有害气体控制报警器电路.docx
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有害气体控制报警器电路
1有害气体控制报警器电路
1.1意义
日常生活中经常会发生煤气或其他有害气体泄漏而危害人们生命的事故发生，争对这种现象，我设计了有害气体报警电路，旨在当有害气体超标时，通过电动机将气体排出，将气体降到一定的预定值，同时发出报警声并发出间歇闪烁的光来警醒人们，避免因有害气体而引起的灾害或事故。
1.2摘要
有害气体控制报警电路由电源电路、气体检测电路、电子开关电路、声光报警电路和气体抽排电路组成。
当室内有害气体的体积分数超过一定值时，气敏检测电路通过气敏传感器的控制，及时开启排风扇，同时发出声光报警信号，然后将有害气体的体积分数降到某一预定值，避免了因有害起体而引起的灾害和事故。
电路简洁明了，功能齐全，保险安全，达到了设计的目的。
1.3总体方案的设计：
1.3.1设计方案选择及各部分电路工作原理
首先考虑到要检测有害气体，一定要有一个能检测有害气体的装置，由此，我想到了使用气敏传感器，并选用了QM-N5型低功耗气敏元件。
它有四个引出电极：
加热电极H-H1，输出电极为A-B。
加热电极H-H1为高阻电热丝，通电即可加热。
在加热的条件下，如果有可燃性气体充斥在A，B之间，则A，B之间的阻值将随气体浓度的增大而减小，把这一变化转化为电信号即可制成气体检测电路。
电路中还接了一个4.5V的稳压管VS2，用来对传感器的两端进行加热。
故设计出了由气体传感器和其外围元器件组成的气体检测电路。
气敏传感器：
气敏管处于检测状态后，若无可燃气体泄漏，A、B间阻值很大，IClb第12脚电压低于第13脚电压，第14脚输出为低电平；若有可燃气体泄漏，并达到一定浓度时，气敏管A、B间电阻变小，IClb第12脚电压上升并超过第13脚电压，使第14脚输出由低电平翻转为高电平。
检测灵敏度由RP调节确定。
在气敏传感器检测到有害气体后，必须通过电路的控制将有害气体的体积分数将到某一预定值，利用二极管的导通与截止的特性，继电器吸和与不吸和的性质，有害气体未超标时，VD6截止，继电器不吸合，控制器不工作；而超标时VD6导通，通过由V1、V2和V3组成的电压放大电路将电压放大，使继电器吸合，控制器工作。
由此，设计出了由晶体管V1~V3、继电器K和有关外围元器件组成的电子开关电路。
并选用了12V的JRX-13-3Z直流继电器。
继电器：
当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。
可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
由于气敏传感器和继电器都工作在低压直流的条件下，故在考虑电源时，一定要降压，并要将交流电压变为直流电压，由此，想到了用电源变压器T将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流桥将交流电压变成脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，还必须通过由R1和C1组成的滤波电路加以滤除，从得到平滑的直流电压，但这样的电压还会随电网电压的波动、负载温度的变化而变化，还需接由稳压管VS1和C2组成的稳压电路维持输出直流电压稳定，此处C2的作用是对电压进行二次滤波。
故设计了由电源变压器T、整流二极管VD1~VD4、滤波电容器C1、C2、限流电阻器R1和稳压二极管VS1等组成的电源电路。
当有害气体超标时，要使电路能发出声光报警信号，我考虑了如下方案：
方案一：
用555定时器组成多谐振荡器产生脉冲信号来驱动扬声器发出声音，并使用发光二极管来发光报警。
但此方案发出的声音频率是一样的，不具有报警的性质，而且发光二极管的功耗较低，发出的光较弱，不宜被人察觉，故此方案不宜采用。
方案二：
用音乐集成电路IC产生信号来驱动扬声器，并用555定时器构成多谐振荡器产生1Hz的脉冲信号输入到双向晶闸管的门极G,信号输出为高电平灯亮，低电平则灯灭。
故当气体超标时，此时，灯泡发出间歇闪烁的光，扬声器发出的是时高时低的警笛声，对人们起了很好的警醒作用。
综合考虑后，我选择了方案二，从而设计了由音乐集成电路IC、音频放大管V4、V5、扬声器BL和发光二极管VL等组成的声光报警电路。
多谐振荡器：
多谐振荡器工作原理（如下图）
555定时器组成的多谐振荡器电路图
接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时发电BJT导通，此时VO为低电压，电容C通过R2和T放电，使VC下降。
当VC下降到（1/3）VCC时，触发器又被置位，VO翻转为高电平。
电容器C放电所需的时间为：
tPL=R2Cln2可近似看成tPL=0.7R2C
当C放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为：
tPH=（R1+R2）Cln2可近似看成tPH=0.7（R1+R2）C而当VC上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：
f=1/（tPL+tPH）可近似看成f=1.43/[（R1+R2）C]在气体的检测、报警与抽排电路设计中，我们利用Q2的发射极电位来控制555定时器的4脚电位，从而使多谐振荡器的输出端（3脚）输出周期性的方波，来驱动声光报警。
在声光报警的同时，电动机开始转动，抽排气体。
直到有害气体的体积分数降到某一预定值时，继电器不吸合，常开触头断开，电动机停止转动。
由电动机组成了气体抽排电路。
1.3.2设计方框图：
1.3.3设计的原理图：
电路原理图如下图所示：
1.4电路工作流程：
220V交流电源经过降压滤波稳压后，对传感器H-H1端进行加热。
当有害气体超标时，传感器AB之间电阻变小，VD6导通，继电器吸合，扬声器发出警笛声，灯泡发出间歇闪烁的光，同时电动机M转动抽排气体。
直到有害气体降到某一预定值时，该控制器电路不工作。
1.5印刷电路图：
1.6元器件的选择：
有害气体检测与抽排电路元器件列表
名称
规格型号
位号
数量
电阻
1/4W240欧
R1
1
电阻
1/4W43欧
R2
1
电阻
1/4W30欧
R3
1
电阻
1/4W47K欧
R4
1
电阻
1/4W10K欧
R5
1
电阻
1/4W240K欧
R6
1
电阻
1/4W15K欧
R7
1
电阻
1/4W68K欧
R8
1
电位器
1/2W0~1K欧
RP
1
电解电容
470uF
C1
1
电解电容
220uF
C2
1
电容
0.01uF
C3
1
电解电容
100uF
C4
1
电容
10uF
C5
1
电容
0.1uF
C6
1
整流桥
硅型IN4007
D1
1
二极管
硅型1N4148
VD5、VD6
2
二极管
硅型1N4007
VD7
1
稳压二极管
1W12V1N4742
VS1
1
稳压二极管
1/2W4.5V1N5231
VS2
1
三极管
硅NPN型S9013
V1、V4
2
三极管
硅PNP型S9012
V2
1
三极管
硅NPN型S8050
V3
1
灯泡
220V45W
DS
1
双向可控硅
TO220-AB
Q
1
直流继电器
12VJRX-13-3Z
K1
1
电源变压器
次级电压为12V
T1
1
气敏传感器
QM-N5
J1
1
扬声器
0.5W8欧
BL
1
音效集成电路
KD9561
IC
1
555定时器
NE555
U1
1
电动机
交流YY90-40
M
1
熔断器
FU
1
设计小结及心得体会
通过这个设计，我学会了如何设计一个有害气体控制报警器电路，很好的回顾了
以前用PROTEL绘制电路原理图和印刷电路图的方法，还对一些不熟悉的元器件如气敏传感器、继电器、双向晶闸管和音乐集成电路等等有了更加深入的了解和认识。
并且还促使我将书本上学到的理论知识运用到实践中，加深了我对相关课程基础知识与基本理论的理解和掌握，培养了我综合运用所学知识的能力，充分说明了理论要与实际相结合的道理。
此外，我在理论分析、设计计算、制图标准与规范、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面也得到了初步的训练，有助于我们掌握基本的研究设计方法。
这是我们大学以来的第一个设计任务，它让我了解了设计的原则、方法和步骤，为我们以后的设计任务明确了方向。
在完成此次设计之后，我
深有感触，尽管此次任务比较困难，但经过老师的认真指导和自己的不懈努力，终
于按时完成了任务。
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