可燃气体报警器电路设计_毕业设计(编辑修改稿)

可燃气体报警器电路设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

UT1，那么 uN 一定小于 up，因而 u0=+UZ，所以 up=UT1。 当输入电压 uI增大到 UT2 时，只要再增大一个无穷小量，输出电压 u0 就会从 +UZ 跃变为 UZ。 同理，假 设 uIUT2，那么 uN 一定大于 up，因而 u0=UZ，所以 up=UT1。 UT UT2 分别是两次越变时的阈值电压，且知 ZR E FT1 UR5R3 R3UR5R3 R5U  － （ 21） ZR E FT2 UR5R3 R3UR5R3 R5U  （ 22） 式中 REFU 是参考电压，可以调节 RP1 大小来设定此参考电压值的大 小当输入电压。 由式（ 21）（ 22）可以看出 :调节参考电压值大小和稳压管稳定电压可以改变两次越变时的阈值电压。 因为两个阈值电压 UT UT2 大小不同，就出现了一个滞回窗口，当输入电压值uI 减小到 UT1 时，只要再减小一个无穷小量，输出电压 u0 就会从 UZ 跃变为 +UZ，可见，由于 u0 从 +UZ 跃变为 UZ 和 u0 从 UZ 跃变为 +UZ 的阈值电压是不同的，所以就出现了电压跳变和返回时的窗口滞回区间。 电压传输特性如图 24 所示。 图 24 电压传输特性 从上面电压传输特性曲线上可以看出，当 UT1uI UT2，输出电压可能是177。 UZ。 如果uI 是从小于 UT1 的值逐渐增大到 UT1uIUT2，那么 u0 应为 +UZ；如果 uI 是从大于 UT2的值逐渐减小到 UT1uI UT2，那么 u0 应为 UZ；曲线具有方向性。 6 为了提高电压驱动能力，在电路中引入反相比例运算放大电路。 反相比例运算电路由图 23 中 A R R7 组成。 滞回比较器输出信号输入到反相比例运算电路的反相输入端，使输出的信号与输入信号相反，使 R1 上电压低于设定值时报警电路输入端得到的控制信号为低电平， R1 上电压高于设定值时报警电路输入端得到的控制信号为高电平 ，通过翻转信号使报警器收到准确的控制信号。 反响比例运算电路可以通过更换电阻来提高对报警电路的驱动能力 [7]。 （ 3）报警器上电延时 由于 开始给整个电路通电时， 气体传感器 GSA2 的电阻 值 比 其 正常工作时电阻值小很多， 导致电阻 R1 分压较大，会使 电路发生误报警。 为了防止 这一现象 ， 就 需要在电路中加一个延 时 电路来 延迟初次报警时间。 上电延时电路如图 25 所示。 图 25 上电延时电路 延时电 路 是通过 LM324 同相输入端与反相输入端电压进行比较输出控制信号来实现。 A3 的输出通过一个反向二极管连 接 到 A1 的反相输入端。 由 电阻 R10 和 电容 C12 输入运算放大器 A3 的同相输入端， R11 和 R12 输入运算放大器 A3 的反相输入端，因为 通电后电容需要一定的时间充电， 此 时运放的同相输入端低于反相输入端，输出与反相端相同，运算放大器 A3 输出端为低电平， 使 A 点的电压被钳制，所以 R1 上的负载电压不会 立即变化。 通电一段时间后电容稳步充电，同相输入端的电压升高，使输出与同相端输出相同，输出高电平经过反向二极管截止，此时信号检测电路 转为 正常工作 状态。 通过 改变 电阻 R10阻值 或电容 C12 容量 ，可调整 延时电路的 延时时间。 电路工作一段时间后 ，运算放大器A3 的输出端 变 为高电平，延时结束。 根据具体情况针对电容的容值与电阻的阻值不同可设定不同的延迟时间，一般选用的延时都不 要 太大， 否则影响检测电路的正常工作。 只 需要保证气体传感器 到达 正常工作状态之前 电路 不报警 即可 [8]。 报警电路设计 根据不同的用途，可以选择不同的 报警 方式，较常用的是声光报警方式 ，有时采用联R 1 04 . 7 MR 1 11 . 5 kR 1 21 . 8 k+A 3D 1+A 1V C CC 1 2 + 2 2 181。 FA 7 扬 声 器 YV C CG N D R 1 43 6 kR P 2 R QT R D I SC V T H42537681C 1 00 . 0 1 181。 FC 90 . 0 1 181。 F1 5 0 K5 5 5+ C 1 12 2 181。 F控 制 信 号V C C动报警方式，不但可以起到报警作用，还可以配合外部设备对检测到的危险采取果断措施。 联动报警控制电路 包括 报警功能和控制外部联动装置的功能。 本设计 报警功能主要由多谐振荡电路驱动扬声器，三极管 8050 驱动 LED 发光二极管实现 声光报警。 控制外部联动装置主要是继电器 HKF11 用来控制机外的报警器或排风 设备 等联动装置。 下文中将对报警电路的声报警电路和光报警及联动电路分别作详细介绍 [9]。 声报警电路 本设计中 声报警 功能 是由多谐振荡器产生矩阵脉冲驱动扬声器实现的。 如图 26 所示。 多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩阵脉冲，由于矩形脉冲中除基波外还含有极丰富的高次谐波，所以把这种电路叫做多谐振荡器。 NE555 芯片 正常工作时， 4 脚接收到控制信号后 3 脚输出矩 形 脉冲，经过隔直电容 C11驱动扬声器 扬声器，实现声 音 报警。 如图 26 可知， 多谐振荡电路由 NE555 集成电路 和R14， RP2， C9 电容 组成可控多谐振荡器。 NE555 集成电路是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。 它 不仅 结构简单，使用灵活， 而且 用途十分广泛，可以组成多种多谐振荡器、波形发生器、定时电路、检测电路、频率变换电路等。 NE555 集成电路的内部逻辑结构如图 27 所示。 图 26 声报警电路 8 图 27 555 内部逻辑结构 其由 三个电阻组成分压器、两个基本触发器 H1 和 H 两个 比较器 A1 和 A放电晶体管 VT、输出缓冲级 H3 等组成。 其引脚功能为： 1 地线， 2 触发， 3 输出电平， 4 复位，5 控制电压， 6 阀值电压， 7 放电， 8 电源 (Vcc)。 NE555 集成电路的逻辑功能如表 22 所示。 表 22 555电路的逻辑功能 RD TH TR OUT VT 0 X X 0 导通 1 2/3Vcc 1/3Vcc 0 导通 1 2/3Vcc 1/3Vcc 不变 不变 1 X 1/3Vcc 1 截止 多谐振荡电路接通电源前电容 C 上无电荷，所以 在 接通电源瞬间， 电容还 来不及充 电，故 Uc＝ 0V，比较器 A1 输出为 A2 输出为 0，基本 RS 触发 Q=1， 3 脚输出为高电平。 接上电源多谐振荡器工作时有两个状态，暂稳态 Ⅰ 和暂稳态 Ⅱ ，在每个暂稳态后紧接着一次电压翻转，过程大致如下： (1)暂稳态 Ⅰ ： 起始状态 3 脚输出高电平是电路的一种暂稳态 ,在 此 状态下 ,进行着一个电容 C 充电、 Uc 升高的渐变过程，充电回路是 Vcc→R6 、 R7→C→ 地，时间常数是（ R6+R7）*C。 当 Uc 电压升高 到 2Vcc/3 时 ,比较器 A1 输出跳变为 0,基本 RS 触发器立即翻转到 零 状态， 3 脚输出低电平。 TD 变为 饱和导通 状态。 (2)暂 稳态 Ⅱ ： 3 脚输出低电平是电路的另一种暂稳态， 此时 D 饱和导通。 在这种状态下，同样有一个电容 C 放电的过程，放电回路是： C→R2→TD→ 低。 放电时间常数是 R2* C。 (忽略 TD 饱和导通电阻 RCES)。 当 Uc 放电下降到 Vcc/3 时，比较器 A2 输出跳变为 0，基本 RS 触发器立即翻转到 1 状态。 3 脚输出高电平， TD 变为 截至 状态 ，即暂稳态 Ⅰ。 在暂稳态 Ⅰ ，电容 C5 又充电、 Uc 再上升，接通电源之后电路就在这两个暂稳状态之 9 间来回翻转，于是 由 555 芯片 构成的多谐振荡器的输出端就产生了矩形脉冲 信号。 电路的工作波形如图 28 所示。 图 28 555 芯片输出端脉冲波 5 脚是控制电压端，加上控制电压可以改变参考电压，此次设计中将这一引脚连。