有害气体报警器

有害气体报警电路的设计 摘要 本设计主要是设计完成有害气体报警器的电路设计，主要是改变电位器的阻值来检验设计的完美程度，实际应用中是通过气体传感器，对室内气体进行检测，并对有害气体浓度超标的现象进行声光报警，以便人们采取相应应急措施进行保护。 设计正文 一、电路系统总框图框图 信号采集电路利用气体传感器将有害气体浓度的变化转化为电量变化，该电量信号输入比较器进行比较，再对该电量加以分析处理，继而实现监控及报警。其综合电路框图如图1所示。 图1 有害气体电路系统总框图 二、基础理论 1、直流电源部分： 直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分 组成。为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。本系统所需的是12V和5V的直流电，因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压（本电路需先降至15V交流电压），然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电源稳压常采用三端集成稳压器，本设计可以采用三端集成稳压器W7812和W7805，它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。 图2 直流电源部分 2、信号采集及处理电路： 由气敏传感器及附属电路组成。传感器将空气中的有害气体浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。 电压比较电路用电压比较器实现。电压比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。电压比较器是对两个模拟电压比较大小，并判断出其中哪个电压高。 图3 信号采集及处理电路部分 3、触发电路 其作用就是用555组成双稳态触发电路，由其输入状态改变输出状态，触发后续的执行电路。当空气洁净时，因气敏传感器电阻大，R1和R6分压小，比较器的输出为低电平，即V2和V6都为低电平，由功能表可知：V3为高电平，即NE555置位，此时继电器和D2(LED，红）均不工作；同时 为低电平，放电管V截止，相当断开，此时D1（LED，绿）通过电阻R4导通而发光。 当空气中存在有害气体时，因气敏传感器电阻变小（约为466 ）而使R1和R6分压值增大，比较器同相输入端电压高于反相输入端，故V2和V6同时为高电平，且复位端电压V4也为高电平，由功能表可知：V3为低电平（V3相当接近0V）,D2（LED，红）导通发光，又 为高电平，放电管V导通放电，将D1（LED，绿）短路。同时继电器动作，使其常开两触点接通，从而驱动声光报警电路及排气通风装置工作。 图4 触发电路部分 4、光报警电路： 在有害气体浓度超标时，电路产生相应的红色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，提醒人们空气中的有害气体浓度已超出允许范围，应及时撤离现场；在空气洁净时，电路应以不同的灯光提示，表明安全。该电路部分由两个发光二极管（绿、红）及其附属电路组成。具体电路如下所示。 图5 光报警电路部分 5、总体电路图 图5 总体电路图 三、元器件的选择 1、三端集成稳压器， 本设计可以采用三端集成稳压器W7812和W7805，它具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，只有三个引出端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用方便、安全。 图6 W7812和W7805 2、气敏传感器 按构成气敏元件的材料划分为半导体和非半导体气敏元件两大类，而半导体型又分为电阻型和非电阻型两类。电阻型半导体气敏元件是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作而成，利用其阻值的变化来检测气体的浓度。非电阻式半导体气敏元件是根据气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。 3、555时基电路 是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思巧妙，因其内部含有电压比较器、基本R-S触发器、放电电路及驱动电路等，辅以适当外围分立元件后，被广泛应用于单稳态电路、施密特触发器、多谐振荡器、幅度鉴别器、波形发生器、延时发生器、定时器及电压-频率变换电路等，用途十分广泛。 图7 555引脚图 表1 555芯片逻辑功能表 ④脚 ⑥脚 ②脚 ③脚 ⑦脚 0 X X 0 导通（0） 1 1 1 0 导通（0） 1 0 0 1 截止（1） 1 0 1 原态 原态 1 1 0 不定（禁止） 不定（禁止） 4、电位器的选取 继电器是一组触头开关，一个是常开触点，一个是常闭触点。使用条件如下： 环境温度：－55～＋85℃； 相对温度：＋40℃时，达98%； 大气压力：达4400Pa； 振动：10～500Hz，加速度达49m/s2 ； 离心加速度：达245m/s2； 工作电压：12V； 线圈电阻：50±10%； 吸合电压≥9V； 释放电压≤2V； 工作位置：任意。 5、电容的选取 C1：滤波，C1=1200 µF； C2：抑制自激振荡， C2=(0.1～0.3)µF/63V； C3：滤波，用以减小输出电压的波纹电压(即输出电压中的交变电压分量)。 C3=10uF/16V； C4：滤波作用，使Uo中的波动减小; C4=100µF/16V。 6、整流桥 整流桥选用型号：平均电流为 2A（2W10，2W06等）。 注：在选取元件时，若没有全桥，也可用4个整流二极管连接代替。 SHAPE \* MERGEFORMAT 图8 几种常见的整流桥 安装调试 （1）PCB电路板图 如下图图9所示为该有害气体报警电路设计的PCB电路板图。将电路板打印出来，用腐蚀的方法制作出电路板接线图，然后安装元器件并焊接。此处用到电烙铁，焊锡丝，松香。 图9 有害气体报警电路的设计图 (2)主器件清单 表2 主要器件清单表 （3）调试 安装后的电路，以检查确认无误后方可接通电源进行调试，其方法是：使用被当做有害气体的烟雾，将实验板置于其中，若接通电源后报警，则本设计成功。 （4）故障检测 检测电路，若无故障，则表明设计成功；否则，检查错误，直至没有错误为止。