福建农林大学东方学院计算机系 电子信息工程专业 燃气泄漏报警器课程设计报告 燃气泄漏报警器课程设计报告课程名称： 传感器原理及工程应用课程设计题目： 采用传感器设计燃气泄漏报警器 姓 名： 系： 专 年 学 业： 级： 号： 张吴健 计算机系 电子信息工程 2008 级 081918007 王苏潭 副教授指导教师： 职 称：年月日1福建农林大学东方学院计算系 课程设计结果评定评语：成绩： 指导教师签字： 任务下达日期： 评定日期：2采用传感器设计燃气泄漏报警器0 引 言 燃气(人工煤气、天然气、液化石油气)的普及，提高了生产效率、市民的生活质 量，但在使用燃气的过程中，因燃气泄漏、废气等原因造成的燃气爆炸、中毒等 意外事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，因此安全使用 燃气一直是燃气主管部门工作的重中之重。 燃气泄漏报警器能有效监测环境中可 燃气体或毒性气体(如 CO)的浓度，一旦其浓度超出报警限定值，就能发出声光 报警信号，并且能自动开启排风扇把燃气排出室外，甚至能通过联动装置自动切 断燃气供应防止燃气继续泄漏， 起到安全防范的作用。 但报警器选用得是否合理， 直接关系到其功能的充分发挥。

该设计所研究的可燃性气体报警器正是应这种要 求而开发的。 该设计所研究的可燃性气体报警系统是利用传感器对可燃气体浓度信号进行监 测并且转变成电压信号，然后与设定的电压信号进行比较，当气体浓度超过设定 值时实现智能报警并能打开风扇进行换气。 目前市场上家用可燃性气体报警器的 价格一直居高不下，并且需要定期更换传感器，更让人们进一步加大了投资甲醇报警器，使 得普通用户难以承受。该设计的燃气报警装置的线路简单，各种器件的价格相对 低廉，这使得整体成本大大降低。相信在科技飞速发展的今天，燃气报警装置的 价格逐步降低是必然趋势，燃气报警装置将广泛地被人们认可并普及使用，为人 们的人身财产安全树立一道可靠的屏障。该设计采用气敏传感器 TGS813 对可燃 性气体浓度进行监测， 正常工作时气敏传感器输出电压信号与设定的电压值通过 比较器进行比较。当气体浓度超标时，气敏传感器输出的电压值超过正常时的电 压值，从而使比较器正向输出；然后通过三极管放大后，输出驱动音响装置发出 声音并且驱动继电器线圈使风扇自动打开，从而实现音响报警及自动换气功能。 1 系统的总体设计 该设计的可燃性气体报警通风装置，采取单独利用硬件的开发方式，充分利用了 气敏传感器及其他元件的特性，使其相辅相成。

它的电路结构简单，使用元件相 对较少，使其制作成本大大降低，经济实用，适应了燃气报警器价格逐步降低的 趋势，具有较高的性价比。图 1 即为可燃性气体报警系统设计的方案框图，其主 要组成电路为：电源电路、稳压电路、传感器及设定电压、比较电路、放大电路、 风扇控制及报警电路。3具体方案的工作流程分析：电源电路经过降压变压器向电路提供 12 V 的直流电 源燃气泄漏报警器，经过稳压电路的三端稳压管后输出 8 V 稳定的电压，然后通过传感器后和设 定电压进行比较。当可燃性气体浓度不超标的时候，传感器的输出电压比设定电 压小，从而使比较电路中电压比较器反相端输出低电平，故不能驱动风扇报警电 路工作。而当可燃性气体浓度超标时，传感器的输出电压将大于设定的电压值， 从而使比较电路中电压比较器同相端输出高电平，经过放大电路进行信号放大， 然后输出驱动风扇控制的继电器线圈使风扇自动打开和音响报警电路发出连续 声音报警信号。 2 硬件电路的设计 2．1 电源模块的设计 稳定的电源是各种电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。众所皆知，所有用 电设备，包括电子仪表、家用电器等对供电电压都有一定的要求。该设计的电源 电路的主要包括两个部分：电源变压器和三端稳压管的选择。

电源模块设计的基 本思想是：采用 AC220 V／ACl2 V 的降压变压器得到一个交流的 12 V 电压。然 后经过单相桥式整流电路把交流电流变成直流电流．再经过滤波电容滤波之后， 接到三端稳压管 7808 后，输出即为稳定的直流 8 V 电压。 虽然整流滤波电路能将正弦波变换成较为平滑的直流电压， 但是一方面由于电压 平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值 将随之产生相应的波动； 另一方面由于整流滤波电路内阻的存在， 当负载变化时， 内阻上的电压将发生变化，于是输出电压平均值也随之产生相反的变化。因此， 整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动。 随着负载电阻的变化而变 化，为了获得良好的直流电压，必须采取稳压措施。即在电源电路中加入了三端 集成稳压器 LM7808 进行稳压。 三端稳压管是指只有三条引脚输出的集成电路， 78 系列三端稳压 IC 来组成稳 用 压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使 用起来可靠、方便，而且价格便宜。一般三端集成稳压电路的最小输入／输出电 压差约为 2 V，否则不能输出稳定的电压。

一般应使电压差保持在 4～5 V，即经 变压器变压，晶闸管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。因电路需要4的电压为 8 V，而经变压器及整流装置输出的电压为 12 V 左右，故该设计选用 IC7808 型三端稳压管，输出 8 V 的稳定电压。 具体的电源模块及三端稳压管连接图如图 2 所示。2．2 气敏传感器的选择 随着微电脑和微电子技术的日益普及和应用，对传感器的性能、数量及用途提出 了新的需求，这就使人们更加重视对新型传感器的开发。 传感器电路设计的基本思想：电路通过三端稳压管 IC7808 输出 8 V 的恒定电压， 供给传感器的加热电路和检测电路。加热电路需要 5 V 的电压才能正常工作，所 以在传感器的加热电路上串联一个电阻使加热电路能够得到 5 V 的正常工作电 压。检测电路由气敏传感器 TGS813，R1 和滑动变阻器 R1 组成，输出电压进入电 压比较器的同相输入端，它是 R1 和 RL 电阻两端的压降输出。可燃性气体与传感 器相接触并且浓度超标时，检测电路的输出电压将会超过设定的基准电压，这时 比较器同相端输出高电平，使后面的三极管起到作用．从而驱动喇叭和继电器线 圈进行工作。

气敏传感器种类繁多。这里的通风装置所用的气敏传感器 TGS813 属 N 型半导体 类气体传感器燃气泄漏报警器， 其主要成分是二氧化锡烧结体。 当吸附还原性气体 (例如液化气、 天然气、氢气、一氧化碳、有机溶剂蒸气等)时，电导率上升。当恢复到清洁空 气中时，电导率恢复。TGS 传感器就是将这种电导率变化，以输出电压的方式取 出，从而检测出气体的浓度。5TGS 传感器最大优点是寿命长，TGS 传感器的灵敏度特性只随四季的温湿度变化 而呈周期性变化燃气泄漏报警器，并没有单调变化的趋势，说明 SnO2 半导体气体传感器有极长 的寿命。 因设计是针对家用可燃性气体的，故选择针对天然气、 液化气的 TGS813 型气敏传感器对气体进行监测。TGS813 气敏传感器的主要参数：加热电压为 DC ／AC(5 V 土 O．2 V)甲醇报警器，着火温度 537℃，爆炸极限为 5％～15％，温度为 200℃

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