1、 I 通信系 2015 届毕业设计论文 题 目： 天燃气泄露报警器设计 专 业： 电子信息工程技术 班 级 : 电子信息工程技术 1232 学生姓名： 王 暑 导师姓名： 冯 伟 起止时间： 2014 年 12月 01日 至 2015 年 04 年 25日 II 通 2 通信系 2014 级毕业设计（论文）任务书 题 目 天燃气泄漏报警器的设计 指导老师 陈碧云 电话 18082274669 Email 设计目标： 设计一款天燃气泄漏报警器，当传感器检测到周围空气中天然气的浓度超过 0.1%时，发出声音报警；当检测到浓度超过 1%时，切断电源停止工作。 要求 : 1、完成原理图的设计及仿真，
2、并绘制 PCB 板。 2、独立制作电路板，完成元器件的焊接、安装和调试 3、在论文撰写中要包括从设计想法到实现的全部过程。 4、论文的格式严格按照系部要求。 *论文字数不少于 8000 字！ 参考资料： 学生自行解决 毕业设计的封面、成绩评定表以及格式要求等相关资料，须在http:/music.spec.s.mon/ftp/进行下载，格式必须按照要求书写、打印、装订，如不符合要求的将按 不合格 处理；在毕业设计中严禁出现相互抄袭、雷同的情况，如有发现，将按照 零分 处理。 III 陕邮职院通信系 2013 届毕业设计论文成绩评定表 学生姓名 童旭 性别 男 系别 通信系 专业 电子信息工程 课
3、题名称 天燃气泄漏报警器的设计 班级 电子信息 1131 起 止时间 2013 年 12 月 1 日 2014 年 4 月 25 日 指导教 师 陈碧云 课题任务 完成情况 论文 8646 (字 )； 图纸 23 (张 )； 其它 (含附件 )：表 1 (张 )，流程图 0 (张 ) 指 导 教 师 意 见 评 阅成绩： 评阅 /指导教师 (签字 )： 年 月 日 学生实得成绩 (百分制 ) 评 阅 成 绩 评 定 级 别 （级别为 “ 优 秀” 、 “合格” 、 “不合格” 三档） IV 目 录 摘 要 . 1 1 前言 . 2 1.1 引言 . 2 1.2 什么是有害气体 . 2 1.2.
4、1 有害气体的特性 . 3 1.3 方案拟定 . 4 1.3.1 危险气体检测系统的方案 比较 . 4 1.3.2 方案一催化燃烧式传感器 . 4 1.3.3 方案二 MQ-5 气体传感器 . 4 1.4 设计思路和方案 . 5 2 硬件电路设计 . 6 2.1 气体传感器 MQ-5 . 6 2.2 气体传感器 MQ-5 的参数 . 6 2.2.1 MQ-5 的结构 . 6 2.2.2 MQ-5 的主要规格 . 8 2.3 四集成运放 LM33 . 8 2.4 电路原理框图及工作原理 . 10 2.4.1 电路中用到的元器件 . 10 2.4.2 气体传感器的主要性能指标 . 11 2.4.3
5、 危险气体传感器使用的注意事项 . 11 3 产品的制作与调试 . 13 3.1 产品制作过程，遇到的问题以及解决方法 . 13 3.2 产品调试 . 13 3.3 产品实物图 . 13 3.4 此电路的扩展 . 14 4 总结 . 15 4.1 实验结果 . 15 4.2 心得体会 . 15 致 谢 . 16 V 参考文献 . 17 附录一 电路原理图 . 18 天燃气泄漏报警器的设计 1 摘 要 本设计主要检测的有毒气体成分是液化气、天然气、城市煤气，这些气体是日常生活中经常接触到，而且是必不可少的东西。在家庭火灾或者中毒事件中，往往是由于煤气的使用不当，导致的煤气泄漏，而引起的煤气中毒
6、和爆炸。本设计中，气体传感器采用的是 MQ-5，它适用于家庭或工业上对液化气，天然气（甲烷），煤气的监测装置。它具有优良的抗乙醇、抗烟雾干扰能力，具有对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度、快速的响应恢复特性、长期的使用寿命和可靠的稳定性、简单的测试电路等优点。 关键字： MQ-5， LM339,有毒气体。 天燃气泄漏报警器的设计 2 1 前言 1.1 引言 科技进步，共享文明。很明显，科技发展到今天，不管是从我们的生活，还是学习，以至方方面面，我们都在享受着科技带给我们的快乐！ 在这一篇毕业论文中，我将 在有害气体报警方面和大家作讨论。进入陕西邮电职业技术学院以来，我一直致兴趣在传感器方面
7、，不过由于水平有限，在传感器与单片机搭配方面还不能有所领悟。我的题目是天燃气泄漏报警器设计，但我在这个题目的前提下，作了少许的改进，也算是做了一点点的创新吧。 现代家居生活中，对天然气、液化气的使用非常普遍，而这些气体都是易燃易爆的，由于使用不当或气体泄漏而引起的中毒和爆炸成为现在家居安全最大的隐患。保护家居安全的主要措施，就是对些有害气体进行有效的监控。本设计采用气体传感器对气体的含量进行检测，适用于各种可燃气体（液 化气、天然气、城市煤气）的泄漏探测报警。而本设计采用的无线发射与接收方式，实现了远程监控的功能，另外， 电路板上已预留继电器控制电路，用户可方便加装，报警时可由继电器控制排风扇
8、即时排出可燃气体，也可同时控制气源电磁阀即时关闭气源 ，避免危险事件的发生。 1.2 什么是有害气体 a.有害气体这一概念在我们日常生活中是经常用提起，我们也并不陌生，但我们对它又了解多少呢？在我国，有害气体主要分为以下几种。 有害气体是指存在于大气中的危害性较大的气体状污染物质，主要包括酸性有害气体和氧化性有害气体。有害气体主要有硫氧 化物 (如 SO2)、硫化物（如H2S）、氮氧化物（如 NO2)、光化学烟雾、氯气 (CL2)等。 b.有害气体主要来自城市。主要是城市工业用燃料燃烧和工业生产过程中的排气，以及民用燃料燃烧。由于工业发展水平较低，尤其“三废”得不到及时有效处理，造成空气污染，
9、特别是化工、水泥、造纸等行业，其生产过程中的排气排尘是造成大气污染的重要原因。另外，随着交通运输业的发展，以汽车为代表的交通工具急剧增加，其排放物也成为有害气体的主要来源之一。 天燃气泄漏报警器的设计 3 1.2.1 有害气体的特性 a.甲醛 特性：无色，具有刺激性气味 主要危害：甲醛是污染室内环境的主要污染物，被称为室内污染“第一杀手”， 释放期长达 3 15 年，可经呼吸道吸收，对人体的危害具长期性、潜伏性、隐蔽性的特点，已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。 主要来源：人造板材、人造板材家具、涂料、胶水类及壁纸、地毯等大量使用粘合剂的环节。 b.苯系物（苯、甲苯、二甲苯） 特性：无色
10、，具有特殊芳香味 主要危害：俗称 “芳香杀手”，使中枢神经系统麻醉作用；可抑制人体造血功能，使红血球、白血球、血小板减少，导致再生障碍性贫血和白血病的事实已被医学界普遍公认，于 1993 年被 世界卫生组织确定其为强致癌物质。 主要来源：合成纤维、油漆、各种油漆涂料的添加剂和稀释剂、各种溶剂型胶粘剂、防水材料。 c.氨 特性 :无色，具有强烈刺激性气体 主要危害：对眼、喉、上呼吸道有强烈的刺激作用，可通过皮肤及呼吸道引起中毒，破坏运氧功能，减弱人体对疾病的抵抗力。引发充血、分泌物增多、肺水肿、支气管炎、皮炎，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症。 主要来源
11、：建筑施工中使用的混凝土抗冻添加剂，防火板中的阻燃剂等。 d.TVOC 特性 :无色、具有刺激性挥发有机物 主 要危害：学名“总挥发性有机化合物”，具有毒性、刺激性，引起机体免疫水平失调，影响中枢神经系统功能，出现头晕、头痛、嗜睡、无力、胸闷等症状，还可能影响消化系统，出现食欲不振、恶心等，严重时可损伤肝脏和造血系统，甚至引起死亡。 e.一氧化碳 天燃气泄漏报警器的设计 4 特性 :在通常状况下 ,一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体 ,熔点 199 ,沸点 191.5。标准状况下气体密度为 l.25g/L,和空气密度 (标准状况下1.293g/L 相差很小 ,这也是容易发生煤气中毒的因素之
12、 1.3 方案拟定 1.3.1 危险气体检测系统的方案比较 气体传感器的主要性能要满足稳定性、灵敏度、 选择性 的要求，不同类型的气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的作用，因此，在选择气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。本设计主要针对家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置，因此根据这一标准来选择器件和设计电路。 1.3.2 方案一催化燃烧式传感器 催化燃烧式传感器 -GQB-X March Sensor：属于高温传感器，其工作原理是气敏材料 (如 Pt 电热丝等 )在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧，电热丝由于燃烧而升温，从而使其电阻值发生 变化。催化燃烧式
13、GQB-X March Sensor 检测的可实现是有条件的，必须保证检测环境中包含足够的氧气，在无氧的环境下这种检测方式可能无法检测任何可燃性气体。某些含铅化合物（尤其是四乙基铅）、硫化合物、硅类、磷化合物、硫化氢和 卤代烃可能会使传感器中毒或抑制。 另外，它还有成本高、不容易扩展、安装调试复杂的缺点，因此不采用此方案。 1.3.3 方案二 MQ-5 气体传感器 MQ-5 气敏元件是由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为 气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出，
14、 2 个用于提供加热电流。 它的主要优点是：对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度，优良的抗乙醇，烟雾干扰能力、响应恢复快速、使用寿命长、稳定性好、测试电路简单，适用于家庭或工业的监测。利用集成运放和少量外围元件便可完成对气体传感器采集到的信号，进行放大处理。而且容易进行电路扩展，可以单独使用，也可以在小区内组网使用。本设计选用此方案。 天燃气泄漏报警器的设计 5 1.4 设计思路和方案 用 MQ-5 型传感器检测天燃气，然后用两个可调电阻调节电压当 LM339 的两个输入端， R1 与传感器的输出电阻构成分压电路，目的是让传感器有输出电压，且电压值随传感器的阻值而变化。 R2 的作用是给电压比较器提供比较电压，从而改变传感器检测危险气体的报警浓度值。调节 R1和 R2 均可改变电路的灵敏度，电压比较器两个输入端的电压差越大，电路的灵敏度越小。调节可调电阻， LM339就能输出电压，然后 LM339 产生一个高电压输出给到三极管驱动三极管工作，此时现场的报警指示灯 D1 点亮，然后蜂鸣器发出声音，这时报警器报警。当室内的气体浓度下降到报警值以下的时候，气体传感器的阻值将发生变化，然后 LM339不输出电压，电路将恢复报警前的工作状态。
