电子电工课程设计

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有害气体检测报警及抽排电路设计

1有害气体检测报警及抽排电路设计

1.1设计方案需求

在使用燃气的过程中，因燃气泄漏、废气等原因造成的气体爆炸、中毒等意外事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了严重的要挟，因此安全使用燃气一直是燃气主管部门工作的重中之重。气体泄漏报警器能有效监测环境中可燃气体或毒性气体(如CO)的浓度，一旦其浓度超出报警限定值，就能发出声光报警信号，并且能自动开启排风扇把燃气排出室外，起到安全防范的作用。

1.2设计方框图

图1-1有害气体检测、报警、抽排电路总体方框图

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1.3设计原理

1.3.1设计的原理图

图1-2有害气体检测报警及抽排原理图

1.3.2各部分电路原理

1.3.2.1整流稳压电路

在实际生活中，电源为220V交流电源，所以要增加一个整流稳压电路，使其输出直流电源。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，

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选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流。然后经过稳压管7812，输出稳定的12V直流电。

图1-3桥式整流后的波形

图1-4电容滤波后的波形

图1-5整流滤波电路

1.3.2.2有害气体检测电路

本系统使用QM-N5气敏传感器检测有害气体。气敏传感器是一种检测特定气体的

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传感器，它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在状况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

气敏传感器原理：可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触发生化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般状况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就

越多。因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。QM-N5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。在本次设计中认为空气密度越大，电阻越小。

图1-6有害气体检测电路1.3.2.3电压比较及触发电路

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图1-7电压比较及555触发电路

原理说明：当有毒气体浓度升高时，气敏传感器电阻降低，使滑动变阻器上电压值变大，通过电压比较器使双向金闸管导通，带动电机运转，抽排气体，另一方面使双音频报警器报警，同时通过555组成的多谐振荡器使灯泡发出15Hz的闪烁光，也起到了报警作用！当气体被排出，浓度和付标准时，电路回复到自动检测状态。1.3.2.4报警电路

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图1-8光报警电路及抽排气系统图1-9声报警电路

当555定时器组成的多谢振荡器发出信号时，可控硅接通电源，则灯泡发出闪烁光，通过放大电路，扬声器发声。1.3.2.5关于可控硅

可控硅第一阳极A1与其次阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约1V。双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、其次阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。

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1.3.2.6报警装置电路

报警装置电路核心是用555定时器组成的多谐振荡器。

图1-10555定时器组成的多谐振荡器电路图及工作波

原理说明：它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为

和

。A1和A2的输出

时，触发器

端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过

复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于

时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

是复位端，当其为0时，555输出低电平。平日该端开路或接VCC。Vc是限制电压端（5脚），平日输出

作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，

即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，寻常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

参数计算：输出信号的时间参数是：T==0.7（R1+R2）

C=0.7R2C（其中，

为VC由上升到

所需的时间，为电容C放电所

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需的时间。）

555构成占空比可调的多谐振荡器）

占空比

f=1.43/[(R1+R2)C]

可见，若取R1=R2，电路即可输出占空比为50℅的方波信号。

在此题中其中，R1=100,R2=100,求得:f=10Hz

1.3.3电路工作流程

注：其中浓度C1为毒气泄漏浓度，C2为毒气超标浓度，C为空气中气体浓度

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1.4

印刷电路图

图1-11PCB原理图

1.5电路元件参数

表一：有毒气体检测与抽排电路的元件列表

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武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书

灯泡蜂鸣器电动机双向晶闸管电位器整流桥电容电容电解电容电阻电阻电阻电阻三端稳压管

LAMPSPEAKERDC—MOTORTRIAC2KBRAIGE10.01uF470uF10uF1001001K240K7812

11MGU2,U3RP1D1C3C4C1,C2R3R1R2R4,R6,R7,R5RV1U7

1个1个1个各1个1个1个1个1个2个1个2个4个1个1个

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2机器人行走电路设计

1设计方案要求

通过所学电子电工知识设计一个机器人行走的电路，能够自行前进与后退，作为机器人设计的基础可以给人们日常生活带来便利，同时也可以让电子科技更加接近人们的生活，也可以挖掘自己的潜能和创新意识，锻炼自己的能力和思维方式。

要求：1、接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。

2、机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。

3、机器人前进、后退时间可调。

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通过分析设计要求，要实现机器人行走需要有驱动电路，驱动小车行走，同时要有直流电动机正反转电路，控制小车前进与后退。其中驱动电路由555定时器构成的多谐振荡电路产生的方波驱动计数器进行显示，计数器满后驱动JK触发器，改变输出状态，从而实现电机运转方向的变化，即实现机器人的前进与后退。

图2-1设计方框图

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2.3.1设计的原理图

图2-2机器人行走电路原理图

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2.3.2各部分电路原理

2.3.2.1555定时器构成的多谐振荡器

报警装置电路核心是用555定时器组成的多谐振荡器。

图2-3555定时器组成的多谐振荡器电路图

原理说明：它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为

和

。A1和A2的

时，触

输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过

发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自

2

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脚输入并低于止。

时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截

是复位端，当其为0时，555输出低电平。平日该端开路或接VCC。Vc是限制电压端（5脚），平日输出

作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，

即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，寻常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

参数计算：输出信号的时间参数是：T==0.7（R1+R2）

C=0.7R2C（其中，需的时间。）

为VC由

上升到

所需的时间，

为电容C放电所

555构成占空比可调的多谐振荡器占空比

则可近似看成f=1.43/[(R1+R2)C]，在此题中R1=5K，R2（500K）可调，则频率可调，控制计数器，从而机器人前进后退的时间可调。在本电路中，电机前进与后退的时间是0.7s—42s。当Rv1=0时，t=0.7s;当Rv1=500k时，t=42s。

图2-4555定时器组成的多些振荡器工作波

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2.3.2.2计时器电路

图2-574161构成的计数器及7448构成的显示电路

表二：74161的功能表

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简要说明：

161为可预置的4位二进制同步计数器，清除端是异步的。当清除端RD为低电平日，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入控制器LD为低电平日，在CP上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。161的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT

均为高电平日，在CP上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。管脚图：

图2-674161的引脚图及规律符号

2.3.2.3D触发器

D触发器原理说明：D触发器的D代表延迟或数据，它的输出是发生在早于一个时钟脉冲之前的D输入的函数。在时钟脉冲期间，在D输入提供“1〞会导致输出变为1，否则输出变为0。其中Qn+1是时钟脉冲以后的Q输出，它取决于D的输入状态。特性方程：Qn1=D。

图2-7触发器电路

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图2-8触发器引脚图及规律符号

表三：D触发器状态转化表

2.3.2.4电动机装置电路

图2-9电机H桥电路

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