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課程名稱：傳感器原理及工程應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)題目：采用傳感器設(shè)計(jì)燃?xì)庑孤﹫?bào)警器 計(jì)算機(jī)系電子信息工程 2008 燃?xì)?人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì)量，但在使用燃?xì)獾倪^(guò)程中，因燃?xì)庑孤?、廢氣等原因造成的燃?xì)獗?、中毒等意外事故時(shí)有發(fā)生， 給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，因此安全使用燃?xì)庖恢笔侨細(xì)庵鞴懿块T工作的 重中之重。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器能有效監(jiān)測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w或毒性氣體(如 CO)的濃度，一旦其 濃度超出報(bào)警限定值，就能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并且能自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇把燃?xì)馀懦鍪彝猓?至能通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)切斷燃?xì)夤?yīng)防止燃?xì)饫^續(xù)泄漏，起到安全防范的作用。但報(bào)警器選 用得是否合理，直接關(guān)系到其功能的充分發(fā)揮。該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警器正是應(yīng)這 種要求而開(kāi)發(fā)的。 該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)是利用傳感器對(duì)可燃?xì)怏w濃度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并且轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后與設(shè)定的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警并 能打開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行換氣。目前市場(chǎng)上家用可燃性氣體報(bào)警器的價(jià)格一直居高不下，并且需要定 期更換傳感器，更讓人們進(jìn)一步加大了投資，使得普通用戶難以承受。

該設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警裝 置的線路簡(jiǎn)單，各種器件的價(jià)格相對(duì)低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發(fā)展 的今天，燃?xì)鈭?bào)警裝置的價(jià)格逐步降低是必然趨勢(shì)，燃?xì)鈭?bào)警裝置將廣泛地被人們認(rèn)可并普 及使用，為人們的人身財(cái)產(chǎn)安全樹(shù)立一道可靠的屏障。該設(shè)計(jì)采用氣敏傳感器TGS813 燃性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，正常工作時(shí)氣敏傳感器輸出電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓值通過(guò)比較器進(jìn)行比較。當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，氣敏傳感器輸出的電壓值超過(guò)正常時(shí)的電壓值，從而使比較器 正向輸出；然后通過(guò)三極管放大后，輸出驅(qū)動(dòng)音響裝置發(fā)出聲音并且驅(qū)動(dòng)繼電器線圈使風(fēng)扇 自動(dòng)打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警及自動(dòng)換氣功能。 該設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警通風(fēng)裝置，采取單獨(dú)利用硬件的開(kāi)發(fā)方式，充分利用了氣敏傳感器及其他元件的特性燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，使其相輔相成。它的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件相對(duì)較少，使其制作成 本大大降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，適應(yīng)了燃?xì)鈭?bào)警器價(jià)格逐步降低的趨勢(shì)，具有較高的性價(jià)比。圖1 即為可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案框圖，其主要組成電路為：電源電路、穩(wěn)壓電路、傳感 器及設(shè)定電壓、比較電路、放大電路、風(fēng)扇控制及報(bào)警電路。 的直流電源，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路的三端穩(wěn)壓管后輸出8 穩(wěn)定的電壓，然后通過(guò)傳感器后和設(shè)定電壓進(jìn)行比較。

當(dāng)可燃性氣體濃度不超標(biāo)的時(shí)候，傳感器的輸出電壓比設(shè)定電壓小，從而使比較電路中電壓比 較器反相端輸出低電平，故不能驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇報(bào)警電路工作。而當(dāng)可燃性氣體濃度超標(biāo)時(shí)，傳感 器的輸出電壓將大于設(shè)定的電壓值，從而使比較電路中電壓比較器同相端輸出高電平，經(jīng)過(guò) 放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，然后輸出驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇控制的繼電器線圈使風(fēng)扇自動(dòng)打開(kāi)和音響報(bào)警電 路發(fā)出連續(xù)聲音報(bào)警信號(hào)。 2．1電源模塊的設(shè)計(jì) 穩(wěn)定的電源是各種電子電路的動(dòng)力源，被人譽(yù)為電路的心臟。眾所皆知，所有用電設(shè)備，包括電子儀表、家用電器等對(duì)供電電壓都有一定的要求。該設(shè)計(jì)的電源電路的主要包括兩個(gè) 部分：電源變壓器和三端穩(wěn)壓管的選擇。電源模塊設(shè)計(jì)的基本思想是：采用AC220 V／ACl2 電壓。然后經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路把交流電流變成直流電流．再經(jīng)過(guò)濾波電容濾波之后，接到三端穩(wěn)壓管7808 后，輸出即為穩(wěn)定的直流8 雖然整流濾波電路能將正弦波變換成較為平滑的直流電壓，但是一方面由于電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波 動(dòng)；另一方面由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，內(nèi)阻上的電壓將發(fā)生變化燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，于 是輸出電壓平均值也隨之產(chǎn)生相反的變化。

因此，整流濾波電路輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的 波動(dòng)而波動(dòng)。隨著負(fù)載電阻的變化而變化，為了獲得良好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。 即在電源電路中加入了三端集成穩(wěn)壓器LM7808 進(jìn)行穩(wěn)壓。 三端穩(wěn)壓管是指只有三條引腳輸出的集成電路，用78系列三端穩(wěn)壓IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所 需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便， 而且價(jià)格便宜。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入／輸出電壓差約為2 V，否則不能輸出穩(wěn) 定的電壓。一般應(yīng)使電壓差保持在 V，即經(jīng)變壓器變壓，晶閘管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。因電路需要 的電壓為8V，而經(jīng)變壓器及整流裝置輸出的電壓為12 具體的電源模塊及三端穩(wěn)壓管連接圖如圖2所示。 2．2氣敏傳感器的選擇 隨著微電腦和微電子技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，對(duì)傳感器的性能、數(shù)量及用途提出了新的需求酒精檢測(cè)儀，這就使人們更加重視對(duì)新型傳感器的開(kāi)發(fā)。 傳感器電路設(shè)計(jì)的基本思想：電路通過(guò)三端穩(wěn)壓管IC7808輸出8 的恒定電壓，供給傳感器的加熱電路和檢測(cè)電路。加熱電路需要5 的電壓才能正常工作，所以在傳感器的加熱電路上串聯(lián)一個(gè)電阻使加熱電路能夠得到 的正常工作電壓。

檢測(cè)電路由氣敏傳感器TGS813，R1 和滑動(dòng)變阻器 R1 組成，輸出電壓進(jìn)入電壓比較器的同相輸入端，它是 R1 RL電阻兩端的壓降輸出?？扇夹詺怏w與傳感器相接觸并且濃度超標(biāo)時(shí)，檢測(cè)電路的輸出電 壓將會(huì)超過(guò)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，這時(shí)比較器同相端輸出高電平，使后面的三極管起到作用．從 而驅(qū)動(dòng)喇叭和繼電器線圈進(jìn)行工作。 型半導(dǎo)體類氣體傳感器可燃?xì)怏w報(bào)警器，其主要成分是二氧化錫燒結(jié)體。當(dāng)吸附還原性氣體 (例如液化氣、天然氣、氫氣、一 氧化碳、有機(jī)溶劑蒸氣等)時(shí)，電導(dǎo)率上升。當(dāng)恢復(fù)到清潔空氣中時(shí)，電導(dǎo)率恢復(fù)。TGS TGS傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，TGS 傳感器的靈敏度特性只隨四季的溫濕度變化而呈周 期性變化，并沒(méi)有單調(diào)變化的趨勢(shì)，說(shuō)明SnO2 半導(dǎo)體氣體傳感器有極長(zhǎng)的壽命。因設(shè)計(jì)是 針對(duì)家用可燃性氣體的，故選擇針對(duì)天然氣、液化氣的TGS813 型氣敏傳感器對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān) 測(cè)。TGS813 氣敏傳感器的主要參數(shù)：加熱電壓為DC／AC(5 土O．2V)，著火溫度537， 爆炸極限為5％～15％，溫度為 200

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