1、华东交通大学课程设计1传感器课程设计题 目： 家庭煤气泄漏报警装置的设计 学 院： 机电工程学院 年 级： 2009 级 专 业： 测控技术与仪器 姓 名： 李恒 学 号： 20090310110229 指导教师： 曹青松 周继惠 2012 年 06 月 28 日李恒：家庭煤气泄漏报警装置的设计2目录一目录 .2二.设计任务书 .3三元器件介绍 .51.电阻 .52.蜂鸣器 .63.电位器 .64.气敏传感器 MQ-2.75.NE555 时基集成电路 .8四电路图分析及调试 .10五心得体会 .12六参考文献 .13七作品展示 .14华东交通大学课程设计3二.设计任务书1.总要求能够独立进行小
2、型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。2.总任务针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。3.设计题目家庭煤气泄漏报警装置的设计4.设计内容煤气泄漏报警5. 设计进度或计划1、 准备及查阅资料 一天2、 方案设计及论证（总体方案） 二天3、 硬件电路设计、画图（PROTEL） 三天4、 实验室调试及结果分析 二天5、 整理报告及准备答辩 二天6. 设计说明书包括的主要内容1、 封面2、 目录3、 设计任
3、务书4、 正文（可按下列内容撰写、仅供参考）1） 序言可包括系统工作原理的介绍等。李恒：家庭煤气泄漏报警装置的设计42） 方案设计及论证可按模块进行方案设计与论证； 各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。3） 实验或系统调试可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。4） 心得体会5） 主要参考文献另：说明书的撰写格式应符合一定的要求，可参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。7.考核方法考核可根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）40%、图纸及说明书质量（含答辩）40%确定。三元器件介绍1.电阻电阻是阻碍电流流过的物理量。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称
4、其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘导体，简称绝缘体。本次使用的多为色环电阻，所谓色环电 阻 ，是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色的色 环 ，来代表这个电阻的阻值。即可通过颜色来判断这个电阻的阻值。色环电阻是电子电路中最常用的电子元件，采用色环来代表颜色和误差，可以保证电阻无论按什么方向安装都可以方便、清楚地看见色环。色环电阻的基本单位是：欧 姆 （ ） 、千欧（K） 、兆欧（ M） 。1000 欧（）=1 千欧（K） ，1000 千欧（K）=1 兆欧（M）
5、 。 色环电阻用色环来表示电阻的阻值和误差，普通的为四色环，高精密的用五色环表示，另外还有六色环表示的（此种产品只用于高科技产品且价格十分昂贵） 。下表为色环电阻对照关系，其识别方法如下： 华东交通大学课程设计5色 环 电 阻 的 对 照 关 系颜 色 数 值倍 乘数误 差（ %）温 度 关 系/（ 10 /）棕 1 10 1 100红 2 100 2 50橙 3 1k 15黄 4 10k 25绿 5 100k 0.5蓝 6 1M 0.2510紫 7 10M 0.1 5灰 8 0.05白 9 1黑 0 1 金 0.1 5 银 0.01 10 无 色 202.蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯
6、响器，采用直流电压供电，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多 谐 振 荡 器 、压电蜂鸣片、阻 抗 匹 配 器 及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发 光 二 极 管 。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线 圈 、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电 流 通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁 场 。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 3.电位器电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端李恒：家庭煤气泄漏报警装置的设计6即获得与
7、位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元 件 。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分 压 器 ，这时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑 动 变 阻 器 ，有几种样式，一般用在音
8、 箱 音量开关和激光头功 率 大小调节电位器是一种可调的电 子 元 件 。4.气敏传感器 MQ-2MQ-2气敏传感器所使用的气敏材料是清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当传感器所在环境存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中的可燃气体的on孤独的增大而增大，使用简单的驱动电路即可把电导率的变化转化为响应的输出信号。MQ-2对丙烷，氢气液化气的灵敏度高，对天然气和其他可燃气体的灵敏度也还行。它可以检测出多款可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-2气敏传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，寿命长，成本低，只需简单的驱动电路即可。MQ-2工作电压应小于15V，加热电压控制在5V
9、左右，经测量其加热电阻为50 ，相应的使用温度，储存温度，相对湿度也有重要影响。华东交通大学课程设计7经测量，本次使用的气敏传感器加热丝的阻值约为50欧姆，A,B间的电阻阻值为10兆欧左右。加热后，再喷以气体，其阻值降到几百欧。5.NE555 时基集成电路NE555是 属 于 555系 列 的 计 时 IC的 其 中 的 一 种 型 号 ， 555系 列 IC的 接 脚功 能 及 运 用 都 是 相 容 的 ， 只 是 型 号 不 同 的 因 其 价 格 不 同 其 稳 定 度 、 省 电 、可 产 生 的 振 荡 频 率 也 不 大 相 同 ； 而 555是 一 个 用 途 很 广 且 相
10、当 普 遍 的 计 时IC， 只 需 少 数 的 电 阻 和 电 容 ， 便 可 产 生 数 位 电 路 所 需 的 各 种 不 同 频 率 的脉 波 讯 号 。李恒：家庭煤气泄漏报警装置的设计8NE555 的 特 点 有 ： 1.只 需 简 单 的 电 阻 器 、 电 容 器 ， 即 可 完 成 特 定 的 振 荡 延 时 作 用 。 其 延时 范 围 极 广 ， 可 由 几 微 秒 至 几 小 时 之 久 。 2.它 的 操 作 电 源 范 围 极 大 ， 可 与 TTL， CMOS 等 逻 辑 闸 配 合 ， 也 就 是它 的 输 出 准 位 及 输 入 触 发 准 位 ， 均 能 与
11、这 些 逻 辑 系 列 的 高 、 低 态 组 合 。 3.其 输 出 端 的 供 给 电 流 大 ， 可 直 接 推 动 多 种 自 动 控 制 的 负 载 。 4.它 的 计 时 精 确 度 高 、 温 度 稳 定 度 佳 ， 且 价 格 便 宜 。 Pin 1 (接 地 ) -地 线 (或 共 同 接 地 ) ， 通 常 被 连 接 到 电 路 共 同 接 地 。 Pin 2 (触 发 点 ) -这 个 脚 位 是 触 发 NE555 使 其 启 动 它 的 时 间 周 期 。 触发 信 号 上 缘 电 压 须 大 于 2/3 VCC， 下 缘 须 低 于 1/3 VCC 。 Pin 3
12、 (输 出 ) -当 时 间 周 期 开 始 555 的 输 出 输 出 脚 位 ， 移 至 比 电 源 电压 少 1.7 伏 的 高 电 位 。 周 期 的 结 束 输 出 回 到 0 伏 左 右 的 低 电 位 。 于 高 电 位时 的 最 大 输 出 电 流 大 约 200 mA 。 Pin 4 (重 置 ) -一 个 低 逻 辑 电 位 送 至 这 个 脚 位 时 会 重 置 定 时 器 和 使 输出 回 到 一 个 低 电 位 。 它 通 常 被 接 到 正 电 源 或 忽 略 不 用 。 Pin 5 (控 制 ) -这 个 接 脚 准 许 由 外 部 电 压 改 变 触 发 和 闸
13、 限 电 压 。 当 计时 器 经 营 在 稳 定 或 振 荡 的 运 作 方 式 下 ,这 输 入 能 用 来 改 变 或 调 整 输 出 频 率 。Pin 6 (重 置 锁 定 ) - Pin 6 重 置 锁 定 并 使 输 出 呈 低 态 。 当 这 个 接 脚 的电 压 从 1/3 VCC 电 压 以 下 移 至 2/3 VCC 以 上 时 启 动 这 个 动 作 。 Pin 7 (放 电 ) -这 个 接 脚 和 主 要 的 输 出 接 脚 有 相 同 的 电 流 输 出 能 力 ，当 输 出 为 ON 时 为 LOW， 对 地 为 低 阻 抗 ， 当 输 出 为 OFF 时 为 H
14、IGH， 对地 为 高 阻 抗 。 华东交通大学课程设计9Pin 8 (V +) -这 是 555 个 计 时 器 IC 的 正 电 源 电 压 端 。 供 应 电 压 的 范围 是 +4.5 伏 特 (最 小 值 )至 +16 伏 特 (最 大 值 )。 NE555引脚图介绍如下1地 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc6.万用表的使用万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导
15、体的一些参数表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“+”号的插孔，黑色表笔插入标有“”号的插孔。测量电压时，要选择好量程，如果用小量程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。如果事先不清楚被测电压的大小时，应先选择最高量程档，然后逐渐减小到合适的量程。 测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流档，另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入
16、，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。用万用表测量电阻时，应按下列方法操作：a机械调零。在使用之前，应该先调节指针定位螺丝使电流示数为零，避免不必要的误差。 b选择合适的倍率档。万用表欧姆档的刻度线是不均匀的，所以倍率档的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。一般情况下，应使指针指在刻度尺的1/32/3间。 c欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，同时调节“欧姆（电气）调零旋钮” ，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足或仪表内部有问题。并且每换一次倍率档，都要再次进行欧
17、姆调零，以保证测量准确。 d读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。李恒：家庭煤气泄漏报警装置的设计10四电路图分析及调试1.前言： 长期以来，煤气中毒事件频频发生，由于以前人们只能简单地通过气味来判别煤气泄漏，这不仅给生产生活带来了不安全因素，也为事故的发生埋下隐患。煤气泄漏报警器通过实时检测空气中的煤气情况，及时发出报警声，以提醒人们煤气泄漏情况，保障人民的生命财产安全。这对于现实生活具有重要的意义。2.电路图分析及调试电路图1.电路原理：接通电源，给 555 时基集成电路提供约 10V 的直流电压；另外经 R?分压后给气敏传感器 QM-2 提供约 5V 的直流加热电压。正常状态时，无泄漏气体，气敏传感器 QM 的 A,B 之间的电导率很小，电阻很大（在图中等效于 R3),555 时基集成电路的 4 脚为低电平（0.7V )（调节电位器 RP6 决定） ，多谐振荡器不工作，扬声器不发声。当可燃气体达到一定浓度时，气体传感器 QM-2 的 A,B 之间的电导率迅速增大（电阻很小） ，555 时基集成电路的 4 脚变为高电平，多谐振荡器工作，扬声器发出报警声。
