有害氣體報警課件

肜瑤2010.9.20（實驗二）有害氣體報警電路的設(shè)計第一講設(shè)計思路及工作原理一、實驗?zāi)康?/p>

通過有害氣體報警電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會：

（1）選擇變壓器、整流二極管、傳感器、電阻、電容、運算放大器、555定時器、繼電器及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計有害氣體報警電路；

（2）掌握有害氣體報警電路的工作原理及測試方法。二、設(shè)計任務(wù)要求1、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計一個有害氣體的檢測電路，能檢測到室內(nèi)或相應(yīng)環(huán)境的有害氣體濃度超標(biāo)現(xiàn)象，并進(jìn)行及時報警，同時安裝有排氣通風(fēng)裝置，能及時排出室內(nèi)有害氣體。

2、設(shè)計要求

本課題主要完成以下幾個部分的設(shè)計：

①直流電源部分：為系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定、可靠的直流電。

②信號采集及處理電路：由氣敏傳感器及附屬電路組成。傳感器將空氣中的有害氣體濃度變化轉(zhuǎn)換為其本身阻值的變化，從而利于后面的電路處理。

③聲光報警電路：在有害氣體濃度超標(biāo)時，電路產(chǎn)生相應(yīng)的紅色警告信號，同時驅(qū)動揚聲器產(chǎn)生音頻信號，提醒人們空氣中的有害氣體濃度已超出允許范圍，應(yīng)及時撤離現(xiàn)場；在空氣潔凈時，電路應(yīng)以不同的燈光提示，表明安全。

④排氣通風(fēng)裝置：在有害氣體濃度超標(biāo)時，設(shè)計對應(yīng)的電路驅(qū)動通風(fēng)裝置（如排氣扇）工作，以迅速降低有害氣體濃度。2、電路原理圖

3、工作原理（1）直流電源直流電源由電源變壓器、橋式整流電路、濾波器、穩(wěn)壓電路等四個組成部分組成。

本系統(tǒng)所需的是12V和5V的直流電，因此要利用變壓器將220V的市電先降至合適的交流電壓（本電路需先降至15V交流電壓），然后再將變壓器次級輸出電壓去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。橋式整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動電壓。濾波電路由電容元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。

穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。電源穩(wěn)壓常采用三端集成穩(wěn)壓器，本設(shè)計可以采用三端集成穩(wěn)壓器W7812和W7805，它具有體積小、可靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點，而且使用靈活、價格低廉，只有三個引出端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，使用方便、安全。

信號采集電路包括氣體檢測電路及對傳感器輸出信號的處理電路。氣體檢測電路需要用氣體傳感器，將被檢測對象中含的氣體的濃度變?yōu)閭鞲衅鞯碾娦盘栞敵?，以利于后面的信號處理電路進(jìn)行處理?！?/p>

氣敏傳感器按構(gòu)成氣敏元件的材料劃分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體氣敏元件兩大類，而半導(dǎo)體型又分為電阻型和非電阻型兩類。電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是用氧化錫、氧化鋅等金屬氧化物材料制作而成，利用其阻值的變化來檢測氣體的濃度。非電阻式半導(dǎo)體氣敏元件是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些有關(guān)特性變化對氣體進(jìn)行直接或間接檢測。

（2）信號采集及處理電路主要物理特性類型氣敏元件檢測氣體電阻型電阻表面控制型SnO2、ZnO等的燒結(jié)體、薄膜、厚膜可燃性氣體體控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化鈦酒精、可燃性氣體、氧氣非電阻型二極管整流特性表面控制型鉑-硫化鎘、鉑-氧化鈦（金屬-半導(dǎo)體結(jié)型二極管）氫氣、一氧化碳、酒精晶體管特性鉑柵、鈀柵M0s場效應(yīng)管氫氣、硫化氫

電阻型半導(dǎo)體氣敏元件的工作原理：

電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體（主要是金屬氧化物）表面接觸時的電導(dǎo)率等物性的變化來檢測氣體。電阻型半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下，當(dāng)氣體接觸器件表面而被吸附時，吸附分子首先在表面自由地擴(kuò)散（物理吸附），失去其運動能量，其間的一部分分子蒸發(fā)，殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定吸附處（化學(xué)吸附）。這時，如果器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子從器件奪取電子而變成負(fù)離子吸附。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體有O2和NO2，稱為氧化性氣體或電子接收性氣體。如果器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳?xì)浠衔锖途祁惖龋Q為還原性氣體或電子供給氣體。

當(dāng)氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使載流子減少，而使電阻增大；相反當(dāng)還原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使載流子增多，使電阻下降。

空氣中的氧成分大體上是恒定的，因而氧氣的吸附也是恒定的，氣敏器件的阻值大致保持不變。如果被測氣體流入這氣氛中，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，器件的阻值將隨氣體濃度而變化，從濃度與阻值的變化關(guān)系，即可得知被測氣體的濃度。（3）觸發(fā)電路觸發(fā)電路作用就是用555組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由其輸入狀態(tài)改變輸出狀態(tài)，觸發(fā)后續(xù)的執(zhí)行電路。555時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙地結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計新穎，構(gòu)思巧妙，因其內(nèi)部含有電壓比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電電路及驅(qū)動電路等，輔以適當(dāng)外圍分立元件后，被廣泛應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器、幅度鑒別器、波形發(fā)生器、延時發(fā)生器、定時器及電壓-頻率變換電路等，用途十分廣泛。

555芯片邏輯功能表④腳⑥腳②腳③腳⑦腳0XX0導(dǎo)通（0）1110導(dǎo)通（0）1001截止（1）101原態(tài)原態(tài)110不定（禁止）不定（禁止）應(yīng)用LM555組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如下：

（4）聲光報警電路該報警電路包括光報警電路、聲音報警電路兩個報警電路，下面簡單介紹這兩個報警電路的組成部分。

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光報警電路部分該電路部分由兩個發(fā)光二極管（綠、紅）及其附屬電路組成。

☆聲音報警電路部分

該電路部分由四聲集成芯片KD153、揚聲器及其附屬電路組成。具體電路如下所示：其中繼電器是一組觸頭開關(guān)，一個是常開觸點，一個是常閉觸點。使用條件如下：環(huán)境溫度：－55～＋85℃；相對溫度：＋40℃時，達(dá)98%；大氣壓力：達(dá)4400Pa；振動：10～500Hz，加速度達(dá)49m/s2；離心加速度：達(dá)245m/s2；工作電壓：12V；線圈電阻：50±10%；吸合電壓≥9V；釋放電壓≤2V；工作位置：任意。

電磁繼電器是一種利用電磁力來切換觸點的開關(guān)型電器。電磁繼電器屬于簧片觸點式繼電器，簡稱MER。它在電路中的文字符號為“K”或“KA”、“KR”(舊標(biāo)準(zhǔn)為“J”)。其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由一個帶鐵心的線圈J、簧片、彈簧及若干合金觸點構(gòu)成。在線圈未通電時，觸點1、2是閉合的，稱常閉觸點。1、3觸點是斷開的，稱常開觸點。線圈得電后則1、3接通，1、2斷開。1、2、3三個觸點為一組，繼電器可以帶多達(dá)7組觸點。下