传感器课程设计

目录

内容摘要 (2)

第1章课程设计的目的和要求 (3)

1.1课程设计目的 (3)

1.2课程设计题目和任务 (3)

1.3课程设计要求 (4)

第2章总体设计 (4)

2.1 方案1 (4)

2.2 方案2 (5)

2.3 方案3 (6)

2.4 方案比较 (7)

2.5 方案选择 (7)

第3章气敏传感器的选择 (8)

3.1 MC101 (8)

3.2 QM-N5 (9)

3.3 MQ-2 (10)

3.4 气敏传感器的选择 (14)

第4章单元电路设计 (14)

4.1 电源电路 (14)

4.2 气敏探测电路 (14)

4.3 555集成电路 (15)

4.4 555定时器无稳态音频振荡电路 (16)

第5章设计总结 (18)

参考文献 (20)

附录一设计电路原理图 (21)

附录二实物图 (22)

天然气泄漏报警装置说明书

内容摘要

关键词：气敏传感器报警电路

第1章课程设计的目的和要求

1.1课程设计目的

传感器原理课程设计是《传感器原理》课程的一个重要的实践性教学环节，其目的在于：进一步巩固和加深学生所学的理论知识；培

养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生

对传感器的工作原理、设计理论和应用有较完整、系统的概念；使

学生掌握传感器的选用原则、总体电路设计及元器件的选择的方法；进一步提高学生的绘图、计算和使用技术资料的能力。

此次我们做的设计题目是天然气泄漏报警装置，关于天然气我们可能都有所了解，天然气主要成分是烷烃，其中甲烷含量在95%以上。人所赖以生存的空气中有大约20%的氧气，如果人的生活空间是封闭空间，氧气稀薄，人会因氧气不足，导致窒息、昏迷，有心

脑血管疾病的人将会危及生命。室内天然气泄漏会使室内空气中的

氧气相对稀薄，由于天然气是无色无味，人很难察觉到，尤其当人

处于睡眠状态时，天然气的泄漏就更加危险，甚至会使人窒息。天然气的另一危险是当空气中的天然气含量达到一定含量时，遇到明火就会产生爆炸，危及人的生命安全。由此我们这次课设的目的成在天然气达到一定浓度时装置发出警报，以使人们能及早的发现天然气的泄露，做出应对措施，是安全隐患及时消除。

1.2课题设计题目和任务

天然气泄漏报警装置，工作要求：利用气敏传感器设计一个天然气泄漏报警器，要求有检测，报警输出。需完成的任务有：

（1）敏传感器测量某环境天然气浓度；

（2）当浓度超过设定值时蜂鸣器报警，发光二极管发光；

（3）能够根据需要设定上下限报警浓度；

（4）利用Protel绘制电路图；

（5）焊接电路板。

1.3课程设计要求

根据给定的设计任务，综合运用所学知识，合理选择传感器类型，拟定总体电路设计方案，并对电路中的元器件进行选择和相关计算，绘制电路图，并焊接相应电路板。在课程设计过程中，学生应有效地结合本课程的基本理论和方法，广泛查阅传感器手册和相应技术资料，合理设计相应电路，完成任务要求。学生应在教师指导下独立完成设计任务。

第2章总体设计

2.1 方案1

该方案主要由电源电路、气敏探测电路、信号放大器、报警器、自动关闭天然气装置电路等五部分组成。在本方案中，电源电路负

责给整个电路提供15V的直流稳压电源；气敏探测电路负责探测天然气浓度及将其转化为电信号，并将采集到的信号传给信号放大器；信号放大器主要负责将接收到的信号放大，并分别传输给报警器和

自动关闭天然气装置电路；报警器主要负责当天然气浓度达到一定

的危害程度时立即发出报警；自动关闭天然气装置电路负责当天然

气浓度达到一定的危害程度时立即关闭煤气装置，使其停止工作。

其原理框图如图2.2所示。

图2.1 方案1原理框图

2.2 方案2

该方案主要由电源电路、气敏探测电路、单片机部分、报警器、自动关闭煤气装置电路等五部分组成。在本方案中，电源电路负责

给整个电路提供15V的直流稳压电源；气敏探测电路负责探测天然

气浓度及将其转化为电信号，并将采集到的信号传给单片机部分；单片机部分主要负责处理接收到的信号，并将处理后的信号分别传输给报警器和自动关闭天然气装置电路；报警器主要负责当天然气浓度达到一定的危害程度时立即发出报警；自动关闭天然气装置电路负责当天然气浓度达到一定的危害程度时立即关闭天然气装置，使其停止工作。其原理框图如图2.3所示。

图2.2 方案2原理框图

2.3 方案3

该方案主要由电源电路、气敏探测电路、555时基电路的气体报警电路三部分组成。在本方案中，电源电路负责给整个电路提供5V的直流稳压电源；气敏探测电路负责探测煤气浓度及将其转化为电信号；报警电路主要负责当天然气浓度达到一定的危害程度时立

即发出报警。当无气体时，气敏传感器电阻很大，由于电位器Rp滑动触点的输出电压小于0.7V，555集成电路的4脚被强行复位，振荡器处于不工作状态，报警器不发声响。当周围空气有气体时，气敏传感器的电阻减小，555集成电路4脚变为高电平，振荡器电路起振，蜂鸣器发出报警声。

图2.5 方案3原理框图

2.4方案比较

上面三个方案都是设计的煤气报警器，本质上都相同，只是实现方法上有些差别。方案一采用了电源电路、气敏探测电路、信号放大器、报警器、自动关闭煤气装置电路等五部分来实现报警功能。方案二采用了电源电路、气敏探测电路、单片机部分、报警器、自动关闭煤气装置电路等五部分来实现报警功能。方案三采用简单定的电源电路、气敏探测电路、555时基电路的气体报警电路实现检测报警装置。三种方案的主要区别在于：方案一相对于方案一来说主要区别在于缺少了开放式空气负离子发生器这一部分，取而代之的是自动关闭煤气装置电路，现在只具有关闭煤气的功能，缺少了处理泄漏煤气的环节，同时在处理采集到的信号时采用了信号放大