1、有毒气体报警电路设计the design of automatic alarm circuit for poisonous gas摘要：在我们的日常生活中，有毒气体时刻威胁着我们的身体健康和生命安全。学校的实验室、工厂以及很多的公共场合，安装有毒气体报警器是非常必要的。例如日常生活常见的CO，它无色无味，不易被人们发现，当人处在CO气体之中是十分危险的，甚至威胁到生命安全。设计出能检测有毒气体并能报警的电路是十分必要的，在满足基本要求的基础上，电路的设计还要考虑到传感器部分要具有良好的温度、湿度稳定性。根据生产生活需要设计探测报警电路，选用通用气敏传感器MQ211作为报警电路探头，同时选用成本
2、低、性能可靠的555定时器。结合MQ211与555定时器结构及其功能，设计与之功能特点相匹配的电路，这些电路由降压整流与稳压电路、气敏元件、触发及报警音响电路等组成。关键词：有毒气体 传感器 报警 Abstract：In our daily life,we are easy harmed by the poisonous gas.In the school laboratory、factory and other public places,the automatic alarm is necessary. For example,carbon monoxide, it is easy to
3、harm our health when we are surrounded by it.so the circuit of automatic alarm is necessary.In line with the demand of circuit,we choose the sensors of MQ211 and the timer of 555.The main circuit is made up of the circuit of lower voltage and stable voltage、sensors、Flip-Flop and the circuit of alarm
4、.Keywords: poisonous gas sensor alarm 目 录第一章 概述- 3第一节 传感器的概述及组成- 3第二节 555定时器- 4第二章 有毒气体探测报警电路设计- 6 第一节 有毒气体探测传感电路设计- 6第二节 稳压电路设计- 6第三节 报警音响电路设计- 6第四节 整体电路图- 7第三章电路设计总结- 8参考文献-9第一章 概 述 引 言 在我们的日常生活中，有毒气体时刻威胁着我们的身体健康和生命安全。例如最贴近生活的CO，它是人们日常生活生产中常见的有毒气体，无色无味，不易被人们发现，当人处在CO气体之中是十分危险的。煤气的泄露、燃煤的不完全燃烧都会产生CO
5、。再如SO2,在学校的实验室、企业、工厂经常会遇到这种有毒气体。我国的有毒气体报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型单位场所，需要设置一种单一、廉价实用的有毒气体探测报警装置，基于此种现象，应用所学的电路知识设计出一种简单易于实现，低成本的有毒气体报警电路，不仅对于所学知识是一次综合复习的机会，而且更是练习如何应用所学的书本知识解决实际生产生活问题的能力，这是相当必要的。第一节 传感器的概述及组成 二、 传感器概述 人们通常将能把被测量物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器。
6、传感器也叫做变换器、换能器或探测器。传感器输出的信号有不同的形式，如电压、电流、频率、脉冲等，以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等要求。传感器是测量装置和控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始数据参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号或是信息处理，或者是最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测和控制系统。来三、 传感器组成传感器一般由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。 四、 气敏传感器的检测对象及检测原理 此次设计的电路是一氧化碳探测报警器，由于一氧化碳是有毒气体，因此检测
7、到一氧化碳并实现报警功能的电路设计就需要选用气敏传感器。气敏传感器是一种把气体（多数为空气）中的有毒成分检测出来，并将它转换成适当的电信号的器件。在我们周围，实际上存在的各种各样的气体，它们中的大部分将会成为气敏传感器的检测对象。首先被实际应用的气敏传感器是用于防止可燃性气体（LPG等）爆炸瓦斯泄露报警器。其后，随着环境监测等，又不断地提出研制新型气敏传感器的任务。气敏传感器是化学传感器的一个重要组成部分。这里涉及到用于化学传感器的化学物质的检测原理。为了将化学物质检测出来分类，也就是同物理传感器一样，可分为能量变换式和能量控制式。前者是以被测物质所具有的化学能（化学电势）作为信号源，传感器相
8、当于将化学能变换成电能的变换器（换能器）。 五 MQ211介绍 在此次电路设计中我们选用通用传感器MQ211，它是一种N型半导体气敏元件。该元件利用半导体SnO2吸附可燃性气体后阻值下降的原理制成。元件采用旁热式厚膜结构，具有设计合理、灵敏度高、性能可靠以及响应快等优点。MQ211型气敏元件是一种通用性较强的气敏元件，适用于一般可燃性气体(如氢气、煤气、液化石油汽、天然气、一氧化碳、烷烃类等气体)以及酒精、醚、汽油、烟雾等有害气体的检测，饲制作排气扇、油烟机自动开关、自动报警器、气体探漏仪以及防止环境污染的理想气体传感器件。MQ211性能参数型 号 元件阻值阻值比加热功率PH (mW) 响应时
9、间Ta(s)恢复时间Tb(s)工作条件Ra (K?)Ra1000(K?)Vc (V)Vh(V)RL (K?)MQ211（黄）1004000.975053010 (520)5 (50.2)2 （自定）MQ211（黑）40100MQ211（蓝）1840MQ211（绿）818MQ211（红）48第二节 555定时器555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.1 和图 2.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电
10、阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。2.1555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1
11、，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。2.2第四节 KD9561介绍KD9561其性能稳定，价格低廉，这种集成报警电路广泛用于各种报警电路，电路中的三极管一般选用8505和9013。带O字母的引脚有3个，其中2个是晶振频率外接振荡电阻的6、7脚（OSC），还有一个是OUT脚（3脚）。就是三极管集电极管脚信号放大输出脚。第二章 有毒气体探测报警电路设计 第一节 有毒气体探测报警传感电路设计设计出能检测到有毒气体并能报警的电路是十分必要的，在满足基本要求的基础上，电路的设计还要考虑到传感器部分要具有良好的温度、湿度稳定性。这里我采用第一章介绍的MQ211作为电路的传感器。第二节 稳压电路
12、设计稳压电路我们采用7812集成块，其适用各种稳压电路，稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。极限值：（Tc=25C）参数名称符号额定值单位最大输入电压V135V最大输出电流Io1.5A最大耗散功率Po20W贮存湿度Tstg-55150C第三节 报警音响电路 这里我采用第一章介绍的KD8561集成电路电路。当空气中没有一氧化碳气体时，继电器断开，报警电路处于断路状态。当空气中有一氧化碳时，从555定时器传来的是报警电压，继电器吸合，进而使报警电路接通，音响Y发出报警信号。 第四节 整体电路图一、整体电路根据整个电路的设计思路，对各个电路模块进行整合，得出电路整体电路图（下图）。图中A、B
13、为外接报警电路2、电路工作原理整个电路采用220V交流供电，通过变压器B1、整流器D1D4以及稳压块7812的作用，将电压变成12V的直流电。 当室内空气正常时，气敏元件QM211的相应电阻值大，该电阻与R2、W2分压后的电压使555置位，脚输出高电平，二极管LED2截止状态，指示灯不亮，继电器处于断开状态，电路不通，报警电路断开，不发生报警。当气敏元件检测到煤气、石油液化气、汽油、酒精、烟雾等有毒有害气体时，其内阻减小，该电阻与R2、W2分压后的电压升高，从而使555复位，脚输出低电平，相应又使继电器J吸合，接通报警电源电路，发出报警信号。报警时LED2(红光)闪光。电路中电位器W2用于调整
14、555的触发端脚的触发电平，正常条件下约为3.5V。 图中A、B外接报警电路，该电路可选用555电路组成的报警器，也可选用专用音响集成电路，如KD9561等器件。本电路中的继电器还可控制机外的报警器或排气扇等设施。第三章 电路设计总结 一、优点总结 通过实际生活的需要而设计的有毒气体检测报警电路，此电路设计体现了该电路具有的优点，总结如下：第一、首先针对需要被检测的有毒气体，选用什么样的气敏元件至关重要。要选择对有毒气体有极高的灵敏度，这样才能使检测更准确，对一氧化碳有无以及浓度大小作出灵敏判断，并且要求湿度、温度稳定性好，以适应生产生活环境中湿度和温度的变化。第二、选出的MQ211，其对多数
15、有毒气体具有较高的灵敏度，但它不是孤立存在的，还要设计出与其相匹配的电路及探测报警电路。根据MQ211的结构及其特点设计电路，保证了MQ211要求电源供电稳定。第三、本电路加入了降压整流和稳压电路，可以直接接入220V电路，在实际中的实用性比较强。二、 有待改进的地方总结 即使该电路的设计具有解决问题的主要优点和特点，但任何一项电路设计都不可能是完美的、没有缺憾的，因此我根据实际生活需求概括出此电路在实际应用中有待改进的地方如下：该电路设计只是根据实际的问题需要设计的探测报警电路原理图，如果把理论应用到实际生产生活中还要考虑产品如何才能更方便的使用。参考文献：1 康华光主编电子技术基础 高等教育出版社 2 刘迎春 编著 传感器原理 设计与应用 长沙：国防科技大学出版社3 丁镇生 著 传感及其遥感遥测技术应用北京：电子工业出版社4 赵负图 编著 传感器集成电路手册 北京：化学工业出版社5 李维 编著 数字电路设计及实验 大连理工出版社6 余辉晴 主编模拟电子技术教程 电子工业出版社
