烟雾报警电路设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

烟雾报警电路设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

设计说明书 (论文 ) 第 11 页 共 28 页 采 用接触 燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。 阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。 虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。 因此 按期 对探头进行标定，是必须且有效的办法。 一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的 工作量，同时增加了报警器的维护成本。 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器 ， 以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高 、 响应快、体积小、结构简单 、使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。 半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性 (抗干扰性 )和稳定性 (使用寿命 )。 经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出 ， 且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。 因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。 而在众多半导 体 烟雾 传感器中，根据各方面的要求，本设计选用 MQ2型烟雾传感器。 半导体烟雾传感器简介 烟雾 传感器的结构、外形、分类 本设计中采用的 MQ2 型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式 N型半导体。 当 其 处于 200～ 300℃ 时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。 当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒 大小 受到该烟雾的 浓度的变化 而 发生 变化， 相应的 就会引起电导率的变化。 利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。 遇到可 燃烟雾（如 CH4等）时，原来吸附的氧脱 附 ，而可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。 而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附， 使电阻值升高到初始状态。 这就是 MQ2 型燃性 四川信息职业技 术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 12 页 共 28 页 烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。 MQ2 型传感器的结构如图 310 所示。 图 310 MQ2型传感器的结构图 半导体 烟雾 传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的 烟雾 传感器以及用单晶半导体制作的 烟雾 传感器。 烟雾 传感器外形 如图 311所示。 按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。 半导体气敏元件也有 N型和 P型之分。 N 型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小； P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。 它具有灵敏度高 、 响应快、体积小、结构简单 、 使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。 半导体 烟雾 传感器的性能主要 是 其灵敏度、选择性和稳定性。 半导体烟雾 传感器的分类如表 31所示。 图 311 烟雾 传感器外形图 表 31 半导体烟雾传感器的分类 主要物理特性 传感器举例 工作温度 代表性被测气体 电阻式 表面控制性 氧化锡、氧化 锌 室温 — 450℃ 可燃性气体 体控制型 氧化钛、氧化钴 氧化镁、氧化锡 300— 450℃ 700℃以上 酒精、可燃气体、氧气 非电阻式 表面电位 氧化银 室温 硫醇 二极管整流特性 铂 /硫化镉、铂 /氧化钛 室温 — 200℃ 酒精、一氧化碳、氢气 晶体管特性 铂栅 MOS场效应管 150℃ 氢气、硫化氢 四川信息职业技 术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 13 页 共 28 页 (1) MQ2型传感器的一般特点： ① MQ2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。 ② MQ2型传感 器具有良好的重复性和长期的稳定性。 初始稳定 、 响应时间短 、 长时间工作性能好。 ③ MQ2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精 、粉尘 等。 ④电路设计电压范围宽， 18V以下均可；加热电压 5177。 (2) MQ2型传感器的特性参数 ： ①回路电压： (Vc)5～ 18V ②取样电阻： (RL)～ 20K ③加热电压： (VH)5177。 ④加热功率： (P)约 750mW ⑤灵敏度：以甲烷为例 R0(air)/RS(%CH4)＞ 5 ⑥响应时间： Tres＜ 10秒 ⑦恢复时间： Trec＜ 30秒 烟雾检测电路 烟雾检测电路 是整机电路中最重要的组成部分之一，它的 的核心元件是 MQ2 型烟雾传感器。 烟雾传感器的工作电压由直流稳压电源输出的 +5V 电压供给。 在使用时，将电位器 R3的灵敏度调节到最高， 当电路处于无烟雾的 情况下， 烟感 元件 MQ2的极 片 AB间的阻值较大，该电阻与 R3 的分压减小，相应使 555④ 脚处于低电平， 555 停振， LED指示灯和蜂鸣器 不工作。 当 烟感 元件 检测 到 一定浓度的 可燃性气体或烟雾时，其 烟感元件 极 片 AB 间的电阻降低，从而使该电阻与 R3的分 压上升，相应 555④ 脚电位上升，当 ④ 脚的电位上升到 以上时 ，即电压超过临界值。 烟雾传感器 将检测到的烟雾信号 转换成电信号 ，最后 传输到 555 时基集成电路中，经过 由 555 时基电路组成的多谐振荡器 处理后，由报警电路 中 四川信息职业技 术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 14 页 共 28 页 蜂鸣器和 LED 灯 发出报警。 烟雾检测电路如图 312所示 ： R310kVin1GND2Vout3U17805C3220uFC2220uFR210kD3ABffU3 图 312 烟雾检测电路 555 时基集成电路 555 时基电路简介 555 集成时基电路称为集成定时器，是一种数字 — 模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。 该电路使用灵活、方便，只需 要 外接少量的阻容元件就可以构成单稳 、施密特触发器 和多谐 振荡器 ，因而广泛 应 用于信号的产生、变换、控制与检测。 它的内部电 路 标准 的 使用了三个 5K的电阻，故取名 555 电路。 其电路类型有双极型和 CMOS 型两大类，两者的工作原理和结构相似。 几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555 或 556；所有的 CMOS 产品型号最后四位数码都是 7555 或 7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。 555 和 7555 是单定时器， 556 和 7556 是双定时器。 双极型的 电源 电压是 +5V～ +15V，输出的最大电流可达 200mA， CMOS 型的电源电压是 +3V～+18V。 555 集成电路内部结构 如图 313 所示 ： 图 313 555集成电路内部结构 四川信息职业技 术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 15 页 共 28 页 555 集成电路是 双列直插型 8引 脚封装， 引脚 排列方式 如图 314 所示。 在本设计中选用型号为 NE555 的集成电路芯片， 各引脚功能为： 1 脚是地端 (GND)； 2 脚称触发端(TR)，是下比较器的输入； 3 脚是输出端 (OUT)，它有 0和 1两种状态，由输入端所加的电平决定； 4 脚是复位端 (R )，加上低电平时可使输出为低电平； 5 脚是控制电压端(CO),可用它 改变上下触发电平值； 6脚称阈值端 (TH)，是上比较器的输入 ； 7 脚是放电端 (D)，它是 内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定 ； 8脚是电源端 (Vcc)。 图 314 555集成电路 外引脚排列 图 555 时基电路的工作原理 555 电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，一个放电开关 VT，比较器的参考电压由三只 5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器 C1 同相比较端和低电平比较器 C2的反相输入端的参考电平为 Vcc32 和 Vcc31。 C1和 C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。 R 为复位端，当 R =0 时，定时器输出 OUT 为 0。 当 R =1 时，定时器有以下几种功能： (1)当高触发端 VccTH 32 ，且低触发端 VccTR 31 时，比较器 C1输出为低电平； C1输出的低电平将 RS 触发器置为 0 状态，即 Q=0 ， 使得定时器输出 OUT 为 0，同时放电管 VT 导通。 (2)当 高 触发端 VccTH 32 ，且 低 触发端 VccTR 31 时 ，比较器 C2输出为低电平， C2输出的低电平将 RS触发器置为 1状态，即 Q=1，使得定时器的输出 OUT 为 1，同时放电管 VT 截止。 四川信息职业技 术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 16 页 共 28 页 (3)当高触发端 VccTH 32 ，且低触发端 VccTR 31 时 ，定时器的输出 OUT和 放电管VT 的状态保持不变。 根据以上分析，同时得出 555 定时器的功能表见表 32 所示。 表 32 555定时器的功能表 输入 输出 TH TR R OUT VT 0 0 导通 Vcc32 Vcc31 1 0 导通 Vcc32 Vcc31 1 不变 不变 Vcc32 Vcc31 1 1 截止 555 时基电路的工作模式。