电工与电子课程设计(家用瓦斯报警器).doc

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1、电工电子技术课程设计任务书姓名 班级 10信息 指导老师 设计课题： 家用瓦斯报警电路设计任务与要求1.在网上或图书馆查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050个或以上（可看懂、完整的并须标明来源），根据应用电路的功能，确定封面上的题目。2.照样画一个图（手绘或用Ptotel,viso等软件），在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；3.分析瓦斯报警电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；4.对瓦斯报警电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；5.总体分析说明，画的图附加在此处。6.

2、附加原件清单.7.写出设计心得.8.附原图.设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献1. 阎石. 数字电子技术基础，3 版. 北京：高等教育出版社，1989.2. 周仲.国产集成电路应用500 例. 北京：电子工业出版社.3.孟贵华主编. 电子元器件选用入门. 北京：机械工业出版社，2

3、004.4.李 华主编. MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，19935.付家才主编. 电子工程实践技术. 北京：化学工业出版社，2003.6.谢自华主编. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2003.目录1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、 危险气体监测电路和检测电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23、 自动切断

4、电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34、 电源电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . . . . . . . .67、 元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89、 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . 910、 附原图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10101、 总体方案与原理说明 家用瓦斯报警电路能检测出空气中是否含有如天然气、煤气和液化气等危险气体，并且当空气中危险气体的含量对人体有害时能够自动报警，同时自动切断危险气体产生源。 家庭使用液化气、煤气作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来

7、灾难性危害。本文介绍的这种瓦斯报警器适用于天然气、煤气、液化石油气等泄漏报警。 家用瓦斯报警电路的总体框图如图1所示，它是由危险气体监测电路、危险气体电路检测电路、声光报警电路、自动切断电路和电源电路5部分构成的。危险气体监测电路的功能是利用气敏半导体传感器监测空气中危险气体的含量，并将有关气体的信号转换为电信号。危险气体检测电路的功能是利用比较器的原来检测空气中的危险气体含量是否对人体有害，并为后续电路发出有用信号。声光报警电路的功能是当空气中危险气体对人体有害时，通过声音和显示信号提醒主人。自动切断电路的功能是当空气中危险气体对人体有害时，能危险空气源。电源电路的功能是为上述所有电路提供直

8、流电压。 图1 家用瓦斯比较电路的总体框图电源电路声光报警电路自动切断电路危险气体电路检测电路危险气体监测电路2、危险气体监测电路和检测电路图表1左端所示为危险气体监测电路。该电路的核心器件是QM-N110，是一个气敏半导体传感器。QM-N110气敏半导体传感器在洁净空气中的阻值大约几十千欧姆，但是当接触到如天然气、煤气和液化气等危险气体时，电导率增大，电阻值极度减小，在空气中，危险气体含量在0.5%以下时，QM-N110的电阻值下降幅度和危险气体浓度成正比。由电路所示，公共电网的220V交流电通过变压器TR1降压到12V左右，不经过整流和滤波直接作为QM-N110的加热电压，而QM-N110

9、的控制端则由直流电源供电。电阻R1上网功能是分压和限流，保证QM-N110能够正常工作。这样通过QM-N110就可以监测空气中危险气体的浓度，并且将浓度信号转化为电信号。如图表1右端电路所示，危险气体检测电路主要由两部分组成，首先是由电阻R2和电容C1组成的延时电路，其次是由运算放大器组成的比较器电路，其功能是通过比较器原理检测空气中危险气体的含量是否对人体有害。首先QM-N110气敏半导体传感器监测到的信号通过开机延时电路，输入到两个运算放大器的反相输入端。然后通过电阻R3、R5和可变电阻R4分压得到电压V3和V4，并分别输入到运算放大器的同相输入端。通过调节可变电阻R4，使V3电压值对应Q

10、M-N110气敏半导体传感器监测到空气中含有对人体有害时的信号量。这样，当空气正常时，两个运算放大器都输出低电平；当空气中有有害气体时，运算放大器U1输出高电平，运算放大器输出低电平；当空气中含有危险气体对人体有害时，两个运算放大器都输出高电平。图表 1 危险气体监测电路和检测电路 3、自动切断电路自动切断电路如图表2所示。电路分量部分：虚线左边的电路为由NE555集成电路构成的单稳态电路，作为电路的复位电路；虚线右边的电路为自动切断电路。自动切断电路的关键器件为直流电动机MOTOE-DC，因为家庭中危险气体产生源一般为天然气或电化气罐，所以将电动机连接到开关位置，就可以通过电动机的运作打开或

11、关闭通道，从而切断危险气体产生源。如图表2 所示，当复位电路的按键S1没有按下时，NE555集成电路的TRIG端输入为高电平，输出端Q为低电平，T1截止。由前可知，当空气中危险气体浓度未达到对人体有害浓度时，V4电压为低电平，则三极管T2也截止，电机停转，电路不进行切断动作；而空气中危险气体浓度对人体有害时，V4为高电平，则三极管T1导通；由于T1和T2是并联连接，则电机正转的同时带动了开关切断有害气体来源。当有害气体来源的泄露排除后，按下按键S1，则TRIG端输入一个高电平。由稳态电路的特性可知，输出端会输出一段时间的高电平，使T1导通，则电机反转的同时带动开关打开通道。电机反转的时间由可变

12、电阻R11和电容R12决定，并且可以根据开关实际情况，调节可变电阻，保证电机可以打开管道开关。图表 2 自动切断电路4、电源电路 电源电路的设计可以采用两种方法来实现：第一种方法是采用电池提供，需要注意的选择合适电池的指标参数与电路相匹配。第二种是采用如图表3所示电路。直接从交流电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成12V直流电压。电路中变压器采用常规的铁芯变压器，由于电路采用了12V双电源，变压器中间需要加抽头；整流电路采用二极管桥式整流电路；C7C14完成滤波功能；由于电路采用了12V双电源，因此稳压电路采用两个三端稳压集成电路来完成实现输出1

13、2V。 图表 3 电源电路5、总体电路原理相关说明家用瓦斯报警电路是由危险气体监测电路、危险气体电路检测电路、声光报警电路、自动切断电路和电源电路5部分构成的。其电源是直接从交流电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成12V直流电压。公共电网的220V交流电通过变压器TR1降压到12V左右，不经过整流和滤波直接作为QM-N110的加热电压，而QM-N110的控制端则由直流电源供电。电阻R1上网功能是分压和限流，保证QM-N110能够正常工作。这样通过QM-N110就可以监测空气中危险气体的浓度，并且将浓度信号转化为电信号。QM-N110气敏半导体传感

14、器监测到的信号通过开机延时电路，输入到两个运算放大器的反相输入端。然后通过电阻R3、R5和可变电阻R4分压得到电压V3和V4，并分别输入到运算放大器的同相输入端。通过调节可变电阻R4，使V3电压值对应QM-N110气敏半导体传感器监测到空气中含有对人体有害时的信号量。这样，当空气正常时，两个运算放大器都输出低电平；当空气中有有害气体时，运算放大器U1输出高电平，运算放大器输出低电平；当空气中含有危险气体对人体有害时，两个运算放大器都输出高电平。当空气中危险气体浓度未达到对人体有害浓度时，V4电压为低电平，则三极管T2也截止，电机停转，电路不进行切断动作；而空气中危险气体浓度对人体有害时，V4为

15、高电平，则三极管T1导通；由于T1和T2是并联连接，则电机正转的同时带动了开关切断有害气体来源。当有害气体来源的泄露排除后，按下按键S1，则TRIG端输入一个高电平。由稳态电路的特性可知，输出端会输出一段时间的高电平，使T1导通，则电机反转的同时带动开关打开通道。当空气中危险气体浓度未达到对人体有害时，V4电压为低电平，则三极管T1截止，NE555集成电路的THR和TRIG端输入电压为零，则由NE555集成电路的功能可知，输出端Q输出为高电平。输出端Q接入由运算放大器构成的反相电路，则运算放大器的输出为低电平。这样发光二极管D1截止；三极管T2截止，V4为高电平，蜂鸣器不工作，即此时不进行声光

16、报警。相反，当空气中的危险气体浓度对人体有害时，发光二极管D1在截止和导通间转换，D1呈现闪烁状态；三极管T2同样在截止和导通间转换，蜂鸣器进行间断工作，即此时进行声光报警。从而达到有害气体泄漏告警的目的。6、总体电路原理图 家用瓦斯报警电路的总电路图如图表4所示。它是由危险气体监测电路、危险气体电路检测电路、声光报警电路、自动切断电路和电源电路5部分构成的。图表 4 家用瓦斯报警电路的总电路图7、元件清单序号符 号类 别数 量1R1、R5R10、R17、R181K9个2R3、R12R1610K6个3R22M1个4R4、R11可变电阻2个5D1、D2LED、发光二极管2个6D3IN41481个

17、7T1T49013、三极管4个8C1、C3、C7、C12470uF4个9C2、C50.01uF2个10C8、C10、C11、C130.1uF4个11C4、C9、C1447uF3个12QM-N110气敏半导体传感器1个13S1按键1个14SPEAKER蜂鸣器1个15MOTOR DC直流电机1个16TR1、TR2TRANS、变压器2个17DBRIDGEI1个18U1U3LM324、运算放大器3个19U4U5NE5551个20U6MC78L12CP1个21U7LM79L12ACZ1个注：元件规格在原理图中有标注,在“相关说明”中也有部分说明。8、参考文献1. 阎石. 数字电子技术基础，3 版. 北京

18、：高等教育出版社，1989.2. 周仲.国产集成电路应用500 例. 北京：电子工业出版社.3. 孟贵华主编. 电子元器件选用入门. 北京：机械工业出版社，2004.4. 李 华主编. MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京：北京航空航天大出版社，19935. 付家才主编. 电子工程实践技术. 北京：化学工业出版社，2003.6. 谢自华主编. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2003.9、设计心得体会通过一周的家用瓦斯报警电路的课程设计，我从中获得许多。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加

19、以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。通过在网上搜索课程设计的相关内容，也到学校图书馆借相关书籍，经过不断比较与讨论，最终确定了声光控延时照明灯的电路原理图。通过这次课程设计，我明白了不管是学习哪种软件，如果以前没有没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是查阅相关资料，如果找不到就向老师和其他同学请教，因为每个人掌握情况不一样，一个人不可能做到处处都懂，集合多个人的思想，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会。尽管现在只是初步学会了家用瓦斯报警电路的设计，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，

20、更重要的是我又多掌握了一门新的技术，付出的过程中我已经收获了很多快乐！做课程设计这段时间是这一学期比较忙的日子，面临着即将到来的四级考试和期末考试，再加上对课程设计比较陌生，一周内必须完成这项课程设计，任务比较重。由于缺乏对课程设计相关知识的了解，我们从网络上查阅了不少相关资料。一周的电子课程设计即将结束，这一周学到了很多东西。以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的只是停留在似懂非懂的状态。对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程设计学习的兴趣。通过这次对家用瓦斯报警电路的设计，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了家用瓦斯报警电路的原理和设计理念。最后我很高兴我完成了任务，也感谢老师和同学们对我的帮助！10附原图 来源：百度文库