福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院計算機(jī)系 電子信息工程專業(yè) 燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>課程設(shè)計報告 燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>課程設(shè)計報告課程名稱： 傳感器原理及工程應(yīng)用課程設(shè)計題目： 采用傳感器設(shè)計燃?xì)庑孤﹫缶?/strong> 姓 名： 系： 專 年 學(xué) 業(yè)： 級： 號： 張吳健 計算機(jī)系 電子信息工程 2008 級 081918007 王蘇潭 副教授指導(dǎo)教師： 職 稱：年月日1福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院計算系 課程設(shè)計結(jié)果評定評語：成績： 指導(dǎo)教師簽字： 任務(wù)下達(dá)日期： 評定日期：2采用傳感器設(shè)計燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>0 引 言 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^程中，因燃?xì)庑孤?、廢氣等原因造成的燃?xì)獗?、中毒?意外事故時有發(fā)生，給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴(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﹫缶?/strong>能有效監(jiān)測環(huán)境中可 燃?xì)怏w或毒性氣體(如 CO)的濃度，一旦其濃度超出報警限定值，就能發(fā)出聲光 報警信號，并且能自動開啟排風(fēng)扇把燃?xì)馀懦鍪彝?，甚至能通過聯(lián)動裝置自動切 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)計所研究的可燃性氣體報警器正是應(yīng)這種要 求而開發(fā)的。 該設(shè)計所研究的可燃性氣體報警系統(tǒng)是利用傳感器對可燃?xì)怏w濃度信號進(jìn)行監(jiān) 測并且轉(zhuǎn)變成電壓信號，然后與設(shè)定的電壓信號進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超過設(shè)定 值時實(shí)現(xiàn)智能報警并能打開風(fēng)扇進(jìn)行換氣。 目前市場上家用可燃性氣體報警器的 價格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進(jìn)一步加大了投資甲醇報警器，使 得普通用戶難以承受。該設(shè)計的燃?xì)鈭缶b置的線路簡單，各種器件的價格相對 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)鈭缶b置的 價格逐步降低是必然趨勢，燃?xì)鈭缶b置將廣泛地被人們認(rèn)可并普及使用，為人 們的人身財產(chǎn)安全樹立一道可靠的屏障。該設(shè)計采用氣敏傳感器 TGS813 對可燃 性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測， 正常工作時氣敏傳感器輸出電壓信號與設(shè)定的電壓值通過 比較器進(jìn)行比較。當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時，氣敏傳感器輸出的電壓值超過正常時的電 壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過三極管放大后，輸出驅(qū)動音響裝置發(fā)出 聲音并且驅(qū)動繼電器線圈使風(fēng)扇自動打開，從而實(shí)現(xiàn)音響報警及自動換氣功能。 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計 該設(shè)計的可燃性氣體報警通風(fēng)裝置，采取單獨(dú)利用硬件的開發(fā)方式，充分利用了 氣敏傳感器及其他元件的特性，使其相輔相成。
#p#分頁標(biāo)題#e#它的電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件相 對較少，使其制作成本大大降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適應(yīng)了燃?xì)鈭缶鲀r格逐步降低的 趨勢，具有較高的性價比。圖 1 即為可燃性氣體報警系統(tǒng)設(shè)計的方案框圖，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)扇控制及報警電路。3具體方案的工作流程分析：電源電路經(jīng)過降壓變壓器向電路提供 12 V 的直流電 源燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>，經(jīng)過穩(wěn)壓電路的三端穩(wěn)壓管后輸出 8 V 穩(wěn)定的電壓，然后通過傳感器后和設(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)動風(fēng)扇報警電 路工作。而當(dāng)可燃性氣體濃度超標(biāo)時，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)過放大電路進(jìn)行信號放大， 然后輸出驅(qū)動風(fēng)扇控制的繼電器線圈使風(fēng)扇自動打開和音響報警電路發(fā)出連續(xù) 聲音報警信號。 2 硬件電路的設(shè)計 2．1 電源模塊的設(shè)計 穩(wěn)定的電源是各種電子電路的動力源，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、家用電器等對供電電壓都有一定的要求。該設(shè)計的電源 電路的主要包括兩個部分：電源變壓器和三端穩(wěn)壓管的選擇。
電源模塊設(shè)計的基 本思想是：采用 AC220 V／ACl2 V 的降壓變壓器得到一個交流的 12 V 電壓。然 后經(jīng)過單相橋式整流電路把交流電流變成直流電流．再經(jīng)過濾波電容濾波之后， 接到三端穩(wěn)壓管 7808 后，輸出即為穩(wěn)定的直流 8 V 電壓。 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)電壓波動時，輸出電壓平均值 將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動； 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， 內(nèi)阻上的電壓將發(fā)生變化，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隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動。 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， 78 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn) 用 壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使 用起來可靠、方便，而且價格便宜。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。
#p#分頁標(biāo)題#e#一般應(yīng)使電壓差保持在 4～5 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4的電壓為 8 V，而經(jīng)變壓器及整流裝置輸出的電壓為 12 V 左右，故該設(shè)計選用 IC7808 型三端穩(wěn)壓管，輸出 8 V 的穩(wěn)定電壓。 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，對傳感器的性能、數(shù)量及用途提出 了新的需求，這就使人們更加重視對新型傳感器的開發(fā)。 傳感器電路設(shè)計的基本思想：電路通過三端穩(wěn)壓管 IC7808 輸出 8 V 的恒定電壓， 供給傳感器的加熱電路和檢測電路。加熱電路需要 5 V 的電壓才能正常工作，所 以在傳感器的加熱電路上串聯(lián)一個電阻使加熱電路能夠得到 5 V 的正常工作電 壓。檢測電路由氣敏傳感器 TGS813，R1 和滑動變阻器 R1 組成，輸出電壓進(jìn)入電 壓比較器的同相輸入端，它是 R1 和 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，檢測電路的輸出電壓將會超過設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，這時 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)動喇叭和繼電器線 圈進(jìn)行工作。
氣敏傳感器種類繁多。這里的通風(fēng)裝置所用的氣敏傳感器 TGS813 屬 N 型半導(dǎo)體 類氣體傳感器燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>， 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，電導(dǎo)率上升。當(dāng)恢復(fù)到清潔空 氣中時，電導(dǎo)率恢復(fù)。TGS 傳感器就是將這種電導(dǎo)率變化，以輸出電壓的方式取 出，從而檢測出氣體的濃度。5TGS 傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是壽命長，TGS 傳感器的靈敏度特性只隨四季的溫濕度變化 而呈周期性變化燃?xì)庑孤﹫缶?/strong>，并沒有單調(diào)變化的趨勢，說明 SnO2 半導(dǎo)體氣體傳感器有極長 的壽命。 因設(shè)計是針對家用可燃性氣體的，故選擇針對天然氣、 液化氣的 TGS813 型氣敏傳感器對氣體進(jìn)行監(jiān)測。TGS813 氣敏傳感器的主要參數(shù)：加熱電壓為 DC ／AC(5 V 土 O．2 V)甲醇報警器，著火溫度 537℃，爆炸極限為 5％～15％，溫度為 200℃
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