燃器报警器设计 毕业设计论文

毕业设计论文题目燃器报警器设计系别信息机电系专业应用电子技术班级09电子姓名学号指导教师2012年4月20日摘要家庭使用液化气、燃气等可燃气体作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。本次设计内容包括可燃气体报警电路的结构及其工作原理。此报警电路以气敏传感器为主要组成部分,气敏半导体传感器检测到可燃气体时通过电导率的改变来控制多谐振荡器及正反馈振荡器间歇工作，通过报警电路从而达到报警的目的。随着石油化工行业的发展，易燃、易爆气体的种类和使用范围都随之增加。这些气体在使用过程中一旦发生泄漏，与空气混合后将会引发火灾。由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力作用下，可燃气体会沿地表面迅速扩散，扩大危害区域。一旦发生可燃气体泄漏事故，及时可靠地探测空气中可燃气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。本次设计的题目是家用可燃气体报警器，主要应用于家庭中。本设计应用的主要器件是气敏半导体传感器，该传感器的灵敏度高，因此可以检测可燃气体的微量泄漏。关键词燃器；报警器；设计ABSTRACTCOURTTOUSELIQUEFIEDPETROLEUMGAS,GASANDOTHERCOMBUSTIBLEGASASAFUEL,MOREANDMORE,BUTTHESEGASESAREHARMFUL,EXPLOSIVE,HIDDENACCIDENTS,SUCHASGASLEAKS,NOTTIMELYDETECTIONANDHANDLING,WILLGIVEFAMILIESANDNEIGHBORSTOBRINGCATASTROPHICHARMTHEDESIGNINCLUDESTHESTRUCTUREANDWORKINGPRINCIPLEOFTHECOMBUSTIBLEGASALARMCIRCUITTHISALARMCIRCUITASTHEMAINCOMPONENTOFGASSENSORS,GASSEMICONDUCTORSENSORDETECTIONOFCOMBUSTIBLEGASESMULTIVIBRATORISCONTROLLEDBYCHANGESINELECTRICALCONDUCTIVITYANDTHEPOSITIVEFEEDBACKOSCILLATORINTERMITTENTALARMTHROUGHTHEALARMCIRCUITSOASTOACHIEVETHEPURPOSEWITHTHEDEVELOPMENTOFTHEPETROCHEMICALINDUSTRY,FLAMMABLE,THETYPEANDSCOPEOFUSEOFTHEEXPLOSIVEGASESHAVEINCREASEDTHESEGASESINTHECOURSEOFTHEEVENTOFLEAKAGE,MIXEDWITHAIRWILLRESULTINAFIREDUETOTHEDIFFUSIONOFTHEGASITSELF,AFTERTHELEAKINTHEEXTERNALWINDEFFECTGASEXPERIENCERAPIDSPREADALONGTHEGROUNDSURFACE,EXPANDINGTHEHAZARDAREAONCETHECOMBUSTIBLEGASLEAKAGEACCIDENTOCCURS,TIMELYANDRELIABLEDETECTIONOFCOMBUSTIBLEGASESINAIRCONTENT,ANDTAKETIMELYANDEFFECTIVEMEASURESTOREMEDY,CORRECTDISPOSALMETHODSTOREDUCETHELEAKCAUSEDTHEACCIDENT,ISANECESSARYCONDITIONTOAVOIDCAUSINGMAJORPROPERTYANDCASUALTYTHESUBJECTOFTHISDESIGNISTHEHOMECOMBUSTIBLEGASALARM,MAINLYUSEDINTHEHOMETHEMAINCOMPONENTSOFTHEDESIGNAPPLICATIONISTHEGASSENSITIVESEMICONDUCTORSENSOR,THESENSORSHIGHSENSITIVITYENABLESTHEDETECTIONOFCOMBUSTIBLEGASESTRACELEAKKEYWORDSBURNERALARMDESIGN目录摘要1第一章引言111本课题研究的背景与意义212国内外的现状与发展2第二章方案设计321整体设计思想3第三章电路设计431电源模块的设计432可燃气体检测模块的设计433报警模块的设计534燃器报警器的组成以及工作原理6第四章电路的仿真与分析841电路的PCB仿真842电路的调试分析9第五章所用芯片及其他器件选择1051555定时器1052气敏元器件1053继电器11毕业设计总结及致谢13参考文献14引言化工行业的发展，易燃易爆气体的种类和适用范围都随之增加，这些气体在使用过程一旦发生泄漏，与空气混合后将会引发火灾。由于气体本身存在的扩散性，在外部风力作用下，可燃气体会沿着地表面迅速扩散，夸大危害区域。一旦发生可燃气体泄漏事故，及时可靠地探测空气中可燃气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。由于燃气泄漏引发的爆炸，中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使可燃气体更好的造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，固可燃气体使用单位及居民用户选择一种适合的燃器报警器实为必要之举。18111本课题研究的背景及意义生活当中，天然气，煤气，液化气已经成为人们常用的燃料，然而由于器具或传输通道老化，很容易发生泄漏事件。若泄漏的可燃性气体或液体蒸汽未被及时发现，而使气体浓度不断积累，进而达到一定的爆炸极限，则随时可能发生火灾甚至是爆炸等恶性事故，造成人身伤亡的重大事故，酿成不堪设想的悲剧，国内外均有这方面不少的报道，其教训是非常深刻的。为了防患于未然，需采用先进的，可靠地安全监测器严密监测环境中的可燃气体的浓度，及早发现事故隐患，从而采取有效措施，确保人身安全。它的重要性已被安全意识日益增强的人们所公认。为此我们需要研制出一种可燃性气体定量限时报警器，用于检测空气中可燃气体的浓度，但空气中的可燃性气体浓度达到一定值时，指示灯点亮并报警。从而保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故发生。12国内外的现状与发展趋势目前世界上可燃气体报警器的产品规格有300到400种，可燃气体检测设备从仪器结构上可检测方法上可分为便携式，袖珍式和固定式3类型。便携式检测仪器主要为泵吸式。泵吸式仪器一般有较长吸样管，以用于危险作业场所对未知浓度的有害易燃易爆气体进行检测，适用于检测人员定期进行安全检测和日常检测；袖珍式仪器的检测方法主要以扩散法为主，适合与在危险作业环境中安全人281员随身携带。目前气体报警器行业主要根据不同的气体来生产不同的报警器。由于气体报警器并不是通用性，比如天然气场合使用天然气报警器，人工煤气场合使用人工煤气报警器，所以会有不同的气体报警器。报警服务业在国外发达国家，无论是市场制度的建立完善，行业资源配置的合理，管理水平的提高，完善的法律保障体系，还是严格的行业规范等等都已经比较成熟。中国在可燃气体报警电路的研制也取得了很大的收获。气体报警器行业市场目前规模不是很大，但未来需求潜力巨大。由于市场上的气敏传感器的价格普遍较贵，一般家用可燃气体报警器的最低价格要150元，目的在于降低产品成本，促进燃器报警器的推广。第二章方案设计21整体设计思想从功能角度上看燃器报警器电路要实现可燃气体的感应，将气体的浓度转化成电压的变化，气体浓度达到一定程度发出报警。该设计的可燃性气体报警通风装置，采取单独利用硬件的开发方式，充分利用了气敏传感器及其他元件的特性，使其相辅相成。它的电路结构简单，使用元件相对较少，使其制作成本大大降低，经济实用，适应了燃器报警器价格逐步降低的趋势，具有较高的性价比。图1即为燃器报警器报警系统设计的方案框图，其主要组成电路为电源电路、稳压电路、传感器及设定电压、比较电路、放大电路及报警电路。报警电路第三章电路的设计31电源模块的设计原理说明如图所示电路由家用220V电压，变压器，整流电路，及滤波稳压电路组成，实现交流电到直流电的转变，在供电给后续电路工作。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压海水电网电压波动，负载和温度的变化而变化。因而在整流，滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。32检测模块的设计原理说明如图所示当空气中的可燃气体未到达一定值时，QMN5气敏传感器电阻值很大，使电压比较器正向输入端的电压小于反相输入端的电压，电压比电源部分电路381481较器的输出端为低电平，继电器不工作，如果空气中的可燃气体浓度达到一定值时，传感器的电阻值变小，使电压比较器正向输入端电压大于反相输入端电压，比较器输出高电平，继电器工作，从而驱动声光报警电路。改变RV2滑动变阻器的阻值，可以改变电压比较器的反相输入端的电压，使声光报警电路可以在可燃气体不同浓度下工作。即用气敏传感器实现可燃气体不同浓度的测量。33报警模块的设计原理说明如图所示中继电器控制声光报警电路，继电器的电感线圈的一端与电压比较器输出端相连。当电压比较器输出低电平时，继电器内部的开关打开，声光报警电路不工作；当电压比较器输出高电平时，继电器内部开关闭合，声光报警电路在电源的供电下开始工作。555多谐振荡器输出端为个周期性的方波，其频率为F1/TPLTPH,可近似看成F143/R1R2C本设计中R122K，R211K，C33U，可算得F约为1HZ,即555多谐振荡器会产生一秒的连续脉冲。34燃器报警器的组成以及工作原理由220V交流电压经电源变压器，整流电路，滤波和稳压电路四部分后变为直流电压，供气敏传感器及声光报警电路工作。当空气中的有害气体浓度为达到一定值时，QMN气敏传感器电阻值很大，使电压反向比较器正向输入端的电压小于反相输入端的电压，电压比较器的输出端为低电平，继电器不工作；空气中的可燃气体达到一定值时，传感器的电阻值变小，使电压比较器正向输入端电压大于反相输入端电压，比较器输出高电平，继电器工作，从而驱动声光报警电路。当可燃气体的体积分数降到某一预定值时，该控制器回自动切断声光报警电路的工作电源，时期停止工作，从而达到了自动控制可燃气体的目的。581681781第四章电路的仿真与分析41电路的PCB仿真PROTEL99SE设计的燃器报警器只需简略改良即可增长把持功效，可方便实现主动把持开启风扇等装置。该可燃性气体泄漏报警器不仅适于家庭，也适于工矿企业等利用，且其报警敏锐度、报警提示功效、可靠性等优于目前已有产品。1用PROTEL软件绘制系统原理图2PCB制图88142电路的调试分析将该传感器接至规定负载，在加电的初始阶段，传感器的电导率呈现一个较高的值，约3MIN左右达到稳态值。若将其置于具有一定浓度的可燃气体中，其电导率将升高，在一定范围内，可燃气体浓度越高，传感器电导率也越高，如果将传感器与负载串联，负载即引起电压变化，读取这一变化电压，经比较、放大即可实现报警与控制等功能。该设计的家用可燃性气体泄露报警及通风装置，采取了单独利用硬件的开发方式，充分利用了气敏传感器及其他元件的特性，使其相辅相成，从而该设计的燃气报警装置有较高的性价比。该智能可燃性气体报警器具有较好的性能，并且价格低廉，适应市场上可燃性气体报警器发展的方向，所以其应用前景广阔。981第五章所用芯片及其他器件说明51555定时器555为8脚封装的器件。其中，1脚GND为接地脚2脚TL为低电平触发端3脚Q为电路的输出端4脚为复位端，低电平有效5脚VC为电压控制端6脚TH为阈值输入端7脚DIS为放电端8脚VCC为电源电压端，其电压范围318V。如图所示，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，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（1/3VCC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TPLR2CLN2,可近似看成TPL07R2C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（2/3VCC所需的时间为TPHR1R2）CLN2,可近似看成TPH07（R1R2）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F1/TPLTPH），可近似看成F143/R1R2C52QMN5气敏传感器1081QMN5型气敏元件是以金属氧化物SNO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。QMN5型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢复时间短工作电压AC或DC505V回路电压最大DC24V负载电阻2K清洁空气中电阻小于等于4000K灵敏度大于等于41000PPMC4H10响应时间小于等于10S恢复时间小于等于30S检测范围为5010000PPM。QMN5使用注意事项；元件开始通电工作时，没有接触可燃性气体，其电导率急剧增加1MIN后达到稳定，这时方可正常使用加热电压的改变会直接影响元件的性能，所以在规定的电压范围内使用为佳使用温度1535相对湿度4575RH大气压力80106KPA为避免腐蚀性气体及油污染，长期使用，需防止堵塞防爆不锈钢网。53继电器电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备中。电磁继电器一般由一个线圈、铁心、一组成几组带触点的簧片组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。电磁继电器的工作原理是这样的当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。继电器的电符号和触点形式。继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法一种是把它们直接画9811181在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的选用1先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。12毕业设计总结及致谢时光的流逝也许是客观的，然而流逝的快慢却纯是一种主观的感受。当自己终于可以从找工作、毕业论文的压力下解脱出来，长长地吁出一口气时，我忽然间才意识到，原来大学三年已经过去，到了该告别的时候了。一念至此，竟有些恍惚，所谓白驹过隙、百代过客云云，想来便是这般惆怅了。可是怅然之后，总要说些什么。大学三年，生活其实很简单，只是一些读书、写字和考试的周而复始。如果把这种单调的生活看作一场场循环的演出，提供那么我只是一个安静的演员。这篇毕业论文也称不上什么精彩的台词，只不过是这种循环演出即将告一段落时的谢幕词。但是无论多么蹩脚的演员，无论台下有多少观众，即使是只说给自己听，在他谢幕时也总要感激一些人，是这些人帮助他走上舞台，成功或者不那么成功地“演出”。我在这里首先要感谢的是我的论文指导老师李文杰老师。这篇毕业论文从开题、资料查找、修改到最后定稿，如果没有她的心血，尚不知以何等糟糕的面目出现。我很自豪有这样一位老师，她值得我感激和尊敬。