有害氣體報(bào)警課件

肜瑤2010.9.20（實(shí)驗(yàn)二）有害氣體報(bào)警電路的設(shè)計(jì)第一講設(shè)計(jì)思路及工作原理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)有害氣體報(bào)警電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會(huì)：

（1）選擇變壓器、整流二極管、傳感器、電阻、電容、運(yùn)算放大器、555定時(shí)器、繼電器及集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)有害氣體報(bào)警電路；

（2）掌握有害氣體報(bào)警電路的工作原理及測(cè)試方法。二、設(shè)計(jì)任務(wù)要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)有害氣體的檢測(cè)電路，能檢測(cè)到室內(nèi)或相應(yīng)環(huán)境的有害氣體濃度超標(biāo)現(xiàn)象，并進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，同時(shí)安裝有排氣通風(fēng)裝置，能及時(shí)排出室內(nèi)有害氣體。

2、設(shè)計(jì)要求

本課題主要完成以下幾個(gè)部分的設(shè)計(jì)：

①直流電源部分：為系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定、可靠的直流電。

②信號(hào)采集及處理電路：由氣敏傳感器及附屬電路組成。傳感器將空氣中的有害氣體濃度變化轉(zhuǎn)換為其本身阻值的變化，從而利于后面的電路處理。

③聲光報(bào)警電路：在有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，電路產(chǎn)生相應(yīng)的紅色警告信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生音頻信號(hào)，提醒人們空氣中的有害氣體濃度已超出允許范圍，應(yīng)及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)；在空氣潔凈時(shí)，電路應(yīng)以不同的燈光提示，表明安全。

④排氣通風(fēng)裝置：在有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的電路驅(qū)動(dòng)通風(fēng)裝置（如排氣扇）工作，以迅速降低有害氣體濃度。2、電路原理圖

3、工作原理（1）直流電源直流電源由電源變壓器、橋式整流電路、濾波器、穩(wěn)壓電路等四個(gè)組成部分組成。

本系統(tǒng)所需的是12V和5V的直流電，因此要利用變壓器將220V的市電先降至合適的交流電壓（本電路需先降至15V交流電壓），然后再將變壓器次級(jí)輸出電壓去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。橋式整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動(dòng)電壓。濾波電路由電容元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。

穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。電源穩(wěn)壓常采用三端集成穩(wěn)壓器，本設(shè)計(jì)可以采用三端集成穩(wěn)壓器W7812和W7805，它具有體積小、可靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，而且使用靈活、價(jià)格低廉，只有三個(gè)引出端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，使用方便、安全。

信號(hào)采集電路包括氣體檢測(cè)電路及對(duì)傳感器輸出信號(hào)的處理電路。氣體檢測(cè)電路需要用氣體傳感器，將被檢測(cè)對(duì)象中含的氣體的濃度變?yōu)閭鞲衅鞯碾娦盘?hào)輸出，以利于后面的信號(hào)處理電路進(jìn)行處理?！?/p>

氣敏傳感器按構(gòu)成氣敏元件的材料劃分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體氣敏元件兩大類(lèi)，而半導(dǎo)體型又分為電阻型和非電阻型兩類(lèi)。電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是用氧化錫、氧化鋅等金屬氧化物材料制作而成，利用其阻值的變化來(lái)檢測(cè)氣體的濃度。非電阻式半導(dǎo)體氣敏元件是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些有關(guān)特性變化對(duì)氣體進(jìn)行直接或間接檢測(cè)。

（2）信號(hào)采集及處理電路主要物理特性類(lèi)型氣敏元件檢測(cè)氣體電阻型電阻表面控制型SnO2、ZnO等的燒結(jié)體、薄膜、厚膜可燃性氣體體控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化鈦酒精、可燃性氣體、氧氣非電阻型二極管整流特性表面控制型鉑-硫化鎘、鉑-氧化鈦（金屬-半導(dǎo)體結(jié)型二極管）氫氣、一氧化碳、酒精晶體管特性鉑柵、鈀柵M0s場(chǎng)效應(yīng)管氫氣、硫化氫

電阻型半導(dǎo)體氣敏元件的工作原理：

電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體（主要是金屬氧化物）表面接觸時(shí)的電導(dǎo)率等物性的變化來(lái)檢測(cè)氣體。電阻型半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下，當(dāng)氣體接觸器件表面而被吸附時(shí)，吸附分子首先在表面自由地?cái)U(kuò)散（物理吸附），失去其運(yùn)動(dòng)能量，其間的一部分分子蒸發(fā)，殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定吸附處（化學(xué)吸附）。這時(shí)，如果器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子從器件奪取電子而變成負(fù)離子吸附。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體有O2和NO2，稱(chēng)為氧化性氣體或電子接收性氣體。如果器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳?xì)浠衔锖途祁?lèi)等，稱(chēng)為還原性氣體或電子供給氣體。

當(dāng)氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使載流子減少，而使電阻增大；相反當(dāng)還原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使載流子增多，使電阻下降。

空氣中的氧成分大體上是恒定的，因而氧氣的吸附也是恒定的，氣敏器件的阻值大致保持不變。如果被測(cè)氣體流入這氣氛中，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，器件的阻值將隨氣體濃度而變化，從濃度與阻值的變化關(guān)系，即可得知被測(cè)氣體的濃度。（3）觸發(fā)電路觸發(fā)電路作用就是用555組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由其輸入狀態(tài)改變輸出狀態(tài)，觸發(fā)后續(xù)的執(zhí)行電路。555時(shí)基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙地結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思巧妙，因其內(nèi)部含有電壓比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電電路及驅(qū)動(dòng)電路等，輔以適當(dāng)外圍分立元件后，被廣泛應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器、幅度鑒別器、波形發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、定時(shí)器及電壓-頻率變換電路等，用途十分廣泛。

555芯片邏輯功能表④腳⑥腳②腳③腳⑦腳0XX0導(dǎo)通（0）1110導(dǎo)通（0）1001截止（1）101原態(tài)原態(tài)110不定（禁止）不定（禁止）應(yīng)用LM555組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如下：

（4）聲光報(bào)警電路該報(bào)警電路包括光報(bào)警電路、聲音報(bào)警電路兩個(gè)報(bào)警電路，下面簡(jiǎn)單介紹這兩個(gè)報(bào)警電路的組成部分。

☆

光報(bào)警電路部分該電路部分由兩個(gè)發(fā)光二極管（綠、紅）及其附屬電路組成。

☆聲音報(bào)警電路部分

該電路部分由四聲集成芯片KD153、揚(yáng)聲器及其附屬電路組成。具體電路如下所示：其中繼電器是一組觸頭開(kāi)關(guān)，一個(gè)是常開(kāi)觸點(diǎn)，一個(gè)是常閉觸點(diǎn)。使用條件如下：環(huán)境溫度：－55～＋85℃；相對(duì)溫度：＋40℃時(shí)，達(dá)98%；大氣壓力：達(dá)4400Pa；振動(dòng)：10～500Hz，加速度達(dá)49m/s2；離心加速度：達(dá)245m/s2；工作電壓：12V；線(xiàn)圈電阻：50±10%；吸合電壓≥9V；釋放電壓≤2V；工作位置：任意。

電磁繼電器是一種利用電磁力來(lái)切換觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)型電器。電磁繼電器屬于簧片觸點(diǎn)式繼電器，簡(jiǎn)稱(chēng)MER。它在電路中的文字符號(hào)為“K”或“KA”、“KR”(舊標(biāo)準(zhǔn)為“J”)。其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由一個(gè)帶鐵心的線(xiàn)圈J、簧片、彈簧及若干合金觸點(diǎn)構(gòu)成。在線(xiàn)圈未通電時(shí)，觸點(diǎn)1、2是閉合的，稱(chēng)常閉觸點(diǎn)。1、3觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，稱(chēng)常開(kāi)觸點(diǎn)。線(xiàn)圈得電后則1、3接通，1、2斷開(kāi)。1、2、3三個(gè)觸點(diǎn)為一組，繼電器可以帶多達(dá)7組觸點(diǎn)。下