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福建農林大學東方學院計算機系 電子信息工程專業 燃氣泄漏報警器課程設計報告 燃氣泄漏報警器課程設計報告課程名稱： 傳感器原理及工程應用課程設計題目： 采用傳感器設計燃氣泄漏報警器 姓 名： 系： 專 年 學 業： 級： 號： 張吳健 計算機系 電子信息工程 2008 級 081918007 王蘇潭 副教授指導教師： 職 稱：年月日1福建農林大學東方學院計算系 課程設計結果評定評語：成績： 指導教師簽字： 任務下達日期： 評定日期：2采用傳感器設計燃氣泄漏報警器0 引 言 燃氣(人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產效率、市民的生活質 量，但在使用燃氣的過程中，因燃氣泄漏、廢氣等原因造成的燃氣爆炸、中毒等 意外事故時有發生，給人們的生命和財產安全帶來了嚴重的威脅，因此安全使用 燃氣一直是燃氣主管部門工作的重中之重。 燃氣泄漏報警器能有效監測環境中可 燃氣體或毒性氣體(如 CO)的濃度，一旦其濃度超出報警限定值，就能發出聲光 報警信號，并且能自動開啟排風扇把燃氣排出室外，甚至能通過聯動裝置自動切 斷燃氣供應防止燃氣繼續泄漏， 起到安全防范的作用。 但報警器選用得是否合理， 直接關系到其功能的充分發揮。

該設計所研究的可燃性氣體報警器正是應這種要 求而開發的。 該設計所研究的可燃性氣體報警系統是利用傳感器對可燃氣體濃度信號進行監 測并且轉變成電壓信號，然后與設定的電壓信號進行比較，當氣體濃度超過設定 值時實現智能報警并能打開風扇進行換氣。 目前市場上家用可燃性氣體報警器的 價格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進一步加大了投資甲醇報警器，使 得普通用戶難以承受。該設計的燃氣報警裝置的線路簡單，各種器件的價格相對 低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發展的今天，燃氣報警裝置的 價格逐步降低是必然趨勢，燃氣報警裝置將廣泛地被人們認可并普及使用，為人 們的人身財產安全樹立一道可靠的屏障。該設計采用氣敏傳感器 TGS813 對可燃 性氣體濃度進行監測， 正常工作時氣敏傳感器輸出電壓信號與設定的電壓值通過 比較器進行比較。當氣體濃度超標時，氣敏傳感器輸出的電壓值超過正常時的電 壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過三極管放大后，輸出驅動音響裝置發出 聲音并且驅動繼電器線圈使風扇自動打開，從而實現音響報警及自動換氣功能。 1 系統的總體設計 該設計的可燃性氣體報警通風裝置，采取單獨利用硬件的開發方式，充分利用了 氣敏傳感器及其他元件的特性，使其相輔相成。

它的電路結構簡單，使用元件相 對較少，使其制作成本大大降低，經濟實用，適應了燃氣報警器價格逐步降低的 趨勢，具有較高的性價比。圖 1 即為可燃性氣體報警系統設計的方案框圖，其主 要組成電路為：電源電路、穩壓電路、傳感器及設定電壓、比較電路、放大電路、 風扇控制及報警電路。3具體方案的工作流程分析：電源電路經過降壓變壓器向電路提供 12 V 的直流電 源燃氣泄漏報警器，經過穩壓電路的三端穩壓管后輸出 8 V 穩定的電壓，然后通過傳感器后和設 定電壓進行比較。當可燃性氣體濃度不超標的時候，傳感器的輸出電壓比設定電 壓小，從而使比較電路中電壓比較器反相端輸出低電平，故不能驅動風扇報警電 路工作。而當可燃性氣體濃度超標時，傳感器的輸出電壓將大于設定的電壓值， 從而使比較電路中電壓比較器同相端輸出高電平，經過放大電路進行信號放大， 然后輸出驅動風扇控制的繼電器線圈使風扇自動打開和音響報警電路發出連續 聲音報警信號。 2 硬件電路的設計 2．1 電源模塊的設計 穩定的電源是各種電子電路的動力源，被人譽為電路的心臟。眾所皆知，所有用 電設備，包括電子儀表、家用電器等對供電電壓都有一定的要求。該設計的電源 電路的主要包括兩個部分：電源變壓器和三端穩壓管的選擇。

電源模塊設計的基 本思想是：采用 AC220 V／ACl2 V 的降壓變壓器得到一個交流的 12 V 電壓。然 后經過單相橋式整流電路把交流電流變成直流電流．再經過濾波電容濾波之后， 接到三端穩壓管 7808 后，輸出即為穩定的直流 8 V 電壓。 雖然整流濾波電路能將正弦波變換成較為平滑的直流電壓， 但是一方面由于電壓 平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當電網電壓波動時，輸出電壓平均值 將隨之產生相應的波動； 另一方面由于整流濾波電路內阻的存在， 當負載變化時， 內阻上的電壓將發生變化，于是輸出電壓平均值也隨之產生相反的變化。因此， 整流濾波電路輸出電壓會隨著電網電壓的波動而波動。 隨著負載電阻的變化而變 化，為了獲得良好的直流電壓，必須采取穩壓措施。即在電源電路中加入了三端 集成穩壓器 LM7808 進行穩壓。 三端穩壓管是指只有三條引腳輸出的集成電路， 78 系列三端穩壓 IC 來組成穩 用 壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使 用起來可靠、方便，而且價格便宜。一般三端集成穩壓電路的最小輸入／輸出電 壓差約為 2 V，否則不能輸出穩定的電壓。

一般應使電壓差保持在 4～5 V，即經 變壓器變壓，晶閘管整流，電容器濾波后的電壓應比穩壓值高一些。因電路需要4的電壓為 8 V，而經變壓器及整流裝置輸出的電壓為 12 V 左右，故該設計選用 IC7808 型三端穩壓管，輸出 8 V 的穩定電壓。 具體的電源模塊及三端穩壓管連接圖如圖 2 所示。2．2 氣敏傳感器的選擇 隨著微電腦和微電子技術的日益普及和應用，對傳感器的性能、數量及用途提出 了新的需求，這就使人們更加重視對新型傳感器的開發。 傳感器電路設計的基本思想：電路通過三端穩壓管 IC7808 輸出 8 V 的恒定電壓， 供給傳感器的加熱電路和檢測電路。加熱電路需要 5 V 的電壓才能正常工作，所 以在傳感器的加熱電路上串聯一個電阻使加熱電路能夠得到 5 V 的正常工作電 壓。檢測電路由氣敏傳感器 TGS813，R1 和滑動變阻器 R1 組成，輸出電壓進入電 壓比較器的同相輸入端，它是 R1 和 RL 電阻兩端的壓降輸出。可燃性氣體與傳感 器相接觸并且濃度超標時，檢測電路的輸出電壓將會超過設定的基準電壓，這時 比較器同相端輸出高電平，使后面的三極管起到作用．從而驅動喇叭和繼電器線 圈進行工作。

氣敏傳感器種類繁多。這里的通風裝置所用的氣敏傳感器 TGS813 屬 N 型半導體 類氣體傳感器燃氣泄漏報警器， 其主要成分是二氧化錫燒結體。 當吸附還原性氣體 (例如液化氣、 天然氣、氫氣、一氧化碳、有機溶劑蒸氣等)時，電導率上升。當恢復到清潔空 氣中時，電導率恢復。TGS 傳感器就是將這種電導率變化，以輸出電壓的方式取 出，從而檢測出氣體的濃度。5TGS 傳感器最大優點是壽命長，TGS 傳感器的靈敏度特性只隨四季的溫濕度變化 而呈周期性變化燃氣泄漏報警器，并沒有單調變化的趨勢，說明 SnO2 半導體氣體傳感器有極長 的壽命。 因設計是針對家用可燃性氣體的，故選擇針對天然氣、 液化氣的 TGS813 型氣敏傳感器對氣體進行監測。TGS813 氣敏傳感器的主要參數：加熱電壓為 DC ／AC(5 V 土 O．2 V)甲醇報警器，著火溫度 537℃，爆炸極限為 5％～15％，溫度為 200℃

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