毕业设计(论文)有运放构成的可燃气体定量显示报警电路.doc
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1、湘 潭 大 学毕 业 设 计 任 务 书设计题目:由运放构成的可燃气体定量显示报警电路 学号: 姓名: 专业: 指导教师: 系主任: 一、主要内容及基本要求 研究制作一个由运放构成的可燃气体定量显示报警电路。 具体要求如下: (1)能定量显示可燃气体的不同浓度(浓度分别为0.00%、0.02%、0.06%、0.08%、 0.10%、0.16%、); (2)能在气体浓度大于0.16%时报警提醒用户注意; (3)要求低成本设计,适合民用; (4)撰写8000字以上毕业设计说明书。 二、重点研究的问题 1、气敏传感器的选择。 2、可燃气体浓度的变化与电压变化的关系。 3、如何实践不同可燃气体浓度的定
2、量显示。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1围绕课题收集相关资料 2010.11.102010.12.152对资料进行分析,准备必要的知识2010.12.162010.1.103根据已掌握的知识得出设计方案2011.1.102011.2.214选择、学习电路仿真的软件2011.2.222011.3.155仿真、焊制电路板、调试2011.3.162011.4.136完成毕业说明书初稿2011.4.142011.5.137对初稿进行修改,完成毕业说明书定稿2011.5.142011.5.208制作PPT,准备答辩2011.5.212009.5.25四、应收集的资料及主要参考文献 1 阎石数
3、字电子技术基础(第五版)M北京: 高等教育出版社,2006 2 华成英模拟电子技术基本教程M北京:清华大学出版社,2006 3 王绍中.可燃气体检测之探头及传感变送器M.炼油化工自动化 1994,(2) 4 吴运昌集成电路原理与应用M广东:华南理工大学出版社,1990 5 康华光. 电子技术基础M .高等教育出版社1998 6 孙良彦. 半导体气敏元件的新进展J;传感器技术;1900( 02) 7 肖景和.实用报警电路300例M.北京市:中国电力出版社2005.06 8 黄继昌等.实用报警电路M .北京市:人民邮电出版社2005.01 9 苏文静 、文小玲 、朱琥.可燃气体报警器的设计J.电工
4、电气,2009,05. 10 陈永甫.多功能集成电路555经典应用M.北京:电子工业出版社,2008.6. 湘 潭 大 学毕 业 设 计 评 阅 表学号 姓名 专业 毕业设计题目: 由运放构成的可燃气体定量显示报警电路 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;2.难度、份量是否适当;3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;2.是否有综合运用知识的能力;3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力;4.是否具备一定的外文与计算机应用能力;5.工科是否有经济分析能力。设计质量
5、1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范;2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。综合评 价选题符合专业特点和教学计划要求,难度适当,有较强综合性。计算机应用能力较强,文献综合归纳能力较强。具备一定的设计能力和较好的研究方法。说明书格式较规范,用语正确,图表基本正确,篇幅达到要求,文字表达较通顺。建议评为良好。评阅人: 2011年 5 月 日湘 潭 大 学毕 业 设 计 鉴 定 意 见 学号: 姓名: 专业: 电
6、子信息工程 毕业设计说明书 27 页 图 表 18 张设计题目: 由运放构成的可燃气体定量显示报警电路 内容提要:本文详细介绍了由运放构成的可燃气体定量显示报警电路的设计与制作过程。 该可然气体报警电路由可燃气体检测模块、气体浓度定量显示模块、报警模块三个模块组成。可燃气体检测模块包括气敏传感器、延时电路及负载电路三部分。气体浓度定量显示模块有两种设计方案,一种是采用单片机实现控制功能,达到气体浓度定量显示的目的,另一种为采用电压比较器的集成电路设计。通过方案的比较,本人在设计中采用电压比较器构成的集成电路。该方案简单,造价比较低,更符合降低成本、普及民用的宗旨。该模块包括电压比较电路、SR锁
7、存电路和LED灯定量显示电路三部分。报警模块采用由NE555构成的频率振荡器组成报警电路。当气体浓度为0%、0.02%、0.06%、0.08%、0.1%、0.16%时, LED发光二极管依次点亮;当气体浓度大于0.16%时,报警器发出报警,实现可燃气体浓度定量显示,其功能能满足民用的基本要求。指导教师评语该生选题难度适当,符合专业教学要求。有较强的文献综合能力和计算机应用能力。设计期间工作态度好,具备较强的制作能力。有实验结果,工作量较饱满。说明书篇幅符合要求,文字通顺,用语正确,格式规范,图表无误。同意其参加答辩,建议成绩评定为良好。指导教师: 年 月 日答辩简要情况及评语该生答辩思路清晰,
8、条理分明,表述清楚。能回答绝大部分问题。经答辩小组评议,答辩小组同意其成绩评定为良好。答辩小组组长: 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任: 年 月 日目 录摘要1ABSTRACT1第1章 引言21.1 本课题研究的背景与意义21.2 国内外的现状和发展趋势2第2章 方案设计42.1整体设计思想42.2 模块方案的选择4第3章 电路设计93.1可燃气体检测模块的设计93.2气体浓度定量显示模块设计103.3报警模块的设计123.4总结可燃气体定量报警器的组成及工作原理13第4章 制作与调试154.1电路的仿真154.2电路板的焊制与调试16毕业设计总结及致谢17参考文献18附录1 电路总图1
9、9附录2元件清单20由运放构成的可燃气体定量显示报警电路摘要:液化气、可燃气等可燃气体作家庭使用燃料越来越多,但是这些气体有害、易爆炸,隐患事故多。本设计采用气敏传感器将气体浓度变化转变为电压的变化。通过LED发光二极管定量指示可燃气体的浓度值,提醒用户注意。它主要是由可燃气体检测、气体浓度定量显示和报警三大部分组成。该报警器能广泛应用于居民家庭和企事业单位,从而大大降低由可燃气体所引起的中毒、火灾、爆炸等事故的发生, 保障了人们的生活和生产安全,具有重要的实用价值。关键词:可燃气体;QM-N5 ;定量显示;报警器The Combustible Gas quantitative display
10、 Alarming Circuit composed of by the Op-amp.Abstract: More and more families use liquefied petroleum gas, natural gas and other combustible gas as domestic fuel.But these gases are harmful, explosive and hide more accidents.The design of the circuit put gas sensor changes into voltage changes by usi
11、ng gas concentration.LED light-emitting diode through the quantitative display indicate the concentration of combustible gases, and remind the users attention.The whole electric circuit of alarm is composed by three parts.They are combustible gas test,uantitative display of gas concentrations and al
12、arm apparatus.The annunciator can be widely used in families .The occurrence rates of the accidents such as poisoning ,fire,burst,etc are deeply reduced.It has an important and practical value.Keyword: combustible gas;QM-N5;quantitative display;alarm apparatus第1章 引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
13、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。为了使可燃气体更好地造福于民,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,各可燃气体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。1.1 本课题研究的
14、背景与意义当今的生活当中,天然气,煤气,液化气已经成为人们常用的燃料,然而由于器具或传输通道老化,很容易发生泄漏事件。若泄漏的可燃性气体或液体蒸汽未被及时发现,而使气体浓度不断积累,进而达到一定的爆炸极限,则随时可能发生火灾甚至是爆炸等恶性事故,造成人身伤亡的重大事故,酿成不堪设想的悲剧,国内外均有不少这方面的报道,其教训是非常深刻的。为了防患于未然,需采用先进的、可靠的安全监测器严密监测环境中的可燃性气体的浓度,及早发现事故隐患,从而采取有效措施,确保人身安全。它的重要性已被安全意识日益增强的人们所公认。为此我们希望研制出一种可燃性气体定量限时报警器,用于监测空气中可燃性气体并定量显示可燃性
15、液体的浓度,当空气中的可燃性气体浓度达到一定浓度时,指示灯点亮并报警。从而保障生产与生活的安全,避免火灾和爆炸事故的发生。1.2 国内外的现状和发展趋势目前世界上可燃气体报警器的产品规格有300到400种,可燃气体检测设备从仪器结构上可检测的方法上可分为便携式、袖珍式和固定式3类。便携式检测仪器主要为泵吸式。泵吸式仪器一般有较长的吸样管,以用于危险作业场所对未知浓度的有害易燃易爆气体进行检测,适用于检测人员定期进行安全接侧和日常检测;袖珍式仪器的检测方法主要以扩散法为主,适合与在危险作业环境中安全人员随身携带。目前气体报警器行业主要根据不同的气体来生产不同的报警器。由于气体报警器并不是通用型,
16、比如天然气场合使用天然气报警器,人工煤气场合应使用人工煤气报警器,液化石油气场合应使用液化石油气报警器或者用液化石油气标定的通用可燃气体检测报警器,所以会有不同的气体报警器。比如二氧化硫气体报警器、甲醛气体报警器、T40单气体报警器等等。 报警服务业在国外发达国家,无论是市场制度的建立完善、行业资源配置的合理、管理水平的提高、完善的法律保障体系,还是严格的行业规范等等都已经是比较成熟。中国在可燃气体报警电路的研制也取得了很大的收获。气体报警器行业市场目前规模不是很大,但未来需求潜力巨大。据华经纵横调查,全国范围内安装燃气报警器的家庭用户比例不足10。随着我国对于安全的要求和居民对自身安全水平的
17、提升,我国可燃气体气体报警器需求将大大增加。 需求状况分析及预测如图1.1所示。图1.1 可燃气体报警器需求状况与分析 由于市场上的气敏传感器的价格普遍较贵,一般家用可燃气体报警器的最 低价格要150多元,这样严重影响了广大家庭的购买,尤其对于偏远农村家挺。因此提出本设计,目的在于降低产品成本,促进可燃气体报警器的推广。第2章 方案设计2.1整体设计思想5V电压可燃气体检测模块气体浓度定量显示模块报警模块图2.1电路整体设计方框图从功能角度上看可燃气体定量显示报警电路要实现可燃气体的感应、将气体的浓度变化转化成电压的变化、气体浓度的定量显示以及浓度到达一定程度发出报警。当气体浓度为0%、气体浓
18、度为0.02%、气体浓度为0.06%、气体浓度为0.08%、气体浓度为0.1%、气体浓度大于0.16%时, LED发光二极管依次点亮。在气体浓度大于0.16%时,报警器发出报警。因此本设计分为三个模块:可燃气体检测模块、气体浓度定量显示模块、报警模块。整体设计思路如图2.1所示。2.2 模块方案的选择 2.2.1可燃气体检测模块该部分主要为气体的感应,将气体的浓度变化转化为电压的变化。实现这一功能使用气敏传感器。 气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。一般认为,气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体
19、、干燥或制冷处理仪表显示部分。现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体,研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。气体传感器主要有半导体传感器(电阻型和非电阻型)、绝缘体传感器(接触燃烧式和电容式)、电化学式(恒电位电解式、伽伐尼电池式),还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。其中半导体氧化物型气体传感器可以有效地用于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。可以广泛用于空气质量检测、食品、香精、香水的质量评定及生产过程控制,甲烷(天
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