可燃?xì)怏w報警器電路設(shè)計

1、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 設(shè)計(論文)題目: 燃?xì)庑孤秷缶?專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級: 應(yīng)電 08-2 學(xué) 號: 61 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二一年九月十日 目錄 摘要 .1 第 1 章緒論 .2 1.1 燃?xì)庑孤秷缶鞯陌l(fā)展及現(xiàn)狀 .2 1.1.1 火災(zāi)探測技術(shù) .2 1.1.2 火災(zāi)探測器的發(fā)展趨勢 .2 1.2 報警器的研究目的及意義 .2 第 2 章方案設(shè)計 .4 第 3 章單元電路的設(shè)計 .5 3.1 電源電路設(shè)計 .5 3.1.1 變壓器 .6 3.1.2 整流電路 .6 3.1.3 整流電路的參數(shù)計算及二級管的選擇 .7 3.1.4 電容濾波電路 .8 3

2、.1.5 電容濾波電路的參數(shù)計算及濾波電容的選擇 .9 3.1.6 穩(wěn)壓電路 .9 3.1.7 穩(wěn)壓電路原理圖 .10 3.2 檢測電路的設(shè)計 .11 3.2.1 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展 .11 3.2.2 燃?xì)鈧鞲衅鞯慕榻B .11 3.2.3 半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理（hq-2） .12 3.2.4 半導(dǎo)體氣敏元件的特性參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo) .12 3.2.5 檢測電路 .13 3.3 報警電路的設(shè)計 .13 3.3.1 555 時基電路的起源.13 3.3.2 報警集成電路 555 的介紹 .14 3.3.3 555 時基電路的組成及管腳用途.14 3.3.4 555 時基電路的工作原理.15

3、3.3.5 555 時基電路的無穩(wěn)態(tài)工作模式.15 第 4 章整機電路及工作原理 .17 第 5 章電路仿真 .19 第 6 章實物制作與調(diào)試 .22 6.1.1 元器件的檢測.22 6.1.2 焊接的工藝要求 .22 6.1.3 電路安裝 .23 6.2 制作與調(diào)試 .23 總 結(jié) .25 參考文獻(xiàn) .26 附錄 1整機電路圖.27 附錄 2 元件明細(xì)表.28 摘要 為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解，尤其是對燃?xì)鈧鞲衅鞯纳钊胙芯恳约捌溆梅ㄅc 用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本電路。本設(shè)計利用模擬電子技術(shù)結(jié)合 傳感器技術(shù)而設(shè)計了這一燃?xì)庑孤侗O(jiān)控系統(tǒng)。 本設(shè)計以電阻式燃?xì)鈧鞲衅骱湍M電子技術(shù)

4、為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè) 計出一種技術(shù)水平較好的燃?xì)庑孤秷缶?。其中選用 hq-2 型氣敏燃?xì)鈧鞲衅鲗崿F(xiàn)燃?xì)?濃度的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽 命長。 以模擬電子技術(shù)和 hq-2 型半導(dǎo)體電阻式燃?xì)鉂舛葌鞲衅鳛楹诵脑O(shè)計的燃?xì)庑孤秷?警器可實現(xiàn)聲光報警等功能，是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉的燃 氣泄露報警器且具有一定的實用價值。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞燃?xì)庑孤秷缶鳎?55 時鐘電路；傳感器 第 1 章緒論 1.1 燃?xì)庑孤秷缶鞯陌l(fā)展及現(xiàn)狀 1.1.1 火災(zāi)探測技術(shù) 火災(zāi)作術(shù)為一種在時空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，對人類生命財產(chǎn)和社 會安

5、全構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比皆是，所以人類一直也未停止 過對它的研究。 火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復(fù)雜的非平穩(wěn)過程，它除了自身的物理化學(xué)變化以 外還會受到許多外界的千擾，火災(zāi)一旦產(chǎn)生便以接觸式(物質(zhì)流)和非接觸式能量流) 的形式向外釋放能量。接觸式形式包括可燃?xì)怏w、燃燒氣體和煙霧、氣溶膠等。非接 觸式如聲音、輻射等?；馂?zāi)探測技術(shù)就是利用敏感元件將火災(zāi)中出現(xiàn)的物理化學(xué)特征 轉(zhuǎn)換為另外一種易于處理的物理量。 1.1.2 火災(zāi)探測器的發(fā)展趨勢 探測器朝新探測技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步拓展了火災(zāi)探測的應(yīng)用領(lǐng)域，為一些傳統(tǒng)探測 器無法勝任的環(huán)境提供了有效的手段。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如傅立葉近紅外光譜技

6、術(shù)弱 信號處理技術(shù)、低功耗 mcu 技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了傳統(tǒng)探測技術(shù)的改進(jìn)，使得傳統(tǒng)探測器 在技術(shù)和性能上有了顯著的提高?；馂?zāi)著極早期探測、多傳感器復(fù)合探測和探測器小 型化、智能化的方向發(fā)展邁出了更快的步伐。 1.2 報警器的研究目的及意義 目的：隨著現(xiàn)代家庭用火、用電量的增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。家庭 火災(zāi)一旦發(fā)生，很容易出現(xiàn)撲救不及時、滅火器材缺乏及在場人驚慌失措、逃生遲緩 等不利因素，最終導(dǎo)致重大生命財產(chǎn)損失。消防部門的統(tǒng)計顯示，在所有的火災(zāi)比例 中，家庭火災(zāi)已經(jīng)占到了全國火災(zāi)的 30%左右。家庭起火的原因林林種種，可能在我 們注意得到的地方，也可能就隱藏在我們根本就注意不到的地方。

7、 在現(xiàn)代城市家庭里，許多人因不懂家庭安全常識引起火災(zāi)事故，使好端端的幸福 家庭眼間毀于一旦,有的導(dǎo)致家破人亡,而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi),處置不當(dāng)、報警 遲緩,是造成人員傷亡的重要因素。所以說,人們應(yīng)該積極了解家庭火災(zāi)的主要起因， 還有預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。這就是我們研究燃?xì)庑孤秷缶鞯哪康摹?意義：隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活 而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)安全。防 止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，甚至危及生命安全。為了減少 這類事故的發(fā)生，就必須對燃?xì)膺M(jìn)行現(xiàn)場實時檢測，采用先進(jìn)可靠的安全檢測儀表， 嚴(yán)密監(jiān)測環(huán)境

8、中燃?xì)獾臐舛龋霸绨l(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才 能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究燃?xì)庑孤兜臋z測方法與研制燃?xì)庑孤秷?警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。 第 2 章方案設(shè)計 基于日常安全，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便，設(shè)計了一款報警器，它可以準(zhǔn) 確的檢測到燃?xì)猓⑶伊⒖虉缶?，以免發(fā)生事故。接通電源后，當(dāng)檢測電路檢測到空 氣中有易燃?xì)怏w時報警電路實現(xiàn)報警，其組成框圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 結(jié)構(gòu)框圖 電源電路：將 220v、50hz的交流電經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓得到電路所需的 5v 直流電源。 檢測電路：檢測電路是由氣敏傳感器 hq-2 構(gòu)成，它利用氣體

9、在金屬氧化物半導(dǎo)體 表面的氧化和還原反應(yīng)，及時檢測到可燃?xì)怏w。詳細(xì)檢測原理是聲表面波器件之波速 和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表 面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué) 作用或生物作用，或者是物理吸附） ，使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時， 引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度 亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。 報警電路：當(dāng)氣敏元件 hq-2 接觸到空氣中燃?xì)鈺r，輸出電信號推動揚聲器 b 發(fā)出 報警聲。從而使人們知道家中燃?xì)庑孤兜谝粫r間發(fā)現(xiàn)危險。 第 3 章單元電

10、路的設(shè)計 3.1 電源電路設(shè)計 將 220v 交流電壓經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到 5v 的直流電壓，為檢測電路 和報警電路提供電源，其直流電源的組成框圖和原理圖如圖 3-1、3-2 所示。 圖 3-1 直流電源的組成框圖 1 2 3 4 d1 c 3c 4 +c 1 d2 r 0 vin 1 gnd2 +5v 3 lm 7805c t + c 2 220v 圖 3-2 直流電源原理圖 發(fā)光二極管 d2 用于電源指示。三端穩(wěn)壓器則用于穩(wěn)定直流電壓。電容 c1 和 c2 的 作用是濾波。 3.1.1 變壓器 變壓器的工作原理：變壓器利用電磁感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電 能或傳輸信號的

11、一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?變壓器是靜止的電磁裝置，可變換電壓、電流和阻抗，其主要部件是一個鐵心和 套在鐵心上的兩個繞組。 變壓器有兩個繞組，與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組，與負(fù)載 相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組。 圖 3-3 變壓器原理圖 3.1.2 整流電路 橋式整流電路的工作原理可分析如下，在 u2的正半周，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 rl，再由二極管 vd3流回變壓器，所以 vd1、vd3正 向?qū)?，vd2、vd4反偏截止；在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓，其電流通 路可用圖 3-4（a）中虛線箭頭表示，

12、在 u2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓 器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管 vd2流向 rl，再由二極管 vd4流回變壓器，所 以 vd1、vd3反偏截止，vd2、vd4正向?qū)?，電流流過 rl時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)， 與正半周時相同，其電流通路如圖 3-4（b）中虛線箭頭所示。 根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖 3-5 所示，通過負(fù)載 rl的電流 il以及電壓 ul波形都是單方向的全波脈動波形。 橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓 較低，同時因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分 的利用，效率較高。 圖

13、 3-4 橋式整流電路 0 v2 t 0 vo t 0 vt1、3 t v2m 0 vt2、4 t v2m 圖 3-5 二極管橋式整流電路波形 3.1.3 整流電路的參數(shù)計算及二級管的選擇 在橋式整流電路中無論是正半周還是負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，所以電流平均值 和電壓平均值及如下： uo(av =0.9u2 il(av)= l r u29 . 0 在橋式整流電路中，四只二極管分兩次輪流導(dǎo)通，流經(jīng)每只二極管的電流為負(fù)載 電流 il(av)的一半選擇二極管時 if id，即 if id= il(av)= 在二極管截止時最大反向電壓 udm等于的 u2最大值，即 urmudm=u2error!err

14、or! nono bookmarkbookmark namename given.given. 3.1.4 電容濾波電路 電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值高，適用于負(fù)載電流較小且其變化也較小的 場合。 電容濾波電路，濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解 電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 濾波原理 當(dāng) u2為正半周 ucu2時，二極管 v1和 v3管導(dǎo)通，v2和 v4管截止，電流一路流經(jīng) 負(fù)載電阻 rl，另一路對電容 c 充電。當(dāng) ucu2，導(dǎo)致 v1和 v3管反向偏置而截止，電容 通過負(fù)載電阻 rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 圖

15、3-6 電源電路 圖 3-7 單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時的波形 分析當(dāng) u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于 uc時，v2和 v4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)， u2再次對 c 充電，uc上升到 u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時 v2和 v4變?yōu)榻?止，c 對 rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時 v1和 v3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述 過程。 rl、c 對充放電的影響： 電容充電時間常數(shù)為 rdc，充電速度快；rlc 為放電時間常數(shù)，放電速度慢。電容 c 愈大，負(fù)載電阻 rl愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。 3.1.5 電容濾波電路的參數(shù)計算及濾波電容的選擇 單向橋式整流

16、電容濾波電路的輸出電壓如下 uo(av)1.2u2 在濾波電路中若負(fù)載電阻開路，濾波電容按下式選取 = rlc (3 5)t/2 濾波電容數(shù)值一般在幾十微法到幾千微法，視負(fù)載電流大小而定，其耐壓值應(yīng)大 于輸出電壓值，一般取 1.5 倍左右，且通常采用有極性的電解電容。 3.1.6 穩(wěn)壓電路 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805：最大輸出電流 1a、輸出電壓 5v 引腳功能如表 3-1。 圖 3-8 壓器 7805 結(jié)構(gòu)圖及引腳圖 表 3-1 lm7805 集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù) 在路電阻（k）開路電阻（k） 引腳功能電壓紅筆測量黑筆測量紅筆測量黑筆測量 輸入8.6充電225 輸出50.40.42.

17、75.6 地00000 集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成 穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點， 在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。 lm7805 為三端正穩(wěn)壓器電路 to-220f 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范 圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路、帶散熱片時，輸出電流可達(dá) 1a。雖然是固定 穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。7805 集成穩(wěn)壓器為三端器件： 1 腳為輸入端，2 腳為接地端，3 腳為輸出端，使用十分方便。下圖為 lm7805 三端穩(wěn)壓 器的實物圖。 圖 3-9 穩(wěn)壓器 7805

18、 實物圖 3.1.7 穩(wěn)壓電路原理圖 經(jīng)過整流、濾波后的直流電壓加入三端穩(wěn)壓器 lm7805 后得到穩(wěn)定的 5v 直流電源。 電路如圖 3-10 所示。 3-10 穩(wěn)壓電路原理圖 3.2 檢測電路的設(shè)計 3.2.1 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展 傳感器幾乎滲透到所有的技術(shù)領(lǐng)域，如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探索、環(huán)境保 護、資源利用、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程和文物保護等領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的生活中， 傳感器采用與否及采用數(shù)量的多少是衡量機器人是否具有只能得標(biāo)志，現(xiàn)代智能機器 人因為采用了大量性能更好的、功能更強的的傳感器，才使得其具有自我診斷、自我 補償、自我學(xué)習(xí)的能力，機器人通過傳感器實現(xiàn)類似于人們的直覺作用

19、。傳感器傳感 器被稱為機器人的“電五官” 。在民用工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器也起著至關(guān)重要的作用，如 一座大型煉鋼廠就需要兩萬多臺傳感器和檢測儀表；大型的石油化工廠需要六千多臺 傳感器和檢測儀表；一部現(xiàn)代化汽車需要九十多個傳感器；日常生活中的電冰箱、洗 衣機、電飯煲、影像設(shè)備、電動自行車、空調(diào)器、照相機、電熱水器、報警器等家用 電器都安裝了傳感器。 當(dāng)今信息時代，隨著電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動檢測自動控制技術(shù)顯露出 非凡的能力，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息 進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代化的自動檢測和自動控制系統(tǒng)；沒有傳感器 就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。

20、自 1980 年以來，世界傳感器的產(chǎn)值增長率達(dá) 15%30%，1985 年世界傳感器市場的 年產(chǎn)值為 50 億，1990 年為 155 億。傳感器的發(fā)展勢如破竹，補課阻擋，它是衡量一個 國家經(jīng)濟發(fā)展及現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。 3.2.2 燃?xì)鈧鞲衅鞯慕榻B 目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功 耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應(yīng)用整機相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的 目標(biāo)。如美國firstalert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗 co 氣體傳感 器等。二是增強可靠性，實現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展 mems 技術(shù)，發(fā) 展現(xiàn)場適用的變送器和智能

21、型傳感器。如美國 generalmonitors 公司在傳感器中嵌入 微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實現(xiàn)了智能化。氣體傳 感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展，常見傳感器的種類：壓力傳感器、溫度傳 感器、濕度傳感器、光敏傳感器、氣敏傳感器等，氣敏傳感器。氣體敏感元件，大多 是以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料。按照半導(dǎo)體的物理性的不同，可分為電阻型和非 電阻型。氣敏傳感器 hq-2 實物及結(jié)構(gòu)圖如圖 3-11 所示。 圖 3-11 氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖 3.2.3 半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理（hq-2） hq-2 型氣敏元件是以金屬氧化物 sno2為主體材料的 n 型半導(dǎo)體其名元件

22、，當(dāng)元件 接觸還原性氣體時，其導(dǎo)電率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 通常器件工作在空氣中，由于氧化作用，空氣中的氧被半導(dǎo)體（n 型半導(dǎo)體）材料 的電子吸附負(fù)電荷，結(jié)果半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)電子減少，電阻增加，使器件處于高阻狀 態(tài)。當(dāng)氣敏元件與被測氣體接觸時，會與吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，將束縛的電子釋放出來， 敏感膜表面電導(dǎo)增加，使元件電阻減小。 3.2.4 半導(dǎo)體氣敏元件的特性參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo) 1.氣敏元件的電阻值 將電阻型氣敏元件在常溫下潔凈空氣中的電阻值，稱為氣敏元件(電阻型)的固有 電阻值，表示為 ra，測定固有電阻值 ra 時，要求必須在潔凈空氣環(huán)境中進(jìn)行。由于經(jīng) 濟地理環(huán)境的差異，各地區(qū)空氣中含

23、有的氣體成分差別較大，即使對于同一氣敏元件， 在溫度相同的條件下，在不同地區(qū)進(jìn)行測定，其固有電阻值也都將出現(xiàn)差別。 2.氣敏元件的靈敏度是表征氣敏元件對于被測氣體的敏感程度的指標(biāo)。 3.氣敏元件的響應(yīng)時間表示在工作溫度下，氣敏元件對被測氣體的響應(yīng)速度。一 般從氣敏元件與一定濃度的被測氣體接觸時開始計時，直到氣敏元件的阻值達(dá)到在此 濃度下的穩(wěn)定電阻值的 63時為止，所需時間稱為氣敏元件在此濃度下的被測氣體中 的響應(yīng)時間，通常用符號 tr 表示。 3.2.5 檢測電路 圖 3-11 檢測電路原理圖 檢測電路如上圖所示，其中 c2 起濾波作用，傳感器 hq-2 檢測空氣中易燃?xì)怏w的 信號，電位器 r

24、p1 調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。 3.3 報警電路的設(shè)計 3.3.1 555 時基電路的起源 555 時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。 它設(shè)計新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者的青睞，人 們將其戲稱為偉大的小 ic。1972 年，美國西格尼蒂克斯公司(signetics)研制出 tmer ne555 雙極型時基電路，設(shè)計原意是用來取代體積大,定時精度差的熱延遲繼電器等機 械式延遲器。但該器件投放市場后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計的使用 范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個領(lǐng)域，需求量極大。美國各大公司相繼仿制 這種電路 1974

25、 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個雙極型 555 單元集成在一起， 取名為 nf556。1978 年美國英特錫爾公司(intelsil)研制成功 cmos 型時基電路 icm555 1cm556,后來又推出將四個時基電路集成在一個芯片上的四時基電路 558 由于采用 cmos 型工藝和高度集成，使時基電路的應(yīng)用從民用擴展到火箭、導(dǎo)彈,衛(wèi)星,航天等高 科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各 大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號的 555556 時基電路，但其內(nèi)部電路大 同小異，且都具有相同的引出功能端。 3.3.2 報警集成電路 555 的介紹 55

26、5 集成電路是作定時器，所以叫 555 時基電路。555 可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)態(tài)、 雙穩(wěn)態(tài)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、脈沖調(diào)制等。555 集成電路內(nèi)部 有幾十個元器件，有分壓器、比較器基本 r-s 觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，是模擬 電路和數(shù)字電路的混合體，如圖 3-12 所示。 圖 3-12 555 集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 下圖為 555 集成電路的實物圖。 圖 3-13 555 集成電路的實物圖 3.3.3 555 時基電路的組成及管腳用途 555 集成電路是 8 腳封裝，雙列直插型，如圖 3-12(a)所示，按輸入輸出的排列可 看成如圖 3-14(b)所示。其中 6 腳稱閾值

27、端(th)，是上比較器的輸入；2 腳稱觸發(fā)端 (tr)，是下比較器的輸入；3 腳是輸出端(vo)，它有 0 和 1 兩種狀態(tài)，由輸入端所加的 電平?jīng)Q定；7 腳是放電端(dis)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也 是由輸入端的狀態(tài)決定；4 腳是復(fù)位端(mr)，加上低電平時可使輸出為低電平；5 腳是 控制電壓端(vc)可用它改變上下觸發(fā)電平值；8 腳是電源端，1 腳是地端。 圖 3-14 555 集成電路引腳圖及封裝圖 3.3.4 555 時基電路的工作原理 我們也可以把 555 電路等效成一個帶放電開關(guān)的 r-s 觸發(fā)器，如圖 3-13（a)所示， 這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閾

28、值端(th)可看成是置零端 r，要求高電平，觸發(fā)端 (tr)可看成是置位端 s，要求低電平，有一個輸出端 vo，vo 可等效成觸發(fā)器的 q 端， 放電端(dis)可看成是由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個接點，由觸發(fā)器的 q 端控制：q=1 時 dis 端接地，q=0 時 dis 端懸空。另外還有復(fù)位端 mr，控制電壓端 vc，電源端 vdd和地 端 gnd。 圖 3-15 555 電路等效 rs 觸發(fā)器 3.3.5 555 時基電路的無穩(wěn)態(tài)工作模式 無穩(wěn)態(tài)工作模式的基本電路如圖 3-16 所示。 初次接通電源后，vcc 通過 r1、r2 對 c 充電，uc 上升。開始 ucvcc，即高電平 3 1 觸

29、發(fā)端 thvcc，低電平觸發(fā)端vcc，低電平觸發(fā)端 3 2 3 2 tr vcc，定時器復(fù)位，q=0，=1，放電管飽和導(dǎo)通，c 通過 r2經(jīng) vt 放電，uc 下降。 3 1 q 當(dāng) ucvcc 時，又回到高電平觸發(fā)端 thvcc，低電平觸發(fā)端vcc，定時 3 1 3 2 tr 3 1 器又置位，q=1，=0，放電管截止，c 停止放電而重新充電。如此反復(fù)，形成振蕩波。q 輸出高電平時間 c)rr(7 . 0t 21ph 輸出低電平時間 cr7 . 0t 2pl 振蕩周期 c)r2r(7 . 0ttt 21plph 圖 3-16 多諧振蕩器電路及波形 第 4 章整機電路及工作原理 經(jīng)過電路設(shè)計，

30、在 prptel 99 se 軟件上可畫出易燃?xì)怏w報警電路的原理圖如圖 4- 1 所示。 圖 4-1 整機電路原理圖 電路工作原理如下： 該報警器經(jīng)過降壓、整流、濾波與穩(wěn)壓電路、氣敏傳感元件和觸發(fā)報警電路等組 成。電源部分將 220v 市電經(jīng)變壓器 t 降至 9v，經(jīng) vd1vd4 橋氏整流并經(jīng) c1 濾波成直 流，三端穩(wěn)壓器 lm7805 供給燈絲加熱電壓。檢測電路采用半導(dǎo)體氣敏元件 hq-2 型， 其適用于空氣中有煤氣，液化石油氣等燃?xì)獬煞值膱缶?，其要求加熱電壓穩(wěn)定，故采 用 7805 對燈絲電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，且要求開機預(yù)熱 3 分鐘。在在正常情況下，氣敏元件的 a-b 極間呈高阻態(tài)，rp1

31、輸出低電平（小于 0.4v） ，555 時基電路被強制復(fù)位，揚聲器 b 無聲。 當(dāng)空氣中有煤氣，液化石油等燃?xì)獬煞謺r，氣敏器件的導(dǎo)電率增加，rp1 輸出電平 增高，當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到規(guī)定值（如 1%）時，rp1 輸出電平大于 0.4v，時基電路強制復(fù) 位被解除，揚聲器 b 輸出響亮的斷續(xù)報警聲。當(dāng)用戶聞訊后就可立即關(guān)閉氣門，并采 取開窗通風(fēng)等必要的緊急措施。 電路主要技術(shù)指標(biāo)： 氣敏傳感器需要 10v、5v 直流電壓，555 時基電路需要 5v 電壓。若采用單相橋式 整流電路，電源變壓器次級電壓 u2，并選擇整流二極管。 變壓器次級電壓： v （4-9 2 u 1） 整流電壓： v （4-1 .

32、899 . 0 o u 2） 濾波電壓： v （4- 8 . 1092 . 1 o u 3） 振蕩頻率： hz 22 5 . 166 . 8 2 1 . 26 44 . 1 2 44 . 1 521 crr f （4-4） 第 5 章電路仿真 為了電路安全和設(shè)計結(jié)果準(zhǔn)確，對已設(shè)計的電路在 ewb（multisim7 綠色漢化版） 仿真軟件中進(jìn)行仿真，本電路由電源、檢測、報警電路三大部分組成，仿真原理圖如 圖 5-1 所示。這是電路在工作時的仿真圖，圖中的 led2 亮說明電路進(jìn)入工作狀態(tài)。電 源部分仿真如圖 5-2 和整流濾波仿真圖如圖 5-3 所示。 圖 5-1 燃?xì)庑孤秷缶鞴ぷ鳡顟B(tài)仿真原

33、理圖 圖 5-2 電源仿真原理圖 圖 5-3 整流濾波仿真波形圖 報警部分由 555 基時電路構(gòu)成，本電路采用的是無穩(wěn)態(tài)工作模式，從而實現(xiàn)報警， 仿真原理圖如圖 5-4 所示，從仿真軟件中可以看出輸出波形如圖 5-5 所示符合要求。 圖 5-4 報警器仿真原理圖 圖 5-5 報警電路仿真波形圖 第 6 章實物制作與調(diào)試 按照仿真圖把所有元器件準(zhǔn)備完畢后開始實物制作，制作流程分為元器件檢測、 安裝、焊接。 6 6.1.1 元器件的檢測 電阻檢測：將兩表筆(不分正負(fù))分別與電阻的兩端引腳相接即可測出實際電阻值。 電容檢測：將萬用表紅表筆接負(fù)極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指 針即向右偏轉(zhuǎn)較

34、大偏度(對于同一電阻擋，容量越大，擺幅越大)，接著逐漸向左回轉(zhuǎn)， 直到停在某一位置。此時的阻值便是電解電容的正向漏電阻，此值略大于反向漏電阻。 在測試中，若正向、反向均無充電的現(xiàn)象，即表針不動，則說明容量消失或內(nèi)部斷路； 如果所測阻值很小或為零，說明電容漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。 二極管的檢測：將萬用表置于 r100 檔或 r1k 檔，兩表筆分別接二極管的兩 個電極，測出一個結(jié)果后，對調(diào)兩表筆，再測出一個結(jié)果。兩次測量的結(jié)果中，有一 次測量出的阻值較大（為反向電阻），一次測量出的阻值較?。檎螂娮瑁?。在阻 值較小的一次測量中，黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負(fù)極。 6.1

35、.2 焊接的工藝要求 1.焊接條件。被焊件端子必須具備可焊性。被焊金屬表面保持清潔。具有適當(dāng)?shù)?焊接溫度（280350）。具有合適的焊接時間（3 秒中），反復(fù)焊接次數(shù)不得超過三 次，要求一次成形。 2.焊點的基本要求。具有良好的導(dǎo)電性。 焊點上的焊料要適當(dāng)。 具有良好的機 械強度。焊點光澤、亮度、顏色有一定要求。要求：有特殊的光澤和良好顏色；在光 澤和高度及顏色上不應(yīng)有凹凸不平和明暗等明顯的缺陷。焊點不應(yīng)有拉尖、缺錫、錫 珠等現(xiàn)象。焊點上不應(yīng)有污物，要求干凈。焊接要求一次成形。焊盤不要翹曲、脫落。 3.應(yīng)避免常見的焊點缺陷如：拉尖、橋連、虛焊、針孔、結(jié)晶松散等。 6.1.3 電路安裝 1.為了

36、提高電路的可靠性，首選應(yīng)對元器件進(jìn)行檢查。應(yīng)注意變壓器的檢測應(yīng)分 為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測。 2.為了便于焊接，應(yīng)將要焊接的元器件進(jìn)行刮腳，焊盤應(yīng)用砂紙砂光滑以便于焊 接。 3.插入元器件，將烙鐵頭放在被焊件的焊盤上，使焊點溫度升高（有利于焊接）。 如果烙鐵頭上有錫，則會使烙鐵頭上溫度很快傳遞到焊接點上。 4.用焊錫絲接觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應(yīng)從烙鐵頭側(cè)面加入，而不 是直接加在烙鐵頭上。 5.從焊錫絲開始熔化數(shù) 3 秒后，先移開焊錫絲，再移開電烙鐵。 6.焊點冷卻后，用斜口鉗子將元器件的管腳剪掉，剪去管腳的長度應(yīng)盡可能的要 短。 7.焊接完成后檢查看是否有錯焊、漏焊、線路的走線下、是否

37、正確。 注事事項：移開烙鐵頭的時間、方向和速度，決定著焊接點的焊接質(zhì)量，正確的 方法是先慢后快，烙鐵頭移開沿 45角方向移動，及時清理烙鐵頭。 6.2 制作與調(diào)試 經(jīng)過前面的一系列工作之后，最后就是裝配與調(diào)試，按照整機電路圖，搭接實物 電路，然后進(jìn)行安裝、焊接、調(diào)試。最后組裝完成出如圖 6-1 所示的實物電路。 圖 6-1 燃?xì)庑孤秷缶鲗嵨飯D 裝配的過程如下： 1.做好裝機前的準(zhǔn)備工作，包括工具、儀器等。 2.清理和檢測元件的好壞。 3.元件的焊接，按照先小后大，先輕后重，先里后外。個別元器件要進(jìn)行引腳整 形，在進(jìn)行焊接。 4.焊接完之后剪掉元件較長的引腳。 5.清洗與檢查，用工業(yè)酒精對殘留

38、有助焊劑的焊盤進(jìn)行清洗，按照原理圖，對照 焊接的電路，觀察有無錯焊的元件。 整機電路的調(diào)試其過程是：按照電路先靜態(tài)，后動態(tài)，先局部，后整體的調(diào)試的 基本原則進(jìn)行。同時借助儀表進(jìn)行測試點的檢測，如果測得數(shù)據(jù)與電路的技術(shù)指標(biāo)相 符，確定無誤后，再進(jìn)行通電測試。若不能正常工作，則必須對電路進(jìn)一步檢測，觀 察有無元器件錯焊、漏焊等，有錯焊立即糾正。調(diào)試知道整機能夠正常工作為止。 總 結(jié) 傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活發(fā)揮著越來越重要的作用。人類 社會對傳感器提出越來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力，而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的 突飛猛進(jìn)則為其發(fā)展提供了堅強后盾。 本次設(shè)計中在搜集資料的過程中，我去學(xué)校的圖書館，上網(wǎng)搜集等各種方式方法， 盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，通過這次設(shè)計我掌握了一些篩選資料的方法。 有些知識不懂,于是，我與同學(xué)、朋友交流，