家庭煤气泄漏报警装置的设计.docx

1、家庭煤气泄漏报警装置的设计传感器课程设计题 目: 家庭煤气泄漏报警装置的设计学 院： 机电工程学院 年 级： 2009级 专 业： 测控技术与仪器 姓 名： 李恒 学 号： 20090310110229 指导教师： 曹青松 周继惠2012年06月28日1.目录 32.设计任务书 43.元器件介绍 51.电阻 52.蜂鸣器 63.电位器 64.气敏传感器 MQ-2 75.NE555时基集成电路 84.电路图分析及调试 115.心得体会 126.参考文献 137.作品展示 14二.设计任务书1总要求能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设 计必要的接口电路等，以及合理选择

2、有关元器件及正确使用相关工具与仪器 设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。2.总任务针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插 接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。3设计题目家庭煤气泄漏报警装置的设计4设计内容煤气泄漏报警5.设计进度或计划1、准备及查阅资料天2、方案设计及论证（总体方案）二天3、硬件电路设计、画图（PROTEJL三天4、实验室调试及结果分析二天5、整理报告及准备答辩二天6.设计说明书包括的主要内容1、封面2、3、设计任务书4、正文（可按下列内容撰写、仅供参考）1）序言可包括系统工作原理的介绍等。2） 方案设计及论证可按模块进行方案设计与

3、论证； 各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。3） 实验或系统调试可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。4） 心得体会5） 主要参考文献另：说明书的撰写格式应符合一定的要求，可参照华东交通大学本科生毕业 论文撰写规范进行。7.考核方法考核可根据学生平时学习态度（含出勤率） 20%、设计完成情况（样机）40%、图纸及说明书质量（含答辩）40%确定。三.元器件介绍1电阻电阻是阻碍电流流过的物理量。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称 其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子 流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导 体。不能形成电流

4、传输的物质称为电绝缘导体，简称绝缘体。本次使用的多为色环电阻，所谓色环电阻，是在电阻封装上（即电阻表面） 涂上一定颜色的色环，来代表这个电阻的阻值。即可通过颜色来判断这个电 阻的阻值。色环电阻是电子电路中最常用的电子元件，采用色环来代表颜色和误差， 可以保证电阻无论按什么方向安装都可以方便、清楚地看见色环。色环电阻 的基本单位是：欧姆（Q）、千欧（KQ）、兆欧（MQ ）。1000欧（Q） =1千 欧（KQ ）, 1000 千欧（KQ） =1 兆欧（MIQ ）。色环电阻用色环来表示电阻的阻值和误差，普通的为四色环，高精密的用 五色环表示，另外还有六色环表示的（此种产品只用于高科技产品且价格十 分

5、昂贵）。下表为色环电阻对照关系，其识别方法如下：色环电阻的对照关系倍乘误差温度关系/ ( X10颜色数值数(%厂C)棕1101100红2100250橙31k15黄410k25绿5100k0.5蓝0.261M510紫710M0.15灰0.085白91黑01金0.15银0.0110无色202蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，蜂鸣器主要 分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、 外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通 电源后，振荡器产生

6、的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。3.电位器电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位 器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可 作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴 或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之 间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元件。 它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统 组成。当

7、电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统 改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触 点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元 件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和 激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件 。4气敏传感器MQ-2MQ-2气敏传感器所使用的气敏材料是清洁空气中电导率较低的二氧 化锡，当传感器所在环境存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中的 可燃气体的on孤独的增大而增大，使用简单的驱动电路即可把电导率的 变化转化为响应的输出信号。MQ-2对丙烷，氢气液化气的灵敏度高，对天然气和

8、其他可燃气体的灵 敏度也还行。它可以检测出多款可燃性气体，是一款适合多种应用的低 成本传感器。MQ-2气敏传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度， 寿命长，成本低，只需简单的驱动电路即可。MQ-2X作电压应小于15V，加热电压控制在5V左右，经测量其加热电 阻为50Q,相应的使用温度，储存温度，相对湿度也有重要影响。A,标准L作条件祜数齐称技术条甘rc回船电吐荃15VAC or DCvH加热电压5.0VHJ.2 VAC or DC覘负载电阻刊调加撫电齟Ph抓熱功耗R ”：境条件符号書数审称技术条件备注Tro使用温度Tas储心温度RH相对覆度小 J 95s oRH21%（标推条件 轼气

9、浓度矣形响尺城度舒件眾小值大十？究C.晁竦度特性技术巻曾备注敏橋你表面电阻(lOOOppm # J Xl )探测浓废范樹lOtjpni- lOOQOppui 液化代和内烷JOJppup 5(Atppiii | 烷 500tpiii-20000ppu 屮烷 aOOppniHMK中pm * ( l(X)ppn卜2t*ippin 酒MCI(30001000)H烷0.6标准丄作荼件潤腹；202+ Vc.OVHI.IV相时制久 6网心弘 VU：0VUY预热时何1、少于24小时D.黠构外书测试电蹬经测量，本次使用的气敏传感器加热丝的阻值约为 50欧姆，A,B间的电阻阻值为10兆欧左右。加热后，再喷以气体，

10、其阻值降到几百欧。5.NE555时基集成电路NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功 能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可 产生的振荡频率也不大相同； 而555是一个用途很广且相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电容， 便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。NE555的特点有：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延 时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与 TTL, CMOS?逻辑闸配合，也就是它 的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的

11、供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。Pin 1 （接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。Pin 2 （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 2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC。Pin 3 （输出）-当时间周期开始555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 200 mA。Pin 4 （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。Pin

12、5 （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。Pin 6 （重置锁定）-Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的 电压从1/3 VCC电压以下移至 2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 （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。Pin 8 （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）。NE55剧脚图介绍如下1地2触发 3输出 4复位

13、 5控制电压 6门限（阈值）7放电8电源电压 Vcc6.万用表的使用万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万 用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、 直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电 流、电容量、电感量及半导体的一些参数表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“ +”号的插孔，黑 色表笔插入标有“-”号的插孔。测量电压时，要选择好量程，如果用小量 程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指 针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的 2/3左右。如果事先不清楚被测

14、电压的大小时，应先选择最高量程档，然后逐渐减小到 合适的量程。测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流档，另一个转换 开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一 样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“ +”到“-”的方向，将万用 表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用 表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。用万用表测量电阻时，应按下列方法操作：a机械调零。在使用之前，应该先调节指针定位螺丝使电流示数为零，避 免不必要的误差。b选择合适的倍率档。万用表欧姆档的刻度线是不均匀的，所以倍率档的 选择应使指针停留

15、在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间， 读数越准确。一般情况下，应使指针指在刻度尺的 1/32/3间。c欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，同时调节“欧姆（电气） 调零旋钮”，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位， 说明电池电压不足或仪表内部有问题。并且每换一次倍率档，都要再次进行 欧姆调零，以保证测量准确。d读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。4.电路图分析及调试1.前言：长期以来，煤气中毒事件频频发生，由于以前人们只能简单地通过 气味来判别煤气泄漏，这不仅给生产生活带来了不安全因素，也为事故的发 生埋下隐患。煤气泄漏报警器通过实时检测空气中

16、的煤气情况，及时发出报 警声，以提醒人们煤气泄漏情况，保障人民的生命财产安全。这对于现实生 活具有重要的意义。2.电路图分析及调试电路图1.电路原理：接通电源，给555时基集成电路提供约10V的直流电压；另 外经R?分压后给气敏传感器QM-2提供约5V的直流加热电压。正常状态时，无泄漏气体，气敏传感器 QM的A,B之间的电导率很小，电 阻很大（在图中等效于 R3）, 555时基集成电路的4脚为低电平（0.7V）（调 节电位器RP6决定），多谐振荡器不工作，扬声器不发声。当可燃气体达到一 定浓度时，气体传感器QM-2的A,B之间的电导率迅速增大（电阻很小），555 时基集成电路的4脚变为高电平，

17、多谐振荡器工作，扬声器发出报警声。2.调试：接通电源，测量气敏元件加热电阻丝两端电压，应有 5V左右直流电压，气敏元件的加热电阻丝应预热数分钟。调节 RP6,使555时基集成电路的4脚电压小于0.7v，这时报警器不工作，扬声器不发声。再将少量待 测气体喷在气敏传感器 QM附近，调节RP1使扬声器报警。调节RP1，可改 变装置灵敏度，调节RP2,可改变报警声调。简单的就是这些，具体调试还是遇到很多问题，开始时，电阻丝直接接10V 的电压上加热，而加热的标准电压是 5V, 开始想到用7805稳压器实现，试 了下效果不理想，后来才想到办法，测量了下加热丝的电阻为 50欧姆，于是果断想到串联了一个同阻

18、值的电阻进行分压，但找遍了实验室也没找到这样 的电阻，空耗了大量的时间，后来看到了滑线变阻器有了灵感，就用电位器 代替了电阻，分压问题得到解决。 QM-2在图上是4个引脚，而实物有6个引 脚，导致无法识别，通过用万能表检测每两个脚之间的导通情况，发现有两 对脚是导通的，还有两对脚之间的阻值大小是差不多的，十几兆欧，还有一 队是几十欧，初步判别这个阻值为几十欧的对脚为加热丝。通过查阅资料知 原来实际的气敏传感器 A,B对脚有两对，作为备用的，这才正确地把气敏传 感器接入电路。经过检查实物连接无误，导通情况正常后接下电源，过五分 钟后加酒精，毫无反应，于是对电路产生重大怀疑，全部拆了重新接了一遍，

19、 再认真看了书上的电路图，原来我是用的不是电解电容，重新换了电解电容 再试，终于有反应了，感觉到自己的努力没白费。成功之后，再对电路进行 了一些改善，以提高装置的灵敏度。5.心得体会作为大学生涯中的第二次电子类课程设计，还是有很多感想的，第一天开 会大家选题目，最终确定为家庭煤气泄漏报警装置的设计，接着去图书馆查 阅了相关资料，并在网上找相关电路图，发现网上还是挺少的，就把目标锁 定在书本上，书本上的电路图还是挺多的，大部分电路图比较简单，元器件 相对比减少，于是挑选了一个电路图，由于实验室有直流稳压电源，所以略 去7812集成稳压器不用，也带来了不少方便，通过简单地分析电路图，主要 有NE5

20、55时基集成电路构成，在查阅了大量的 555相关资料后，基本看懂了 电路图，接着就开始画电路图仿真，画电路图还是遇到一些问题，不过在同 学们的帮助下都一一解决了，仿真时暂时用 LED发光二极管代替蜂鸣器，通过对电路图的分析，仿真成功了，这花了不少时间，这主要得益了团队的力 量，要不是多问同学，一个小小的问题都可能阻碍你半天。仿真成功后，就开始连接实物图了，连接实物图钱，先对气敏元件 MQ-2的相关参数进行检测，如加热丝的电阻，A,B间的电阻，这都是重要参数，电路图连好后，就接 上电源进行测试，在测试的过程出现了好多意外情况，电阻还出现负数，开 始以为是万用表的问题，后来请同学分析知原来我是开着

21、电源测量电阻的， 这样会受到万用表内部电路的影响，测量结果肯定不准确，于是便采用了正 确的测量方式。实物测试也经历了不少失败，电路也重新连接了好几次，不 知道是气敏元件不敏感还是电路调节不当，当把气体弄上去时，没有第一时 间报警，然后在接电源的情况下，通过测量各点的电压，总算找到一些错误， 通过对电路的不断分析，检测和完善，总算达到了预期的结果。为期两周的传感器课程设计真的让我体验到了好多东西，也学到了好多， 其中最重要的是团队的力量是强大的，当你遇到问题时，你可能执迷不悟好 长时间，当你想过之后再去问同学，贝惟收获很多你想不到的结果。同时也 感谢老师对我们的督促，每天发言，可以说出自己设计过程中遇到的麻烦， 然后当面解决他。课程设计这个过程及其思想是非常重要的，也许结果并不 是最重要的，你探索这个结果的过程是我们应该重视的。6.参考文献传感器技术大全，张宏润 北京航空航天大学出版社传感器技术及应用樊尚春北京航空航天大学出版社七.作品展示