基于有害气体检测与抽排电路设计和机器人行走电路课程设计_精品.doc

摘要 无可置疑随着现代生活的迅猛发展电子技术以及集成电路已经深入我们的日常生活在我们的日常学习生活和工作中都起着无可替代的作用，日常生活中，我们因为煤气的泄露而引起伤亡事故；人们还希望机器人可以代替我们做事情避免一些劳苦级危险的侵害针对以上两种情况我们一发现有害气体为目标发出声光警报为提示设计了第一个声光报警电路。机器人电路要求是可以前后运动。 这两个电路时模拟电路和数字电路的综合应用用到了555、电桥等工具 本次用proteus元件来实现仿真，最终应用与实践。 关键字：555定时器 电机 电桥 proteus 1有害气体检测与抽排 1.1意义与要求 1.1.1 意义 运用电子技术及相关知识设计有害气体声光报警器，且具有自动抽排功能。运用相关元器件设计出电路图，并在相关仿真中观察效果。制作中要联系实际，同时锻炼自己的动手能力，加强自身的分析，综合能力。 1.1.2 要求 设计一个能自动检测有害气体浓度，且当有害气体浓度超标时，能自动发出声光报警，能自动抽排有害气体的控制电路。当检测到有害气体意外排放超标时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示，同时自行启动抽排系统，以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 1.2 总体框架设计 图1.1 系统框架图 图1.2 系统流程图 1. 3 气敏元件的选取 气敏元件的参数主要有加热电压、电流，测量回路电压，灵敏度，响应时间，恢复时间，标定气体（0.1%丁烷气体）中电压，负载电阻值等。QM-N5型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢复时间短，市场上应用广泛。QM-N5气敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，最佳工作条件）中电压≥2V，响应时间≤10S，恢复时间≤30S，最佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻RL为2K，允许工作条件加热电压4.5～5.5V、测量回路电压5～15V、负载电阻0.5～2.2K。下图为气敏元件的简单测试电路（组成传感器），电压表指针变化越大，灵敏度越高；只要加一简单电路可实现报警。常见的气敏元件还有MQ-31（专用于检测CO），QM-J1酒敏元件等。 1.31设计原理图及分析 . 图1.1 总体设计图 总体原理说明：电源由220v交流电压供电，为了器件能在正常电压下工作，则需外加变压器使之输出合适的电压值，再经过整流，滤波，稳压电路。最终输出恒定直流。本电路图中用滑动变阻器来代替了，因为在proteus中气敏元件不好设计。 1.3.2 电源电路 图1.2电源电路图 如图，电源采用220v交流供电，模拟现实环境中的工作电压，因而要接变压器使之输出的电压在气敏电阻工作电压范围内，电源后接变压器使之电压降低。此时输出为交流电压，其它电路供电必须采用直流电压。经过由电桥构成的整流电路后，将交流电压转变为脉动直流电压，因为此时仍包含有纹波等杂波输出，再经过滤波电路后，输出为单一的直流电压，而此时电压仍会因为电网波动，负载与温度的影响产生波动，就必须再加稳压电路使之输出电压为恒定直流电压，驱动后面电路工作。 1.3.3有害气体检测与排放电路 图1.3 有害气体检测与抽排电路图 当工作环境中有害气体浓度不超标时，气敏电阻值很小（滑动变阻器代替），通过变压比较器输出的电压为低电平，继电器不工作，声光报警与电机电路不工作。当有害气体浓度过高时，气敏电阻QM-N5电阻值变小，电压比较器输出高电平，继电器内部开关闭合，启动声光报警与电机，对有害气体进行抽排。而为了能通过在不同有害气体浓度下工作，则可通过调节RV3的阻值来实现在不同浓度下工作。 注：此处由于在元件库中找不到QM-N5器件，故用滑动变阻器代替。 1.3.4 声光报警电路 图 1.4 声光报警电路图 声光报警电路通过两个555定时器发出的方波信号驱动喇叭工作，而采用两个555定时器则可发出不同频率的方波，使得喇叭发出警笛声。实现警笛声音。当继电器内部闭合，为555定时器供电，使之发出方波信号，促使灯泡发光，喇叭报警。图中555定时器构成的多谐振荡器输出方波，其频率为f=1/( tPL +tPH)，近似可看成f=1.43/[(R1+R2)C]。其输出波形为 图1.5 555仿真图 1.4系统仿真截图 1.4.1 总体原理说明 外接的220v工作电压经变压器变压后，交流电压再由整流电路变为直流电压，因此时，电压中仍含纹波电压，则再必须经过滤波电路变为单一直流电压。由于在工作中，电压会受到电网电压波动，温度及负载的影响，难免会产生波动，因此电路中要新增稳压器使之电压恒定，不受外部因素干扰。对于有