電路經(jīng)過(guò)降壓變壓器向電路提供 12 V 的直流電 源燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路的三端穩(wěn)壓管后輸出 8 V 穩(wěn)定的電壓，然后通過(guò)傳感器后和設(shè) 定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)可燃性氣體濃度不超標(biāo)的時(shí)候，傳感器的輸出電壓比設(shè)定電 壓小，從而使比較電路中電壓比較器反相端輸出低電平，故不能驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇報(bào)警電 路工作。而當(dāng)可燃性氣體濃度超標(biāo)時(shí)，傳感器的輸出電壓將大于設(shè)定的電壓值， 從而使比較電路中電壓比較器同相端輸出高電平，經(jīng)過(guò)放大電路進(jìn)行信號(hào)放大， 然后輸出驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇控制的繼電器線圈使風(fēng)扇自動(dòng)打開(kāi)和音響報(bào)警電路發(fā)出連續(xù) 聲音報(bào)警信號(hào)。 2 硬件電路的設(shè)計(jì) 2．1 電源模塊的設(shè)計(jì) 穩(wěn)定的電源是各種電子電路的動(dòng)力源，被人譽(yù)為電路的心臟。眾所皆知，所有用 電設(shè)備，包括電子儀表、家用電器等對(duì)供電電壓都有一定的要求。該設(shè)計(jì)的電源 電路的主要包括兩個(gè)部分：電源變壓器和三端穩(wěn)壓管的選擇。

電源模塊設(shè)計(jì)的基 本思想是：采用 AC220 V／ACl2 V 的降壓變壓器得到一個(gè)交流的 12 V 電壓。然 后經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路把交流電流變成直流電流．再經(jīng)過(guò)濾波電容濾波之后， 接到三端穩(wěn)壓管 7808 后，輸出即為穩(wěn)定的直流 8 V 電壓。 雖然整流濾波電路能將正弦波變換成較為平滑的直流電壓， 但是一方面由于電壓 平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值 將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)； 另一方面由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在， 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)， 內(nèi)阻上的電壓將發(fā)生變化，于是輸出電壓平均值也隨之產(chǎn)生相反的變化。因此， 整流濾波電路輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)。 隨著負(fù)載電阻的變化而變 化，為了獲得良好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。即在電源電路中加入了三端 集成穩(wěn)壓器 LM7808 進(jìn)行穩(wěn)壓。 三端穩(wěn)壓管是指只有三條引腳輸出的集成電路， 78 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn) 用 壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使 用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入／輸出電 壓差約為 2 V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓。

一般應(yīng)使電壓差保持在 4～5 V，即經(jīng) 變壓器變壓，晶閘管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。因電路需要4的電壓為 8 V，而經(jīng)變壓器及整流裝置輸出的電壓為 12 V 左右，故該設(shè)計(jì)選用 IC7808 型三端穩(wěn)壓管，輸出 8 V 的穩(wěn)定電壓。 具體的電源模塊及三端穩(wěn)壓管連接圖如圖 2 所示。2．2 氣敏傳感器的選擇 隨著微電腦和微電子技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，對(duì)傳感器的性能、數(shù)量及用途提出 了新的需求，這就使人們更加重視對(duì)新型傳感器的開(kāi)發(fā)。 傳感器電路設(shè)計(jì)的基本思想：電路通過(guò)三端穩(wěn)壓管 IC7808 輸出 8 V 的恒定電壓， 供給傳感器的加熱電路和檢測(cè)電路。加熱電路需要 5 V 的電壓才能正常工作，所 以在傳感器的加熱電路上串聯(lián)一個(gè)電阻使加熱電路能夠得到 5 V 的正常工作電 壓。檢測(cè)電路由氣敏傳感器 TGS813，R1 和滑動(dòng)變阻器 R1 組成，輸出電壓進(jìn)入電 壓比較器的同相輸入端，它是 R1 和 RL 電阻兩端的壓降輸出?？扇夹詺怏w與傳感 器相接觸并且濃度超標(biāo)時(shí)，檢測(cè)電路的輸出電壓將會(huì)超過(guò)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，這時(shí) 比較器同相端輸出高電平，使后面的三極管起到作用．從而驅(qū)動(dòng)喇叭和繼電器線 圈進(jìn)行工作。

氣敏傳感器種類繁多。這里的通風(fēng)裝置所用的氣敏傳感器 TGS813 屬 N 型半導(dǎo)體 類氣體傳感器燃?xì)庑孤﹫?bào)警器， 其主要成分是二氧化錫燒結(jié)體。 當(dāng)吸附還原性氣體 (例如液化氣、 天然氣、氫氣、一氧化碳、有機(jī)溶劑蒸氣等)時(shí)，電導(dǎo)率上升。當(dāng)恢復(fù)到清潔空 氣中時(shí)，電導(dǎo)率恢復(fù)。TGS 傳感器就是將這種電導(dǎo)率變化，以輸出電壓的方式取 出，從而檢測(cè)出氣體的濃度。5TGS 傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，TGS 傳感器的靈敏度特性只隨四季的溫濕度變化 而呈周期性變化燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，并沒(méi)有單調(diào)變化的趨勢(shì)，說(shuō)明 SnO2 半導(dǎo)體氣體傳感器有極長(zhǎng) 的壽命。 因設(shè)計(jì)是針對(duì)家用可燃性氣體的，故選擇針對(duì)天然氣、 液化氣的 TGS813 型氣敏傳感器對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。TGS813 氣敏傳感器的主要參數(shù)：加熱電壓為 DC ／AC(5 V 土 O．2 V)甲醇報(bào)警器，著火溫度 537℃，爆炸極限為 5％～15％，溫度為 200℃

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