..WORD完美格式編輯專業(yè)資料整理可燃?xì)怏w報警器電路設(shè)計摘要隨著可燃性氣體種類和應(yīng)用范圍的增加,其使用場所和貯氣倉庫內(nèi)氣體的泄漏、火災(zāi)爆炸事故日益增多,因此研制一種檢測可燃性氣體自動報警和自動打開排氣裝置的一種報警器是非常必要的。本次設(shè)計的可燃?xì)怏w報警器電路,可以檢測多種可燃性氣體并對其進行報警,在本設(shè)計中選用了氣敏傳感器GS-A2,利用GS-A2檢測可燃?xì)怏w的濃度,當(dāng)濃度達(dá)到報警臨界值時進行聲光報警。氣體信號檢測部分主要由傳感器GS-A2和分壓電阻構(gòu)成,然后通過運算放大器構(gòu)成的滯回比較電路和反向比例運算電路輸出控制信號。由于氣敏傳感器GS-A2開始通電時會有一段時間阻值很小,為了防止其發(fā)生誤報警,檢測電路需配合延時電路才能保證其準(zhǔn)確性。控制信號通過報警電路實現(xiàn)聲光報警及控制機外排風(fēng)設(shè)備等聯(lián)動裝置,從而實現(xiàn)可燃?xì)怏w報警器的電路設(shè)計。關(guān)鍵詞：報警器；GS-A2；誤報警；控制信號TheCircuitDesignofFlammableGasAlarmApparatusABSTRACTWiththeincreaseofcombustiblegastypesandapplicationscope,theuseplaceofgasleakage,fireandgasstoragewarehouseexplosionaccidentsareincreasing,sodevelopanautomaticdetectingcombustiblegasalarmandautomaticallyopentheexhaustdeviceofanalarmsystemisverynecessary.Thedesignoftheflammablegasalarmcircuitcandetectavarietyofflammablegasandalarmit.InthisdesignchosegassensorGS-A2,usingGS-A2testingtheconcentrationofthecombustiblegas,tosoundandlightalarmwhentheconcentrationreachesacriticalvalue.ThegassensorsignaldetectingsectionmainlyconsistedbyGS-A2andthevoltagedividingresistors,andoutputacontrolsignalthroughthehystereticcomparatorcircuitconstitutedbyoperationalamplifierandreverseproportionalarithmeticcircuit.SincegassensorGS-A2startswhenpowerisminimalresistanceforsometime,inordertopreventfalsealarms,thedetectioncircuitmustcomplywithinordertoensureitsaccuracydelaycircuit.Controlsignalthroughthealarmcircuittorealizesoundandlightalarmandcontrolclosedexhaustequipmentlinkage,soastorealizethecircuitdesignofcombustiblegasalarm.Keywords：AlarmApparatus；GS-A2；FalseAlarm；ControlSignal目錄TOC\o"1-3"\u１引言11.1課題研究的意義、現(xiàn)狀11.2課題研究的要求及內(nèi)容12電路設(shè)計22.1總體思路22.2 可燃?xì)怏w檢測及信號處理電路設(shè)計2氣敏傳感器GS-A2介紹2可燃?xì)怏w檢測及信號處理42.3報警電路設(shè)計6聲報警電路7光報警及聯(lián)動電路92.4±5V穩(wěn)壓電源設(shè)計103電路調(diào)試134結(jié)論14參考文獻15致謝16附錄17..１引言1.1課題研究的意義、現(xiàn)狀在很多工業(yè)領(lǐng)域,比如石油,采礦,冶金,化工等行業(yè),都會用到或者產(chǎn)生可燃?xì)怏w。近年來,隨著燃?xì)獾淖兏?可燃?xì)怏w已經(jīng)成為了大多數(shù)城鄉(xiāng)居民取暖和做飯的燃料。但由于各種各樣的原因,如漏氣,閥門故障,使用產(chǎn)品不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻目扇細(xì)怏w泄露,室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度上升,當(dāng)濃度上升到一定程度會引起人中毒甚至死亡,如果遇到火花等,還可能引起爆炸,造成人身傷亡和財產(chǎn)損失。由于可燃?xì)怏w的危害性嚴(yán)重影響了人們的生活安全,因此怎樣防止可燃?xì)怏w中毒與爆炸至關(guān)重要。可燃性氣體報警器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。日本是最早發(fā)明燃?xì)鈭缶鞯膰?己有50多年的歷史。無論在氣體探測器的研制上,還是在報警器的性能上,均處于國際領(lǐng)先水平。日本政府和生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報警器的使用,使燃?xì)庑孤┖捅ǖ仁鹿实氖鹿事蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國家。其中FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報警控制器的廠家,他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長而著稱。我國在70年代初期開始研制可燃性氣體報警器,生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全,應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器,產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上,又進行研究與開發(fā),形成自己的特色。近年來,在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步[1]。1.2課題研究的要求及內(nèi)容可燃?xì)怏w報警器行業(yè)迅速形成并發(fā)展,國內(nèi)許多企業(yè)都進行關(guān)于可燃?xì)怏w報警器的新產(chǎn)品的開發(fā)以及產(chǎn)品工藝的改進,但是由于新產(chǎn)品價格昂貴,穩(wěn)定性方面也存在問題,生產(chǎn)工藝落后,這使得當(dāng)前可燃?xì)怏w報警器研制開發(fā)工作應(yīng)將報警器的微型化、精密化、穩(wěn)定化作為技術(shù)工作重點和目標(biāo)[2]。本次設(shè)計選用半導(dǎo)體氣敏傳感器GS-A2〔由于這種傳感器具有長期的穩(wěn)定性、較高的靈敏度、良好的抗干擾能力、較好的重復(fù)性檢測可燃?xì)怏w,與滯回比較電路和反向比例運算電路部分構(gòu)成可燃?xì)怏w檢測電路。檢測電路經(jīng)過信號比較、放大處理等輸出控制信號,將其安裝在可能有可燃?xì)怏w泄露的位置附近對可燃?xì)怏w濃度進行監(jiān)測控制。本次設(shè)計的另外一個重要部分是驅(qū)動報警電路,報警電路采用NE555芯片組成振蕩電路,當(dāng)檢測電路輸出的控制信號輸入后,經(jīng)過電路輸出脈沖信號并驅(qū)動報警器工作發(fā)出聲音報警；此外,三極管放大電路、LED發(fā)光二極管及電磁繼電器組成的光報警聯(lián)動電路,可以對檢測電路發(fā)出的控制信號作出光報警動作,而且繼電器作為聯(lián)動開關(guān)可以外接排風(fēng)裝置能迅速采取動作,及時減少空氣中可燃?xì)怏w濃度等,從而減少中毒、火災(zāi)及爆炸等安全隱患,有效保障人們生命財產(chǎn)安全。2電路設(shè)計2.1總體思路當(dāng)空氣中可燃?xì)怏w濃度上升到一定值時,可燃?xì)怏w檢測電路發(fā)出控制信號,驅(qū)動聲、光報警以及外部設(shè)備聯(lián)動。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度在設(shè)置的臨界報警濃度附近徘徊時,會使報警器報警部分不停地開和關(guān),繼電器不停地吸合和斷開,為了防止抖動現(xiàn)象,保證此設(shè)計的穩(wěn)定性,電路中引入了滯回比較器,有效的減少了外部的干擾。當(dāng)電路電源剛剛接通時,由于氣敏傳感器的初始電阻值很小,電路會發(fā)生誤報警現(xiàn)象,為了防止此現(xiàn)象的發(fā)生,在電路中加入了延時電路以防止報警器的誤報警動作。本電路整體上可以分為四部分：可燃?xì)怏w檢測電路、信號處理電路、報警電路及聯(lián)動控制系統(tǒng)、±5V穩(wěn)壓電源電路。電路的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。供電電源供電電源傳感元件信號檢測信號放大與比較驅(qū)動及報警圖2-1電路總體結(jié)構(gòu)圖可燃?xì)怏w檢測及信號處理電路設(shè)計本設(shè)計采用氣體傳感器GS-A2為氣體濃度檢測元件。當(dāng)氣體傳感器GS-A2檢測到可燃?xì)怏w濃度變化時,其阻值發(fā)生變化,使電路輸出檢測信號[3]。為了抑制外界干擾和提高電壓驅(qū)動能力在電路中引入滯回比較器和反相比例運算放大電路。由于開始給整個電路通電時,氣體傳感器GS-A2的電阻值比其正常工作時電阻值小很多,導(dǎo)致電阻R1分壓較大,會使電路發(fā)生誤報警。為了防止這一現(xiàn)象,就需要在電路中加一個延時電路來延遲初次報警時間。2.2.1氣敏傳感器GS-A2介紹氣敏傳感器GS-A2屬于電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測氣體的吸附作用,改變半導(dǎo)體的電阻率,通過對電流變化的比較,來激發(fā)報警電路。半導(dǎo)體式傳感器測量時對環(huán)境變化較為敏感,輸出線性不穩(wěn)定。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器,因為其對燃?xì)鉂舛确磻?yīng)十分靈敏,所以目前被廣泛應(yīng)用在測量可燃?xì)怏w微漏的領(lǐng)域中。由于半導(dǎo)體與吸附分子間存在能量差,氣體分子被吸附在半導(dǎo)體表面上,在半導(dǎo)體表面和吸附分子之間將發(fā)生電荷的重新排列。對于如TiO2、SnO2等N型半導(dǎo)體,如果吸附的是具有還原性的甲烷氣體,這時電子從甲烷向半導(dǎo)體表面轉(zhuǎn)移,使半導(dǎo)體表面電子的密度增加,從而使半導(dǎo)體電阻率下降。通過阻值的變化在電路中實現(xiàn)分壓或限流,從而在電路中實現(xiàn)對可燃?xì)怏w的檢測[4]。氣敏傳感器GS-A2在正常情況下具有一定阻值R,隨著周圍可燃?xì)怏w濃度增大而阻值逐漸變小。根據(jù)測量電路〔圖2-2對其進行測試。由于GS-A2在主電路中作為阻值隨氣體濃度變化的變值電阻使用,它可以將周圍可燃?xì)怏w濃度信號轉(zhuǎn)化成電信號配合后面的滯回電路和反向運算放大電路控制報警電路,從而發(fā)揮對可燃?xì)怏w的報警功能。要設(shè)計此報警器電路首先要了解GS-A2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路,如圖2-2所示。圖2圖2-2傳感器測量電路路煤氣〔H2氣敏傳感器GS-A2技術(shù)指標(biāo)如表2-1所示。表2-1GS-A2技術(shù)指標(biāo)參數(shù)名稱加熱電壓測量電壓空氣中的電阻響應(yīng)時間恢復(fù)時間靈敏度符號VhVcRoTrestrecβ單位VVKΩSS倍參數(shù)值5+0.15～10分檔≤10≤30≥5[標(biāo)注]①標(biāo)定氣體為1000ppm氫氣。②Ro在50KΩ～1000KΩ間,可按用戶要求分檔供應(yīng)。工作在溫度：-10℃～+45℃；濕度：≤95%RH的環(huán)境；檢測范圍：100～5000PPM；標(biāo)定氣體：CO含量≤10%人工煤氣400～5000PPM；CO含量≤20%人工煤氣400～2500PPM；CO含量≤30%人工煤氣250～1500PPM。2.2.2可燃?xì)怏w檢測及信號處理〔1可燃?xì)怏w檢測可燃?xì)怏w檢測電路主要完成對可燃?xì)怏w濃度信號向電信號的轉(zhuǎn)換,此電路主要由圖2-3中傳感器GS-A2和分壓電阻R1構(gòu)成氣體信號檢測部分,RP1與R2構(gòu)成比較電壓部分,通過調(diào)節(jié)RP1的阻值,可以設(shè)定報警電壓,而報警電壓對應(yīng)著相應(yīng)的氣體濃度。采用氣敏傳感器GS-A2檢測空氣中的可燃?xì)怏w濃度,當(dāng)可燃?xì)怏w濃度變化時,氣敏傳感器GS-A2阻值發(fā)生變化,檢測電路輸出相應(yīng)的控制信號。當(dāng)氣體傳感器GS-A2檢測到可燃?xì)怏w后,自身電阻值變小,使與之串聯(lián)的R1上所加載的電壓上升,當(dāng)R1電壓大于比較器A1設(shè)定的基準(zhǔn)電壓時,A1輸出信號,再經(jīng)過反相比例電路輸出檢測信號[5]。圖2-3可燃?xì)怏w檢測及信號處理電路〔2信號處理為了防止抖動現(xiàn)象和提高驅(qū)動能力,在電路中引入滯回比較電路和反向比例運算電路來對檢測信號進行處理,從而輸出對報警電路的控制信號。考慮到實際應(yīng)用環(huán)境,報警器周圍的可燃?xì)怏w濃度是不斷變化的,氣體濃度的變化會引起傳感器電阻率發(fā)生相應(yīng)變化,通過影響在電路中的分壓來控制檢測信號,當(dāng)可燃?xì)怏w濃度在設(shè)置的氣體臨界報警濃度附近徘徊時,就會使報警器報警部分也處于臨界報警狀態(tài)而不停地開關(guān),即整個報警電路的穩(wěn)定性不能得到保證,這不僅不能起到預(yù)防報警作用,而且非常容易造成排風(fēng)機等外部設(shè)備的損壞,因此需要加入防抖動電路。滯回比較器具有滯回特性,即具有慣性,因而具有一定的抗干擾能力。所以將比較器A1連接一些元器件組成滯回比較電路。將控制信號的產(chǎn)生時間劃分出一個短暫的響應(yīng)區(qū)間,防止臨界誤報警。滯回比較器所檢測的信號就是R1上的負(fù)載電壓,負(fù)載電壓與設(shè)定電壓經(jīng)滯回比較器比較后輸出。通過調(diào)節(jié)RP1的阻值,可以設(shè)定報警電壓,而報警電壓對應(yīng)著某個氣體濃度,可燃?xì)怏w的濃度不同,R1上的負(fù)載電壓也不同。如果我們設(shè)定某濃度時報警,那么我們就設(shè)定滯回比較器的正相輸入電壓與該濃度時R1時的負(fù)載電壓相同。當(dāng)R1上電壓低于設(shè)定電壓時輸出為高電平,當(dāng)R1上電壓高于設(shè)定電壓時輸出為低電平[6]。圖2-3中由R1、R3、RP1、R4、R5以及兩個穩(wěn)壓二極管組成的滯回比較器。其工作原理如下：從集成運放輸出端的限幅電路可以看出u0=±UZ〔其中UZ是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。假設(shè)uI<UT1,那么uN一定小于up,因而u0=+UZ,所以up=UT1。當(dāng)輸入電壓uI增大到UT2時,只要再增大一個無窮小量,輸出電壓u0就會從+UZ躍變?yōu)?UZ。同理,假設(shè)uI>UT2,那么uN一定大于up,因而u0=-UZ,所以up=UT1。UT1、UT2分別是兩次越變時的閾值電壓,且知〔2-1〔2-2式中是參考電壓,可以調(diào)節(jié)RP1大小來設(shè)定此參考電壓值的大小當(dāng)輸入電壓。由式〔2-1〔2-2可以看出:調(diào)節(jié)參考電壓值大小和穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓可以改變兩次越變時的閾值電壓。因為兩個閾值電壓UT1、UT2大小不同,就出現(xiàn)了一個滯回窗口,當(dāng)輸入電壓值uI減小到UT1時,只要再減小一個無窮小量,輸出電壓u0就會從-UZ躍變?yōu)?UZ,可見,由于u0從+UZ躍變?yōu)?UZ和u0從-UZ躍變?yōu)?UZ的閾值電壓是不同的,所以就出現(xiàn)了電壓跳變和返回時的窗口滯回區(qū)間。電壓傳輸特性如圖2-4所示。圖2-4電壓傳輸特性從上面電壓傳輸特性曲線上可以看出,當(dāng)UT1<uI<UT2,輸出電壓可能是±UZ。如果uI是從小于UT1的值逐漸增大到UT1<uI<UT2,那么u0應(yīng)為+UZ；如果uI是從大于UT2的值逐漸減小到UT1<uI<UT2,那么u0應(yīng)為-UZ；曲線具有方向性。為了提高電壓驅(qū)動能力,在電路中引入反相比例運算放大電路。反相比例運算電路由圖2-3中A2、R6、R7組成。滯回比較器輸出信號輸入到反相比例運算電路的反相輸入端,使輸出的信號與輸入信號相反,使R1上電壓低于設(shè)定值時報警電路輸入端得到的控制信號為低電平,R1上電壓高于設(shè)定值時報警電路輸入端得到的控制信號為高電平,通過翻轉(zhuǎn)信號使報警器收到準(zhǔn)確的控制信號。反響比例運算電路可以通過更換電阻來提高對報警電路的驅(qū)動能力[7]。〔3報警器上電延時由于開始給整個電路通電時,氣體傳感器GS-A2的電阻值比其正常工作時電阻值小很多,導(dǎo)致電阻R1分壓較大,會使電路發(fā)生誤報警。為了防止這一現(xiàn)象,就需要在電路中加一個延時電路來延遲初次報警時間。上電延時電路如圖2-5所示。圖2-5上電延時電路延時電路是通過LM324同相輸入端與反相輸入端電壓進行比較輸出控制信號來實現(xiàn)。A3的輸出通過一個反向二極管連接到A1的反相輸入端。由電阻R10和電容C12輸入運算放大器A3的同相輸入端,R11和R12輸入運算放大器A3的反相輸入端,因為通電后電容需要一定的時間充電,此時運放的同相輸入端低于反相輸入端,輸出與反相端相同,運算放大器A3輸出端為低電平,使A點的電壓被鉗制,所以R1上的負(fù)載電壓不會立即變化。通電一段時間后電容穩(wěn)步充電,同相輸入端的電壓升高,使輸出與同相端輸出相同,輸出高電平經(jīng)過反向二極管截止,此時信號檢測電路轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)。通過改變電阻R10阻值或電容C12容量,可調(diào)整延時電路的延時時間。電路工作一段時間后,運算放大器A3的輸出端變?yōu)楦唠娖?延時結(jié)束。根據(jù)具體情況針對電容的容值與電阻的阻值不同可設(shè)定不同的延遲時間,一般選用的延時都不要太大,否則影響檢測電路的正常工作。只需要保證氣體傳感器到達(dá)正常工作狀態(tài)之前電路不報警即可[8]。2.3報警電路設(shè)計根據(jù)不同的用途,可以選擇不同的報警方式,較常用的是聲光報警方式,有時采用聯(lián)動報警方式,不但可以起到報警作用,還可以配合外部設(shè)備對檢測到的危險采取果斷措施。聯(lián)動報警控制電路包括報警功能和控制外部聯(lián)動裝置的功能。本設(shè)計報警功能主要由多諧振蕩電路驅(qū)動揚聲器,三極管8050驅(qū)動LED發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警。控制外部聯(lián)動裝置主要是繼電器HKF-11用來控制機外的報警器或排風(fēng)設(shè)備等聯(lián)動裝置。下文中將對報警電路的聲報警電路和光報警及聯(lián)動電路分別作詳細(xì)介紹[9]。2.3.1聲報警電路本設(shè)計中聲報警功能是由多諧振蕩器產(chǎn)生矩陣脈沖驅(qū)動揚聲器實現(xiàn)的。如圖2-6所示。圖2-6聲報警電路圖2-6聲報警電路多諧振蕩器是一種自激振蕩電路,當(dāng)電路連接好之后,只要接通電源,在其輸出端便可獲得矩陣脈沖,由于矩形脈沖中除基波外還含有極豐富的高次諧波,所以把這種電路叫做多諧振蕩器。NE555芯片正常工作時,4腳接收到控制信號后3腳輸出矩形脈沖,經(jīng)過隔直電容C11驅(qū)動揚聲器揚聲器,實現(xiàn)聲音報警。如圖2-6可知,多諧振蕩電路由NE555集成電路和R14,RP2,C9電容組成可控多諧振蕩器。NE555集成電路是一種模擬和數(shù)字電路相混合的集成電路。它不僅結(jié)構(gòu)簡單,使用靈活,而且用途十分廣泛,可以組成多種多諧振蕩器、波形發(fā)生器、定時電路、檢測電路、頻率變換電路等。NE555集成電路的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。圖2-7555內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)其由三個電阻組成分壓器、兩個基本觸發(fā)器H1和H2、兩個比較器A1和A2、放電晶體管VT、輸出緩沖級H3等組成。其引腳功能為：1地線,2觸發(fā),3輸出電平,4復(fù)位,5控制電壓,6閥值電壓,7放電,8電源<Vcc>。NE555集成電路的邏輯功能如表2-2所示。表2-2555電路的邏輯功能RDTHTROUTVT0XX0導(dǎo)通1>2/3Vcc>1/3Vcc0導(dǎo)通1<2/3Vcc>1/3Vcc不變不變1X<1/3Vcc1截止多諧振蕩電路接通電源前電容C上無電荷,所以在接通電源瞬間,電容還來不及充電,故Uc＝0V,比較器A1輸出為1、A2輸出為0,基本RS觸發(fā)Q=1,3腳輸出為高電平。接上電源多諧振蕩器工作時有兩個狀態(tài),暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ和暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ,在每個暫穩(wěn)態(tài)后緊接著一次電壓翻轉(zhuǎn),過程大致如下：<1>暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ：起始狀態(tài)3腳輸出高電平是電路的一種暫穩(wěn)態(tài),在此狀態(tài)下,進行著一個電容C充電、Uc升高的漸變過程,充電回路是Vcc→R6、R7→C→地,時間常數(shù)是〔R6+R7*C。當(dāng)Uc電壓升高到2Vcc/3時,比較器A1輸出跳變?yōu)?,基本RS觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到零狀態(tài),3腳輸出低電平。TD變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通狀態(tài)。<2>暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ：3腳輸出低電平是電路的另一種暫穩(wěn)態(tài),此時D飽和導(dǎo)通。在這種狀態(tài)下,同樣有一個電容C放電的過程,放電回路是：C→R2→TD→低。放電時間常數(shù)是R2*C。<忽略TD飽和導(dǎo)通電阻RCES>。當(dāng)Uc放電下降到Vcc/3時,比較器A2輸出跳變?yōu)?,基本RS觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到1狀態(tài)。3腳輸出高電平,TD變?yōu)榻刂翣顟B(tài),即暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。在暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ,電容C5又充電、Uc再上升,接通電源之后電路就在這兩個暫穩(wěn)狀態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn),于是由555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器的輸出端就產(chǎn)生了矩形脈沖信號。電路的工作波形如圖2-8所示。圖2-8555芯片輸出端脈沖波5腳是控制電壓端,加上控制電壓可以改變參考電壓,此次設(shè)計中將這一引腳連接濾波電容后接地,增強電路的抗干擾能力。沒有控制信號輸入時,4腳處于低電平狀態(tài),振蕩器處于停振狀態(tài),當(dāng)控制信號使4腳置位,芯片開始震蕩,驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲報警。調(diào)節(jié)RP2大小,可以調(diào)節(jié)振蕩器震蕩頻率,即可改變揚聲器聲音大小[10]。2.3.2光報警及聯(lián)動電路光報警及聯(lián)動電路顧名思義,包括光報警部分和聯(lián)動控制部分,其中光報警部分功能由LED發(fā)光二極管實現(xiàn),聯(lián)動控制部分由電磁繼電器實現(xiàn)。此電路的開關(guān)功能由8050三極管實現(xiàn),控制信號通過控制三極管的導(dǎo)通和截止來控制LED亮滅和電磁繼電器的吸合和斷開。光報警及聯(lián)動電路原理圖如圖2-9所示。圖2-9光報警及聯(lián)動電路圖2-9光報警及聯(lián)動電路光報警及聯(lián)動電路是由三極管8050驅(qū)動LED發(fā)光二極管和繼電器HKF-11來實現(xiàn)的。電路中的繼電器HKF-11可以用來控制機外的報警器或排風(fēng)扇等聯(lián)動裝置。三極管8050在電路中作為開關(guān)使用,當(dāng)三極管輸入低電平時,三極管保持關(guān)斷狀態(tài),此時發(fā)光二極管不發(fā)光,繼電器無動作,當(dāng)輸入高電平,三極管飽和導(dǎo)通,發(fā)光二極管發(fā)光,繼電器動作。起到光報警和聯(lián)動控制功能。繼電器通常被用于自動控制電路中,它具有可以實現(xiàn)用較小的電流去控制較大電流的功能。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器的種類繁多,如電磁式繼電器、舌簧式繼電器、限時繼電器、啟動繼電器、直流繼電器、交流繼電器等。但電磁式繼電器在電子電路中應(yīng)用最為廣泛。通常,電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。當(dāng)繼電器線圈上通上電流時產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點〔常開觸點吸合。當(dāng)線圈電流被切斷后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點〔常閉觸點吸合。通過銜鐵的吸合返回達(dá)到控制電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。常用的繼電器有直流和交流兩種,當(dāng)控制電流為直流時即為直流繼電器,控制電流為交流,頻率為50Hz或400Hz的為交流繼電器。在本題中使用的是直流繼電器,其額定工作電壓是5V。電磁繼電器作為開關(guān)可以在電路中控制多種用電器的通斷,在此設(shè)計中作為聯(lián)動控制開關(guān)使用,控制外接聯(lián)動設(shè)備。如圖2-10所示。圖2-10外接聯(lián)動設(shè)備電路原理圖外接聯(lián)動電路中繼電器可以用來控制排風(fēng)機,也可以控制機外報警器等其他聯(lián)動設(shè)備,及即可起到報警提示功能又可以控制聯(lián)動設(shè)備迅速啟動,消除火災(zāi)或爆炸隱患。2.4±5V穩(wěn)壓電源設(shè)計根據(jù)電路的總體設(shè)計方案確定電源類型為±5V直流穩(wěn)壓電源,綜合各種可用電源方案后選用變壓器、整流橋和三端穩(wěn)壓器等構(gòu)成所需直流電源,電路原理圖見圖2-11所示。圖2-11±圖2-11±5V穩(wěn)壓電源電路圖220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓,再經(jīng)過橋式整流電路VD1～VD4和濾波電容的整流和濾波,在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805或LM7905的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓<此電壓通常會隨著市電電壓的波動或負(fù)載的變化等而發(fā)生波動>。此直流電壓經(jīng)過LM7805和LM7905的穩(wěn)壓和電容的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本設(shè)計將交流220V交流電壓經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變成主電路需要的直流電。氣體傳感器GS-A2的測量電極需要一個穩(wěn)定的+5V直流電源來加熱,而穩(wěn)壓器LM7805可以滿足其供電要求,所以選用LM7805來做為穩(wěn)壓電源。由于放大器LM324需要雙電源供電,所以還需要一個LM7905穩(wěn)壓器來得到-5V電壓。利用變壓器得到比較合適的交流電壓即將220V交流電變成9V左右的交流電,以便為橋式電路提供合適的電源。在提供+5V的電路中,整流電路是將變壓器次級交流電壓變成單相的直流電壓,此設(shè)計采用單相橋式整流電路,四只整流二極管VD1～VD4接成整流電橋的形式,故稱為橋式整流電路。單相橋式整流電路的工作原理可分析如下：為簡單起見,二極管采用理想化模型,即正向?qū)〞r電阻為零,反相截止時電阻為無窮大。在變壓器次級交流電壓的正半周,電路中電流從變壓器副邊線圈的上端流出,只能經(jīng)過二極管VD1流向負(fù)載,再由二極管VD3流回變壓器,形成回路,所以VD1、VD3正向?qū)?VD2、VD4反偏截止。在負(fù)載上的輸出電壓為上正下負(fù)。在變壓器次級交流電壓的負(fù)半周,其極性與正半周時相反,此時電流從變壓器副邊線圈的下端流出,經(jīng)過二極管VD2流向負(fù)載,再由二極管VD4流回變壓器,形成回路,所以VD1、VD3反偏截止,VD2、VD4正向?qū)āｋ娏髁鬟^負(fù)載時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù),與正半周時相同。綜上所述,橋式整流電路利用了二極管的單向?qū)щ娦?將四個二極管分為兩組,根據(jù)變壓器副邊電壓的極性使兩組二極管分別導(dǎo)通,將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連,負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連,使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。整流電路采用單相橋式整流電路,單相橋式整流電路由四只二極管組成,其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊的電壓在整個周期內(nèi),負(fù)載上的電壓和電流方向始終保持不變。在-5V的部分電路中工作原理與之相同。濾波電路的作用是濾除脈動電壓中的諧波分量,使其輸出平滑的直流電壓,它最基本的濾波元件是濾波電容,其濾波原理是：利用這些電容在整流二極管導(dǎo)通期間儲存能量、在截止期間釋放能量的特性,使輸出電壓變得相對比較平滑,起到一定濾波作用。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。其中無源濾波又主要包括電感濾波、電容濾波和復(fù)式濾波三種形式。有源濾波的主要形式是有源RC濾波。本次設(shè)計濾波電路采用電容濾波電路,在整流電路的輸出端和三端穩(wěn)壓器分別并連電容即構(gòu)成電容濾波電路。另外電容C5、C6可有效抑制來自電網(wǎng)的高頻干擾,電容C7、C8作用也是抑制高頻干擾,主要是清除三端穩(wěn)壓器LM7805和LM7905的自激震蕩,從而保證電源電路輸出比較穩(wěn)定的±5V穩(wěn)定直流電壓[11]。3電路調(diào)試詳細(xì)電路圖見附錄。按設(shè)計電路圖搭建電路,然后進行電路調(diào)試,具體步驟如下：<1>接通電源,電壓表測量LM7805的輸入端應(yīng)為+9V左右,輸出端應(yīng)為+5V左右。測量LM7905的輸入端應(yīng)為-9V左右,輸出端應(yīng)為-5V左右。<2>測量LM324的8腳即延時電路中放大器的輸出端輸出應(yīng)為低電平,延時結(jié)束后,LM324的8腳應(yīng)為高電平,通過使用不同阻值的R10或不同電容量的C12,可調(diào)整延時時間的長短。<3>調(diào)節(jié)RP1大小來設(shè)定報警電路的參考值,可用可調(diào)電阻替換氣體傳感器GS-A2來進行調(diào)節(jié),開始將電阻值預(yù)調(diào)到最大,然后慢慢調(diào)小,當(dāng)可調(diào)電阻調(diào)到一定值時,如果發(fā)光二極管正常發(fā)光,說明電路沒有問題。如果沒有發(fā)光,仔細(xì)檢查滯回比較環(huán)節(jié)和反相比例環(huán)節(jié)是否有問題。當(dāng)R1電壓低于參考值時,檢查滯回比較環(huán)節(jié)輸出是否為高電平,反相比例環(huán)節(jié)輸出是否為低電平；當(dāng)R1電壓高于參考值時,檢查滯回比較環(huán)節(jié)輸出是否為低電平,反向比例環(huán)節(jié)輸出是否為高電平。如果以上條件都滿足時說明比較環(huán)節(jié)和反相比例環(huán)節(jié)沒有問題。<4>檢查三極管8050控制的部分,將1K電阻一端接5V電源,另一端接三極管基極,如果有光報警則說明三極管控制的報警部分也沒有問題。<5>對555芯片的4腳和8腳加5V電源,如果揚聲器發(fā)出聲響則聲報警部分沒有問題。<6>報警氣樣標(biāo)定方法：將電路調(diào)試完好的報警器通電預(yù)熱10分鐘,根據(jù)被測氣體按體積比配制成所需濃度的標(biāo)定氣樣,在通電狀態(tài)下將預(yù)熱后的報警器置于上述氣樣中。10秒鐘后氣體傳感器充分感測到被測氣體,微調(diào)報警器上的RP1至報警器剛好鳴響報警