智能控制系统课程设计.doc
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目录
有害气体的检测、报警、抽排 ......................2
1意义与要求 2
1.1意义 2
1.2设计要求 2
2设计总体方案 2
2.1设计思路 2
2.2总体设计方框图 3
2.3完整原理图 4
2.4PCB制图 5
3设计原理分析 6
3.1气敏传感器工作原理 7
3.2声光报警控制电路 7
3.3排气电路工作原理 8
3.4整体工作原理说明 9
4所用芯片及其他器件说明 10
4.1IC555定时器构成多谐振荡电路图 11
5附表一：
有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 12
6.设计体会和小结 13
有害气体的检测、报警、抽排
1意义与要求
1.1.1意义
日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。
因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。
本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。
1.2设计要求
当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。
当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。
抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。
2设计总体方案
2.1设计思路
利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。
电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电
路构成。
当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。
当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
2.2总体设计方框图
如图（1.1）
声光系统和排气
系统停止工作
声光系统、排气系统同时工作
有毒气体浓
度自动检测
声光系统和排气系统都不工作
2.3完整原理图（如图1.2）
图1.2
2.4PCB制图（如图1.3）
图1.3
3设计原理分析
3.1.气敏传感器工作原理
电路图（如图1.4）
图1.4
分析：
气敏管处于检测状态后，若无有害气体泄漏，气敏管阻值很大，电路不报警；当有害气体达到一定浓度时，元件两极电阻变的很小，此时开关K闭合，使得555芯片和LC179工作，驱动报警电路工作，同时使得继电器工作，电机开始工作抽排，一段时间，有害气体浓度排尽。
气敏管处于检测状态后，若无有害气体泄漏，气敏管阻值变回很大，继电器K仍处于释放状态，不发生报警。
3.2声光报警控制电路
毒气浓度大于C
555多谐振荡电路
工作，LC179工作
发光二极管和蜂鸣器工作
电路图如下（如图1.6）
图1.6
分析：
由555组成的多谐振荡器工作原理如下：
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，此时输出为低电压，电容C通过R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+2R2）C]
在图中令电阻R5=50K,R6=40K，C6=22uF。
代入上式可以算得：
f=0.5Hz能够满足灯光报警的频率要求。
3.3排气电路工作原理
电路图如下（如图1.7）
图1.7
分析：
排气电路中，当气体浓度大于C2,气敏电阻阻值进一步减小，从而通过三极管使K闭合，电机工作，开始进行排气。
当毒气浓度低于C时，输出为低电平，使三极管Q1截止，电机工作电路不能导通，停止排气。
3.4整体工作原理说明
气敏管QM一N5是一种N型半导体气敏元件，其间的电阻随接触的有毒气体浓度不同而变化，在QM—N5元件未接触有害气体时，元件的两端呈高阻抗，电路不报警；当有害气体达到一定浓度时，元件两极电阻变的很小，此时开关K闭合，使得555多谐振荡电路和LC179芯片工作，驱动报警电路工作电机开始工作抽排气体，一段时间，有害气体浓度减小，当有毒集体被排尽时，电路自动恢复正常状态。
4所用芯片及其他器件说明
4.1IC555定时器构成多谐振荡电路图（如图1.8）
图1.8
功能管脚图（如图1.9）
图1.9
多谐振荡器工作原理（如下图1.10）
图1.10
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BJTT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]
555定时器功能表
5附表一：
有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件
名称
规格型号
位号
数量
7805集成稳压器
LM7805
7805
1个
变压器
220v-10v
TR1
1个
整流桥
BRIDGE1
BRIDGE1
1个
气敏传感器
QM-N5
QM-N5
1个
电位器
2K
R3
1个
驱动电源
220V
V
1个
三极管
2N1893
Q
1个
极性电容
470uf0.33uf等
Ci
参照原理图
电阻
50K，40K等
Ri
参照原理图
交流电动机
MOTORAC
MG
1个
二极管
100HF100PV
D1
1个
双晶闸管
MAC15A6
Q1,Q2
各1个
达林顿管
NPNDAR
Q3
1个
555
555
Q4
1个
LC179
LC179
Q5
1个
单晶闸管
10RIA10
D2
1个
继电器
RELAY-SPST
K
1个
6.设计体会和小结
通过此次课程设计学习，让我感触最深的有两点：
一是基础知识的决定性作用，没有足够的知识做根基是无法完成设计的；而是熟练掌握一些电子电工设计软件的必要性，例如Multisim、protel和Proteus等，因为再好的创新都需要通过这些途径来表达。
在设计的过程中，我遇到了一些难题，例如仿真软件操作问题；设计毒气检测时，如何实现灵明度的调节；小车的正反转电路设计，以及其驱动电路等等。
但我通过请教老师同学、上网查看相关教程等途径，一一解决了这些问题。
此次设计最大的收获是让我坚定了自己对专业学习的信心。
我充分发掘了自己的潜力，找到了自己的优点，当然也发现了自己的不足之处，这让我可以在以后的学习过程中有着重的进行发展与提高，使自己一步步成长为高水平的人才。
参考文献：
康华光等《电子技术基础》高等教育出版社
黄俊，王兆安《电力电子变流技术》机械工业出版社
何希才《传感器及其应用电路》电子工业出版社
中国计量出版社组编《新编电子电路大全》第1、2、3、4卷
戴伏生等《基础电子电路设计与实践》国防工业出版社
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