【正文】 __+_U2S O N A L E R T4 5 0 H z 8U1L M 7 8 0 5 K CLINE VREGCOMMONVOLTAGER5270kΩ5L E D 2R610Ω94R9kΩC62 2 0 u FR210kΩ6V2 2 0 V r m s 5 0 H z 0 176。仿真圖如圖 41 所示 ： 圖 41 電源仿真圖 由于在此仿真軟件當(dāng)中沒(méi)有煙霧傳感器，所以選用單擲開(kāi)關(guān) J1 代替。軟件 在 仿真時(shí) 并 不存在損壞和燒毀元件、儀器 等 問(wèn)題，只要 電路 設(shè)計(jì)好 后就 可以 進(jìn)行仿真測(cè)試 ， 如仿真成功， 則 可以進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì) 和實(shí)物電路的輔助 制作。 當(dāng) 煙 感 元件接觸到可燃性氣體或煙霧時(shí)，其 煙感元件 MQ2 極 片 AB 間的電阻 值 降低，從而使該電阻與 R3的分壓上升，相應(yīng) 555④ 腳電位上升，當(dāng) ④ 腳的電位上升到 以上時(shí)， 555 起振，其振蕩頻率 f=／ (R4+2R5)C5。 為方便調(diào)節(jié)臨界報(bào)警值，在煙霧傳感器檢測(cè)電路部分安裝 了 電位器。 報(bào)警 電路 采用 蜂鳴器和 LED 燈。紅燈不亮 、 蜂鳴器 沒(méi)有鳴叫表示 電路 處于 無(wú)煙 狀態(tài)，環(huán)境中 煙霧 濃度極低。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性， 555 定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和較強(qiáng)的功率輸出能力。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò) R R2向 C 充電，以及 C 通過(guò) R2向放電端 Dc 放 電，使電路產(chǎn)生振蕩。 (2)當(dāng) 高 觸發(fā)端 VccTH 32? ，且 低 觸發(fā)端 VccTR 31? 時(shí) ，比較器 C2輸出為低電平， C2輸出的低電平將 RS觸發(fā)器置為 1狀態(tài)，即 Q=1，使得定時(shí)器的輸出 OUT 為 1，同時(shí)放電管 VT 截止。 圖 314 555集成電路 外引腳排列 圖 555 時(shí)基電路的工作原理 555 電路的內(nèi)部電路含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本 RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān) VT，比較器的參考電壓由三只 5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器 C1 同相比較端和低電平比較器 C2的反相輸入端的參考電平為 Vcc32 和 Vcc31 。 555 和 7555 是單定時(shí)器， 556 和 7556 是雙定時(shí)器。該電路使用靈活、方便，只需 要 外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn) 、施密特觸發(fā)器 和多諧 振蕩器 ，因而廣泛 應(yīng) 用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。在使用時(shí)，將電位器 R3的靈敏度調(diào)節(jié)到最高， 當(dāng)電路處于無(wú)煙霧的 情況下， 煙感 元件 MQ2的極 片 AB間的阻值較大，該電阻與 R3 的分壓減小，相應(yīng)使 555④ 腳處于低電平， 555 停振， LED指示燈和蜂鳴器 不工作 。 。 ② MQ2型傳感 器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。它具有靈敏度高 、 響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 煙霧 傳感器外形 如圖 311所示。而當(dāng)空氣中沒(méi)有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附， 使電阻值升高到初始狀態(tài)。當(dāng) 其 處于 200～ 300℃ 時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。 經(jīng)過(guò)對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出 ， 且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此 按期 對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法 。 煙霧傳感器的選定 煙霧報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。 (3)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好 。 (3)利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。 煙霧 傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警電路的信號(hào)采集部分，是電路中的核心組成部分之一。它的電路符號(hào)如圖 37 所示， 封裝形式 如圖 38所示。電 容 濾波波形如圖 36所示 。電容器 C 對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以 電容 C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)負(fù)載電阻 RL，且方向是一致的。變壓器的 四川信息職業(yè)技 術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 8 頁(yè) 共 28 頁(yè) 線圈的匝數(shù)比等于電壓比。 電源 電路原理圖如圖 32所示 。 四川信息職業(yè)技 術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 7 頁(yè) 共 28 頁(yè) 第 3章 單元電路設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中采用直流穩(wěn)壓電源為整機(jī)供電， 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè) 部分共同 完成 。在電路的報(bào)警部分，采用較為穩(wěn)定的 555 時(shí)基電路作為電路的核心器件，在有報(bào)警指示燈的基礎(chǔ)之上還加入了蜂鳴器，以提醒用戶能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)煙霧所引起的事故， 以 保障安全，使整機(jī)的作用 得到 最大的發(fā)揮，滿足用戶的使用需求。 在方案二中在電源部分沒(méi)有電源的指示燈，在使用中可能會(huì)對(duì)使用者帶來(lái)不便，而在電路的報(bào)警部分，由于元件和電路本身的問(wèn)題，可能會(huì)在電路的運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警的錯(cuò)誤，且在電路的報(bào)警電路中，電路的設(shè)計(jì)中只有指示燈為報(bào)警信號(hào)。 在此方案中煙感元件采用 HQ2 氣敏管，在電路加點(diǎn)的瞬間，氣敏管可能會(huì)導(dǎo)通一下，但如果長(zhǎng)期擱置時(shí)再使用時(shí)，沒(méi)有遇到煙霧時(shí)元件的電阻也可能會(huì)變小，所以需要預(yù)熱 10 分鐘的初始穩(wěn)定時(shí)間后才能正常工作。電路的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。 由于氣敏元件工作時(shí)要求其加熱電壓相當(dāng)穩(wěn)定，所以利用 CW7805 三端集成穩(wěn)壓器對(duì)氣敏元件加熱燈絲進(jìn)行穩(wěn)壓， 且要求開(kāi)機(jī)預(yù)熱 3分鐘 ，使報(bào)警器能穩(wěn)定地工作在 額定的 電 壓范圍內(nèi) ，使 電路省電且可靠性 更 高 。 方案一 以 555 時(shí)基電路為核心的報(bào)警電路 此方案電路 的最 基本 部分 是由 直流穩(wěn)壓電源 、氣敏 煙霧 傳感元件和觸發(fā) 電路 、 聲光報(bào)警電路等組成。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及有毒煙霧 報(bào)警器根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。 煙霧 報(bào)警器可分為民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器、有毒有害煙霧報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。近年來(lái)，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。該報(bào)警 電路 是石油化學(xué)工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。 因此，研究煙霧的檢 測(cè)方法與 煙霧報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要 方向 。 關(guān)鍵詞 煙霧 傳感器； 555 集成電路； 聲光 報(bào)警 四川信息職業(yè)技 術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 2 頁(yè) 共 28 頁(yè) 第 1章 緒論 論文 研究背景、目的和意義 論文 研究背景 隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的 安全 隱患由工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。 并且運(yùn)用電子仿真軟件進(jìn)行電路仿真 、 實(shí)物制作 來(lái) 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。設(shè)計(jì) 出 以模數(shù)電 和傳感器技術(shù) 為設(shè)計(jì)方法， 基于實(shí)用、廣泛和典型的原則， 由三端集成穩(wěn)壓 電路、 半導(dǎo)體電阻式 煙霧 傳感器、 555 集成電路 等元器件構(gòu)成 的 煙霧 報(bào) 警 電路 ， 可實(shí)現(xiàn) 煙霧檢測(cè)和 聲光報(bào)警功能。 本設(shè)計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉 、使用壽命長(zhǎng) 等優(yōu)點(diǎn)的煙霧報(bào)警電路，且具有一定的實(shí)用 性。 也是科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的必然要求。 本設(shè)計(jì)中的 煙霧報(bào)警 電路 是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度并具有 聲光 報(bào)警功能的 電路 。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)形成自己的特色。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測(cè) 儀器的體積也逐漸變小，提高了 煙霧檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。以下是對(duì)兩種不同 設(shè)計(jì) 方案 的介紹。 電路選用 MQ2型 煙霧傳感器實(shí)現(xiàn) 對(duì) 煙霧的檢測(cè)， 且 其 也 適用于煤氣、天然氣、汽油、醇、醚類及各種煙霧的報(bào)警 ， 其具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。 此方案的電路組成框圖如圖 22所示，整個(gè)電路分為電源、檢測(cè)、定時(shí)報(bào)警輸出三部分。電路檢測(cè)部分是由煙霧傳感器和一個(gè)電位器組成 ，報(bào)警 電路是由 LM324 集成塊、三極管及揚(yáng)聲器組成。 圖 22 電路組成框圖 設(shè)計(jì)方案的選定 根據(jù) 對(duì)前面介紹的兩種方案的分析得出，方案一中的 555 時(shí)基電路 比 方案二中的LM324 集成電路 性能穩(wěn)定，電路結(jié)構(gòu)較嚴(yán)密，且更加符合實(shí)際中的使用需要 。在煙霧檢測(cè)電路部分，采用靈敏度較好的 MQ2 型 煙霧傳感器，以確保整機(jī)在工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)因電路本身而產(chǎn)生的故障。 所以在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用第一種方案進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，使 整機(jī) 電路更符合設(shè)計(jì)的要求。 在三端穩(wěn)壓器兩端加入一個(gè)二極管，防止過(guò)高的電壓擊穿穩(wěn)壓器 。 變壓器的變 壓 比由 變壓器的 初級(jí)和次級(jí)線圈 電壓確 定 ， 當(dāng)初級(jí)線圈通上交流電時(shí)，變壓器鐵芯產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，次級(jí)線圈就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在 U2的正半周內(nèi)，二極管 D D3正偏 導(dǎo)通， D D4反偏 截止； 在 U2的負(fù)半周內(nèi)， D D4正偏 導(dǎo)通， DD3反偏 截止。 濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容濾波電路如圖 35所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。 只有三個(gè) 端子，即 輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。 圖 39 三端固定輸出集成穩(wěn)壓電路 四川信息職業(yè)技 術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 10 頁(yè) 共 28 頁(yè) 煙霧檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 — 電變換器，它將煙霧及氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過(guò)煙霧傳感器將模擬 信號(hào) 送到 555 集成電路中，進(jìn)而由 555 集成電路完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制等工