1、 本科毕业设计 （ 20 届） 烟雾报警器的设计制作 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 随着 “ 信息时代 ” 的到来，作为获取信息的手段 传感器技术得到了 显著 的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传 感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。 本文利用 传感器 技术而开发设计了这一 烟雾监控系统 。 。 本论
2、文以电阻式烟雾传感器和 NE555 振荡器并与其他电子技术相结合， 设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用 MQ-2 型半导体 可燃气体 敏感元件 烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能 力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。 以 NE555 振荡器和 MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。具有一定的实用价值。 关键词 ：烟雾；报警器；传感器； 555 振荡器 Abstract While “information age” the arrival, obtained the remar
3、kable progress as the gain information method - - sensor technology, its application domain is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development import
4、ant symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic structure, the principle of work and the characteristic is extremely important. In order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage an
5、d the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system.This article used the monolithic integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system. The present paper take leaves the minor smog sensor and the Timer IC as the cor
6、e and with other electronic technology, designs one kind of technical level good smog alarm apparatus.In which selects the 2M007 semiconductor resistance type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits
7、, moreover the price is inexpensive. May realize the acousto-optics take the Timer IC monolithic integrated circuit and the 2M007 semiconductor resistance type gas sensor as the core design smog alarm apparatus, the performance stable, the easy to operate, the price inexpensive, the intellectualized
8、 smog alarm apparatus.Has certain practical value. Key word： Smog； alarm apparatus； sensor； Timer IC 目 录 1 引言 . 1 1.1 论文研究来源、目的和意义 . 1 1.1.1 论文研究来源 . 1 1.1.2 论文研究目的和意义 . 1 1.2 烟雾报警器的国内外现状 . 2 1.3 本论文主要任务 . 3 2 烟雾检测报警器的方案设计 . 4 2.1 烟雾传感器的选型 . 4 2.1.1 烟雾传感器介绍 . 4 2.1.2 烟雾传感器的选定 . 7 2.1.3 MQ-2 型烟雾传感器的工
9、作原理 . 8 2.1.4 MQ-2 型传感器的特性及主要技术指标 . 10 2.2 烟雾检测 报警器的作原理 . 12 2.3 烟雾检测报警器的主要技术指标 . 12 2.4 本章小结 . 13 3 烟雾检测报警器的硬件设计 . 14 3.1 气敏传感器驱动 555 振荡器 . 14 3.2 集成 555 多谐振荡器 . 15 4 制作与调试 . 17 4.1 电路图绘制 . 17 4.2 PCB 板的制作 . 17 4.3 安装与调试 . 18 5 结论 . 19 致谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 20 附录 1 系统实物图 . 21 1 引言 1.1 论文研究来源、目的和意义
10、1.1.1 论文研究来源 随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。 为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代 化 建设 ，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。 为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和 家庭生活安全。因此，研究烟雾的 检测方法与研制烟雾报警 器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。 1.1.2 论文研究目的和意义 为了早期发现和通报火灾，防止和
11、减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代 化 建设 ，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。 烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能 的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。烟雾报警器属于中华人 民共和国强制检定的工作计量器具目录中第46项，它归类于物理化学 计量器具。建筑设计 防火规范 (GBJ16-87)第 10.3.2条明确规定 :“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。 2003 年 12月，国家执行新的烟雾探测器标准 (GB 15322-2003)可燃
12、烟雾探测器， 2004年 10月国家颁布可燃烟雾检测报警器规程 JJG693-2004，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气 体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。 目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生 基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的 报警率按10% 计算，烟雾检测报警器的需求量就达 2000 万台以 上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。 近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到 2006 年底，全国沼气池数量已达近 1300 万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市
13、场。可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。 1.2 烟雾报警器的国内外现状 国外从 20 世纪 30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一 方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另 一方面是因为传感器市 场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美 国 1996 年2002 年烟雾传感器年均增长率为 27% 30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。 1963 年 5 月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品
14、问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气 体，可以安装在浴室或者采用集中监视。 我国在 70 年代初期开始研制烟雾报警器，生产型 号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。 燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。 (1) 民用火灾烟雾报警器 民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器 ,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声
15、光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。 有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外。 (2) 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。 检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。 探测器安装在防 爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方
16、，二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。 1.3 本论文主要任务 第一章 绪论 本文章主要介绍了离子报警器的发展和发展趋势。对离子报警器进行了系统性的阐述。还有对论文研究的目的和意义进行了简单的解释。 第二章 基于 NE555 振荡器的离子报警器的设计方案。本章是根据论文的要求 分析了论文的主要任务。继而概括出整个设计的主要思想和确定出设计方案。 第三章 系统硬件实现 本章针对的是系统硬件的设计。在对整个系统硬件进
17、行设计时，我们主要从它的主控电路 NE555 的设计和外围电路的设计来具体介绍。还有对在设计中用到的离子传感器进行了重点介绍。 第四章 软件实现 本章是论文的软件部分。其中，我们熟悉了整个程序设计的运行环境 protel。 利用 protel 软件绘制电路图以及生成 PCB。 第五章 调试 本章着重 实物 的调试。 对 调试 中 出现的问题 进行解决 。最后附上结束语（我的 感想）、谢辞和参考文献。 2 烟雾检测报警器的方案设计 2.1 烟雾传感器的选型 它是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。它能对火灾参数（如烟、温度、火焰辐射
18、、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发射现场火灾状态信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件，它的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。 2.1.1 烟雾传感器介绍 (1)烟雾传感器的分类 烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： (a)利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。 (b)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。 (c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。 (2) 烟雾传感器应满足的基本
19、条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： (a)能选择性 地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应； (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度； (c)对检测信号响应速度快，重复性好； (d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长； (f)制造成本低，使用与维护方便。 (3)常见烟雾传感器简介 下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。 (a)半导体烟雾传感器 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用
20、单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自 1962 年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来， 由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。 (b)固体电解质烟雾传感器 固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种传 感器
21、制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。 (c)接触燃烧式传感器 当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层 )，使用时将铂丝通电，保持 300 C400C的高温，此时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。 (d) 高分子烟雾传感器 利用高分子气敏材料制作 的烟雾传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传
22、播速 度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。 (e) 电化学传感器 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子， 通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短 (大约两年 )。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 (f) 热传导
23、传感器 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻 值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。 (g)红外 传感器 红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号。非扩散式红外探测器 NDIR (non-d
24、ispersive IR )是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。 不同的烟雾吸收不同波长的 IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量 CO和 CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾 (如氢 )不吸收电磁谱中 IR 部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。 (4)常见烟雾传感器可检测烟雾种类 由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。例如氧化物半导体烟雾传感器主要检测各种还原性烟雾，如 CO、 H2、 C2H5OH、 CH3OH 等。固体电解质烟雾传感器主要用于检测无机烟雾，如 O2、 CO2、 H2、 Cl2、 SO2 等。
