可燃气体报警器说明书共15页文档

设计题目：可燃气体报警器
系别：应用电子与通信技术系
班级：
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成绩：_______________________
2019年7月9 日
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课程设计任务书
2019年7月9日
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目录
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 设计题目 (2)
1.3 设计要求 (2)
1.4 设计技术指标 (2)
第2章电路的设计方案 (3)
2.1 方案设计 (3)
2.2确定方案的设计 (3)
第3章单元电路设计、参数计算 (4)
3.1 可燃气体浓度检测电路的设计 (4)
3.2 555多谐振荡电路 (4)
3.2.1 NE555特点 (5)
3.2.2 NE555引脚功能 (5)
3.4 参数计算 (7)
第4章整机电路的工作原理 (7)
第5章电路的组装调试 (8)
5.1 电路的组装 (8)
5.3 电路调试 (8)
结论 (9)
收获和体会 (9)
致谢 (10)
参考文献 (11)
附录1 元器件清单 (12)
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第1章绪论
1.1 课题背景
目前普遍企业对安全生产比较重视，但是在抓安全的精细化管理上仍然不到位。

有毒气体报警是一种安全的检测仪器，它只是检测空气中有毒有害气体的含量，如果有毒气体超出正常的空气含量威胁到人身安全的时候，有毒气体报警器就会自动报警器，警告人们及时的采取措施，避免事故发生。

危险化学品要加强安全管理，完善安全措施、控制事故隐患。

但是，不可能达到绝对安全，仍然会出现万有一失的情况。

因此，事故隐患的检测报警，在危险化学品场所有害气体或液体（蒸汽）检测报警，是非常必要的。

对避免和控制事故具有重要的意义。

燃气报警器作为预防燃气泄漏的有力武器，它的出现却似乎并没有引起人们应有的注意。

居家过日子，谁都离不开使用煤气，无论你的预防措施做得多好，但百密难免一疏，更何况对消防安全不采取任何措施的家庭就更加危险。

因此很有必要在家里准备一个燃气报警器，随时替主人守护着燃气用具，时刻警惕着燃气这个无形杀手悄悄溜出来，帮助主人将家庭隐患消灭在萌芽之际，成为家庭安全的好管家，让家人使用燃气具时，用得安心放心。

例如有很多的家庭煤气爆炸火灾，都是在不知道房间里充满了泄露出来的煤气，盲目动用电器开关而在瞬间发生的悲剧，如果有一个报警器，类似这样的悲剧就可以大大避免。

在生活和生产中都存在着种种危险，虽然我们不能预知危险的发生，但是我们可以预防它的到来。

危险一旦发生则将给我们的生活和工作带来巨大的危害和损失。

可燃气体报警器给我们带来了希望，虽然它不能解除所存在的安全隐患，但是给了我们重要的提示。

因此，我们有必要对可燃气体报警器进行深入的研究，本课题的主要任务就是设计出可燃气体报警器的电路图，并对其进行调试与测试，为了研究的方便性，我们所选的气体为生活中
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常见的气体甲烷。

1.2 设计题目
现实生活中，我们经常看到有人因煤气等有害可燃气体泄露造成中毒或者火灾而身亡，针对这种情况我们要设计一个有害可燃气体检测、报警于一体的报警电路，要求应用气体传感器检测到有害可燃气体意外排行时，能自动检测并报警.这里，我们将通过设计一个可燃气体报警装置，用来燃气浓度是否超标等，以保障人们的生命财产安全。

1.3 设计要求
设计一个能自动检测有害气体浓度，且当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警的电路。

当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示，以保障人们的生命财产安全。

本课题主要完成以下几个部分的设计：
①信号采集及处理电路：由气敏传感器及附属电路组成。

传感器将空气中的燃气浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。

②声光报警电路：在燃气浓度超标时，电路产生相应的警告信号。

燃气浓度恢复正常值时，电路报警设置断开。

1.4 设计技术指标
1.当可燃气体浓度超标时，要在5S之内声光报警；
2.声光报警同时进行。

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第2章电路的设计方案
2.1 方案设计
基于日常安全，结构简单，性能稳定，使用方便，设计一款报警器，当空气中可燃气体浓度上升到一定值时，可燃气体检测电路发出控制信号，驱动圣光报警，以免发生事故。

其组成框图如图2-1所示。

图2-1 组成框图
2.2确定方案的设计
用9V电压输入，加330uF的电容滤波，消除电源中的杂波对电路的影响。

加上电源指示灯（LED绿）。

因气敏元件规定加热电压为5V，所以在电源中加入7805三端稳压集成电路，引出5V电压接在气敏元件热丝上。

气敏元件另外A和B脚分别接到9V电源和电压比较器LM393上。

并在9V电源上届一滑动变阻器，接入比较其中，当气敏元件检测到气体时，接入到比较器的电压产生变化，比较这两个电压，结果输入到555多谐振荡器中。

多谐振荡器产生的振荡波形如图2-2所示。

在比较器输出脚接红色LED检测气敏元件是否发生变化，当有变化时灯灭。

在多谐振荡器中的二脚接10uF电容，产生脉冲信号，使输出的信号有间断性。

多谐振荡器输出脚接入三极管，放大输出信号，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化。

使输出的信号有能力驱动蜂鸣器和LED报警灯。

图2-2多谐振荡器的震荡波形
电路接通电源瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0V，所以555定时器状态为1，输出V o为高电平。

同时，提电机输出端对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态。

此后电路周而复始的产生周期性的输出脉冲。

多谐振荡器两个咱问天的维持
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时间取决于RC充放电回路的参数。

第3章单元电路设计、参数计算
3.1 可燃气体浓度检测电路的设计
可燃气体电路我们采用的是运算放大检测电路，如图3-1所示。

通过调节电路中的相应电阻电压比较器来检测气体是否有超浓度的现象，若气体浓度超标，则发光报警信号。

图3-1 气体浓度检测电路
LM393是双电压比较器集成电路。

它是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。

这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。

减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回 1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。

输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。

输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γSAT限制。

当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。

3.2 555多谐振荡电路
555多谐振荡电路如图3-2所示。

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图3-2多谐振荡器的电路形式
3.2.1 NE555特点
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等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，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。

3.2.2 NE555引脚功能
555集成电路内部结构如图3-3所示。

图3-3 555集成电路内部结构
555集成电路引脚图及封装如图3-4所示，集成电路的实物如图3-5所示，各个引脚功能如下：
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O伏左右的低
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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 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)。

图3-4 555集成电路引脚图及封装图
图3-5 555集成电路的实物图
3.3 报警电路
常用报警方式为声光报警，本设计报警功能主要由555多谐振荡电路，三极管S9013，驱动蜂鸣器和LED发光二极管，实现声光报警。

报警电路如图3-5所示。

本设计中声光报警功能是由多谐振荡器产生矩阵脉冲，并由三极管S9013的放大作用，可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量。

当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化。

图3-5报警电路
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第 7 页 3.4 参数计算
电容充电时间T1：T1=0.7(R1+R2)C
电容放电时间T2：T2=0.7*R2C
电路振荡周期T ：T=T1+T2=0.7*(R1+2R2)C
电路振荡频率f:f=1/T ≈1.43/【（R1+R2）C 】
输出波形占空比q:)221/()21(/1q R R R R T T ++==
电阻变大，C 充电到2/3 Vcc 时间较长，555设计是当6脚电位达到2/3vcc 时3脚输出转低电平，在计时器电路， 6 7脚相连一起，这个2/3vcc 再由7脚放电，再等待下一个计时信号由2脚输入。

第4章 整机电路的工作原理
整机电路图如图4-1所示
图4-1 整机电路图
原理：当电路接通9V 电源后，电源指示灯点亮，电流通过330uF 电容滤波。

电源接到LM7805将9V 电压变为5V 电压，并接到气敏元件的热丝上。

接通电源的气敏元件，加热几秒钟后，当周围可燃气体浓度达到一定值时，气敏元件产生变化的电压，并传给LM393中，此电压与电源电压接上滑动变阻器的电压比较。

将比较后的结果送到8脚时基集成电路，555多谐振荡电路由于电容的充放电，产生有规律的振荡，是输出的电平高低变化，接上三极管S9013放大输出的电流，使有足够的电压驱动蜂鸣器，变化的输出信号，使蜂鸣器产生嘀嘀嘀的连续响声，同时报警灯按照相同的频率闪烁。

第5章电路的组装调试
5.1 电路的组装
先在多孔板上进行组装是进行了“预组装”，就是把元件在桌面上进行排列，促成最佳的方式，一遍达到美观性，然后用细线代替到先进性连线。

然后再将元检查在多空板上，按照先前的模式进行排列，找清楚各个元件连接导线的引脚，用焊锡和导线将各个引脚焊接起来。

5.2整机的布线原则
首先要考虑原件在多孔板上的排列方式，既要讲究在焊接电路时的方便和导线不交叉、优雅，组装后电路实物美观。

在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些。

电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。

输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。

在互不干扰的情况下，地线和电源线就近连接。

5.3 电路调试
接通9V电源预热，电源指示灯（绿色)亮，330uF起到滤波作用。

9V电源通过7805三端稳压集成电路得到5V电压，接到可燃气体传感器的加热丝，预热。

通过LM393电压比较器，比较可燃气体传感器输出电压和电源电压通过滑动变阻器后的电压，结果送到555多谐振荡器。

555多谐振荡电路产生振荡的信号，使蜂鸣器和报警灯间歇性响亮。

结论
随着人们生活水平的提高，燃气使用率不断增加，对燃气泄漏的检测越来越引起大家的重视。

座位一种安全装置，灵敏度要高，适用于检测低浓度气体。

且要结构简单，制作方便，制造成本低。

设计的可燃气体报警器由电源电路、燃气检测、信号比较判断、延时电路、声报警、光报警组成，报警中的传感器MQ-5是对以烷类气体为主的多种可燃性气体有良好敏感特性的半导体敏感器件。

它的灵敏度适中，响应与恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、抗环境气氛影响及抗温湿度影响等性能均优。

延时电路保证传感器有足够的预热时间，使测试结果可靠，防止错误方生。

将数字与模拟相结合减少了元器件的使用，提高电路的稳定性和可靠性，操作简单。

收获和体会
通过这次课程设计对LM7805、LM393、NE555、9013三极管，有了深入学习了解。

1.7805三端稳压集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路，当输出电流较大时，7805应配上散热板。

2.LM393是双电压比较器集成电路，他有两个比较器，在这个电路里面只用到其中一个比较器，比较器的所有没有用的引脚必须接地。

输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制。

此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制。

当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。

输出饱和电压
被输出晶体管大约60ohm的γSAT限制。

当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。

3.NE555为八脚时基集成电路，它一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器。

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。

其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4. 三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

s9013 NPN三极管主要用途：作为音频放大和收音机1W推挽输出。

9013 结构：NPN，集电极-发射极电压25V，集电极-基电压45V，射极-基极电压5V，集电极电流0.5A。

这次的课程设计过程中，经过多次电路修改、调试，很大提高了自己的动手能力，了解到了更多的元件，结合学过的理论知识，加深了对它们的认识，充分利用了数电、模电等学科的知识。

可以说这是一次非常有意义的课程设计。

致谢
书到用时方恨少，事非经过不知难。

本设计是在丁老师的精心指导下完成的。

从选题到完成的整个过程中，得到了老师的很多帮助，再次宝石深深的谢意和敬意。

在老师的多次指导下，我知道怎样设计电路才合理，在调试电路过程中，老师耐心的教我检测电路。

在设计过程中，基本掌握了所需器件的基本功能，并对气体报警器有了更深的了解，是自己的各方面能力得到了很大的提高。

通过此次设计，我愈发感觉到自己知识的匮乏和视野的狭窄。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

小小拙作，敬请老师雅正。

在这里再一次感谢老师对我的帮助。

参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社,2019
[2]郭宏,刘显忠,张震,姜桥.电子技术应用实践指导[M].哈尔滨工程大学出版社,2019
[3]郭培源.电子电路及电子器件[M].高等教育出版社,2019
[4]赖金福.数字集成电路简明手册[M].电子工业出版社,2019
[5]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社,2019
附录1 元器件清单。