正文家用瓦斯报警器.docx

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正文家用瓦斯报警器

家用瓦斯报警电路设计与制作

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摘要：

家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。

针对这种情况我们需要设计一个能够自动检测瓦斯等有害气体的装置，要求这种装置，在检测到气泄漏或其他有害气体意外排放时，能产生报警，以达到保障人民生命财产安全。

该论文主要对集成电路、传感器的应用进行阐述及对报警电路的设计进行分析描述。

毕业设计中要用到Multisim10软件画出电路图。

一方面方便了研究电路原理，另一方面在电路搭接时准确进行调试。

关键字：

瓦斯；报警电路；传感器；集成电路

HouseholdSimpleGasAlarmCircuit

xxxx

Abstract:

Household use LPG, town gas, more and more, but these harmful gases, explosive, hidden accidents, such as gas leakage detection and treatment can not be timely, family and neighbors would bring disastrous harm. For this we need to design a device that automatically detects harmful gases, requiring such a device detects gas leaks or other accidental releases of harmful gases, can produce alarm, to achieve the protection of people's lives and property.Thispapermainlyondiscreteelectroniccomponents,integratedcircuits,elaboratedtheapplicationofsensorandalarmcircuitdesignanalysisanddescription.GraduationdesigntouseMultisim10softwaretodrawcircuitdiagram.Astudyonintuitiveconvenientcircuitprinciple,ontheotherhandthecircuitlapwhenaccuratedebugging.Thedesigntotheleakagegassensor,alarm,thecircuittomeettherequirementsofdailylife.

Keywords:

Gas；AnAlarmCircuit；Sensor；IntegratedCircuit

1引言

1.1家用瓦斯报警电路设计的意义

家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。

本文介绍的这种瓦斯报警器适用于天然气、煤气、液化石油气等泄漏报警。

工作原理该装置电路工作原理见图1。

它是由电源电路、传感器电路、压控振荡器电路及报警电路等组成。

220V交流电经电源变压器T1降压至5.5V左右，不用整流、滤波直接作为气敏半导体传感器QM-N10的输入电源。

这种瓦斯报警电路能检测出空气中是否含有一定浓度的天然气、煤气、液化石油气等危险气体，当这些有害气体浓度达到对人体有害的程度时，瓦斯报警器能通过声光形式报警。

通过本电路可以产出简易瓦斯报警装置，可以避免家庭灾难。

1.2家用简易瓦斯报警电路的现状及趋势

由于现在我们过于追求城市化的发展进程，而疏忽了家庭基础设施的研究和提高，公民的危险意识也不够强，往往不会在家庭装有简单的报警装置。

然而这种危险气体的危害性是众所周知的，一旦发生会给家庭带来毁灭性的灾难。

就现在的家用简易瓦斯报警趋势是相当好的，由于公民对人生命安全意识的提高，家用简易瓦斯报警装置的需求量也在逐年增加。

2总体方案与原理说明

2.1家用简易瓦斯报警电路设计的任务

目前家庭主要使用天然气、液化石油气、煤气作燃料，但是这些气体有害、易爆炸、隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭甚至社会带来灾难性危害。

本课题制作的这种简易瓦斯报警电路适用于天然气、煤气、液化石油气等泄漏报警。

这种瓦斯报警电路能检测出空气中是否含有天然气、煤气、液化石油气等危险气体，当这些有害气体浓度达到对人体有害的程度时，瓦斯报警器能通过声光形式报警，同时能自动切断危险气体产生源。

2.2家用简易瓦斯报警电路的可行性分析

家用瓦斯报警电路能检测出空气中是否含有如天然气、煤气和液化气等危险气体，并且当空气中危险气体的含量对人体有害时能够自动报警，同时自动切断危险气体产生源。

家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。

本文介绍的这种瓦斯报警器适用于天然气、煤气、液化石油气等泄漏报警。

家用瓦斯报警电路的总体框图如图1所示，它是由危险气体监测电路、危险气体电路检测电路、声光报警电路、自动切断电路和电源电路5部分构成的。

危险气体监测电路的功能是利用气敏半导体传感器监测空气中危险气体的含量，并将有关气体的信号转换为电信号。

危险气体检测电路的功能是利用比较器的原来检测空气中的危险气体含量是否对人体有害，并为后续电路发出有用信号。

声光报警电路的功能是当空气中危险气体对人体有害时，通过声音和显示信号提醒主人。

自动切断电路的功能是当空气中危险气体对人体有害时，能危险空气源。

电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。

图1家用瓦斯比较电路的总体框图

3元器件介绍

3.1元件NE555简介

NE555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

图2为NE555的引脚图。

图2NE555引脚图

Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。

　　Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。

　　Pin3（输出）-当时间周期开始NE555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。

周期的结束输出回到0伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200mA。

　　Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。

它通常被接到正电源或忽略不用。

　　Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

　　Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。

　　Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin8（V+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

3.2元件LM324

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，”V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图3LM324引脚图

3.3元件气敏半导体传感器

QM-N10敏感到有害气体时，其电导率增大，阻值急剧下降，在电阻R2、R3上的压降使IC1A的②脚处于高电位，此时IC1A的③脚变为低电平，经IC1B反相后变为高电平，多谐振荡器起振工作，三极管VT2周期地导通与截止，于是由VT1、T2、C4、HTD等构成的正反馈振荡器间歇工作，发出报警声，与此同时,发光二极管LED1闪烁，从而达到有害气体泄漏告警的目的。

　　QM-N10是一种高灵敏度、高稳定性的有害气体传感器,其主要技术参数如下:

响应时间：

≤10s

　　恢复时间：

≤60s

　　加热电压：

5V±0.5V

　　加热功率：

≤0.5W（加热丝冷态电阻为50Ω±2Ω）

抗干扰能力：

丁烷报警浓度设在0.3%时在下述条件下不会误报警：

温度为-10-+50℃；湿度为≤95%RH。

T1采用3-5W、5.5V电源变压器；T2采用8∶1的半导体收音机输出变压器，倒过来用即可，HTD采用Φ=27mm的压电陶瓷片，要求加装共振助声腔。

由于QM-N10气敏半导体传感器在开机时，约有10分钟的预热期，在这个时间内易产生不稳定因素，导致误报，因此在电路的设计上有一个开机延时电路，它由R4,C2构成，调整R4，使延时时间在10分钟左右即可，电阻R2,R3的阻值决定了电路的报警起控点。

将气敏传感器置于浓度为0.3%的丁烷气样中，调整R3的阻值，使电路处于报警临界点即可。

最后可实地试验，调整R3至所要求的报警浓度点时报警。

4家用简易瓦斯报警电路的（硬件）设计

4.1危险气体监测电路和检测电路

图4左端所示为危险气体监测电路。

该电路的核心器件是QM-N110，是一个气敏半导体传感器。

QM-N110气敏半导体传感器在洁净空气中的阻值大约几十千欧姆，但是当接触到如天然气、煤气和液化气等危险气体时，电导率增大，电阻值极度减小，在空气中，危险气体含量在0.5%以下时，QM-N110的电阻值下降幅度和危险气体浓度成正比。

由电路所示，公共电网的220V交流电通过变压器TR1降压到12V左右，不经过整流和滤波直接作为QM-N110的加热电压，而QM-N110的控制端则由直流电源供电。

电阻R1上网功能是分压和限流，保证QM-N110能够正常工作。

这样通过QM-N110就可以监测空气中危险气体的浓度，并且将浓度信号转化为电信号。

如图4右端电路所示，危险气体检测电路主要由两部分组成，首先是由电阻R2和电容C1组成的延时电路，其次是由运算放大器组成的比较器电路，其功能是通过比较器原理检测空气中危险气体的含量是否对人体有害。

首先QM-N110气敏半导体传感器监测到的信号通过开机延时电路，输入到两个运算放大器的反相输入端。

然后通过电阻R3、R5和可变电阻R4分压得到电压V3和V4，并分别输入到运算放大器的同相输入端。

通过调节可变电阻R4，使V3电压值对应QM-N110气敏半导体传感器监测到空气中含有对人体有害时的信号量。

这样，当空气正常时，两个运算放大器都输出低电平；当空气中有有害气体时，运算放大器U1输出高电平，运算放大器输出低电平；当空气中含有危险气体对人体有害时，两个运算放大器都输出高电平。

图4危险气体监测电路和检测电路

4.2声光报警电路

声光报警电路如图5所示，主要由两部分组成：

首先是由NE555集成电路构成振荡信号产生电路；其次是由运算发大器、发光二极管D1