目錄內容摘要2
第1章課程設計的目的和要求3
1.1 課程設計目的3
1.2 課程設計題目和任務3
1.3 課程設計要求4
第2章總體設計4
2.1 方案14
2.2 方案25
2.3 方案36
2.4 方案比較7
2.5 方案選擇7
第3章氣敏感測器的選擇8
3.1 mc1018
3.2 qm-n59
3.3 mq-210
3.4 氣敏感測器的選擇14
第4章單元電路設計14
4.1 電源電路14
4.2 氣敏探測電路14
4.3 555積體電路15
4.4 555定時器無穩態音訊振盪電路16
第5章設計總結18
參考文獻20
附錄一設計電路原理圖21
附錄二實物圖22
天然氣洩漏報警裝置說明書
內容摘要
關鍵詞：氣敏感測器報警電路
第1章課程設計的目的和要求
1.1 課程設計目的
感測器原理課程設計是《感測器原理》課程的乙個重要的實踐性教學環節，其目的在於：進一步鞏固和加深學生所學的理論知識；培養學生運用理論知識獨立解決有關本課程實際問題的能力，使學生對感測器的工作原理、設計理論和應用有較完整、系統的概念；使學生掌握感測器的選用原則、總體電路設計及元器件的選擇的方法；進一步提高學生的繪圖、計算和使用技術資料的能力。
此次我們做的設計題目是天然氣洩漏報警裝置，關於天然氣我們可能都有所了解，天然氣主要成分是烷烴，其中甲烷含量在95%以上。人所賴以生存的空氣中有大約20%的氧氣，如果人的生活空間是封閉空間，氧氣稀薄，人會因氧氣不足，導致窒息、昏迷，有心腦血管疾病的人將會危及生命。室內天然氣洩漏會使室內空氣中的氧氣相對稀薄，由於天然氣是無色無味，人很難察覺到，尤其當人處於睡眠狀態時，天然氣的洩漏就更加危險，甚至會使人窒息。
天然氣的另一危險是當空氣中的天然氣含量達到一定含量時，遇到明火就會產生**，危及人的生命安全。由此我們這次課設的目的成在天然氣達到一定濃度時裝置發出警報，以使人們能及早的發現天然氣的洩露，做出應對措施，是安全隱患及時消除。
1.2課題設計題目和任務
天然氣洩漏報警裝置，工作要求：利用氣敏感測器設計乙個天然氣洩漏報警器，要求有檢測，報警輸出。需完成的任務有：
（1）敏感測器測量某環境天然氣濃度；
（2）當濃度超過設定值時蜂鳴器報警，發光二極體發光；
（3）能夠根據需要設定上下限報警濃度；
（4）利用protel繪製電路圖；
（5）焊接電路板。
1.3課程設計要求
根據給定的設計任務，綜合運用所學知識，合理選擇感測器型別，擬定總體電路設計方案，並對電路中的元器件進行選擇和相關計算，繪製電路圖，並焊接相應電路板。在課程設計過程中，學生應有效地結合本課程的基本理論和方法，廣泛查閱感測器手冊和相應技術資料，合理設計相應電路，完成任務要求。學生應在教師指導下獨立完成設計任務。
第2章總體設計
2.1 方案1
該方案主要由電源電路、氣敏探測電路、訊號放大器、報警器、自動關閉天然氣裝置電路等五部分組成。在本方案中，電源電路負責給整個電路提供15v的直流穩壓電源；氣敏探測電路負責探測天然氣濃度及將其轉化為電訊號，並將採集到的訊號傳給訊號放大器；訊號放大器主要負責將接收到的訊號放大，並分別傳輸給報警器和自動關閉天然氣裝置電路；報警器主要負責當天然氣濃度達到一定的危害程度時立即發出報警；自動關閉天然氣裝置電路負責當天然氣濃度達到一定的危害程度時立即關閉煤氣裝置，使其停止工作。其原理框圖如圖2.
2所示。
圖2.1 方案1原理框圖
2.2 方案2
該方案主要由電源電路、氣敏探測電路、微控制器部分、報警器、自動關閉煤氣裝置電路等五部分組成。在本方案中，電源電路負責給整個電路提供15v的直流穩壓電源；氣敏探測電路負責探測天然氣濃度及將其轉化為電訊號，並將採集到的訊號傳給微控制器部分；微控制器部分主要負責處理接收到的訊號，並將處理後的訊號分別傳輸給報警器和自動關閉天然氣裝置電路；報警器主要負責當天然氣濃度達到一定的危害程度時立即發出報警；自動關閉天然氣裝置電路負責當天然氣濃度達到一定的危害程度時立即關閉天然氣裝置，使其停止工作。其原理框圖如圖2.
3所示。
圖2.2 方案2原理框圖
2.3 方案3
該方案主要由電源電路、氣敏探測電路、555時基電路的氣體報警電路三部分組成。在本方案中，電源電路負責給整個電路提供5v的直流穩壓電源；氣敏探測電路負責探測煤氣濃度及將其轉化為電訊號；報警電路主要負責當天然氣濃度達到一定的危害程度時立即發出報警。當無氣體時，氣敏感測器電阻很大，由於電位器rp滑動觸點的輸出電壓小於0.
7v，555積體電路的4腳被強行復位，振盪器處於不工作狀態，報警器不發聲響。當周圍空氣有氣體時，氣敏感測器的電阻減小，555積體電路4腳變為高電平，振盪器電路起振，蜂鳴器發出報警聲。
圖2.5 方案3原理框圖
2.4方案比較
上面三個方案都是設計的煤氣報警器，本質上都相同，只是實現方法上有些差別。方案一採用了電源電路、氣敏探測電路、訊號放大器、報警器、自動關閉煤氣裝置電路等五部分來實現報警功能。方案二採用了電源電路、氣敏探測電路、微控制器部分、報警器、自動關閉煤氣裝置電路等五部分來實現報警功能。
方案三採用簡單定的電源電路、氣敏探測電路、555時基電路的氣體報警電路實現檢測報警裝置。三種方案的主要區別在於：方案一相對於方案一來說主要區別在於缺少了開放式空氣負離子發生器這一部分，取而代之的是自動關閉煤氣裝置電路，現在只具有關閉煤氣的功能，缺少了處理洩漏煤氣的環節，同時在處理採集到的訊號時採用了訊號放大器，通過對訊號的放大來實現訊號的高效傳輸。
方案二相對於方案一來說主要區別在於缺少了開放式空氣負離子發生器這一部分，取而代之的是自動關閉煤氣裝置電路，現在只具有關閉煤氣的功能，缺少了處理洩漏煤氣的環節，同時在處理採集到的訊號時採用了微控制器，通過微控制器的高整合性來處理採集到的訊號。方案三使了氣敏探測電路和555定時器的多諧振盪來實現報警功能
2.5 方案選擇
經過對三個方案從各方面的比較，我選擇了第三種方案，原因是方案一和方案二雖然都能實現煤氣檢測及報警功能，而且實現起來也比較簡單，但是與三比較起來，還是方案三比較容易實現，材料容易買到，555定時器靈敏度高，功能靈活，在電子電路中應用也比較廣泛。
第3章氣敏感測器的選擇
3.1 mc101
1.主要特點及應用
·橋路輸出電壓呈線性
·響應速度快
·具有良好的重複性，選擇性
·元件工作穩定、可靠
·優異的抗h2s、有機矽中毒能力
·工業現場的天然氣、液化氣、煤氣、 烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測。
·可燃性氣體洩漏報警器；可燃性氣體探測器；氣體濃度計。
∮主要技術引數:
3.2 qm-n5
特點qm-n5型氣敏元件是以金屬氧化物sno2為主體材料的n型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速公升高。
特點：1、 用於可燃性氣體的檢測（ch4、c4h10、h2等）
2、 靈敏度高
3、 響應速度快
4、 輸出訊號大
5、 壽命長，工作穩定可靠
3.3 mq-2
煙霧感測器的應用與優點
1)可用於家庭和工廠的氣體洩漏監測裝置,適宜於液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。注意:更確切的說mq-2 是一款可燃氣體探測器。
2)廣泛的探測範圍,高靈敏度/快速響應恢復,優異的穩定性/壽命長,簡單的驅動電路。
原理、特性與結構
mq-2 工作原理
mq-2 型煙霧感測器屬於二氧化錫半導體氣敏材料,屬於表面離子式n 型半
導體。當處於200~300°c 溫度時,二氧化錫吸附空氣中的氧,形成氧的負離子吸附,使半導體中的電子密度減少,從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時,如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調製而變化，引起表而電導率的變化。
利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的資訊,煙霧濃度越大,電導率越大輸出電阻越低。
mq-2 的特性
1) mq-2 型感測器對天然氣等有很高的靈敏度,尤其對烷類煙霧更為敏感具有良好的抗干擾性,可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾資訊,。
2) mq-2 型感測器具有良好的重複性和長期的穩定性。初始穩定,響應時間短,長時間工作效能好注意:【使用前必須先加熱一段時間,否則其輸出的電阻和電壓不準確】。
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