电子电工课程设计 有害气体的检测报警及抽排电路设计汇编.docx
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电子电工课程设计有害气体的检测报警及抽排电路设计汇编
目录
摘要…………………………………………………………………………………
1有害气体的检测报警及抽排电路设计…………………………………………1
1.1各功能模块电路的选择…………………………………………………1
1.1.1降压、整流、滤波、稳压电路…………………………………1
1.1.2气体检测电路……………………………………………………1
1.1.3警笛声报警电路…………………………………………………1
1.1.4警灯闪烁电路……………………………………………………1
1.1.5排气扇驱动电路…………………………………………………1
1.2总体框架说明……………………………………………………………2
1.3设计原理图………………………………………………………………3
1.3.1Prote原理图………………………………………………………3
1.3.2各模块单元电路图及工作原理…………………………………3
1.3.2.1降压、整流、滤波、稳压模块电路…………………3
1.3.2.2气体检测模块电路……………………………………4
1.3.2.3警笛声报警模块电路…………………………………5
1.3.2.4警灯闪烁模块电路……………………………………6
1.3.2.5排气扇模块电路………………………………………6
1.3.3系统仿真截图…………………………………………………7
1.3.4原理图总体说明…………………………………………………8
1.4元件列表………………………………………………………………9
2机器人行走电路设计……………………………………………………………10
2.1各功能模块电路的选择…………………………………………………10
2.1.1电机驱动电路……………………………………………………10
2.1.2时间控制电路……………………………………………………10
2.1.3电源电路…………………………………………………………10
2.2总体框架说明……………………………………………………………10
2.3设计原理…………………………………………………………………11
2.3.1Protel原理图……………………………………………………11
2.3.2各部分电路原理…………………………………………………11
2.3.2.1电机驱动模块电路原理………………………………11
2.3.2.2时间控制模块电路原理………………………………12
2.3.2.3计时模块电路原理……………………………………13
2.3.2.4系统仿真截图………………………………………14
2.3.3原理图总体说明………………………………………………14
2.4元件列表………………………………………………………………15
3所用电子元器件说明……………………………………………………………16
3.1半导体二极管类………………………………………………………16
3.1.1普通半导体二极管……………………………………………16
3.1.2整流桥…………………………………………………………16
3.2半导体三极管…………………………………………………………16
3.3电阻和电容……………………………………………………………16
3.4555定时器………………………………………………………………17
3.5三端集成稳压器7805…………………………………………………18
3.6QM-N5气敏传感器………………………………………………………18
3.7电压比较器………………………………………………………………19
3.8扬声器……………………………………………………………………19
3.9反相器……………………………………………………………………20
3.10警示灯……………………………………………………………………20
3.11排气扇……………………………………………………………………20
3.12小车电机…………………………………………………………………20
4.设计小结及心得体会……………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………………………21
成绩评定表………………………………………………………………………22
摘要
此有害气体检测报警及抽排电路以气体检测传感器QM-N5为中心,利用其气敏的特性来控制次级电路。
当有害气体浓度到达一定值时,通过电路的设计,利用一个555定时器构成的多谐振荡器控制灯泡闪烁发光,同时利用此555定时器和另外一个555定时器构成的多谐振荡器一起控制喇叭发出警笛声来报警。
同时排气扇开始工作,以保证人的安全。
当有害气体的浓度恢复到正常情况时,灯泡及喇叭的报警停止,排气扇不工作,电路恢复到正常检测状态。
此机器人行走电路基本分为两个模块。
其一为电机驱动部分,由PWM型逆变电路组成的H桥电路构成;其二为时间控制模块,由555定时器组成的多谐振荡器构成。
555定时器的外围接一个滑动变阻器来调节机器人前进和后退的时间。
机器人动力使用干电池。
当接通电源的时候,机器人开始前进,达到设定的时间时自动减速至零,然后开始后退,再次到达设定的后退时间时又重新前进,如此循环往复。
运用学习过的知识,自己动手设计可行动的机器人,具有十分重要的意义,不仅可以激发我们在机器人领域探索的兴趣,而且能够锻炼我们的创造思维、发现和解决问题的能力。
[关键字]:
气敏传感器、报警电路、智能控制、555定时器
1有害气体检测与抽排电路设计
1.1各功能模块电路的选择
1.1.1降压、整流、滤波、稳压电路
此部分电路可使用变压器进行降压,一个单相整流桥BRIGE电路进行整流,滤波电容进行滤波和三端集成稳压器78L12进行稳压输出。
1.1.2气体检测电路
气体检测电路主要使用QM-N5气敏传感器构成。
根据半导体气敏传感器的表面氧化物一旦吸附某些气体时,其导电率将会随之发生变化这一性质进行电路的设计。
MQ-N5为气敏传感器,它有6个引出电极:
加热电极3、4脚和5、6脚,输出电极为1和2脚。
加热电极3、4脚和5、6脚为高阻电热丝,通电即可加热。
在加热的条件下,如果有可燃性气体充斥在1、2之间,则1、2之间的阻值将随气体浓度的增大而减小,只要把这一变化转化为电信号即可制成有害气体检测电路。
1.1.3警笛声报警电路
采用两片555定时器组合成电路来产生的双音频,模拟警笛声,驱动喇叭发声。
此电路由两片555时基集成电路组成的变调音频调制振荡器构成,它的输出音频频率从600~10000Hz范围循环变化,类似警车的警笛声。
1.1.4警示灯闪烁电路
电路的主体由555定时器组成的多谐振荡器构成,同时使用双向可控硅来控制警灯的闪烁。
555定时器构成的多谐振荡器的频率要低于1Hz。
1.1.5排气扇驱动电路
电路主体采用双向可控硅控制电机的转动,双向可控硅的三脚接至QM-N5的输出端以检测电信号,当有害气体的浓度到达一定值,得到高电平信号,排气扇开始转动。
1.2总体框架说明
根据以上的设计,可以得到以下方框图模块。
如图1-1所示。
220v交流电源
整流稳压电路
传感器检测有害气体
电压比较电路
声光报警电路
电机转动、抽排气体
图1-1有害气体检测、报警、抽排电路总体方框图
1.3设计原理图
1.3.1protel原理图
通过以上的方案论证选择合适的电路制图,使用protel99SE做出符合要求,正确的电路原理图,并且能够通过此电路原理图进行PCB的生成。
整体电路原理图如图1.3
(1)所示。
图1.3
(1)电路原理图
1.3.2各模块单元电路图及工作原理
1.3.2.1降压、整流、滤波、稳压模块电路
此单元电路使用变压器进行降压,一个单相整流桥BRIGE电路进行整流,滤波电容进行滤波和三端集成稳压器7805进行稳压输出。
首先使用变压器把220V市电转变为所需使用的12V电压,再通过单相整流电路对其整流,电容C并联在整流电路之后用作滤波电路,滤去整流输出电压中的纹波。
然后使用三端集成稳压器78L12对其进行稳压输出,得到5V的电压。
模块电路如图1.3
(2)。
图1.3
(2)降压整流滤波稳压单元电路
1.3.2.2气体检测模块电路
当有害气体的浓度很低时,QM-N5的级间(1脚和2脚)导电率低,成高阻态,电压比较器正相输入端的电压小于反相输入端的电压,电压比较器的输出端为“低电平”,继电器不工作,不能驱动后级电路工作。
因此排气扇不转动,警报灯不闪烁,喇叭也不发出警笛声。
当有害气体到达一定的浓度时,QM-N5的级间电阻小,电压比较器正向输入端电压大于反向输入端电压,比较器输出“高电平”,使得继电器工作,这样使后级电路驱动其他单元电路工作,使得排气扇开始转动,警报灯闪烁,喇叭发出警笛声报警,达到所需的目的。
此部分单元电路如图1.3(3)所示。
改变滑动变阻器的阻值,可以改变电压比较器的反相输入端的电压,使声光报警及风扇抽排电路可以在有害气体不同浓度下工作,即用气敏传感器实现对有害气体不同浓度的测量。
注:
此处由于在元件库中找不到QM-N5器件,故用滑动变阻器代替。
图1.3(3)气体检测单元电路
1.3.2.3警笛声报警电路
由555定时器构成两级多谐振荡器,声光报警电路通过两个555定时器发出的方波信号驱动喇叭工作,而采用两个555定时器则可发出不同频率的方波,使得喇叭发出警笛声。
实现警笛声音。
当继电器内部闭合,为555定时器供电,使之发出方波信号,促使灯泡发光,喇叭报警。
图中555定时器构成的多谐振荡器输出方波,其频率为f=1/(tPL+tPH),近似可看成f=1.43/[(R1+R2)C]。
图1.3(4)模拟警笛声报警电路
1.3.2.4警灯闪烁模块电路
此模块电路的主要由555定时器组成的多谐振荡器构成,同时利用双向可控硅来控制警灯的闪烁。
只要合理的调整555定时器的外接阻容值,便可以得到较好的闪烁的频率。
同时双向可控硅的三脚可接至QM-N5的输出端,以检测电信号,当其为高电平时,警灯便开始闪烁。
电路图如图1.3(5)所示。
图1.3(5)警示灯闪烁电路
1.3.2.5排气扇驱动单元电路
当气体浓度大于临界值时,气敏电阻阻值减小,从而使电压比较器输出高电平,使二极管导通,继电器工作,电机工作,开始进行排气。
当毒气浓度低于临界值时,电压比较器输出为低电平,使二极管截止,电机工作电路不能导通,停止排气。
图1.3(6)排气扇驱动单元电路
1.3.3系统仿真截图
图1.3(7)系统仿真截图
1.3.4原理图总体说明
本系统使用QM-N5气敏传感器检测有害气体。
气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。
工作原理:
声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。
气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜,当该气敏薄膜与待测气体相互作用(化学作用或生物作用,或者是物理吸附),使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时,引起压电晶体的声表面波频率发生漂移;气体浓度不同,膜层质量和导
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