WordWord資料目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"課程設計目的 1\o"CurrentDocument"課程設計題目 1\o"CurrentDocument"課程設計容及要求 1\o"CurrentDocument"設計容 1\o"CurrentDocument"設計要求 1\o"CurrentDocument"總設計案 1\o"CurrentDocument"傳感器的選擇 1\o"CurrentDocument"放大電路的選擇 3\o"CurrentDocument"單頻音報警系統的選擇 4\o"CurrentDocument"控制電路的選擇 5\o"CurrentDocument"電路設計 5\o"CurrentDocument"系統原理 5\o"CurrentDocument"結論 6\o"CurrentDocument"參考文獻 71課程設計目的天然氣鍋灶的普遍給我們的生活帶來了很大的便利，在日常生活中占據著很重要的地位。但是由于管道設備的老化，地理、氣候條件等等各種因素的影響以及人為的破壞，經常會造成泄漏事故。天然氣一旦泄漏，不僅會帶來經濟上的損失和環境污染，還會發生火災和爆炸，造成財產損失和人員傷亡事故。因此，日常生活中對天然氣泄漏的監測十分必要。本次的課程設計，就是要設計出一種能夠檢測天然氣濃度在達到一定高度時自動報警和打開抽煙機的傳感器系統設備。課程設計題目廚房天然氣泄漏報警系統課程設計容及要求設計容采用電阻式氣敏傳感器，通過電壓比較器控制電路通斷以及放大電路放大信號、555定時器電路控制蜂鳴器的運轉以及接觸器，來實現當廚房中天然氣（CH4）濃度大于1000ppm時，用蜂鳴器報警并發出控制信號，啟動抽油煙機。設計要求掌握傳感器的工作原理及相應的輔助電路設計法。獨立設計原理圖及相應的硬件電路。設計說明書格式規，層次合理，重點突出。并附上詳細的原理圖。總設計案傳感器的選擇氣敏傳感器實現檢測氣體的機理有多種。可利用待檢測氣體的物理吸附作用，如濕度傳感器利用吸附水的傳導作用引起表面電導率變化，獲得電信號；或是由吸附水引起電容變化，由靜電電容的變化取得電信號；利用待測氣體的化學吸附與反應引起表面附近的電子或空穴濃度變化而使表面電導率變化，這類敏感元件有Zn、SnO2等，用于檢測可燃氣、CO2、N2類等;利用氣體成分的反應性如催化燃燒式可燃性氣體傳感器利用可燃性氣體在元件表面催化燃燒是因升溫而引起的鉑絲電阻變化，測出可燃性氣體的濃度，利用待測氣體對固體的分配平衡，如半導體氧敏元件和體電導體半導體可燃性氣敏元件，屬于這類的有TiO、CoO等，可用于氧氣、煤氣、液化氣、酒精等的檢測；還可利用氣體成分的選擇性透過，如固體電解氧敏元件，當元件兩側的氧濃度不同時，形成濃差電池電動勢也不同，這就是可用來檢測氧濃度的變化，這類有 ZrO2-CaO、ZrO2-Y2O3、ZrO2-MgO、TrOz-YzOs等。以氧化物半導體為基質材料的氣敏元件，已發展為包括燒結型、厚模型、薄膜型、集成型等多種氣敏元件。除半導體表面吸附氣體發生電子傳遞的表面型氣敏半導體外，還發現了半導體吸附氣體后與體發生電子傳遞的體電導氣敏半導體和氣體分子在金屬半導體接觸面上產生電子傳遞的結型氣敏半導體。在本次設計中，從檢測對象來看，天然氣的主要成份是 CH4，所以設計時選擇電阻式氣敏傳感器 QM-N10來檢測氣體。電阻式氣敏電阻傳感器的敏感原件多采用半導體材料如 SnO2，當這種半導體材料表面某些氣體時，其電導率將隨氣體濃度的變化而變化。SnO2是由多晶粒組成的 N型多晶體，其部電阻值可以等效為三種：晶粒與晶粒之間的晶間電阻Rn,單個晶粒的表面電阻Rs和單個晶粒的體電阻Rb,三類等效電阻串聯連接；其中體電阻不受吸附氣體影響，而表面電阻 Rs和晶間電阻Rn的阻值則隨吸附氣體的濃度變化。又由于Rn>Rs,故晶體電阻以晶問WordWord資料型號氣體，烯;壓響應用瑞，，布由嘲麻,檐由，一最隹工作條件、一一一允作條卡螺和,電壓Uc粉夬,電壓L'f密類縈電阻RL1測費也楸麻案Uc:稅及煙霧、M他電。阻目QM-N10三2V<-10sW30s10V□V2kn5-13丫L5-5.5V0.5-2.2kQ測試條件0.1%丁烷e手空氣清潔空氣中電阻(Ra)近2000k。U0=10VUf=5VRL=2kO檢測范圍500-2OOOOppm元件工耗WO.TW靈敏度(S=Ra/Rdg)E放大電路的選擇本設計放大電路采用高精度、低溫漂的運放ICL7650。ICL7650采用14腳雙列直插式和8腳金屬殼兩種封裝形式.圖2.3所示是最常用的14腳雙列直插式封裝的引腳排列圖。引腳功能說明：CEXTB:外接電容；CEXTA:外接電容；-IN:反相輸入端；+IN:同相輸入端；V-：負電源端；CRETN:CEXTA和CEXTB的公共端；OUTCLAMP:箝位端；OUTPU:輸出端；V+:正電源端；INTCLKOUT:時鐘輸出端；NT/EXT:時鐘端；EXTCLKIN:時鐘輸入端。

可通過該端選擇使用部時鐘或外部時鐘.當選擇外部時鐘時.該端接負電源端V-,并在時鐘輸入端(EXTCLKIN)引入外部時鐘信號.當該端開路或接V+時.電路將使用部時鐘去控制其它電路的工作。int/ejtoT"BITCL[IS>政CLIOOTO-|_單頻音報警系統的選擇實現單頻音報警的接口電路比較簡單，其發音元件可采用壓電蜂鳴器，這種蜂鳴器只需在其兩引線上加3~5V的直流電壓，約需10mA的驅動電流，就能產生3KHZ左右的蜂鳴震蕩音響，比電研式蜂鳴結構簡單，耗電少，適宜結構簡單的報警電路。路的通眇。以及卜足時器工作，#路的通眇。以及卜足時器工作，#R78LM258D7|好祖的正負來確定橫加的電控制電路的選擇1.25V §本系統的控制電或余用電壓位較4、 R85 ?壓是正還是aI沛經單向豆逋的節極管Rcs2路，該電路四個引腳都輸以正電壓時定時器電i出正向電壓。51K15電路設計+5V壓電式蛭鳴器6系統原理按如上電路圖連接電路。接通220V的家用電路電源，先通過降壓電路獲得所需要的低壓，然后再通過橋式整流電路，獲得直流電壓電源。再經過一個7808分壓，給電阻式氣敏傳感器輸入一個8V的直流工作電壓。調節滑動變阻器R2,使電壓比較器的負極參數為當甲烷濃度為1000Ppm時的電壓。在正常空氣中，QM-N10兩電阻之間的電阻高達幾千歐姆，所以流經R1的電流很小。流過IC3負極的電壓大于流過它正極的電壓，所以電壓比較器的輸出端輸出的是負電壓，在單向導通的 LED管中是不能導通的，所以555定時器電路不能導通工作。當空氣中甲烷濃度上升時，QM-N10兩電阻之間的阻值急速下降，流過的電流急速增加。當甲烷濃度大于1000Ppm時，電壓比較器正極的電壓大于負極的電壓，所以輸出正電壓。此時接到555定時器四角的電壓皆為正電壓，所以555定時器工作，輸出端導通，輸出正向電壓，LED燈亮，蜂鳴器鳴叫報壁呂。與此同時，接觸器正向導通，接觸器線圈的得電，常開觸點閉合，而該常開觸點串聯在抽油煙機的回路中充當開關，此時該觸點閉合，抽油煙機接通，自動開始工作。至此，該系統就完成了當廚房空氣中甲烷濃度大于 1000Ppm時，警報器發出警報，同時打開抽油煙機排出易燃易爆氣體的全部要求。WordWord資料結論本次課程設計是要設計一個天然氣泄漏報警系統，并自帶打開抽油煙機開關的功能。該課題的第一個難題是信息采集。因為被測對象是氣體，具體的說，是天然氣，一種易燃易爆的危險氣體。要測量它的濃度，不是一般的傳感器能做到的，所以我們想到了氣敏傳感器。而氣敏傳感器有很多種，本次課程設計需要檢測的是天然氣，其主要成分是 CH4，所以就用所以選用QM-N10氣敏傳感器。QM-N10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升高。它適合檢測天然氣，煤氣，液化油氣，氫氣，一氧化碳，烷類氣體，烯類氣體，汽油，煤油，柴油，乙炔，氨類蒸汽，醚蒸汽及煙霧等。選好氣敏傳感器后信息采集就得到了解決。第二個問題是，系統中的主要電氣原件幾乎是低壓驅動，不能直接接在220V的家用電源上，所以首先還需要設置一個降壓電路。遇到的第三個難題是 555電路那邊，設置的參數需要計算。因為我電工電子沒有學好，計算那個參數真的是十分困難。后來在同組同學的幫助下，再加上去翻閱相關資料，終于算出了設置參數。第四個問題是，在甲烷濃度達到1000ppm時，除了報警還需要自動打開抽油煙機的開關，要完成這個要求可能需要用到單片機，但是我們確定制作這個系統沒有單片機程序，所以最終想到了用接觸器，利用接觸器線圈得電觸點工作的原理。將接觸器的常開觸點串在抽油煙機回路上，充當開關。當濃度達1000ppm時接觸器