智能控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、目 錄 有害氣體的檢測(cè)、報(bào)警、抽排.21 意義與要求21.1 意義21.2 設(shè)計(jì)要求22 設(shè)計(jì)總體方案22.1 設(shè)計(jì)思路22.2 總體設(shè)計(jì)方框圖32.3 完整原理圖42.4 PCB制圖53設(shè)計(jì)原理分析63.1 氣敏傳感器工作原理73.2 聲光報(bào)警控制電路73.3 排氣電路工作原理83.4 整體工作原理說(shuō)明94 所用芯片及其他器件說(shuō)明104.1 IC555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路圖115 附表一：有害氣體的檢測(cè)、報(bào)警、抽排電路所用元件126.設(shè)計(jì)體會(huì)和小結(jié)13有害氣體的檢測(cè)、報(bào)警、抽排1 意義與要求1.1.1 意義 日常生活中經(jīng)常發(fā)生煤氣或者其他有毒氣體泄漏的事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的

2、危害。因此，及時(shí)檢測(cè)出人們生活環(huán)境中存在的有害氣體并將其排除是保障人們正常生活的關(guān)鍵。本人運(yùn)用所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)出一套有毒氣體的檢測(cè)電路，可以在有毒氣體超標(biāo)時(shí)及時(shí)抽排出有害氣體，使人們的生命健康有一個(gè)保障。1.2 設(shè)計(jì)要求 當(dāng)檢測(cè)到有毒氣體意外排時(shí)，發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍的光報(bào)警提示。當(dāng)有毒氣體濃度超標(biāo)時(shí)能自行啟動(dòng)抽排系統(tǒng)，排出有毒氣體，更換空氣以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。抽排完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)回到實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)。2 設(shè)計(jì)總體方案2.1 設(shè)計(jì)思路 利用QMN5氣敏傳感器檢測(cè)有毒氣體，根據(jù)其工作原理構(gòu)成一種氣敏控制自動(dòng)排氣電路。電路由氣體檢測(cè)電路、電子開關(guān)電路、報(bào)警電路、和氣體排

3、放電路構(gòu)成。當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，QMN5檢測(cè)到有毒氣體，元件兩極電阻變的很小，繼電器開關(guān)閉合，使得555芯片組成的多諧電路產(chǎn)生方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管間歇發(fā)光；同時(shí)LC179工作，驅(qū)使蜂鳴器間斷發(fā)出聲音；此時(shí)排氣系統(tǒng)會(huì)開始抽排有毒氣體。當(dāng)氣體被排出，濃度低于氣敏傳感器所能感應(yīng)的范圍時(shí)，電路回復(fù)到自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)。2.2 總體設(shè)計(jì)方框圖 如圖（1.1）聲光系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)停止工作聲光系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)同時(shí)工作有毒氣體濃度自動(dòng)檢測(cè)聲光系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)都不工作 2.3 完整原理圖（如圖1.2） 圖1.22. 4 PCB制圖（如圖1.3） 圖1.33設(shè)計(jì)原理分析3.1.氣敏傳感器工作原理電路圖（如圖1.4）

4、圖1.4分析： 氣敏管處于檢測(cè)狀態(tài)后，若無(wú)有害氣體泄漏，氣敏管阻值很大，電路不報(bào)警；當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，元件兩極電阻變的很小，此時(shí)開關(guān)K閉合，使得555芯片和LC179工作，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，同時(shí)使得繼電器工作，電機(jī)開始工作抽排，一段時(shí)間，有害氣體濃度排盡。氣敏管處于檢測(cè)狀態(tài)后，若無(wú)有害氣體泄漏，氣敏管阻值變回很大，繼電器K仍處于釋放狀態(tài)，不發(fā)生報(bào)警。3.2聲光報(bào)警控制電路毒氣濃度大于C555多諧振蕩電路工作，LC179工作 發(fā)光二極管和蜂鳴器工作 電路圖如下（如圖1.6）圖1.6分析：由555組成的多諧振蕩器工作原理如下：接通電源后，電容C被充電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)

5、位，此時(shí)輸出為低電壓，電容C通過(guò)R放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到（1/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為： tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=0.7R2C當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時(shí)間為： tPH=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C而當(dāng)VC上升到（2/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為： f=1/( tPL +tPH)，可近似看成f=1.43/(R1+2R2)C 在圖中令電阻R5=50K,R6=40

6、K，C6=22uF。代入上式可以算得：f=0.5Hz 能夠滿足燈光報(bào)警的頻率要求。3.3排氣電路工作原理電路圖如下（如圖1.7）圖1.7分析：排氣電路中，當(dāng)氣體濃度大于C2,氣敏電阻阻值進(jìn)一步減小，從而通過(guò)三極管使K閉合，電機(jī)工作，開始進(jìn)行排氣。當(dāng)毒氣濃度低于C時(shí)，輸出為低電平，使三極管Q1截止，電機(jī)工作電路不能導(dǎo)通，停止排氣。3.4整體工作原理說(shuō)明氣敏管QM一N5是一種N型半導(dǎo)體氣敏元件，其間的電阻隨接觸的有毒氣體濃度不同而變化，在QMN5元件未接觸有害氣體時(shí)，元件的兩端呈高阻抗，電路不報(bào)警；當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，元件兩極電阻變的很小，此時(shí)開關(guān)K閉合，使得555多諧振蕩電路和LC179芯

7、片工作，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作電機(jī)開始工作抽排氣體，一段時(shí)間，有害氣體濃度減小，當(dāng)有毒集體被排盡時(shí)，電路自動(dòng)恢復(fù)正常狀態(tài)。4 所用芯片及其他器件說(shuō)明4.1 IC555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路圖（如圖1.8）圖1.8功能管腳圖（如圖1.9） 圖1.9多諧振蕩器工作原理（如下圖1.10）圖1.10 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器電路圖接通電源后，電容C被充電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)發(fā)電BJT T導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電壓，電容C通過(guò)R2和T放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到（1/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為： tPL=R2Cln2 可近似看成tPL

8、=0.7R2C當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時(shí)間為： tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C而當(dāng)VC上升到（2/3）VCC時(shí)，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為： f=1/( tPL +tPH) 可近似看成f=1.43/(R1+R2)C555定時(shí)器功能表5 附表一：有害氣體的檢測(cè)、報(bào)警、抽排電路所用元件名稱規(guī)格型號(hào)位號(hào)數(shù)量7805集成穩(wěn)壓器LM78057805 1個(gè)變壓器220v-10vTR1 1個(gè)整流橋BRIDGE1BRIDGE1 1個(gè)氣敏傳感器QM-N

9、5QM-N5 1個(gè)電位器2KR3 1個(gè)驅(qū)動(dòng)電源220VV 1個(gè)三極管2N1893Q1個(gè)極性電容470uf 0.33uf等Ci 參照原理圖電阻50K，40K等Ri參照原理圖交流電動(dòng)機(jī)MOTOR ACMG1個(gè)二極管100HF100PVD11個(gè)雙晶閘管MAC15A6Q1,Q2各1個(gè)達(dá)林頓管NPN DARQ31個(gè)555555Q41個(gè)LC179LC179Q51個(gè)單晶閘管10RIA10D21個(gè)繼電器RELAY-SPSTK1個(gè)6. 設(shè)計(jì)體會(huì)和小結(jié) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，讓我感觸最深的有兩點(diǎn)：一是基礎(chǔ)知識(shí)的決定性作用，沒有足夠的知識(shí)做根基是無(wú)法完成設(shè)計(jì)的；而是熟練掌握一些電子電工設(shè)計(jì)軟件的必要性，例如Multisim、protel 和Proteus等，因?yàn)樵俸玫膭?chuàng)新都需要通過(guò)這些途徑來(lái)表達(dá)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了一些難題，例如仿真軟件操作問(wèn)題；設(shè)計(jì)毒氣檢測(cè)時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)靈明度的調(diào)節(jié)；小車的正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)，以及其驅(qū)動(dòng)電路等等。但我通過(guò)請(qǐng)教老師同學(xué)、上網(wǎng)查看相關(guān)教程等途徑，一一解決了這些問(wèn)題。此次設(shè)計(jì)最大的收獲是讓我堅(jiān)定了自己對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的信心。我充分發(fā)掘了自己的潛力，找到了自己的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，這讓我可以在以后的