任務(wù)十可燃性氣體報(bào)警器的分析與制作-重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

可燃性氣體報(bào)警器的分析與制作任務(wù)十任務(wù)提出任務(wù)目標(biāo)相關(guān)知識(shí)任務(wù)分析任務(wù)制作任務(wù)提出

下圖為一個(gè)可燃性氣體報(bào)警器電路，試分析其工作原理并制作該電路任務(wù)目標(biāo)

通過對(duì)可燃性氣體報(bào)警器電路的分析與制作，理解和掌握集成555定時(shí)器的工作原理及其應(yīng)用方法

，能按工藝要求獨(dú)立進(jìn)行電路裝配、測(cè)試和調(diào)試，并能獨(dú)立排除裝配、調(diào)試過程中出現(xiàn)的簡(jiǎn)單故障。相關(guān)知識(shí)1、基本知識(shí)(1)集成555定時(shí)器介紹

555定時(shí)器又稱時(shí)基電路，是一種用途很廣泛的單片集成電路。若在其外部配上少許阻容元件，便能構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路。同時(shí)，由于它的性能優(yōu)良，使用靈活方便，在工業(yè)自動(dòng)控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

555定時(shí)器有雙極型和CMOS型，雙極型型號(hào)為555(單)和556(雙)；CMOS型型號(hào)是7555(單)和7556(雙)。雙極型電源范圍窄；而CMOS型則功耗低、適用電源范圍寬、定時(shí)元件的選擇范圍大、輸出電流小。但二者的邏輯功能與外部引腳排列完全相同。截止11不變不變1導(dǎo)通01導(dǎo)通0XX0V

QTRTHR

輸

出

輸

入當(dāng)在控制端CO

外加控制電壓時(shí)，可改變比較器A1、A2的參考電位。當(dāng)不需要CO時(shí)，CO

端一般經(jīng)0.01μF電容器接地，以防干擾的侵入。(2)555定時(shí)器典型應(yīng)用

構(gòu)成施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成多諧振蕩器占空比可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器

2、知識(shí)拓展傳感器模擬信號(hào)ADC模擬控制DAC數(shù)字信號(hào)數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字控制一般自動(dòng)化設(shè)備和儀器的內(nèi)部組成框圖如下：能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模－數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)－模轉(zhuǎn)換器典型的自動(dòng)控溫鍋爐實(shí)例：(1)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)

D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理

將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?！璬0d1dn-1DACuO或iO模擬輸出N位二進(jìn)制代碼權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器RF(R/2)求和運(yùn)放uOAS0S1S2S3VREF23R22R21R20Rd0

d1

d2

d3求和電路權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)電子開關(guān)組成參考電壓d0～d3為數(shù)字輸入量，d為1時(shí)，開關(guān)S接VREF；d為0時(shí)，S接地。工作原理I0I1I2I3輸出電壓u0正比于輸入數(shù)字量I∑RF(R/2)求和運(yùn)放uOAS0S1S2S3VREF23R22R21R20Rd0

d1

d2

d3D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)*分辨率

分辨率是指輸出電壓最小變化量（ULSE）與最大輸出電壓（UMAX）即滿量程輸出電壓之比。如三位輸入的D/A，分辨率即為1/7≈0.143。左圖即是其輸出電壓，是階梯的，每一個(gè)最小變化量ULSE＝1V（稱為一個(gè)階梯）。如果是10位輸入的，分辨率約為1/210＝0.00098。所以分辨率一般直接用位數(shù)來表示，如8位、10位等，位數(shù)越高，分辨率越高。*精度

精度是指實(shí)際輸出電壓與理論輸出電壓之間的偏離程度，通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。

例如某DAC的滿量程輸出電壓是10V，如果誤差1％，則輸出電壓最大誤差為±0.1V（100mV），百分?jǐn)?shù)越小精度越高。

一個(gè)系統(tǒng)中，分辨率和精度往往應(yīng)當(dāng)一致，以避免不合理的資源浪費(fèi)。*輸出建立時(shí)間

是指從送入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓（或電流）到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。

也稱作轉(zhuǎn)換時(shí)間，有時(shí)為輸出上升到滿刻度的某一百分?jǐn)?shù)所需要的時(shí)間，一般為幾納秒到幾微秒。*輸出極性及范圍

輸出信號(hào)有單極性和雙極性兩種。

輸出信號(hào)的形式有電流輸出和電壓輸出。對(duì)電流輸出的DAC，常常需外接運(yùn)放將電流轉(zhuǎn)換成電壓。左圖為反相電壓輸出，uOUT＝－iRf；右圖是同相電壓輸出，uOUT＝－iR3（1＋R2/R1）。集成D/A轉(zhuǎn)換芯片

DAC0830系列是8位分辨率的集成D/A轉(zhuǎn)換電路，采用20腳雙列直插封裝。主要特性參數(shù)如下：*分辨率8位*電流穩(wěn)定時(shí)間1us*可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入*只需在滿量程下調(diào)整線性度*單電源供電(+5V～15V)*低功耗(200mW)0830系列管腳配置如圖示：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILED10~D17：數(shù)據(jù)輸入線ILE：數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)：輸入寄存器選擇信號(hào)：輸入寄存器寫選通信號(hào)：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)：DAC寄存器寫選通信號(hào)VREF:基準(zhǔn)電源輸入管腳RFB：反饋信號(hào)輸入管腳、IOUT2IOUT1：電流輸出管腳GNDA：模擬信號(hào)地GNDD：數(shù)字信號(hào)地(2)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開。S接通時(shí)，ui(t)對(duì)C充電，為采樣過程；S斷開時(shí)，C上的電壓保持不變，為保持過程。在保持過程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。采樣和保持采樣定理：max2isff=

t0時(shí)刻S閉合，CH被迅速充電，電路處于采樣階段。由于兩個(gè)放大器的增益都為1，因此這一階段uo跟隨ui變化，即uo＝ui。t1時(shí)刻采樣階段結(jié)束，S斷開，電路處于保持階段。若A2的輸入阻抗為無窮大，S為理想開關(guān)，則CH沒有放電回路，兩端保持充電時(shí)的最終電壓值不變，從而保證電路輸出端的電壓uo維持不變。量化和編碼

將采樣－保持后的電壓化為某個(gè)規(guī)定的最小單位電壓整數(shù)倍的過程稱為量化。把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。

量化所規(guī)定的最小單位電壓稱為量化單位，用Δ表示。由于輸入模擬電壓幅值連續(xù)，不一定能被Δ整除，因而量化過程中不可避免會(huì)引入誤差，稱此誤差為量化誤差，最大可達(dá)Δ。一般采用“四舍五入”的方法量化，誤差為Δ/2。例如下表：采樣電壓/V量化值/V輸出二進(jìn)制編碼0～0.50Δ＝00000.5～1.51Δ＝10011.5～2.52Δ＝2010………量化單位Δ的大小與輸入信號(hào)范圍和輸出位數(shù)有關(guān)。按工作原理分類并行比較型逐次逼近型雙積分型V/F轉(zhuǎn)換型ADC的分類按轉(zhuǎn)換方式分類直接轉(zhuǎn)換逐次逼近型雙積分型V/F轉(zhuǎn)換型間接轉(zhuǎn)換并行比較型逐次逼近型工作原理逐次逼近型ADC是通過對(duì)模擬量不斷地逐次比較、鑒別，直到最末一位為止，它類似用天平稱物重的過程。然后再將次高位置1，同理，經(jīng)轉(zhuǎn)換、比較，根據(jù)比較結(jié)果，決定次高位的1清除或保留。這樣，逐位比較下去，一直比較到最低有效位為止。顯然，寄存器的最后數(shù)字就是A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。

先將寄存器最高位置1，使其輸出數(shù)字為10000000(為8位)，經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換成模擬電壓，再送到比較器與采樣保持電壓相比較。如果uI<uF，表明數(shù)字過大，將最高位的1清0；若uI>uF

，表明數(shù)字比模擬信號(hào)小，則最高有效位1保留。主要技術(shù)指標(biāo)

*分辨率

A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為0～5V，輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－8＝20mV；而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－12≈1.22mV。*相對(duì)精度

在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。相對(duì)精度是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。

*轉(zhuǎn)換速度

轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所經(jīng)過的這段時(shí)間。集成ADC芯片

ADC0809是CMOS工藝8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片，28腳雙列直插封裝（DIP28），具有8個(gè)通道的模擬量輸入，可在程序控制下對(duì)任意通道分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。*ADC0809的主要技術(shù)指標(biāo)工作電壓：5～15V分辨率：8位時(shí)鐘頻率：640KHz轉(zhuǎn)換時(shí)間：100ms未經(jīng)調(diào)整誤差：1/2LSB和1LSB模擬量輸入范圍：0～5V功耗：15mW控制與時(shí)序逐次逼近寄存器模擬開關(guān)256電阻階梯數(shù)據(jù)鎖存和三態(tài)輸出緩沖器8路模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼－＋比較器8位DA模擬輸入IN0IN73位地址CBA地址鎖存允許ALEUCCGNDUREF＋UREF－OE輸出允許8位輸出EOC啟動(dòng)START時(shí)鐘CLOCK5V～15V500KHz～1MHz轉(zhuǎn)換結(jié)束*ADC0809引腳功能任務(wù)分析氣敏傳感器

f-f是加熱電極，通電后可使傳感器內(nèi)部保持一定溫度。當(dāng)氣敏傳感器f-f極通電后，若空氣中含有可燃?xì)怏w，則A、B兩端的電阻就會(huì)減小，且可燃?xì)怏w的濃度越大，A、B間的電阻就減小的越多。

任務(wù)分析IC1構(gòu)成施密特觸發(fā)器，其正向閾值電壓為V，負(fù)向閾值電壓為V。氣敏傳感器采用QM-N型，f-f電極間加+5V直流電壓，RP用于調(diào)節(jié)BA間電壓。當(dāng)電路所處環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度值低于下限值時(shí)，UBA大于3.3V，IC1的③腳輸出低電平，繼電器J不動(dòng)作，同時(shí)由于IC2的④腳為低電平，所以由IC2構(gòu)成的多諧振蕩器不振蕩，喇叭不發(fā)聲。

電路所處環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度值高于上限值時(shí)，UBA小于1.7V，IC1的③腳輸出高電平，繼電器J動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)可接通排風(fēng)扇或切斷氣源的閥門，同時(shí)由于IC2的④腳變?yōu)楦唠娖?，所以由IC2構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩，喇叭發(fā)出報(bào)警聲任務(wù)制作1、電子元器件的檢測(cè)與篩選(1)外觀質(zhì)量檢查

應(yīng)完整無損，各種型號(hào)、規(guī)格、標(biāo)志應(yīng)清晰、牢固，標(biāo)志符號(hào)不能模糊不清或脫落。(2)元器件的測(cè)試

氣敏傳感器檢測(cè)方法，將QM-N的AA、BB相連，并將f-f極施加5V直流電壓，穩(wěn)定2~3分鐘后，測(cè)量AA、BB間電阻，約15kΩ以上，此時(shí)在傳感器附近施放一定濃度的可燃?xì)怏w(可以酒精棉球靠近傳感頭)，這時(shí)AA、BB間電阻將迅速減小至3kΩ以下，排除可燃?xì)怏w后，電阻將逐漸回升至較大值(約30秒鐘時(shí)間)。

2、元器件和材料清單符號(hào)規(guī)格/型號(hào)名稱符號(hào)規(guī)格/型號(hào)名稱3、電路的連接本任務(wù)要求自己設(shè)計(jì)制作印制電路板，或利用單股絕緣導(dǎo)線在面包板或萬能實(shí)驗(yàn)板上完成電路的連接。4、電路檢測(cè)與調(diào)試電路連接完成后，首先不要通電，對(duì)照電路原理圖或接線圖逐個(gè)元件、逐條導(dǎo)線認(rèn)真檢查電路的連線是否正確、元件的引腳及導(dǎo)線的端頭是否連接良好、布線是否符合要求等。(1)目視檢驗(yàn)(2)通電檢驗(yàn)

將電路接通+5V電源，經(jīng)