天燃?xì)庑孤秷缶髟O(shè)計

1、I 通信系通信系 20152015 屆畢業(yè)設(shè)計論文屆畢業(yè)設(shè)計論文題題 目：目：天燃?xì)庑孤秷缶髟O(shè)計天燃?xì)庑孤秷缶髟O(shè)計 專專 業(yè)：業(yè)：電子信息工程技術(shù)電子信息工程技術(shù) 班班 級級: : 電子信息工程技術(shù)電子信息工程技術(shù) 12321232 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：王王 暑暑 導(dǎo)師姓名：導(dǎo)師姓名：馮馮 偉偉 起止時間：起止時間： 20142014 年年 1212 月月 0101 日日至至 20152015 年年 0 04 4 年年 2525 日日II通通2 2通信系通信系 20142014 級畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書級畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題題 目目天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計指導(dǎo)老師

2、指導(dǎo)老師陳碧云陳碧云電話電話1808227466918082274669E設(shè)計目標(biāo)：設(shè)計目標(biāo)： 設(shè)計一款天燃?xì)庑孤﹫缶鳎?dāng)傳感器檢測到周圍空氣中天然氣設(shè)計一款天燃?xì)庑孤﹫缶?，?dāng)傳感器檢測到周圍空氣中天然氣的濃度超過的濃度超過 0.1%0.1%時，發(fā)出聲音報警；當(dāng)檢測到濃度超過時，發(fā)出聲音報警；當(dāng)檢測到濃度超過 1%1%時，切斷時，切斷電源停止工作。電源停止工作。要求要求: :1 1、完成原理圖的設(shè)計及仿真，并繪制、完成原理圖的設(shè)計及仿真，并繪制 PCBPCB 板。板。2 2、獨立制作電路板，完成元器件的焊接、安裝和調(diào)試、獨立制作電路板，完成元器件的焊接、安裝和調(diào)試3 3、在論文撰寫中要包括

3、從設(shè)計想法到實現(xiàn)的全部過程。、在論文撰寫中要包括從設(shè)計想法到實現(xiàn)的全部過程。4 4、論文的格式嚴(yán)格按照系部要求。、論文的格式嚴(yán)格按照系部要求。* *論文字?jǐn)?shù)不少于論文字?jǐn)?shù)不少于 80008000 字！字！參考資料：參考資料：學(xué)生自行解決學(xué)生自行解決 畢業(yè)設(shè)計的封面、成績評定表以及格式要求等相關(guān)資料，須在畢業(yè)設(shè)計的封面、成績評定表以及格式要求等相關(guān)資料，須在http:/music.spec.s.mon/ftp/http:/music.spec.s.mon/ftp/進(jìn)行下載，格式必須按照要求書寫、進(jìn)行下載，格式必須按照要求書寫、打印、裝訂，如不符合要求的將按打印、裝訂，如不符合要求的將按不合格不合

4、格處理；在畢業(yè)設(shè)計中嚴(yán)禁出處理；在畢業(yè)設(shè)計中嚴(yán)禁出現(xiàn)相互抄襲、雷同的情況，如有發(fā)現(xiàn)，將按照現(xiàn)相互抄襲、雷同的情況，如有發(fā)現(xiàn)，將按照零分零分處理。處理。III陜陜郵郵職職院院通通信信系系2 20 01 13 3 屆屆畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計論論文文成成績績評評定定表表學(xué)生姓名學(xué)生姓名童旭性別性別男系別系別通信系專專業(yè)業(yè)電子信息工程課題名稱課題名稱天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計班級班級電子信息 1131起止時間起止時間20132013 年年 1212 月月 1 1 日日 20142014 年年 4 4 月月 2525 日日指指導(dǎo)導(dǎo)教教 師師陳碧云課題任務(wù)課題任務(wù)完成情況完成情況論論文文 86468646 ( (字

5、字) )； 圖圖紙紙 2323 ( (張張) )；其其它它 ( (含含附附件件 ) )：表：表 1 1 ( (張張) )，流程圖，流程圖 0 0 ( (張張) )指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師意意見見評閱成績：評閱成績： 評閱評閱/ /指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師( (簽字簽字) )： 年年 月月 日日學(xué)生實得成績學(xué)生實得成績( (百分制百分制) )評評 閱閱 成成 績績 評評 定定 級級 別別 （級別為“優(yōu)秀優(yōu)秀” 、 “合格合格” 、 “不合格不合格”三檔）IV目 錄摘 要.11 前言.21.1 引言 .21.2 什么是有害氣體 .21.2.1 有害氣體的特性.31.3 方案擬定 .41.3.1 危險氣體檢測系統(tǒng)的

6、方案比較.41.3.2 方案一催化燃燒式傳感器.41.3.3 方案二 MQ-5 氣體傳感器.41.4 設(shè)計思路和方案 .52 硬件電路設(shè)計.62.1 氣體傳感器 MQ-5.62.2 氣體傳感器 MQ-5 的參數(shù) .62.2.1 MQ-5 的結(jié)構(gòu) .62.2.2 MQ-5 的主要規(guī)格 .82.3 四集成運放 LM33.82.4 電路原理框圖及工作原理 .102.4.1 電路中用到的元器件.102.4.2 氣體傳感器的主要性能指標(biāo).112.4.3 危險氣體傳感器使用的注意事項.113 產(chǎn)品的制作與調(diào)試.133.1 產(chǎn)品制作過程，遇到的問題以及解決方法 .133.2 產(chǎn)品調(diào)試 .133.3 產(chǎn)品實物

7、圖 .133.4 此電路的擴展 .144 總結(jié).154.1 實驗結(jié)果 .154.2 心得體會.15V致 謝.16參考文獻(xiàn).17附錄一 電路原理圖.18天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計1摘 要本設(shè)計主要檢測的有毒氣體成分是液化氣、天然氣、城市煤氣，這些氣體是日常生活中經(jīng)常接觸到，而且是必不可少的東西。在家庭火災(zāi)或者中毒事件中，往往是由于煤氣的使用不當(dāng)，導(dǎo)致的煤氣泄漏，而引起的煤氣中毒和爆炸。本設(shè)計中，氣體傳感器采用的是 MQ-5，它適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣（甲烷） ，煤氣的監(jiān)測裝置。它具有優(yōu)良的抗乙醇、抗煙霧干擾能力，具有對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度、快速的響應(yīng)

8、恢復(fù)特性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性、簡單的測試電路等優(yōu)點。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：MQ-5，LM339,有毒氣體。天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計21 前言1.1 引言科技進(jìn)步，共享文明。很明顯，科技發(fā)展到今天，不管是從我們的生活，還是學(xué)習(xí)，以至方方面面，我們都在享受著科技帶給我們的快樂！在這一篇畢業(yè)論文中，我將在有害氣體報警方面和大家作討論。進(jìn)入陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院以來，我一直致興趣在傳感器方面，不過由于水平有限，在傳感器與單片機搭配方面還不能有所領(lǐng)悟。我的題目是天燃?xì)庑孤﹫缶髟O(shè)計 ，但我在這個題目的前提下，作了少許的改進(jìn)，也算是做了一點點的創(chuàng)新吧。現(xiàn)代家居生活中，對天然氣、液化氣

9、的使用非常普遍，而這些氣體都是易燃易爆的，由于使用不當(dāng)或氣體泄漏而引起的中毒和爆炸成為現(xiàn)在家居安全最大的隱患。保護(hù)家居安全的主要措施，就是對些有害氣體進(jìn)行有效的監(jiān)控。本設(shè)計采用氣體傳感器對氣體的含量進(jìn)行檢測，適用于各種可燃?xì)怏w（液化氣、天然氣、城市煤氣）的泄漏探測報警。而本設(shè)計采用的無線發(fā)射與接收方式，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，另外，電路板上已預(yù)留繼電器控制電路，用戶可方便加裝，報警時可由繼電器控制排風(fēng)扇即時排出可燃?xì)怏w，也可同時控制氣源電磁閥即時關(guān)閉氣源，避免危險事件的發(fā)生。1.2 什么是有害氣體a.有害氣體這一概念在我們?nèi)粘Ｉ钪惺墙?jīng)常用提起，我們也并不陌生，但我們對它又了解多少呢？在我國，有

10、害氣體主要分為以下幾種。有害氣體是指存在于大氣中的危害性較大的氣體狀污染物質(zhì)，主要包括酸性有害氣體和氧化性有害氣體。有害氣體主要有硫氧化物(如 SO2)、硫化物（如 H2S） 、氮氧化物（如 NO2)、光化學(xué)煙霧、氯氣(CL2)等。 b.有害氣體主要來自城市。主要是城市工業(yè)用燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程中的排氣，以及民用燃料燃燒。由于工業(yè)發(fā)展水平較低，尤其“三廢”得不到及時有效處理，造成空氣污染，特別是化工、水泥、造紙等行業(yè)，其生產(chǎn)過程中的排氣排塵是造成大氣污染的重要原因。另外，隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，以汽車為代表的交通工具急劇增加，其排放物也成為有害氣體的主要來源天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶?/p>

11、器的設(shè)計3之一。1.2.1 有害氣體的特性a.甲醛特性：無色，具有刺激性氣味主要危害：甲醛是污染室內(nèi)環(huán)境的主要污染物，被稱為室內(nèi)污染“第一殺手” ， 釋放期長達(dá) 315 年，可經(jīng)呼吸道吸收，對人體的危害具長期性、潛伏性、隱蔽性的特點，已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。主要來源：人造板材、人造板材家具、涂料、膠水類及壁紙、地毯等大量使用粘合劑的環(huán)節(jié)。b.苯系物（苯、甲苯、二甲苯）特性：無色，具有特殊芳香味主要危害：俗稱 “芳香殺手” ，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻醉作用；可抑制人體造血功能，使紅血球、白血球、血小板減少，導(dǎo)致再生障礙性貧血和白血病的事實已被醫(yī)學(xué)界普遍公認(rèn)，于 1993 年被世界衛(wèi)生組

12、織確定其為強致癌物質(zhì)。主要來源：合成纖維、油漆、各種油漆涂料的添加劑和稀釋劑、各種溶劑型膠粘劑、防水材料。c.氨特性:無色，具有強烈刺激性氣體主要危害：對眼、喉、上呼吸道有強烈的刺激作用，可通過皮膚及呼吸道引起中毒，破壞運氧功能，減弱人體對疾病的抵抗力。引發(fā)充血、分泌物增多、肺水腫、支氣管炎、皮炎，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴(yán)重可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥。主要來源：建筑施工中使用的混凝土抗凍添加劑，防火板中的阻燃劑等。d.TVOC特性:無色、具有刺激性揮發(fā)有機物主要危害：學(xué)名“總揮發(fā)性有機化合物” ，具有毒性、刺激性，引起機體免疫水平失調(diào)，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，出現(xiàn)頭暈、頭痛

13、、嗜睡、無力、胸悶等癥狀，還可能影響消化系統(tǒng)，出現(xiàn)食欲不振、惡心等，嚴(yán)重時可損傷肝臟和造天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計4血系統(tǒng)，甚至引起死亡。e.一氧化碳特性:在通常狀況下,一氧化碳是無色、無臭、無味、有毒的氣體,熔點199,沸點191.5。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度為 l.25g/L,和空氣密度(標(biāo)準(zhǔn)狀況下 1.293g/L 相差很小,這也是容易發(fā)生煤氣中毒的因素之1.3 方案擬定1.3.1 危險氣體檢測系統(tǒng)的方案比較氣體傳感器的主要性能要滿足穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性的要求，不同類型的氣敏元件對不同種類、不同濃度的氣體有不同的作用，因此，在選擇氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。本設(shè)計主

14、要針對家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置，因此根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)來選擇器件和設(shè)計電路。1.3.2 方案一催化燃燒式傳感器催化燃燒式傳感器-GQB-X March Sensor：屬于高溫傳感器，其工作原理是氣敏材料(如 Pt 電熱絲等)在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。催化燃燒式 GQB-X March Sensor 檢測的可實現(xiàn)是有條件的，必須保證檢測環(huán)境中包含足夠的氧氣，在無氧的環(huán)境下這種檢測方式可能無法檢測任何可燃性氣體。某些含鉛化合物（尤其是四乙基鉛） 、硫化合物、硅類、磷化合物、硫化氫和 鹵代烴可能會使傳感器中

15、毒或抑制。 另外，它還有成本高、不容易擴展、安裝調(diào)試復(fù)雜的缺點，因此不采用此方案。1.3.3 方案二 MQ-5 氣體傳感器MQ-5 氣敏元件是由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。它的主要優(yōu)點是：對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度，優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力、響應(yīng)恢復(fù)快速、使用壽命長、穩(wěn)定性好、測試電路簡單，天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計5適用于家庭或工業(yè)的監(jiān)測。利用集成運放和少量外

16、圍元件便可完成對氣體傳感器采集到的信號，進(jìn)行放大處理。而且容易進(jìn)行電路擴展，可以單獨使用，也可以在小區(qū)內(nèi)組網(wǎng)使用。本設(shè)計選用此方案。1.4 設(shè)計思路和方案 用 MQ-5 型傳感器檢測天燃?xì)?，然后用兩個可調(diào)電阻調(diào)節(jié)電壓當(dāng) LM339 的兩個輸入端，R1 與傳感器的輸出電阻構(gòu)成分壓電路，目的是讓傳感器有輸出電壓，且電壓值隨傳感器的阻值而變化。R2 的作用是給電壓比較器提供比較電壓，從而改變傳感器檢測危險氣體的報警濃度值。調(diào)節(jié) R1 和 R2 均可改變電路的靈敏度，電壓比較器兩個輸入端的電壓差越大，電路的靈敏度越小。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，LM339 就能輸出電壓，然后 LM339 產(chǎn)生一個高電壓輸出給到三極

17、管驅(qū)動三極管工作，此時現(xiàn)場的報警指示燈 D1 點亮，然后蜂鳴器發(fā)出聲音，這時報警器報警。當(dāng)室內(nèi)的氣體濃度下降到報警值以下的時候，氣體傳感器的阻值將發(fā)生變化，然后 LM339 不輸出電壓，電路將恢復(fù)報警前的工作狀態(tài)。天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計62 硬件電路設(shè)計 2.1 氣體傳感器 MQ-5MQ 系列氣體傳感器屬于半導(dǎo)體氣體傳感器，它的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體,最常用的如 SnO2。金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時在半導(dǎo)體表面形成一個正的空間電荷層，導(dǎo)致表面

18、勢壘升高，從而阻礙電子流動。在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物與半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時，氧負(fù)離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，勢壘隨之降低。導(dǎo)致傳感器的阻值減小。MQ-5 是 MQ 系列傳感器的一種，它的特點是對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度、對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性、長期的使用壽命、可靠的穩(wěn)定性和簡單的測試電路等。適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置。2.2 氣體傳感器 MQ-5 的參

19、數(shù)2.2.1 MQ-5 的結(jié)構(gòu) MQ-5 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 2-2 所示,由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。 天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計7圖 2-1 MQ-5 的結(jié)構(gòu)和外形注釋：(1)氣體敏感層二氧化錫(2)電極金（Aug）(3)測量電極引線鉑（Pt）(4)加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）(5)陶瓷管三氧化二鋁(6) 防爆網(wǎng) 100 目雙層不銹鋼（SUB316）(7) 卡環(huán)鍍鎳

20、銅材（Ni-Cu）(8)基座膠木(9) 針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu）設(shè)計中 MQ-5 的接線如圖 2-3 所示，在實際的測量中，可以按照其等效電路來計算相應(yīng)的校正數(shù)值，其中 Mon 表示的是測量氣體在腔體內(nèi)的等效電阻，RL是外接負(fù)載電阻，用來調(diào)整輸出的模擬量電壓范圍，通過負(fù)載電阻可獲得輸出信號，并可調(diào)節(jié)傳感器兩端的電壓，負(fù)載電阻可充當(dāng)傳感器的保護(hù)器。為傳感器選擇一個合適的負(fù)載電阻可補償傳感器的離散性，并發(fā)揮傳感器的最佳特性。在同樣的電路，傳感器配用不同的負(fù)載電阻 RL（4.7K，2.0K，1K）時，在氣體濃度與輸出電壓的斜率最大的條件下，傳感器對報警濃度可獲得最佳信號分辨率。使用時使用可變電

21、阻器 RL，以便于獲得最佳結(jié)果。在給定的工作條件下和適當(dāng)?shù)臍怏w濃度范圍內(nèi)，傳感器的電阻值和還原性氣體濃度之間的關(guān)系可近似由下面方程表示：(2-1)其中：s：傳感器電阻 A：常數(shù)C:氣體濃度 :Rs 曲線的斜率天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計8圖 2-1 MQ-5 的等效電路2.2.2 MQ-5 的主要規(guī)格MQ-5 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。應(yīng)該用 1000ppm 異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測量時，報警點的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。表 2-1 MQ-5 的主要特性符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Ac回路電壓15

22、VAC or DCVH加熱電壓5.0V0.2VAC or DCRL負(fù)載電阻可調(diào)RH加熱電阻313室溫標(biāo)準(zhǔn)工作條件PH加熱功耗900mWTao使用溫度-10-50Tas儲存溫度-20-70Rh相對濕度小于 95%Rh環(huán)境條件O2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于 2Rs敏感體電阻10K- 60K(1000ppm 甲烷)(1000ppm/5000ppmCH4)濃度斜率0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：202 Ac:5.0V0.1V 相對濕度 65%5% Vh: 5.0V0.1V靈敏度特性預(yù)熱時間不少于 24 小時探測范圍：300-5000ppm液化氣，天然氣，煤氣。天燃?xì)庑孤﹫缶?/p>

23、的設(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計92.3 四集成運放 LM33LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：（1）失調(diào)電壓小，典型值為 2mV；（2）電源電壓范圍寬，單電源為 2-36V，雙電源電壓為1V-18V；（3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；（4）共模范圍很大，為 0（Ucc-1.5V）Vo；（5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；（6）輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339 集成塊采用 C-14 型封裝，圖 1 為外型及管腳排列圖。由于 LM339 使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大 IC 生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如 IR2339、ANI33

24、9、SF339 等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用 圖 2-4 LM339 封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)LM339 類似于增益不可調(diào)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點） ，另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另

25、一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 2-15K） 。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當(dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計10壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。LM339 主要應(yīng)用于：單限比較器電路、遲滯比較器、雙限比較器（窗口比較器） 、振蕩器。在本設(shè)計應(yīng)用的是電壓比較器電路2.4 電路原理框圖及工作原理圖 3-1 有毒氣體氣體檢測報警電路的原理圖該

26、電路的主要功能是完成氣體濃度的檢測，電路中只用到一個電壓比較器，即可完成對危險氣體的檢測。MQ-5 是一個半導(dǎo)體氣體傳感器，傳感器的阻值大小受外部還原氣體的影響。MQ-5 的 B 端為傳感器的輸出端，R1 與傳感器的輸出電阻構(gòu)成分壓電路，目的是讓傳感器有輸出電壓，且電壓值隨傳感器的阻值而變化。R2 的作用是給電壓比較器提供比較電壓，從而改變傳感器檢測危險氣體的報警濃度值。調(diào)節(jié) R1 和 R2 均可改變電路的靈敏度，電壓比較器兩個輸入端的電壓差越大，電路的靈敏度越小。工作原理是：在待機狀態(tài)下，傳感器始終在檢測室內(nèi)可燃性氣體的濃度，當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體的濃度超過設(shè)定值時，傳感器產(chǎn)生的電壓將超過門限電壓

27、，然后通過 LM339 產(chǎn)生一個高電壓輸出給到三極管驅(qū)動三極管工作，此時現(xiàn)場的天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計11報警指示燈 D1 點亮，然后蜂鳴器發(fā)出聲音，這時報警器報警。當(dāng)室內(nèi)的氣體濃度下降到報警值以下的時候，氣體傳感器的阻值將發(fā)生變化，然后 LM339 不輸出電壓，電路將恢復(fù)報警前的工作狀態(tài)。2.4.1 電路中用到的元器件 MQ-5,10K 可調(diào)電阻，LM339，LED,8050 三極管，蜂鳴器，USB 線，面包板，4.7K ，200 歐電阻。2.4.2 氣體傳感器的主要性能指標(biāo)（1）穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是

28、指在沒有目標(biāo)氣體時，整個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于 10%。（2）靈敏度靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)和所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計都利用了生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。（3）選擇性選擇性也被

29、稱為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個響應(yīng)等價于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。（4）抗腐蝕性抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù) 1020 倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應(yīng)盡可能小。天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計122.4.3 危險氣體傳感器使用的注意事項（1）不可施加電壓過高：如果給敏感元件或加熱器施加的電壓高于規(guī)定值，即使傳感

30、器沒有受到物理損壞或破壞，也會造成引線和/或加熱器損壞，引起傳感器敏感特性下降。（2）避免高腐蝕性的環(huán)境：傳感器暴露在高濃度的腐蝕性氣體中，不僅會引起加熱材料及傳感器引線的腐蝕或破壞，并會引起敏感材料性能發(fā)生不可逆的改變。（3）避免堿、堿金屬鹽、鹵素的污染：傳感器被堿金屬尤其是鹽水噴霧污染后，及暴露在鹵素如氟中也會引起性能劣變。（4）禁止接觸到水：濺上水或浸到水中會造成敏感特性下降。（5）避免結(jié)冰水在敏感元件表面結(jié)冰會導(dǎo)致敏感材料碎裂而喪失敏感特性。（6）必須避免暴露于有機硅蒸氣中：如果傳感器的表面吸附了有機硅蒸氣，傳感器的敏感材料會被包裹住，抑制傳感器的敏感性，并且不可恢復(fù)。傳感器要避免暴露

31、其在硅粘接劑、發(fā)膠、硅橡膠、膩子或其它含硅塑料添加劑可能存在的地方。此外，不能經(jīng)常通斷電、MQ-5 腔體內(nèi)不能經(jīng)常存放高濃度的氣體和油污。天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計133 產(chǎn)品的制作與調(diào)試 3.1 產(chǎn)品制作過程，遇到的問題以及解決方法按原理圖焊接電路，先焊接蜂鳴器 ，然后焊接三極管，按照原理圖從右向左依次焊接元器件，MQ-5 與 LM339 依照說明和電阻焊接 ，焊完之后焊上電源再接地，最后用膠固定好各個元器件，焊接完成后上電測試電路無法完成設(shè)計的預(yù)想，經(jīng)過一番查找最終找到自己對 8050 三極管的引腳搞錯了導(dǎo)致控制部分未完成相應(yīng)功能，最后經(jīng)過查找資料了解三極管的引腳及封裝參

32、數(shù)，重新焊接電路再次上電電路完成功能，但其靈敏度誤差好大，最終調(diào)解可調(diào)電阻完成靈敏度的校準(zhǔn)，還有電路元器件較多，焊接時容易焊錯，經(jīng)過長時間的對照原理圖一步步檢查，最終完成電路板的焊接。3.2 產(chǎn)品調(diào)試 本設(shè)計的元器件較少，所以采用面包板手工焊接。焊接完成后，檢查有無可能出現(xiàn)的虛焊、漏焊，檢查電源線和接地線。確定無問題后將電路板通電。在加熱一段時間后，用煙霧或打火機氣體對電路進(jìn)行測試，然后調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，用萬用表測可調(diào)電阻電壓，調(diào)節(jié) R1 和 R2 均可改變電路的靈敏度，電壓比較器兩個輸入端的電壓差越大，電路的靈敏度越小，當(dāng) R1 與 R2 電壓差調(diào)到一定程度時，報警器就會實現(xiàn)功能。3.3 產(chǎn)品實

33、物圖天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計143.4 此電路的擴展 在此電路中還可以加一個電容對電路進(jìn)行優(yōu)化防止 MQ-5 檢測氣體時發(fā)生抖動。在此電路中再加上電源轉(zhuǎn)換模塊和在控制 LED 燈和蜂鳴器處可加入直流控制交流的固態(tài)繼電器來控制生活用電 220V 對排氣系統(tǒng)控制。擴展后的電路就真正達(dá)到人們生活所用的有毒氣體檢測及報警處理系統(tǒng)。 天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計天燃?xì)庑孤﹫缶鞯脑O(shè)計154 總結(jié)4.1 實驗結(jié)果通過電路焊接以及調(diào)試，電路可以正常工作，在 MQ-5 電路加熱一段時間后，使用煙霧或者打火機氣體對 MQ-5 進(jìn)行測試，電路可以正常報警。R1 與傳感器的輸出電阻構(gòu)成分壓電路，目的是讓傳感器有輸出電壓，且電壓值隨傳感