气体报警器.docx

气体报警器.docx

《气体报警器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气体报警器.docx（7页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

气体报警器

气体报警器

自动检测与应用技术

项目报告

学校：

广东水利电力职业技术学院

系别：

自动化工程系

班别：

13嵌入式系统班

姓名：

陈秋娥

学号：

131202105

指导老师：

何玲

时间：

2014-12-8

一、设计目的

近年来，随着我国经济的高速发展，人民生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。

酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。

而人体酒精浓度低时就不会有那些症状，也就不会有危险。

因此，需要设计一个智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。

目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪器对驾驶员进行现场检测，以确定被测者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员和他人的生命财产安全。

此外，酒精测试仪也可以应用于食品加工，酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。

由此可见，酒精测试仪具有巨大的潜在用户群，市场前景十分广阔。

二、设计要求

采用整流电路与稳压电路和振荡器的设计思路，运用传感器的基本知识，在对模拟电路基础理论和数字电路基础理论的理解上，设计一种酒精气体报警器。

（1）基本要求

用气敏元件（针对酒精）作传感器，用电路实现当酒精浓度达到一定值时，触发报警电路发出报警信号；

（2）提高要求

为保证电路可靠，12V电源延时供电。

三、设计思路

本题目要求设计一个酒精检测报警器。

当MQ-3酒精传感器检测到酒精浓度超标后，电阻值急剧减小，气敏传感器的输出端就会输出一个高电平，导致555定时器触发工作，通过555定时器的控制，使报警器报警。

在整个设计中主要采用直流稳压电源给酒精检测传感器提供连续且稳定的脉冲，酒精传感器发出模拟信号来控制报警器报警。

设计流程如图1所示。

图1设计流程图

四、设计方案选择

（1）二级远程报警电路设计

二级远程报警电路框图如图2所示。

这种设计采用二级设计[1]，第一级为气敏开关电路，其作用是探测酒精气体的存在，报警并向远端接收装置发射报警信号。

第二级为接收报警电路，其作用是接收第一级信号并在远端发出报警。

图2二级远程报警电路设计框图

（2）普通报警电路设计

这种电路设计定位于一定区域内的酒精气体报警，它由电源电路、气敏传感电路和触发报警电路组成，基本原理框图如图3所示。

图3普通报警电路设计框图

通过选择比较，由于二级远程报警电路设计适合用于人流较多的公共场合。

这种设计思路的优点是监控范围广，可进行远程报警，对于监测人员来说比较方便，但从实施上来看线路繁多，设计复杂，成本较高。

而普通报警电路设计适合于一定区域内的酒精气体报警，如用于检测驾车者是否饮酒。

这种设计的优点是简单易行，设计简单，易于实现，而且成本低廉。

从设计要求来看，两种方案都达到了设计要求,但对于检测酒精气体来说,一般选择普通的酒精气体报警电路。

五、电路原理图及电路工作原理

根据设计的目的和要求，可以得出电路的基本原理图如图4所示，该电路由直流电源连接酒精气敏传感器，并由酒精气敏传感器的输出端电平的高低决定555定时器的4脚触发与否，当通5V直流电后，酒精气敏传感器的2-4端的加热灯丝开始加热，气敏传感器的温度开始上升，经过3分钟的预热时间之后酒精气敏传感器达到正常的

工作状态，当酒精气体达到一定浓度时，调节R1使555定时器4脚的输入电压为高电平，555定时器开始工作，经过极性电容使扬声器报警。

（1）酒精气敏传感器mq-3的工作原理

半导体酒精传感器MQ-3所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。

当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。

使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。

这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。

酒精气敏传感器的结构及主要参数分别如图5和表1所示，此元件的两个A端和两个B端分别合并为A端和B端，A（B）端作为输入或输出端，两H端分别接5V直流电和接地。

图5酒精气敏传感器

表1MQ-3参数

气体

酒精（乙醇）

探测范围

10～1000ppm酒精

特征气体

125ppm酒精

灵敏度

Rinair/Rintypicalgas≥5

敏感体电阻

1～20KΩinair空气中

响应时间

≤10s（70%Response）

恢复时间

≤30s（70%Response）

加热电阻

31Ω±3Ω

加热电流

≤180mA

加热电压

5.0V±0.2V

（2）555多谐振荡器介绍

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。

由555定时器构成的多谐振荡器如图7所示，R2，R3和C7是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R3和C7的连接处，将放电端（7脚）接到R2，R3的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C7来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。

这时，电源经R2，R3对电容C7充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。

充电时间常数T充=（R2＋R3）C7。

不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。

电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。

图6555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

（3）参数计算

为使报警器在没有酒精气体时能继续报警一段时间，通过公式

≈0.7

（R2+2R3）

C7可取电路中R2=1KΩ,R3=1KΩ,C7=0.47μF.多谐振荡器的振荡周期为

（1）t为电容C7上的电压由V1上升到V2所需要的时间，充电回路的时间常数为

。

t可用下式估算

（2）t为电容，C7上的电压由V1下降到V2所需要的时间，放电回路的时间常数为R3

C7，t可用下式估算

（3）所以，多谐振荡器的振荡周期为

（4）f=1.022Hz

六、设计总结

在设计过程中，我阅读了很多关于555定时器的结构与用法的内容，还学习了数字电子技术中的相关知识，并学到了很多关于传感器的知识。

课程设计对增强我的学习能力，拓宽我的知识面起到了很重要的作用。