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1、苏州经贸职业技术学院毕业论文 课题名称 可燃气体超标报警器设计届 别 2010届 系 别 机电系 专 业 微电子 班 级 微电0731学生姓名 于少游 学 号 0701093134指导教师 吴振磊2010-01目录 摘要：1前言2第一章 protell 99se以及可燃气体报警器的介绍31.1 protell 99SE介绍312可燃气体报警器的介绍3121 可燃气体报警器的分类3122可燃气体报警器的现状和发展41.23可燃气体报警器的校准和注意事项4第二章 可燃气体超标报警器的方案设计52.1设计思路52.2 单元电路的功能623原理框图6第三章 设计步骤73.1降压整流及稳压电路73.1.
2、1整流电路73.2气敏传感器及比较电路93.2.1 QM-N5型气敏元件93.2.2 比较器LM393103.3振荡音响电路123.4电路仿真143.5印制电路板设计15第四章 总结可燃气体超标报警器的组成及工作原理164.1 电路组成164.2 工作原理164.3 可燃气体超标报警器总图17总结17谢辞18参考文献18摘要：家庭使用液化气、燃气等可燃气体作燃料的越来越多，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灾难性危害。本次设计内容包括可燃气体报警电路的结构及其工作原理。此报警电路以气敏半导体传感器为主要组成部分，气敏半导体传感器检测到可燃气
3、体时通过电导率的改变来控制多谐振荡器及正反馈振荡器间歇工作，通过报警电路从而达到报警的目的。这种报警器设计简单，成本低，适用于一般家庭。用protell 99se进行画图，设计，还可以进行电路的仿真和制版，这样节省时间，还没什么损耗，给我们广阔的想像空间进行创新。让我们对传感器，比较器，振荡器等有更深的了解。也许这个设计并没有太大的新意，但对我们今后电路学习和设计将大有裨益。关键词：可燃气体；报警；半导体传感器；超标；比较器；振荡器。前言随着石油化工行业的发展，易燃、易爆气体的种类和使用范围都随之增加。这些气体在使用过程中一旦发生泄漏，与空气混合后将会引发火灾。由于气体本身存在的扩散性，发生泄
4、漏之后，在外部风力作用下，可燃气体会沿地表面迅速扩散，扩大危害区域。一旦发生可燃气体泄漏事故，及时可靠地探测空气中可燃气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举。本次设计的题目是家用可燃气体超标报警器，主要应用于家庭中。本设计应用的主要器件是气敏半导体传感器，该传感器的灵敏度高，
5、因此可以检测可燃气体的微量泄漏。该报警器是由电源电路、传感器电路、压控振荡器电路及报警电路等组成。传感器通过电导率及电阻值的改变，影响电路输出的电平高低，输出的电平控制多谐振荡器的工作，随多谐振荡器的工作，正反馈振荡器同时间歇工作，发出报警声，发光二极管闪烁，达到报警的目的。Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件
6、可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。随着计算机技术的飞速发展，集成电路被广泛应用，电路越来越复杂，集成度越来越高，加之新型元件层出不穷，使得越来越多的工作已经无法用手工来完成，因此计算机辅助电路板设计已经成为电路板设计制作的必然趋势。第一章 protell 99se以及可燃气体报警器的介绍1.1 protell 99SE介绍 Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能： 1可
7、生成30多种格式的电气连接网络表；2强大的全局编辑功能；3在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络;既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环
8、境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺;提供大量的工业化标准电路板做为设计模版； 放置汉字功能； 可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换;智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）； 方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果； 独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果； 强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等； 经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动； 反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；
9、专家导航帮您解决信号完整性问题。12可燃气体报警器的介绍121 可燃气体报警器的分类按照使用环境可以分为工业用气体报警器和家用燃气报警器，按自身形态可分为固定式可燃气体报警器和便携式可燃气体报警器。可燃气体报警器，主要用于检测空气中的可燃气体，常见的如氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、丁烯（C4H8）、乙炔（C2H2）、丙炔（C3H4）、丁炔（C4H6）、磷化氢等。可燃气体报警器就是气体泄露检测报警仪器。当工业环境中可燃或有毒气体泄露时，当气体报警器检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，可燃气体
10、报警器就会发出报警信号，以提醒工作采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障安全生产。122可燃气体报警器的现状和发展近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛应用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引
11、发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举。1.23可燃气体报警器的校准和注意事项1可燃气体报警器安装的注意事项 （1）报警器的周围不能有对仪表工作有影响的强电磁场（如大功率电机、变压器）。 （2）报警器是安全仪表,有声、光显示功能,应安装在工作人员易看到和易听到的地方,以便及时消除隐患。（3）报警器的安装高度一般应在160170cm,以便于维修人员进行日常维护。 （4）报警器探头主要是接触燃烧气体传感器的检测元件,由铂丝线圈上包氧化铝和黏合剂组成球状,其外表面附有铂、钯等稀有金属。因此,在安装时一定要小心,避免摔坏探头。 （5）被测气体的密度不同,室内探
12、头的安装位置也应不同。被测气体密度小于空气密度时,探头应安装在距屋顶30cm外,方向向下；反之,探头应安装在距地面30cm处,方向向上。 （6）露天探头的安装可根据被测气体的密度而选择安装高度,特别注意的一点是探头应安装在下风侧。 （7）报警回路的连接电缆要加保护套管,在探头的接线处最好加金属软管,并注意要与工厂的防爆等级一致。（8）安装调试后,一定要装透气防水罩,以免雨水进入损坏探头。 2可燃气体报警器校验的注意事项 （1）原则上要采用经计量认证与被检测气体相匹配的标准样气。相同的被测介质所选的标准样气不同,报警点也不同。（2）校验前,探头的周围环境应无可燃气体。如果有可燃气体,要先拆下防雨
13、罩,充入一定量的洁净空气后,再连续通入样气,以保证校验的准确性。 （3）当被测气体为烃类混合物时,异丁烷为首选样气,其次为丙烷。（4）对于非烃类混合物或爆炸下限浓度的气体燃烧时产生的热量相差较多的烃类混合物,不得已时,可使用丁烷、异丁烷、丙烷等既易得又稳定的单组分燃料作为样气。此时必须依据一定的检测信号换算关系调整报警器的量程。 3可燃气体报警器使用和维护方法 可燃气体报警器的种类和型号较多,但是基本电路原理是相同的,因此其使用和维护的方法也较相似。现将使用和维护的方法介绍如下： （1）检测元件与补偿元件的使用寿命通常为35年。在使用条件合理和维护得当的条件下,可延长其使用寿命。（2）对于有试
14、验按钮的报警器,每周应按动一次试验按钮,检查报警系统是否正常。每2个月应检查标定一次报警器的零点和量程。（3）应经常检查检测器有无意外进水。检测器透气罩在仪表检测时,应取下清洗,防止堵塞。 （4）检测器为隔爆型防爆设备,不得在超出规定的范围使用。检测器不得在含硫的场合使用。检测器应尽量在可燃气体浓度低于爆炸下限的条件下使用,否则,有可能烧坏元件。 （5）热线型半导体式检测器不得在缺氧的条件下使用。不要用大量的可燃气直冲探头。第二章 可燃气体超标报警器的方案设计2.1设计思路说到可燃气体气体报警器，自然容易想到气体传感器，目前按照气敏特性来分，主要分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧
15、型、光化学型等气体传感器。半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。这次做的是家用可燃气体超标报警器，所以选用较常见的QM-N系列的传感器。根据这种传感器的原理（元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高，相应的分压也会改变。）想到用比较电路来连接传感器便变得无可厚非了，比较器输出的高低电平所产生的电路效应由一个振荡音响电路来体现，这就有了后面的由555组成的振荡器，而电路所需要的工作电压由变压稳压电路来实现。为了使电路更直接的展现其功能，可以安装一个LED灯和一个扬声器构成的音响电路，还可根据使用场地的问题来确定是否需要安装功率放大电路来使扬声器发挥更大的声音效果.这样一个可燃气体超标报警电路就大
