家庭煤氣泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì).doc

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1、華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)傳感器課程設(shè)計(jì)題 目： 家庭煤氣泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 年 級(jí)： 2009級(jí) 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓 名： 李恒 學(xué) 號(hào)： 20090310110229 指導(dǎo)教師： 曹青松 周繼惠 2012年06月28日目錄一目錄2二.設(shè)計(jì)任務(wù)書3三元器件介紹51.電阻52.蜂鳴器63.電位器64.氣敏傳感器MQ-275.NE555時(shí)基集成電路8四電路圖分析及調(diào)試10五心得體會(huì)12六參考文獻(xiàn)13七作品展示14二.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.總要求能夠獨(dú)立進(jìn)行小型檢測(cè)模塊系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及論證，選擇合理的傳感器、設(shè)計(jì)必要的接口電路等，以及合理選擇有關(guān)元器件及正確使用相關(guān)工具與儀器設(shè)

2、備等，并且能結(jié)合實(shí)際調(diào)試與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有關(guān)精度分析與討論。2.總?cè)蝿?wù)針對(duì)總要求進(jìn)行原理及方案論證、模塊設(shè)計(jì)、接口電路設(shè)計(jì)、焊接或插接與調(diào)試、精度分析以及撰寫報(bào)告等工作。3.設(shè)計(jì)題目家庭煤氣泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)4.設(shè)計(jì)內(nèi)容煤氣泄漏報(bào)警5. 設(shè)計(jì)進(jìn)度或計(jì)劃1、 準(zhǔn)備及查閱資料 一天2、 方案設(shè)計(jì)及論證（總體方案） 二天3、 硬件電路設(shè)計(jì)、畫圖（PROTEL） 三天4、 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試及結(jié)果分析 二天5、 整理報(bào)告及準(zhǔn)備答辯 二天6. 設(shè)計(jì)說明書包括的主要內(nèi)容1、 封面2、 目錄3、 設(shè)計(jì)任務(wù)書4、 正文（可按下列內(nèi)容撰寫、僅供參考）1） 序言可包括系統(tǒng)工作原理的介紹等。2） 方案設(shè)計(jì)及論證可按模塊進(jìn)行方案設(shè)

3、計(jì)與論證； 各模塊設(shè)計(jì)中應(yīng)包括適當(dāng)?shù)木确治黾斑x型等。3） 實(shí)驗(yàn)或系統(tǒng)調(diào)試可包括實(shí)驗(yàn)調(diào)試工具儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及適當(dāng)?shù)姆治龅取?） 心得體會(huì)5） 主要參考文獻(xiàn)另：說明書的撰寫格式應(yīng)符合一定的要求，可參照華東交通大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范進(jìn)行。7.考核方法考核可根據(jù)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度（含出勤率）20%、設(shè)計(jì)完成情況（樣機(jī)）40%、圖紙及說明書質(zhì)量（含答辯）40%確定。三元器件介紹1.電阻電阻是阻礙電流流過的物理量。因?yàn)槲镔|(zhì)對(duì)電流產(chǎn)生的阻礙作用，所以稱其該作用下的電阻物質(zhì)。電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。沒有電阻或電阻很小的物質(zhì)稱其為電導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱導(dǎo)體。不能形成電流傳輸?shù)?/p>

4、物質(zhì)稱為電絕緣導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱絕緣體。本次使用的多為色環(huán)電阻，所謂色環(huán)電阻，是在電阻封裝上（即電阻表面）涂上一定顏色的色環(huán)，來代表這個(gè)電阻的阻值。即可通過顏色來判斷這個(gè)電阻的阻值。色環(huán)電阻是電子電路中最常用的電子元件，采用色環(huán)來代表顏色和誤差，可以保證電阻無論按什么方向安裝都可以方便、清楚地看見色環(huán)。色環(huán)電阻的基本單位是：歐姆（）、千歐（K）、兆歐（M）。1000歐（）=1千歐（K），1000千歐（K）=1兆歐（M）。 色環(huán)電阻用色環(huán)來表示電阻的阻值和誤差，普通的為四色環(huán)，高精密的用五色環(huán)表示，另外還有六色環(huán)表示的（此種產(chǎn)品只用于高科技產(chǎn)品且價(jià)格十分昂貴）。下表為色環(huán)電阻對(duì)照關(guān)系，其識(shí)別方法如下：

5、色環(huán)電阻的對(duì)照關(guān)系顏色數(shù)值倍乘數(shù)誤差（%）溫度關(guān)系/（10 /）棕1101100紅2100250橙31k15黃410k25綠5100k0.5藍(lán)61M0.2510紫710M0.15灰80.05白91黑01金0.15銀0.0110無色202.蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜

6、片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 3.電位器電位器是具有三個(gè)引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調(diào)節(jié)的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動(dòng)的電刷組成。當(dāng)電刷沿電阻體移動(dòng)時(shí)，在輸出端即獲得與位移量成一定關(guān)系的電阻值或電壓。電位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可視作一可變電阻器電位器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電位器的電阻體有兩個(gè)固定端，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動(dòng)觸點(diǎn)與任一個(gè)固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸電之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)

7、在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。它大多是用作分壓器，這時(shí)電位器是一個(gè)四端元件。電位器基本上就是滑動(dòng)變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關(guān)和激光頭功率大小調(diào)節(jié)電位器是一種可調(diào)的電子元件。4.氣敏傳感器MQ-2MQ-2氣敏傳感器所使用的氣敏材料是清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫，當(dāng)傳感器所在環(huán)境存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中的可燃?xì)怏w的on孤獨(dú)的增大而增大，使用簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可把電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為響應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2對(duì)丙烷，氫氣液化氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其他可燃?xì)怏w的靈敏度也還行。它可以檢測(cè)出多款可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成

8、本傳感器。MQ-2氣敏傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，壽命長(zhǎng)，成本低，只需簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可。MQ-2工作電壓應(yīng)小于15V，加熱電壓控制在5V左右，經(jīng)測(cè)量其加熱電阻為50，相應(yīng)的使用溫度，儲(chǔ)存溫度，相對(duì)濕度也有重要影響。經(jīng)測(cè)量，本次使用的氣敏傳感器加熱絲的阻值約為50歐姆，A,B間的電阻阻值為10兆歐左右。加熱后，再噴以氣體，其阻值降到幾百歐。5.NE555時(shí)基集成電路NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，

9、只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的脈波訊號(hào)。NE555的特點(diǎn)有： 1.只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 3.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。 Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/

10、3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營(yíng)在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以

11、上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為L(zhǎng)OW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 NE555引腳圖介紹如下1地 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc6.萬(wàn)用表的使用萬(wàn)用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，萬(wàn)用表分為指針式萬(wàn)用表和數(shù)字萬(wàn)用表引。是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬(wàn)用表可測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等，

12、有的還可以測(cè)交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)表筆分為紅、黑二只。使用時(shí)應(yīng)將紅色表筆插入標(biāo)有“+”號(hào)的插孔，黑色表筆插入標(biāo)有“”號(hào)的插孔。測(cè)量電壓時(shí)，要選擇好量程，如果用小量程去測(cè)量大電壓，則會(huì)有燒表的危險(xiǎn)；如果用大量程去測(cè)量小電壓，那么指針偏轉(zhuǎn)太小，無法讀數(shù)。量程的選擇應(yīng)盡量使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的2/3左右。如果事先不清楚被測(cè)電壓的大小時(shí)，應(yīng)先選擇最高量程檔，然后逐漸減小到合適的量程。 測(cè)量直流電流時(shí)，將萬(wàn)用表的一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于直流電流檔，另一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于50uA到500mA的合適量程上，電流的量程選擇和讀數(shù)方法與電壓一樣。測(cè)量時(shí)必須先斷開電路，然后按照電流從“+”到“-”的方向，將

13、萬(wàn)用表串聯(lián)到被測(cè)電路中，即電流從紅表筆流入，從黑表筆流出。如果誤將萬(wàn)用表與負(fù)載并聯(lián)，則因表頭的內(nèi)阻很小，會(huì)造成短路燒毀儀表。用萬(wàn)用表測(cè)量電阻時(shí)，應(yīng)按下列方法操作：a機(jī)械調(diào)零。在使用之前，應(yīng)該先調(diào)節(jié)指針定位螺絲使電流示數(shù)為零，避免不必要的誤差。 b選擇合適的倍率檔。萬(wàn)用表歐姆檔的刻度線是不均勻的，所以倍率檔的選擇應(yīng)使指針停留在刻度線較稀的部分為宜，且指針越接近刻度尺的中間，讀數(shù)越準(zhǔn)確。一般情況下，應(yīng)使指針指在刻度尺的1/32/3間。 c歐姆調(diào)零。測(cè)量電阻之前，應(yīng)將2個(gè)表筆短接，同時(shí)調(diào)節(jié)“歐姆（電氣）調(diào)零旋鈕”，使指針剛好指在歐姆刻度線右邊的零位。如果指針不能調(diào)到零位，說明電池電壓不足或儀表內(nèi)部有

14、問題。并且每換一次倍率檔，都要再次進(jìn)行歐姆調(diào)零，以保證測(cè)量準(zhǔn)確。 d讀數(shù)：表頭的讀數(shù)乘以倍率，就是所測(cè)電阻的電阻值。四電路圖分析及調(diào)試1.前言： 長(zhǎng)期以來，煤氣中毒事件頻頻發(fā)生，由于以前人們只能簡(jiǎn)單地通過氣味來判別煤氣泄漏，這不僅給生產(chǎn)生活帶來了不安全因素，也為事故的發(fā)生埋下隱患。煤氣泄漏報(bào)警器通過實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣中的煤氣情況，及時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，以提醒人們煤氣泄漏情況，保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。這對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活具有重要的意義。2.電路圖分析及調(diào)試電路圖1.電路原理：接通電源，給555時(shí)基集成電路提供約10V的直流電壓；另外經(jīng)R?分壓后給氣敏傳感器QM-2提供約5V的直流加熱電壓。正常狀態(tài)時(shí)，無泄漏氣體，

15、氣敏傳感器QM的A,B之間的電導(dǎo)率很小，電阻很大（在圖中等效于R3),555時(shí)基集成電路的4腳為低電平（0.7V)（調(diào)節(jié)電位器RP6決定），多諧振蕩器不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)可燃?xì)怏w達(dá)到一定濃度時(shí)，氣體傳感器QM-2的A,B之間的電導(dǎo)率迅速增大（電阻很小），555時(shí)基集成電路的4腳變?yōu)楦唠娖剑嘀C振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。2. 調(diào)試：接通電源，測(cè)量氣敏元件加熱電阻絲兩端電壓，應(yīng)有5V左右直流電壓，氣敏元件的加熱電阻絲應(yīng)預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)節(jié)RP6，使555時(shí)基集成電路的4腳電壓小于0.7v，這時(shí)報(bào)警器不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。再將少量待測(cè)氣體噴在氣敏傳感器QM附近，調(diào)節(jié)RP1使揚(yáng)聲器報(bào)警。調(diào)節(jié)RP1

16、，可改變裝置靈敏度，調(diào)節(jié)RP2，可改變報(bào)警聲調(diào)。簡(jiǎn)單的就是這些，具體調(diào)試還是遇到很多問題，開始時(shí)，電阻絲直接接10V的電壓上加熱，而加熱的標(biāo)準(zhǔn)電壓是5V，一開始想到用7805穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)，試了下效果不理想，后來才想到辦法，測(cè)量了下加熱絲的電阻為50歐姆，于是果斷想到串聯(lián)了一個(gè)同阻值的電阻進(jìn)行分壓，但找遍了實(shí)驗(yàn)室也沒找到這樣的電阻，空耗了大量的時(shí)間，后來看到了滑線變阻器有了靈感，就用電位器代替了電阻，分壓?jiǎn)栴}得到解決。QM-2在圖上是4個(gè)引腳，而實(shí)物有6個(gè)引腳，導(dǎo)致無法識(shí)別，通過用萬(wàn)能表檢測(cè)每?jī)蓚€(gè)腳之間的導(dǎo)通情況，發(fā)現(xiàn)有兩對(duì)腳是導(dǎo)通的，還有兩對(duì)腳之間的阻值大小是差不多的，十幾兆歐，還有一隊(duì)是幾十歐

17、，初步判別這個(gè)阻值為幾十歐的對(duì)腳為加熱絲。通過查閱資料知原來實(shí)際的氣敏傳感器A,B對(duì)腳有兩對(duì)，作為備用的，這才正確地把氣敏傳感器接入電路。經(jīng)過檢查實(shí)物連接無誤，導(dǎo)通情況正常后接下電源，過五分鐘后加酒精，毫無反應(yīng)，于是對(duì)電路產(chǎn)生重大懷疑，全部拆了重新接了一遍，再認(rèn)真看了書上的電路圖，原來我是用的不是電解電容，重新?lián)Q了電解電容再試，終于有反應(yīng)了，感覺到自己的努力沒白費(fèi)。成功之后，再對(duì)電路進(jìn)行了一些改善，以提高裝置的靈敏度。五心得體會(huì)作為大學(xué)生涯中的第二次電子類課程設(shè)計(jì)，還是有很多感想的，第一天開會(huì)大家選題目，最終確定為家庭煤氣泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)，接著去圖書館查閱了相關(guān)資料，并在網(wǎng)上找相關(guān)電路圖，發(fā)

18、現(xiàn)網(wǎng)上還是挺少的，就把目標(biāo)鎖定在書本上，書本上的電路圖還是挺多的，大部分電路圖比較簡(jiǎn)單，元器件相對(duì)比減少，于是挑選了一個(gè)電路圖，由于實(shí)驗(yàn)室有直流穩(wěn)壓電源，所以略去7812集成穩(wěn)壓器不用，也帶來了不少方便，通過簡(jiǎn)單地分析電路圖，主要有NE555時(shí)基集成電路構(gòu)成，在查閱了大量的555相關(guān)資料后，基本看懂了電路圖，接著就開始畫電路圖仿真，畫電路圖還是遇到一些問題，不過在同學(xué)們的幫助下都一一解決了，仿真時(shí)暫時(shí)用LED發(fā)光二極管代替蜂鳴器，通過對(duì)電路圖的分析，仿真成功了，這花了不少時(shí)間，這主要得益了團(tuán)隊(duì)的力量，要不是多問同學(xué)，一個(gè)小小的問題都可能阻礙你半天。仿真成功后，就開始連接實(shí)物圖了，連接實(shí)物圖錢，

19、先對(duì)氣敏元件MQ-2的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如加熱絲的電阻，A,B間的電阻，這都是重要參數(shù)，電路圖連好后，就接上電源進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試的過程出現(xiàn)了好多意外情況，電阻還出現(xiàn)負(fù)數(shù)，開始以為是萬(wàn)用表的問題，后來請(qǐng)同學(xué)分析知原來我是開著電源測(cè)量電阻的，這樣會(huì)受到萬(wàn)用表內(nèi)部電路的影響，測(cè)量結(jié)果肯定不準(zhǔn)確，于是便采用了正確的測(cè)量方式。實(shí)物測(cè)試也經(jīng)歷了不少失敗，電路也重新連接了好幾次，不知道是氣敏元件不敏感還是電路調(diào)節(jié)不當(dāng)，當(dāng)把氣體弄上去時(shí)，沒有第一時(shí)間報(bào)警，然后在接電源的情況下，通過測(cè)量各點(diǎn)的電壓，總算找到一些錯(cuò)誤，通過對(duì)電路的不斷分析，檢測(cè)和完善，總算達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。為期兩周的傳感器課程設(shè)計(jì)真的讓我體驗(yàn)到了好多東西，也學(xué)到了好多，其中最重要的是團(tuán)隊(duì)的力量是強(qiáng)大的，當(dāng)你遇到問題時(shí)，你可能執(zhí)迷不悟好長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)你想過之后再去問同學(xué)，則能收獲很多你想不到的結(jié)果。同時(shí)也感謝老師對(duì)我們的督促，每天發(fā)言，可以說出自己設(shè)計(jì)過程中遇到的麻煩，然后當(dāng)面解決他。課程設(shè)計(jì)這個(gè)過程及其思想是非常重要的，也許結(jié)果并不是最重要的，你探索這個(gè)結(jié)果的過程是我們應(yīng)該重視的。六參考文獻(xiàn)傳感器技術(shù)大全，張宏潤(rùn) 北京航空航天大學(xué)出版社傳感器技術(shù)及應(yīng)用 樊尚春 北京航空航天大學(xué)出版社 七作品展示13