非法入侵报警电路设计.docx
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非法入侵报警电路设计
题目：
有害气体检测与抽排电路设计
班级：
13机设（3）班
学号：
201310310330
姓名：
强康
指导：
鲁老师
时间：
06.15～06.18
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名强康___班级13机设（3）班指导老师鲁老师
设计课题：
有害气体检测与抽排电路设计
设计任务与要求
设计一个可以自动地检测有害气体的浓度，并且当有害气体的浓度超过一定的浓度时，可以自动地将有害气体排出的控制电路。
1、本电路由五部分构成，系统总体框图如下；
2、电路的五个部分分别为：
电源部分、信号比较部分、声音警报部分、抽排电机部分和警报灯部分，具体分析如下；
3、用AutoCAD绘图软件绘出整体电路图，并在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述如下；
5、最后列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
【1】户川治朗；《实用电源电路设计:
从整流电路到开关稳压器》；科学出版社；2006年1月
【2】朱红永陈勇王博；《555定时器构成的报警电路设计》；海军蚌埠士官学校基础部；2009年增刊
【3】李银华；《电子线路设计指导》，北京航空航天大学出版社；2005年6月
【4】彭介华；《电子技术课程设计指导》；高等教育出版社；1997年
【5】伍时和吴友宇凌玲；《数字电子技术基础》；清华大学出版社；2009
目录
1、总体方案与原理说明.................................4
2、稳压电源电路..............................5
3、信号比较电路........................................6
4、声音警报电路........................................7
5、抽排电机电路......................................8
6、警报灯电路........................................9
7、总体电路原理相关说明..................................10
8、总体电路原理图......................................11
9、元件清单..........................................12
10、参考文献........................................13
11、设计心得体会......................................14
一、总体方案与原理说明
随着社会的日益发展，科学技术的逐渐成熟，我们生活的环境却越来越糟糕，我们不得不去面对，依靠我们自己的智慧去改善环境，从而减轻人们的生活压力。
有害气体的检测报警和抽排电路的设计是通过智能地控制，不仅减轻许多不必要的体力劳动，而且还让我们生活的环境有一些良好的改善。
如上图所示，该电路是由220V的交流电压供电，经过整流、滤波、稳压电路后，产生所需电压供电路使用。
电压输出为12V，使用7812芯片。
随着有毒气体浓度的升高，气敏电阻会改变其阻值。
然后所得的电压信号和标准电压信号接入电压比较器。
电压比较器输出的控制继电器是否闭合，从而决定是否给驱动电机与声光报警电路供电及是否正常工作。
当检测到有害气体意外排放超标时，喇叭发出警笛报警声，灯光会间歇性地闪烁发出报警提示，在此同时电机会自行启动并开始对有害气体的抽排。
当有害气体抽排完毕后所有的系统都回到实时监测的状态。
二、单元电路1-稳压电源电路
图中V1为220V交流电压，TR1为变压器，它可以将交流电网的电压变成整流电路要求的交流电压，当电压过高需要借助变压器让电压降低，经过由电桥构成的整流电路后，将交流电压转变为脉动直流电压，因为此时此刻仍然包含有波纹等杂波输出，再由电容滤波，滤波是四只整流二极管接成电桥的形式，在任何一个时刻，都只有其中两只是导通的，其余两只截止，所以能将输出信号变成脉动的直流电压.由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，从而起到滤波作用。
输出稳定的直流电压，经过7812芯片使输出12V电压，在经过电容是输出更加稳定的直流电压。
三、单元电路2-信号比较电路
由此图可知，RV1和RV2分别为两个变阻器，RV1是QM-N5型气敏元件的简易替换，RV2是标准电压信号的简易替换。
当空气中的有害气体还没有达到一定的浓度时，QM-N5气敏传感器阻值变大，使电压比较器正向的输入端电压，小于反向的输入端电压，这时电压比较器的输出端就是“低电平”，此时继电器不会工作，555定时器消零；但当空气中的有害气体达到一定的浓度C的时候，传感器的电阻值就会开始变小，使电压比较器正向的输入端电压，大于反向的输入端电压，这时电压比较器的输出端就是“高电平”，555定时器正常工作，输出方波的信号，让三极管导通，进一步让继电器正常工作，这样声音报警和灯光报警都被驱动，同时启动了风扇抽排的电路。
对于不同浓度的有害气体对人体的伤害不同，所以通过调节变阻器的阻值，可以改变电压比较器的反向输入端的电压，从而使得报警系统和风扇抽排系统可以在不同浓度的有害气体下工作。
四、单元电路3-声音警报电路
在这个报警系统里，它同样的利用了，从运算放大器出来的电压信号，然后，经过一个三极管的放大电流从而驱动继电器。
这时就是利用555为主芯片，并构成了双音频振荡器发出的两种频率的信号，接下来就是经过一个大功率三极管，放大信号并驱动喇叭，这样警报就响起来了。
因此，只要有害气体的浓度高于标准值，运算放大器会输出高压的电信号，这样继电器就会闭合。
555的芯片8接口处的电平从低变高，开始工作，发出两种频率的震荡波，最终喇叭发出警报声，起到警示的作用。
五、单元电路4-抽排电机电路
途中M1为大功率风扇电机，电机和继电器都接在220V50Hz的交流电中，只有当有害气体的浓度高于标准值，运算发大器就会有输出高的电压信号，这样继电器就会闭合，紧接着电机开始工作，有害气体就开始被排放。
六、单元电路5-警报灯电路
作为警报灯，首先必须要求可以闪烁，其次是闪烁频率不能太快，至少小于视觉暂停的时间，所以在这个电路中必须一个555振荡器来控制灯的频率。
具体如下，通过555的输出来控制二极管Q1的接通或断开，从而控制警报灯的闪烁频率。
如果要是产生视觉暂留，那么所选的闪烁频率应该在1Hz左右。
因此需要对R4、R5以及C6的值进行特殊的选定。
根据555振荡器的频率计算公式：
f=1.43/[（R4+2R5）C6]
可以设定R4=R5=11k，C6=0.01uf，这样可大概算出灯的闪烁频率在1Hz-2Hz之间。
七、总体电路原理相关说明
220V交流电源经过变压器，变压为所需要的电压值，然后再将交流电压通过整流电路变为脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还存在大量的波纹，所以必须经过滤波电路进行滤波，最后得到平滑的直流电压。
经过处理得到的平滑的直流电压还会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。
所以在整流滤波之后，再必须接入一个稳压电路。
稳压电路的作用就是，当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
当空气中的有害气体还没有达到一定的浓度时，QM-N5气敏传感器阻值会很大，这样两个电压比较器正向的输入端电压，小于反向的输入端电压，这时电压比较器的输出端就是“低电平”，此时继电器不会工作，即灯和喇叭都不工作，555定时器正常的工作；但当空气中的有害气体达到一定的浓度C的时候，传感器的电阻值就会开始变小，使电压比较器正向的输入端电压，大于反向的输入端电压，这时电压比较器的输出端就是“高电平”，555定时器正常工作，输出方波的信号，让三极管导通，进一步让继电器正常工作，这样声音报警和灯光报警都被驱动，同时启动了风扇抽排的电路。
改变滑动变阻器的阻值同时，也就是在改变电压比较器的反向输入电压，这样就能让机器在任何工作环境下进行工作，也可以作为检查有害气体浓度的测量工具。
八、总体电路原理图
九、元件清单
名称
规格型号
位号
数量
7805集成稳压器
LM7805
U1
1
交流电源
VSINE
V1
1
变压器
TRAN-2P2S
TR1
1
整流桥
BRIDGE
BR1
1
直流电机
MOTOR
M1
1
继电器
G2RL-1A-CF-DC5
RL1、RL2
2
电压比较器
LM324
U2
1
555定时器
NE555
U3、U4
2
灯泡
LAMP
L1
1
喇叭
SPEAKER
LS1
1
电阻
1k
R1
1
电阻
11k
R2、R3、R4、R5
4
滑动变阻器
1k
RV1，RV2
2
三极管
2N2222
Q1、Q2
2
电容
33uf
C2、C3、C4、C5、
C6
5
电容
1000uf
C1
1
十、参考文献
【1】户川治朗；《实用电源电路设计:
从整流电路到开关稳压器》；科学出版社；2006年1月
【2】朱红永陈勇王博；《555定时器构成的报警电路设计》；海军蚌埠士官学校基础部；2009年增刊
【3】李银华；《电子线路设计指导》，北京航空航天大学出版社；2005年6月
【4】彭介华；《电子技术课程设计指导》；高等教育出版社；1997年
【5】伍时和吴友宇凌玲；《数字电子技术基础》；清华大学出版社；2009
十一、设计心得体会
首先，不得不说的是，短短的几天里，在电子电工上有了一个全新的认识和感受，以前一味的觉得电路的枯燥乏味，可是实际接触了之后，才发现电路的设计不但充满了挑战性还有各种各样的乐趣在里面，越是钻研越是能体会到里面的乐趣，同时也感到知识的匮乏，通过这几天的不断翻阅各种书籍、上网查阅资料，再加上课本上的基本理论，终于在努力下完成了这份设计，特别的感到开心与快乐！
下面就简单的谈谈这几天的所学所感：
1.课本的基本理论要更加深层次的了解。
平时应主动的了解一些自己感兴趣的方面并去研究，其实电子电工不是那种我们所想象的遥不可及，而是在生活中随处都可见到，这些电子电工为我们的生活真是提供了不少方便，希望自己以后可以重视起来；
2.通过这次的设计让我更加深刻的了解了许多电子元件的作用，并且还认识了不少新的电子元件；
最后，也是最重要的是多去用自己的双手亲手去验证那些理论，只有这样才能体会才能理解的深刻，多去实际才能有所创新。
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