课程设计报告---煤气泄漏报警控制器

课程设计报告---煤气泄漏报警控制器本文简介：《电子技术》课程设计报告课题：煤气泄漏报警控制器班级电气3113学号1111221103学生姓名周志源专业电气工程及其自动化系别电子与电气工程学院指导教师电子技术课程设计指导小组淮阴工学院电子与电气工程学院2013年12月班级：电气3113姓名：周志源学号：03课题：煤气泄漏报警控制器一、设计目的电

课程设计报告---煤气泄漏报警控制器本文内容：

《电子技术》课程设计报告

课题：

煤气泄漏报警控制器

班级

电气3113

学号

1111221103

学生姓名

周志源

专业

电气工程及其自动化

系别

电子与电气工程学院

指导教师

电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2013年12月

班级：电气3113

姓名：周志源

学号：03

课题：煤气泄漏报警控制器

一、设计目的

电子技术课程设计是电子与电气工程学院四个专业的公共课程设计，是模拟电子技术、数字电子技术课程结束后进行的教学环节。其目的是：

a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c）进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d）培养学生的创新能力。

二、设计总体要求

1.电源+12v；

2.主要单元电路和元器件参数计算、选择；

3.画出总体电路图；

4.安装自己设计的电路，按照自己设计的电路在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；

5.调试电路，能够实现声光报警；

6.电路性能指标测试；

7.根据现有实验条件，对设计的电路进行设计，制作与调试并撰写设计报告；

8.按要求撰写实验报告。

三、总体设计

1、电路设计总框图

气敏传感器

开关电路

报警电路

图1

电路设计框图

2、各框图功能说明及其电路的选择

（1）气体检测电路

气体检测电路主要用来检测空气中煤气的浓度是否符合要求，并把检测结果反映到开关电路中。气体检测电路主要利用气敏传感器MQ-2检测空气中的煤气浓度。

（2）开关电路

开关电路根据前面的检测电路作出相应的打开或闭合，以控制报警电路。如果煤气浓度超过要求，则开关电路闭合，否则开关电路打开。开关电路利用三级管9013的开关作用（当三极管处于放大区或饱和区是开关导通，当三极管处于截止区时开关断开）和12V直流继电器来实现。

（3）报警电路

声光报警电路根据开关的闭合来发出报警声音，来提醒人们及时处理，防止危险发生。声光报警电路利用蜂鸣器、发光二极管构成。

3、电路原理图及其工作原理

（1）电路原理图

图2电路原理图

2）工作原理

如上图所示，刚加入12v的直流电源电压时，气敏原件MQ-2刚开始工作不稳定，A,B两端的电阻不大，可能导致误报警。由100u

电容器和33k的电阻构成延时电路，防止了这种误报警的发生。气敏管正常工作后，无煤气时，A,B两端的电阻很大，从10k的电位器取出的电压很小，同相端3脚的电压小于反相端2脚的电压，6脚输出为低电平。三极管截止，继电器处于释放状态，报警电路不工作。如果有煤气泄漏，A,B两端的电阻很小，从电位器取出的电压大于2脚的标准电压，6脚输出为高电平，三极管9013导通，继电器接通吸合，由蜂鸣器发出报警信号，发光二极管发光。直至气体检测的煤气浓度低于设定值时，继电器失电释放，报警器才会停止工作。

四、单元电路设计

1、气体检测电路

（1）电路组成和工作原理

气体检测电路由电阻、气敏管MQ-2、10k电位器、100u电容器构成，其他元件接法如图所示。电容器和33k电阻构成延时电路。以防止气敏元件在刚接通电源时A,B间电阻不稳定而导致误报警。当没有煤气时，A、B之间的电阻很大，有煤气时A,B之间的电阻很小从而从电位器引出的电压不同。

（2）该电路元器件参数计算及其主要器件简介

1、参数计算

①

MQ-2的加热电阻约为R=30Ω，通过四个200Ω电阻并联分压得到加热电压为5V；

②μA741第二个引脚的电压经过33K和160K的电阻分压，得到电压约为2V；

2、主要元器件简介

①气敏传感器MQ-2

MQ-2型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。

特点：

a)

用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）

b)

灵敏度高

c)

响应速度快

d)

输出信号大

e)

寿命长，工作稳定可靠

技术指标：

加热电压（Vh）

AC或DC

5±0.2V

响应时间(trec)

≤10S

回路电压（Vc）

最大DC

24V

恢复时间(trec)

≤30S

负载电阴（Rl）

2KΩ

元件功耗

≤0.7W

清洁空气中电阻

（Ra）

≤2000

KΩ

检测范围

50—10000ppm

灵敏度（S=Ra/Rdg）

≥4(在1000ppmC4H10中)

使用寿命

2年

使用方法及注意事项:

a)

元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟后达到稳定,这时方可正常使用,这段变化在设计电路时可采用延时处理解决

b)

加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围内使用为佳

c)

元件在接触标定气体1000ppm

C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可达到(Vdg-

Va)差值的80%(即响应时间);脱离标定气体1000ppm

C4

H1030秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(Vdg-

Va)差值的80%(即恢复时间)

符号说明:

a)

检测气体中电阻-

Rdg

检测气体中电压-

Vdg

b)

Rdg

与Vdg的关系:

Rdg=RL(VC/Vdg-1)

c)

负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度

使用条件:

a)

温度-15~35℃;相对湿度45~75%RH;大气压力80~106KPa

b)

环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响,当元件在精密仪器上使用时,应进行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻补偿之

c)

避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网

d)

元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用

基本测试电路：

VC

输出信号

RL

VRL

VH

.

图3测试电路

2、开关电路

（1）电路组成和工作原理

电子开关电路主要由电阻160k、33k、10k，集成放大器μA741,三极管9013，12v继电器组成。

160k与33k提供标准电压2V。当没有煤气时，3脚电压低于2脚电压，6脚输出为低电平，9013截止，继电器断开。有煤气时，3脚电压大于2脚电压，6脚输出为高电平，9013导通，继电器吸合。

（2）该电路元器件选择功能及其主要器件简介

（1）选择功能

集成运算放大器μA741，用于电压比较器，当同相端大于反相端时，输出为高电压，当同相端小于反相端时，输出为低电压。

当没有煤气时，3脚电压低于2脚电压，6脚输出为低电平，9013截止，继电器断开。有煤气时，3脚电压大于2脚电压，6脚输出为高电平，9013导通，继电器吸合。

（2）主要器件简介

①μA741

集成运放μA741有八个引脚，它的3引脚是同相输入端，输入信号Vi+，由3脚和公共端输入时，6引脚输出信号与输入信号同相位。2引脚是反相输入端，输入信号Vi-，由2脚和公共端输入时，6引脚输出信号与输入信号反相位。7脚接正电源（+12V），4脚接地，1、5引脚是为接调零电位器使用的，8引脚是空脚。

μA741管脚图

其主要参数如下：

最大电源电压:±18V，最大差分电压(同相端与反相端之间的输入电压):30V，最大输入电压:15V，允许工作温度:0℃~70℃，允许功耗:111W，最大输出电压:比电源电压略低。

②三极管9013

9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广。

参数：

集电极电流Ic：Max

500mA

，

工作温度：-55℃

to

+150℃

，

集电极-基极电压Vcbo：40V－50V，功率0.625W

，放大倍数100～1000

(放大倍数分段可选)

③12v继电器

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁继电器的工作原理

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

3、声光报警控制电路

声光报警控制电路由发光二极管，蜂鸣器，电阻组成。当继电器闭合时，发光二极管发光，蜂鸣器发出警报。

5、

安装调试

（1）检查线路

电路安装焊接完毕后，我们首先检查线路接线是否正确，用万用表一次检查电路是否存在虚焊、漏焊情况。

（2）通电检测

将焊接完电路的最终输入输出端分别接上12V电压，检查是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫。如果出现异常，立即关掉电源，待故障排除后才可以重新通电。然后再测量各个单元电路，各元器件电压，以保证元器件能正常工作。看是否能达到预期效果。

（3）

故障排除

若接通电源并通入煤气后，前后两个二极管都不工作，则说明μA741的3引脚电压低于2引脚，应当调节10kΩ电位器提高3脚的电位；

若接通电源并通入煤气后，后一个二极管和蜂鸣器不工作，则说明12V继电器未工作，检查继电器线圈两端电压并查看常开引脚接线是否正确，继电器正常工作吸合时会发出声响；

若接通电源后产生报警现象并在几秒后正常工作，则说明延时电路未起作用，检查电容器是否正常工作。

6、

设计总结

在这次课程设计中，我学到很多之前从未接触过的知识，就连电烙铁的使用也是第一次（因为转本之前为非电气专业）。可是就在这短短两周的时间里，通过请教老师、同学和自我学习，我带领全组同学解决了在电路设计和调试过程中的所有问题，并拿出了成功的作品。尽管如此，我们设计的电路中也不免有些有待提高的地方，比如布线外观的整洁美观与否、焊点的牢固与否等等。

另外，电路的调试也是此次设计的一大难点。电路的调试需要借助万用表细心查验电路和每一个元器件，并针对检测结果分析问题从而解决问题，整个过程中要保持头脑清醒，将电路图的每一个细节记载脑中。本次课程设计锻炼了我的动手能力和逻辑能力，这也必将为以后的工作打下基础。

在本次课程设计中，我们得到了很多同学的支持和帮助，尤其得到指导老师的细心讲解和教导，最后一并表示衷心的感谢！

七、参考文献

[1]秦曾煌主编：电工学（电子技术），高等教育出版社，2009

[2]刘修文主编：实用电子电路设计制作300例，中国电力出版社，2004

八、附件

元器件清单一览表

名称

数量（单位：个）

200Ω电阻

5

MQ-2气敏传感器

1

10K电位器

1

100μF电容

1

160K电阻

1

33K电阻

1

μA741

1

12V继电器

1

9013三极管

1

10K电阻

1

2K电阻

1

发光二极管

2

蜂鸣器

1

导线

若干

10