電工電子綜合課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-13 02:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 比較器輸出電壓，之后單片機對聲光報警電路和氣體抽排電路實現(xiàn)控制。由方案對比可以看出，方案一簡捷易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性高，從經(jīng)濟上看，方案二使用單片機價格過高，故采用方案一。 有毒氣體敏感元件選擇本方案選擇的是 QMN5 型氣敏元件，QMN5 型氣敏元件是以金屬氧化物 SnO2 為主體材料的 N 型半導(dǎo)體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。特點：（CHC4HH2 等） ，工作穩(wěn)定可靠武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 3 振蕩電路的選擇在系統(tǒng)中，警報燈需要閃爍，警報器的頻率需要兩個來形成警笛，所以需要振蕩電路。本方案選擇采用以 555 芯片為主體的 555 振蕩電路。圖 11 555 定時器組成的多諧振蕩器電路圖如圖 1 所示，由 555 組成的多諧振蕩器工作原理如下：接通電源后，電容 C 被充電，當 VC 上升到 2/3VCC 時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時發(fā)電 BJT T 導(dǎo)通，此時 VO 為低電壓，電容 C 通過 R2 和 T 放電，使 VC 下降。當 VC 下降到（1/3 ）VCC 時，觸發(fā)器又被置位，V O 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器 C 放電所需的時間為：tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=當 C 放電結(jié)束時，T 截止，VCC 將通過 RR2 向電容器 C 充電，V C 由（1/3 ）V CC上升到（2/3）V CC 所需的時間為：tPH=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=(R1+R2)C而當 VC 上升到（2/3）V CC 時，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為： f=1/( tPL +tPH） ，可近似看成 f=[(R1+2R2)C]武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 4 系統(tǒng)總體框圖圖 12 設(shè)計框圖 具體設(shè)計方案與原理說明 總體原理說明電路由 220V 交流電壓供電，經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓電路后產(chǎn)生所需電壓供電路使用。電壓輸出為 12V，使用 7812 芯片。有毒氣體濃度升高，氣敏電阻隨著改變阻值。然后所得的電壓信號和標準電壓信號接入電壓比較器。電壓比較器輸出的控制繼電器是否閉合，從而決定是否給驅(qū)動電機與聲光報警電路供電及是否正常工作。 總體設(shè)計圖總體系統(tǒng)采用 proteus 仿真通過220V 交流電源報警電路源直流穩(wěn)壓電路源氣體檢測電路源電壓比較電路源氣體抽排電路源武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 5 圖 13 總體設(shè)計圖 電源部分圖 14 電源部分如圖 3，采用 220V 交流供電，模擬現(xiàn)實環(huán)境中的工作電壓，因為電壓過高需要借助變壓器使電壓降低，經(jīng)過由電橋構(gòu)成的整流電路后，將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動直流電壓，因為此時仍包含有紋波等雜波輸出，再由電容濾波，輸出穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)過 7812 芯片使輸出 12V 電壓，在經(jīng)過電容是輸出更加穩(wěn)定的直流電壓。武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 6 信號比較部分圖 15 比較器部分圖中 RV1 為 QMN5 型氣敏元件的代替，RV2 為標準電壓信號的代替，U2 為運算放大器。 報警器部分圖 16 聲報警部分從圖中可以看出報警器驅(qū)動同樣利用了從運算放大器出來的電壓信號，然后經(jīng)過三極管放大電流驅(qū)動繼電器。利用 555 為主芯片構(gòu)成雙音頻振蕩器發(fā)出兩種頻率的信號，經(jīng)過一個大功率三級管放大驅(qū)動喇叭，形成警笛聲。只要毒氣濃度高于標準值，運算放大器就會輸出高電壓信號，使繼電器閉合。555 芯片的 8 腳的電平由低變高，開始工作，武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 7 發(fā)出兩種頻率的震蕩波，然后喇叭發(fā)出警笛聲，起到警報作用。 抽排風(fēng)扇部分圖 17 風(fēng)扇抽排部分圖中的繼電器靠左的是電機的支路。電機和繼電器接在 220V50Hz 的交流電中。只要毒氣濃度高于標準值，運算放大器就會輸出高電壓信號，使繼電器閉合，電機開始工作，開始抽排有毒氣體。 警報燈部分圖 18 光報警部分題目要求警報燈可以閃爍，并且頻率不能太快（否則會因為人的視覺暫留感覺不到閃爍） ，所以需要另外一個 555 振蕩器來控制頻率。用 555 的輸出來控制功率二極管 Q1武漢理工大學(xué)《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書 8 的通斷，從而控制警報燈的閃爍。為了產(chǎn)生視覺暫留，選擇閃爍頻率在 1Hz 左右。因此需要對圖中 R4 和 R5 以及 C6的值進行特殊的選定。根據(jù) 555 振蕩器的頻率計算公式 f=[(R4+2R5)C6]可以選擇。本方案中設(shè)定 R4=R5=11k，C6=。是閃爍的頻率在 1Hz2Hz 之間。555 振蕩器輸出的波形如下：圖 19 振蕩器波形 設(shè)計心得與體會通過本次設(shè)計，了解了氣體檢測的電路的搭建與實現(xiàn)。讓我在這方面對知識得以補充，彌補了這方面知識的空白，設(shè)計過程中我用自己學(xué)過的知識，再結(jié)合資料來實現(xiàn)題目要求。設(shè)計中隨時會出現(xiàn)各種問題，這需要自己來解決，這就提升了我的應(yīng)變能力和自己解決問題的能力。這次設(shè)計也讓我學(xué)到的理論知識和實際應(yīng)用得到結(jié)合。設(shè)計中的氣敏電阻對于我是一個完全不了解到元件，我通過查資料學(xué)會了它的實際使用。555 定時器是數(shù)字電子技術(shù)課程中所學(xué)的知識，我通過改變適當元件的值來使之輸出我需要的頻率的方波信號。另外，設(shè)計過程也提高了我對仿真軟件的操作，熟悉了常用元件的調(diào)用，學(xué)會了用仿真軟件搭建電路，進行仿真，得到結(jié)果來證明設(shè)計方案是否正確。這次設(shè)計提升了我的很多重要的能力，對我以后的實際工作有很大的幫助。武漢理工大學(xué)《電工電子綜
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