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电子实训实验报告有害气体报警器院（系）名称专业班级学号学生姓名指导教师2011年5月14日摘要随着人们生活水平的日益提高，人们对家居环境的要求也在不断的提升中，本文针对室内危害气体泄露危机人身安全的问题，设计了一套专门用来监测居室内有危害气体发生超标时的检测报警系统。本系统主要应用了传感技术、电子控制技术，实时监测二氧化碳等气体是否超标，当出现超标时，实时进行报警。对系统进行测试结果表明，设计实现了预定目标。但人们在加大对产品质量要求的同时，也迫切需要能全方位保护人身安全的实时报警产品。因此本系统不仅考虑到人们在居室内能够得到实时的报警提示，而且注意到人们不在居室内，或被监护人独自在居室内时的实时监测保护，设计的有害气体的检测电路，能检测到室内或相应环境的有害气体浓度超标现象，并进行及时报警，同时安装有排气通风装置，能及时排出室内有害气体。实时的得到危害气体泄露的信息，以便采取有效措施，确保财产和人身安全。关键词:有害气体;报警系统;传感技术;1绪论随着社会的的不断进步，人们对生活环境的质量要求越来越高，但由于当今社会严重的工业污染及装修污染，以及各种燃器设备的广泛使用，使得人们的生活受到了严重的威胁，尤其是家庭的燃气泄露及实验室的有害气体的泄露严重的害了人们的生命及财产安全，据了解在空气质量较差的环境中生活，对人体健康的危害很大。目前，许多室内空气污染物都是刺激性气体，这些物质会刺激眼、鼻、咽喉以及皮肤，引起流泪、咳嗽、喷嚏等症状。在污染的空气中长期生活，还会引起呼吸功能下降、呼吸道症状加重，有的还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，肺癌、鼻咽癌患病率也会有所增。在此前提下，运用电子技术及相关知识设计有害气体声光报警器，掌握传感器等一些器件的运用，设计简单的有害气体检测电路，联系实际，同时提高动手，思考能力。设计一个能自动检测有害气体浓度，且当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警，能自动抽排有害气体的控制电路。当检测到有害气体意外排放超标时，发出灯光间歇闪烁的光报警提示。实时的得到危害气体泄露的信息，以便采取有效措施，以保障人们的生命财产安全。有害气体报警仪可以帮您方便快捷的解决这个问题。它设计简单，将传感器采集到的信号传递出去，当环境的有害气体浓度超标时，通过报警电路进行报警。适用范围非常广,使用方便,经济效益良好。2总体设计本设计选择变压器、整流二极管、传感器、电阻、电容、运算放大器、555定时器、继电器及集成稳压器来设计有害气体报警电路。掌握有害气体报警电路的工作原理及测试方法。2.1各部分分析部分是整体的基础，通过对各部分的分析可以更好的理解本次实验。本实验主要有以下几部分组成。2.1.1直流电源部分直流电源电路为系统各部分提供稳定、可靠的直流电。直流电源由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个组成部分。如图1所示：图1直流电源2.1.2信号采集及处理电路信号采集及处理电路由气敏传感器及附属电路组成。传感器将空气中的有害气体浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。气敏传感器是利用物质效应和化学效应对气体中的某些成分进行检测的器件，譬如半导体气敏传感器主要是利用半导体与某些气体接触时，其特性将发生变化这一现象来检测气体的成分或浓度。故可利用这一特性，来设计电路。气敏传感器如图2所示：图2气敏传感器电阻型半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体（主要是金属氧化物）表面接触时的电导率等物性的变化来检测气体。电阻型半导体气敏器件被加热到稳定状态下，当气体接触器件表面而被吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散（物理吸附），失去其运动能量，其间的一部分分子蒸发，残留分子产生热分解而固定吸附处（化学吸附）。这时，如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体有O2和NO2，称为氧化性气体或电子接收性气体。如果器件的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等，称为还原性气体或电子供给气体。当氧化性气体吸附到N型半导体上，还原性气体吸附到P型半导体上时，将使载流子减少，而使电阻增大；相反当还原性气体吸附到N型半导体上，氧化性气体吸附到P型半导体上时，将使载流子增多，使电阻下降。空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧气的吸附也是恒定的，气敏器件的阻值大致保持不变。如果被测气体流入这气氛中，器件表面将产生吸附作用，器件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与阻值的变化关系，即可得知被测气体的浓度。2.1.3声光报警电路在有害气体浓度超标时，电路产生相应的红色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，提醒人们空气中的有害气体浓度已超出允许范围，应及时撤离现场；在空气洁净时，电路应以不同的灯光提示，表明安全。声光报警电路可用555组成的多谐振荡电路来控制，555组成的电路输出方波信号，驱动扬声器发出报警声音，驱动灯来得到闪烁的警灯。555如下图。图3555定时器接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时发电BJTT导通，此时VO为低电压，电容C通过R2和T放电，使VC下降。当VC下降到（1/3）VCC时，触发器又被置位，VO翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为：tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=0.7R2C当C放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为：tPH=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C而当VC上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1/(tPL+tPH)，可近似看成f=1.43/[(R1+R2)C]本设计电路要用到继电器，来作为声光报警器的工作控制电路。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。继电器实物图如下所示：图4继电器2.2总体方框图图5有害气体报警器原理方框图2.3完整电路图按元器件细表配齐元器件。用万用表检测各元器件的好坏并判定其参数是否满足要求。用万能印制线路板，单股镀锌铜线，多单股镀锌，松香和焊锡等。清除元器件引脚处的氧化层，电源连接线和负载连接线线段绝缘层，并在清除氧化层处镀上焊。从背面用细裸铜导线连接起来。用protel软件绘制成如下系统图。图6系统原理图图7pcb图用PROTEL99SE画出原理图，待通过ERC检测后选择UPDATEPCB，检测无误后生成PCB板。手动布线制作PCB板，为了电路板的简洁应优先考虑单面板，对于单面板上不能完成的少量连接可考虑布置在PCB板顶层，在组件安装过程中以安装跳线的方式进行连接，集成块的耦合电容应尽量布在集成块电引脚附近。电路板布线完成后对将合适尽尺寸的单面铜板打孔，并将其打印在热打印纸上，对孔后粘贴到敷铜板上，送入仪器中让电路图粘到敷铜板后放入FeC13溶液中进行氧化，氧化完成后取出，打磨，擦上松香晾干即可。印制图如下。图8印制图安装后的电路，以检查确认无误后方可接通电源进行调试，其方法是：先调试控制电路，再调试主电路。3实验小结经过这次做有害气体报警器的设计，使我们的理论知识与实践结合起来，提升了我们用理论指导实践，用实践验证理论的科学意识，也提升了专业技能：在设计过程中，我们遇到了许多困难，在面对这些问题，解决问题的过程中我们学到了很多课堂上学不到的东西。在这次设计与制作过程中，更进一步地熟悉了各种组件的结构及掌握了所用到的组件的工作原理和其具体的使用方法。我们PROTEL99SE画电路的原理图，通过锻炼能够对其更加熟练，而且也学会了PCB板的制作，但在制作过程中也会遇到一些问题，但在张老师和肜老师的无私帮助下最终完成了实验。我的所有成绩完全要归功于老师。再次感谢老师。