可燃气体超标报警器.doc

苏州经贸职业技术学院 毕 业 论 文 课题名称课题名称 可燃气体超标报警器设计 届 别 2010 届 系 别 机电系 专 业 微电子 班 级 微电 0731 学生姓名 于少游 学 号 0701093134 指导教师 吴振磊 2010 01 目录 摘要 1 前言 2 第一章 protell 99se 以及可燃气体报警器的介绍 3 1 1 protell 99SE 介绍 3 1 2 可燃气体报警器的介绍 3 1 2 1 可燃气体报警器的分类 3 1 2 2 可燃气体报警器的现状和发展 4 1 2 3 可燃气体报警器的校准和注意事项 4 第二章 可燃气体超标报警器的方案设计 5 2 1 设计思路 5 2 2 单元电路的功能 6 2 3 原理框图 6 第三章 设计步骤 7 3 1 降压整流及稳压电路 7 3 1 1 整流电路 7 3 2 气敏传感器及比较电路 9 3 2 1 QM N5 型气敏元件 9 3 2 2 比较器 LM393 10 3 3 振荡音响电路 12 3 4 电路仿真 14 3 5 印制电路板设计 15 第四章 总结可燃气体超标报警器的组成及工作原理 16 4 1 电路组成 16 4 2 工作原理 16 4 3 可燃气体超标报警器总图 17 总结 17 谢辞 18 参考文献 18 摘要 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 报警电路以气敏半导体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 这种报警器设计简单 成本低 适用于一般家庭 用 protell 99se 进行画图 设计 还可以进行电路的仿真和制版 这样节省时 间 还没什么损耗 给我们广阔的想像空间进行创新 让我们对传感器 比较 器 振荡器等有更深的了解 也许这个设计并没有太大的新意 但对我们今后 电路学习和设计将大有裨益 关键词 可燃气体 报警 半导体传感器 超标 比较器 振荡器 前言前言 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 由于燃气泄漏 所引发的爆炸 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 为了使燃气更好地造福于民 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 各燃气使用单位及居民用户选择一种 适合的燃气报警器实为必要之举 本次设计的题目是家用可燃气体超标报警器 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 该报警器是由电源电路 传感器电路 压控振荡器电路及报警电路等组成 传感器通过电导率及电阻值的改变 影响电路输出的电平高低 输出的电平控 制多谐振荡器的工作 随多谐振荡器的工作 正反馈振荡器同时间歇工作 发 出报警声 发光二极管闪烁 达到报警的目的 Protel99SE 是 Protel 公司近 10 年来致力于 Windows 平台开发的最新结晶 能实现从电学概念设计到输出物理生产数据 以及这之间的所有分析 验证和 设计数据管理 因而今天的 Protel 最新产品已不是单纯的 PCB 印制电路板 设计工具 而是一个系统工具 覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计 最新版 本的 Protel 软件可以毫无障碍地读 Orcad Pads Accel PCAD 等知名 EDA 公 司设计文件 以便用户顺利过渡到新的 EDA 平台 随着计算机技术的飞速发展 集成电路被广泛应用 电路越来越复杂 集 成度越来越高 加之新型元件层出不穷 使得越来越多的工作已经无法用手工 来完成 因此计算机辅助电路板设计已经成为电路板设计制作的必然趋势 第一章第一章 protell 99se 以及可燃气体报警器的介绍以及可燃气体报警器的介绍 1 1 protell 99SE 介绍介绍 Protel99 SE 共分 5 个模块 分别是原理图设计 PCB 设计 包含信号完整 性分析 自动布线器 原理图混合信号仿真 PLD 设计 以下介绍一些 Protel99SE 的部分最新功能 1 可生成 30 多种格式的电气连接网络表 2 强大的全局编辑功能 3 在原理图中选择一级器件 PCB 中同样的器件也将被选中 同时运行原理 图和 PCB 在打开的原理图和 PCB 图间允许双向交叉查找元器件 引脚 网络 既可以进行正向注释元器件标号 由原理图到 PCB 也可以进行反向注释 由 PCB 到原理图 以保持电气原理图和 PCB 在设计上的一致性满足国际化设计要 求 包括国标标题栏输出 GB4728 国标库 方便易用的数模混合仿真 兼 容 SPICE 3f5 支持用 CUPL 语言和原理图设计 PLD 生成标准的 JED 下载文件 PCB 可 设计 32 个信号层 16 个电源 地层和 16 个机加工层 强大的 规则驱动 设计环境 符合在线的和批处理的设计规则检查 智 能覆铜功能 覆铀可以自动重铺 提供大量的工业化标准电路板做为设计模版 放置汉字功能 可以输入和输出 DXF DWG 格式文件 实现和 AutoCAD 等软件 的数据交换 智能封装导航 对于建立复杂的 PGA BGA 封装很有用 方便的 打印预览功能 不用修改 PCB 文件就可以直接控制打印结果 独特的 3D 显 示可以在制板之前看到装配事物的效果 强大的 CAM 处理使您轻松实现输出 光绘文件 材料清单 钻孔文件 贴片机文件 测试点报告等 经过充分验 证的传输线特性和仿真精确计算的算法 信号完整性分析直接从 PCB 启动 反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合 专家导航帮您解决 信号完整性问题 1 2 可燃气体报警器的介绍可燃气体报警器的介绍 1 2 1 可燃气体报警器的分类可燃气体报警器的分类 按照使用环境可以分为工业用气体报警器和家用燃气报警器 按自身形态 可分为固定式可燃气体报警器和便携式可燃气体报警器 可燃气体报警器 主 要用于检测空气中的可燃气体 常见的如氢气 H2 甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 丁烷 C4H10 乙烯 C2H4 丙烯 C3H6 丁烯 C4H8 乙炔 C2H2 丙炔 C3H4 丁炔 C4H6 磷化氢等 可燃气体报警器就是气体泄露检测报警仪器 当工业环境中可燃或有毒气 体泄露时 当气体报警器检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点 时 可燃气体报警器就会发出报警信号 以提醒工作采取安全措施 并驱动排 风 切断 喷淋系统 防止发生爆炸 火灾 中毒事故 从而保障安全生产 1 2 2 可燃气体报警器的现状和发展可燃气体报警器的现状和发展 近年来 全国燃气行业发展迅猛 液化气 天然气 煤制气等城市燃气作 为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用 特别是随着 西气东 输 工程的快速进展 燃气行业发展潜力巨大 城市燃气的普及与应用无疑对 改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用 但是随着燃气 的广泛应用 由于燃气泄漏所引发的爆炸 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 为了使燃气更好地造福于民 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 各燃气使 用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举 1 2 3 可燃气体报警器的校准和注意事项可燃气体报警器的校准和注意事项 1 可燃气体报警器安装的注意事项 1 报警器的周围不能有对仪表工作有影响的强电磁场 如大功率电机 变压器 2 报警器是安全仪表 有声 光显示功能 应安装在工作人员易看到和易 听到的地方 以便及时消除隐患 3 报警器的安装高度一般应在 160 170cm 以便于维修人员进行日常维 护 4 报警器探头主要是接触燃烧气体传感器的检测元件 由铂丝线圈上包 氧化铝和黏合剂组成球状 其外表面附有铂 钯等稀有金属 因此 在安装时一 定要小心 避免摔坏探头 5 被测气体的密度不同 室内探头的安装位置也应不同 被测气体密度 小于空气密度时 探头应安装在距屋顶 30cm 外 方向向下 反之 探头应安装在 距地面 30cm 处 方向向上 6 露天探头的安装可根据被测气体的密度而选择安装高度 特别注意的 一点是探头应安装在下风侧 7 报警回路的连接电缆要加保护套管 在探头的接线处最好加金属软管 并注意要与工厂的防爆等级一致 8 安装调试后 一定要装透气防水罩 以免雨水进入损坏探头 2 可燃气体报警器校验的注意事项 1 原则上要采用经计量认证与被检测气体相匹配的标准样气 相同的被 测介质所选的标准样气不同 报警点也不同 2 校验前 探头的周围环境应无可燃气体 如果有可燃气体 要先拆下防 雨罩 充入一定量的洁净空气后 再连续通入样气 以保证校验的准确性 3 当被测气体为烃类混合物时 异丁烷为首选样气 其次为丙烷 4 对于非烃类混合物或爆炸下限浓度的气体燃烧时产生的热量相差较多 的烃类混合物 不得已时 可使用丁烷 异丁烷 丙烷等既易得又稳定的单组分 燃料作为样气 此时必须依据一定的检测信号换算关系调整报警器的量程 3 可燃气体报警器使用和维护方法 可燃气体报警器的种类和型号较多 但是基本电路原理是相同的 因此其使 用和维护的方法也较相似 现将使用和维护的方法介绍如下 1 检测元件与补偿元件的使用寿命通常为 3 5 年 在使用条件合理和 维护得当的条件下 可延长其使用寿命 2 对于有试验按钮的报警器 每周应按动一次试验按钮 检查报警系统是 否正常 每 2 个月应检查标定一次报警器的零点和量程 3 应经常检查检测器有无意外进水 检测器透气罩在仪表检测时 应取 下清洗 防止堵塞 4 检测器为隔爆型防爆设备 不得在超出规定的范围使用 检测器不得 在含硫的场合使用 检测器应尽量在可燃气体浓度低于爆炸下限的条件下使用 否则 有可能烧坏元件 5 热线型半导体式检测器不得在缺氧的条件下使用 不要用大量的可燃 气直冲探头 第二章第二章 可燃气体超标报警器的方案设计可燃气体超标报警器的方案设计 2 1 设计思路设计思路 说到可燃气体气体报警器 自然容易想到气体传感器 目前按照气敏特性 来分 主要分为 半导体型 电化学型 固体电解质型 接触燃烧型 光化学 型等气体传感器 半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍 最实用的一类 气体传感器 它具有成本低廉 制造简单 灵敏度高 响应速度快 寿命长 对湿度敏感低和电路简单等优点 半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应 用 但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用 而 电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合 这次做的是家用可燃气体超标报警器 所以选用较常见的 QM N 系列的传感器 根据这种传感器的原理 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 相应的分压也会改变 想到用比较电路来连接传感器便变得 无可厚非了 比较器输出的高低电平所产生的电路效应由一个振荡音响电路来 体现 这就有了后面的由 555 组成的振荡器 而电路所需要的工作电压由变压 稳压电路来实现 为了使电路更直接的展现其功能 可以安装一个 LED 灯和一个扬声器构成 的音响电路 还可根据使用场地的问题来确定是否需要安装功率放大电路来使 扬声器发挥更大的声音效果 这样一个可燃气体超标报警电路就大致设计出来了 2 2 单元电路的功能单元电路的功能 1 降压整流 将 220V 交流电降压输出电压较低的交流电 再转换成单 向脉动性直流电 2 稳压电路 将输出的直流电通过稳压器得到相应的稳定电压 3 气敏传感器 采用 QM N5 这种 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 根据这一特性来感测可 燃气体的浓度 4 比较器 采用主要由 LM393 构成的双电压比较器 配合 QM N5 使用 输出相应的高低电平 5 振荡器 主要由 555 构成的振荡器 要得到 1KHZ 左右的振荡频率 来驱动音响电路 2 3 原理框图原理框图 传传 传传 5V 传传 12V 传传 传传传 传传 传传 传传 传传 传传 传传 图 2 1 电路原理框图 第三章第三章 设计步骤设计步骤 3 1 降压整流及稳压电路降压整流及稳压电路 3 1 1 整流电路整流电路 整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉 动性直流电 这就是交流电的整流过程 整流电路主要由整流二极管组成 经 过整流电路之后的电压已经不是交流电压 而是一种含有直流电压和交流电压 的混合电压 习惯上称单向脉动性直流电压 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路 这种电路 只要增加两只二极 管口连接成 桥 式结构 便具有全波整流电路的优点 而同时在一定程度上 克服了它的缺点 22 0v 12 v T T RA NS 1 2 3 4 D 1 B RID G E1 R f2 图 3 1 桥式整流电路 桥式整流电路的工作原理如下 变压器 桥式整流顺时针工作 正半周 时 对 D1 D3 和方向电压 Dl D3 导通 对 D2 D4 加反向电压 D2 D4 截止 电 路中构成 e2 Dl Rfz D3 通电回路 在 Rfz 上形成上正下负的半波整洗 电压 为负半周时 对 D2 D4 加正向电压 D2 D4 导通 对 D1 D3 加反向电 压 D1 D3 截止 电路中构成 e2 D2Rfz D4 通电回路 同样在 Rfz 上形成 上正下负的另外半波的整流电压 如此重复下去 结果在 Rfz 上便得到全波整流电压 其波形图和全波整 流波形图是一样的 从图 3 1 中还不难看出 桥式电路中每只二极管承受的反 向电压等于变压器次级电压的最大值 比全波整洗电路小一半 3 1 23 1 2 三端稳压器介绍功能简介三端稳压器介绍功能简介 LM78 是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路 世界各大集 成电路生产商均有同类产品可供选用 是使用极为广泛的一类串连集成稳压器 特性简介 内置过热保护电路 无需外部元件 输出晶体管安全范围保护 内 置短路限制电路 封装形式 TO 220 塑料封装 TO 3 铝壳封装 图 3 2 LM78 顶视图 图 3 3 LM78 底视图 各厂商型号前辍 国家半导体 摩托罗拉 仙童 日电 东芝 日立 上无七厂 北京半导体五厂 LM78XX MC78XX MC78XX PC78XX TA78XX HA78XX SW78XX CW78XX 极限参数 7805 7818 最高输入电压 35V 7820 7824 最高输入电压 40V 工作温度范围 0 70 最高结温 150 TO 3 封装结到外壳的热阻是 4 W 结到环境的热阻是 35 W TO 220 封装结外壳的热阻是 4 W 结到环境的热阻是 50 W 稳压器的主要性能指标 1 稳压系数 S 稳压系数又称为输入稳定系数 反映输入电压 VI 变化时输出电压 VO 维持不变的能力 S 越小 说明稳压性能越好 2 电压调整率 SV SV 仅考虑由输入电压变化引起的输出电压相对变化量 即 SV VO VO 100 3 电流调整率 SI SI 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量 即 SI VO VO 100 4 纹波抑制比 SR SR 是在输入 输出条件不变时 输入纹波电压的峰 峰值 VIP P 与 输出纹波电压的峰 峰值 VOP P 之比 即 SR 20lg VIP P VOP P 7800 系列三端稳压器典型应用电路图 图 3 4 三段稳压器 降压整流及稳压电路说明降压整流及稳压电路说明 如下图 3 5 所示 将 220V 交流电降压成 12V 交流电 再经过桥式整流成直流电 再经过 LM7812 三端稳压器稳压输出 稳定 12V 和 LM7805 三端稳压器输出 5V 的稳定电压 VC 1BQ20 220v 12v T TRANS Vin GND 5v 3 21 IC27805 330u CAP2 Vin 12v GND 3 12 IC17812 12v5v 图图 3 53 5 降压整流及稳压电路降压整流及稳压电路 3 2 气敏传感器及比较电路气敏传感器及比较电路 3 2 1 QM N5 型气敏元件 一 概述气敏元件 如下图 3 8 所示 QM N5 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 灵敏度较高 稳定 性较好 响应和恢复时间短 市场上应用广泛 属于金属氧化物 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 其 A B 间的电阻随接触的可燃气体浓度不同而变化 无可燃 气体时电阻非常大 浓度越高电阻值越小 为了加快气敏管的反应速度 需通 过 f1 f2 间的热丝对敏感元件进行加热 它的额定加热电压为 5V R1 为降压 电阻 该器件的响应时间为 10 秒 恢复时间为 30 秒 二 特点 1 用于可燃性气体的检测 CH4 C4H10 H2 等 2 灵敏度高 3 响应速度快 4 输出信号大 5 寿命长 工作稳定可靠 三 技术指标 加热电压 vh AC 或 DC 4 8 5 2V 回路电压 Vc 最大 DC 24V 负载电阻 RL 2K 清洁空气中电阻 Ra 2000K 灵敏度 S Ra R dg 4 在 1000ppmC 4 H 10 中 响应时间 tres 10S 恢复时间 tres 30s 元件功耗 0 7W 检测范围 50 1000ppm 3 2 2 比较器 LM393 LM393 主要特点如下 工作电源电压范围宽 单电源 双电源均可工作 单电源 2 36V 双电源 1 18V 消耗电流小 Icc 0 8mA 输入失调电压小 VIO 2mV 共模输入电压范围宽 Vic 0 Vcc 1 5V 输出与 TTL DTL MOS CMOS 等兼容 输出可以用开路集电极连接 或 门 LM393 引脚图及内部框图 采用双列直插 8 脚塑料封装 DIP8 和微形的双列 8 脚塑料封装 SOP8 图 3 6 LM393 内部结构图 图 3 7 元件图 LM393 引脚功能排列表 引出端序 号 功能符号引出端序号功能符号 1 1 输出端 1 OUT1 5 5 正向输入端 2 1N 2 2 2 反向输入端 1 1N 1 6 6 反向输入端 2 1N 2 3 3 正向输入端 1 1N 1 7 7 输出端 2 OUT2 4 4 地 GND 8 8 电源 VCC 电特性 除非特别说明 VCC 5 0V Tamb 25 应用说明 LM393 是高增益 宽频带器件 象大多数比较器一样 如果输出端到输入端有 寄生电容而产生耦合 则 很容易产生振荡 这种现象仅仅出现在当比较器改变状 态时 输出电压过渡的间隙 电源加旁路滤波并不能解决这个问题 标准 PC 板的 设计对减小输入 输出寄生电容耦合是有助的 减小输入电阻至小于 10K 将减小 反馈信号 而且增加甚至很小的正反馈量 滞回 1 0 10mV 能导致快速转换 使得 不可能产生由于寄生电容引起的振荡 除非利用滞后 否则直接插入 IC 并在引脚 上加上电阻将引起输入 输出在很短的转换周期内振荡 如果输入信号是脉冲波 形 并且上升和下降时间相当快 则滞回将不需要 比较器的所有没有用的引脚 必须接地 各引脚功能 8 脚电源 4 脚电源 1 脚比较器 A 输出 2 脚比较器 A 反相输入 3 脚比较器 A 同向输入 5 脚比较器 B 同向输入 6 脚比较器 B 反相输入 7 脚比较器 B 输出 本设计中用的是 LM393 的一半 气敏传感器及比较电路说明气敏传感器及比较电路说明 如下图 3 8 所示 气敏传感元件采用气敏半 导体 QM N5 型 由于要求灯丝电压稳定 故供电电压经 7805 三端稳压器稳 压输出 5V 电压 此电压的高电平端端接传感器的 f1 端 f2 端接地 而 7812 三端稳压器稳压输出 12V 电压 此电压的高电平端接传感器的 A 端 B 端经接 2k 的额定负载电阻 R1 接地 当 QM N5 接触到可燃气体 导致 A B 端电阻变小 该电阻与 R1 的分压变小 3 脚电平升高 且高于 2 脚的基准电压时 比较器输出高电平气敏传感器 A B 极间电阻越小 比较器 3 脚所得的分压越大 而当可燃气体增加时 此电阻变 得越来越小 所以同相端 3 脚 的电压就升高了 为了方便计算 用了阻值 为 1K 电阻和 10K 的滑动变阻器进行改变反相端 2 脚 的分压 而使用滑动变 阻器为了改变报警器的灵敏度 当滑动变阻器阻值调到最大 反相端的分压就 会变小 所以当传感器接触到少量的可燃气体时 同相端的电压很容易就超过 了反相端 2 脚 的基准电压 此时比较器 1 脚输出高电平 3 2 1 48 IC 3A L M393 AB f2f1 10K Q M N5 R 1 2K R 2 1K R P1 POT 2 U G ND 5v 12v 图图 3 83 8 气敏传感器及比较电路气敏传感器及比较电路 3 3 振荡音响电路振荡音响电路 NE555 是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路 属于小规模集成电路 在很多电子产品中都有应用 ne555 的作用是用内部的定时器来构成时基电路 给其他的电路提供时序脉冲 ne555 时基电路有两种封装形式有 一是 dip 双 列直插 8 脚封装 另一种是 sop 8 小型 smd 封装形式 其他 ha17555 lm555 ca555 分属不同的公司生产的产品 内部结构和工作原理都 相同 ne555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管 17 个电阻 两个二极管 组 成了比较器 RS 触发器 等多组单元电路 特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了 一个电阻分压器 为上 下比较器提供基准电压 所以称之为 555 ne555 属于 cmos 工艺制造 NE555 引脚图介绍如下 1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门阀 阈值 7 放电 8 电源电压 Vcc 由 555 定时器构成的多谐振荡器工作原理 如图 a 所示 其工作波形见图 b 接通电源后 电源 VDD 通过 R1 和 R2 对电容 C 充电 当 Uc 1 3VDD 时 振荡器输出 Vo 1 放电管截止 当 Uc 充电 到 2 3VDD 后 振荡器输出 Vo 翻转成 0 此时放电管导通 使放电端 DIS 接 地 电容 C 通过 R2 对地放电 使 Uc 下降 当 Uc 下降到 1 3VDD 后 振荡器 输出 Vo 又翻转成 1 此时放电管又截止 使放电端 DIS 不接地 电源 VDD 通 过 R1 和 R2 又对电容 C 充电 又使 Uc 从 1 3VDD 上升到 2 3VDD 触发器又发生 翻转 如此周而复始 从而在输出端 Vo 得到连续变化的振荡脉冲波形 脉冲宽 度 TL 0 7 R2 C 由电容 C 放电时间决定 TH 0 7 R1 R2 C 由电容 C 充电时 间决定 脉冲周期 T TH TL R 3 1K R 4 10 K 10 0u C 2 T RIG 2 Q 3 R 4 C Vo lt 5 T HR 6 D IS 7 VCC 8 GND 1 U N E5 55 0 01u C 1 G ND 传传 传传传传 图 3 9 多谐振荡器 由于 555 灵敏度高 功能灵活 因而在电子电路中获得广泛应用 振荡音响电路说明振荡音响电路说明 如下图 3 11 所示 振荡器由 555 和 R3 R4 C1 组成 555 将触发端 2 脚与阈值输入端 6 脚相连 并接于充放电电容器 C1 上 振荡器 5 脚不用 但如果外接一滤波电容 0 01uf 到地 可提高比较基准电压的稳定性 使电路更稳定 工作更可靠 8 脚接电源电压 3 脚输出 4 脚为复位端 振荡器的脉冲宽度 TL 0 7R4C 由电容 C1 放电时间决定 TH 0 7 R3 R4 C 由电容 C1 充电时间决定 脉冲周期 T TH TL 电容 C2 是为了滤波整流 当比较器 LM393 1 脚 输出高电平 555 置位 由 555 和 R3 R4 C1 组成 的振荡器起振 振荡频率 f 1 44 R3 2R4 C1 图示参数 R3 1K R4 10K C1 0 1u 所以振荡频率约为 1KHZ 扬声器发出 1KHZ 的音响报 警 同时 LED 发光闪烁 R 3 1K R 4 10 K R 5 1k 10 0u C 2 0 1u C 1 L ED B T R IG 2 Q 3 R 4 C Vo lt 5 T HR 6 D IS 7 VCC 8 GND 1 U N E5 55 0 01u C 12 V in put 图图 3 113 11 振荡音响电路振荡音响电路 3 4 电路仿真电路仿真 在protell 99se上画出电路图 1 拖放器件到工作区 2 对器件赋值和标号 3 调整器件在电路中的位置和方向 4 连接电路 5 进行ERC检测 6 电路仿真 按 仿真 按钮 检查电路可行性 测量主要工作点的电压 电流等参数有助于理解电路的工作原理 3 5 印制电路板设计印制电路板设计 1 规划电路板 2 装入网格表和元件封装 3 设置工作参数 4 自动布局及手工调整 5 设置自动布线参数 6 自动布线及手工调整 7 设计规则检查 8 截图 PCB 板截图如下所示 图 3 12 PCB 板图截图 第四章第四章 总结可燃气体超标报警器的组成及工作原理总结可燃气体超标报警器的组成及工作原理 4 1 电路组成电路组成 如总图 4 1 所示 电路主要由 VC IC1 IC2 IC3 IC4 LED B 为核心组成 其中 VC 是桥式整流 将交流变直流 IC1 IC2 分别是三端稳压器 7812 和 7805 IC3 是低功耗低失调双电压比较器 LM393 只用其中一种比较器 IC4 是 NE555 驱动能力强 B 是电动扬声器 YD57 2 0 25w 8 欧姆 4 2 工作原理工作原理 如图 4 1 所示电路是由降压整流 稳压电路 气敏传感元件 比较电路和 音响电路等 该报警电路在可燃气体的浓度超过一定浓度时 发出声 光报警 信号 提醒主人注意 气敏传感元件采用气敏半导体 QM N5 型 由于要求灯丝电压稳定 故供电 电压经 IC2 7805 三端稳压器稳压输出 5V 的稳定的额定工作电压 所以电路的工作原理可大致概括为 当可燃气体浓度才超过一定值时 气 敏半导体器件的 A B 极间电阻变小 该电阻与 R1 的分压变小 IC3 采用的是半个双电压比较器 LM393 平时 同相端 3 脚 的电压高于 反相端 2 脚 的电压 由 RP1 和 R2 分压 电压比较器输出低电平 0 7V 使 IC4 强迫处于复位状态 当由于可燃气体浓度增加时 导致 IC3 的 3 脚电平升 高 且高于 2 脚的基准电压时 比较器输出高电平 555 置位 由 555 和 R3 R4 C1 组成的振荡器起振 振荡频率 f 1 44 R3 2R4 C1 图示参数的频率约 为 1KHZ 扬声器发出 1KHZ 的音响报警 同时 LED 发光闪烁 4 3 可燃气体超标报警器总图可燃气体超标报警器总图 3 2 1 48 IC 3A L M393 220v 12v T T RA NS V in GND 5v 3 21 IC 27805 330u C AP2 AB f2f1 10K