電工電子綜合課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-13 02:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比較器輸出電壓，之后單片機(jī)對(duì)聲光報(bào)警電路和氣體抽排電路實(shí)現(xiàn)控制。由方案對(duì)比可以看出，方案一簡(jiǎn)捷易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性高，從經(jīng)濟(jì)上看，方案二使用單片機(jī)價(jià)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(dāng)元件接觸還原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。特點(diǎn)：（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(jì)說明書 3 振蕩電路的選擇在系統(tǒng)中，警報(bào)燈需要閃爍，警報(bào)器的頻率需要兩個(gè)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(shí)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(dāng) VC 上升到 2/3VCC 時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)發(fā)電 BJT T 導(dǎo)通，此時(shí) VO 為低電壓，電容 C 通過 R2 和 T 放電，使 VC 下降。當(dāng) VC 下降到（1/3 ）VCC 時(shí)，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(shí)間為：tPL=R2Cln2，可近似看成tPL=當(dāng) C 放電結(jié)束時(shí)，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(shí)間為：tPH=(R1+R2)Cln2，可近似看成tPH=(R1+R2)C而當(dāng) VC 上升到（2/3）V CC 時(shí)，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)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(jì)說明書 4 系統(tǒng)總體框圖圖 12 設(shè)計(jì)框圖 具體設(shè)計(jì)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(hào)和標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)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(dòng)電機(jī)與聲光報(bào)警電路供電及是否正常工作。 總體設(shè)計(jì)圖總體系統(tǒng)采用 proteus 仿真通過220V 交流電源報(bào)警電路源直流穩(wěn)壓電路源氣體檢測(cè)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(jì)說明書 5 圖 13 總體設(shè)計(jì)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(shí)環(huán)境中的工作電壓，因?yàn)殡妷哼^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(dòng)直流電壓，因?yàn)榇藭r(shí)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(jì)說明書 6 信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的代替，U2 為運(yùn)算放大器。 報(bào)警器部分圖 16 聲報(bào)警部分從圖中可以看出報(bào)警器驅(qū)動(dòng)同樣利用了從運(yùn)算放大器出來的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過三極管放大電流驅(qū)動(dòng)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(hào)，經(jīng)過一個(gè)大功率三級(jí)管放大驅(qū)動(dòng)喇叭，形成警笛聲。只要毒氣濃度高于標(biāo)準(zhǔn)值，運(yùn)算放大器就會(huì)輸出高電壓信號(hào)，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(jì)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(bào)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(jī)的支路。電機(jī)和繼電器接在 220V50Hz 的交流電中。只要毒氣濃度高于標(biāo)準(zhǔn)值，運(yùn)算放大器就會(huì)輸出高電壓信號(hào)，使繼電器閉合，電機(jī)開始工作，開始抽排有毒氣體。 警報(bào)燈部分圖 18 光報(bào)警部分題目要求警報(bào)燈可以閃爍，并且頻率不能太快（否則會(huì)因?yàn)槿说囊曈X暫留感覺不到閃爍） ，所以需要另外一個(gè) 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(jì)說明書 8 的通斷，從而控制警報(bào)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(duì)圖中 R4 和 R5 以及 C6的值進(jìn)行特殊的選定。根據(jù) 555 振蕩器的頻率計(jì)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(jì)心得與體會(huì)通過本次設(shè)計(jì)，了解了氣體檢測(cè)的電路的搭建與實(shí)現(xiàn)。讓我在這方面對(duì)知識(shí)得以補(bǔ)充，彌補(bǔ)了這方面知識(shí)的空白，設(shè)計(jì)過程中我用自己學(xué)過的知識(shí)，再結(jié)合資料來實(shí)現(xiàn)題目要求。設(shè)計(jì)中隨時(shí)會(huì)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(jì)也讓我學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用得到結(jié)合。設(shè)計(jì)中的氣敏電阻對(duì)于我是一個(gè)完全不了解到元件，我通過查資料學(xué)會(huì)了它的實(shí)際使用。555 定時(shí)器是數(shù)字電子技術(shù)課程中所學(xué)的知識(shí)，我通過改變適當(dāng)元件的值來使之輸出我需要的頻率的方波信號(hào)。另外，設(shè)計(jì)過程也提高了我對(duì)仿真軟件的操作，熟悉了常用元件的調(diào)用，學(xué)會(huì)了用仿真軟件搭建電路，進(jìn)行仿真，得到結(jié)果來證明設(shè)計(jì)方案是否正確。這次設(shè)計(jì)提升了我的很多重要的能力，對(duì)我以后的實(shí)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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