基于TGS813的家用可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)-工業(yè)控制
摘要：提出基于氣敏傳感器TGS813的家用可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警通風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)利用TGS813對可燃性氣體進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時，傳感器輸出的電壓信號將大于設(shè)定電壓，比較器比較之后正向輸出，經(jīng)過功率放大，最后驅(qū)動音響報(bào)警電路及排氣裝置。該設(shè)計(jì)具有線路簡單、成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：氣敏傳感器；電源電路；檢測電路；報(bào)警音響電路
0 引 言
燃?xì)?人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì)量，但在使用燃?xì)獾倪^程中，因燃?xì)庑孤?、廢氣等原因造成的燃?xì)獗?、中毒等意外事故時有發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅，因此安全使用燃?xì)庖恢笔侨細(xì)庵鞴懿块T工作的重中之重。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器能有效監(jiān)測環(huán)境中可燃?xì)怏w或毒性氣體(如CO)的濃度，一旦其濃度超出報(bào)警限定值，就能發(fā)出聲光報(bào)警信號，并且能自動開啟排風(fēng)扇把燃?xì)馀懦鍪彝猓踔聊芡ㄟ^聯(lián)動裝置自動切斷燃?xì)夤?yīng)防止燃?xì)饫^續(xù)泄漏，起到安全防范的作用。但報(bào)警器選用得是否合理，直接關(guān)系到其功能的充分發(fā)揮。該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警器正是應(yīng)這種要求而開發(fā)的。
該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)是利用傳感器對可燃?xì)怏w濃度信號進(jìn)行監(jiān)測并且轉(zhuǎn)變成電壓信號，然后與設(shè)定的電壓信號進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超過設(shè)定值時實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警并能打開風(fēng)扇進(jìn)行換氣。目前市場上家用可燃性氣體報(bào)警器的價格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進(jìn)一步加大了投資，使得普通用戶難以承受。該設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警裝置的線路簡單，各種器件的價格相對低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發(fā)展的今天，燃?xì)鈭?bào)警裝置的價格逐步降低是必然趨勢，燃?xì)鈭?bào)警裝置將廣泛地被人們認(rèn)可并普及使用，為人們的人身財(cái)產(chǎn)安全樹立一道可靠的屏障。該設(shè)計(jì)采用氣敏傳感器TGS813對可燃性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測，正常工作時氣敏傳感器輸出電壓信號與設(shè)定的電壓值通過比較器進(jìn)行比較。當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時，氣敏傳感器輸出的電壓值超過正常時的電壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過三極管放大后，輸出驅(qū)動音響裝置發(fā)出聲音并且驅(qū)動繼電器線圈使風(fēng)扇自動打開，從而實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警及自動換氣功能。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警通風(fēng)裝置，采取單獨(dú)利用硬件的開發(fā)方式，充分利用了氣敏傳感器及其他元件的特性，使其相輔相成。它的電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件相對較少，使其制作成本大大降低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適應(yīng)了燃?xì)鈭?bào)警器價格逐步降低的趨勢，具有較高的性價比。圖1即為可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案框圖，其主要組成電路為：電源電路、穩(wěn)壓電路、傳感器及設(shè)定電壓、比較電路、放大電路、風(fēng)扇控制及報(bào)警電路。
具體方案的工作流程分析：電源電路經(jīng)過降壓變壓器向電路提供12 V的直流電源，經(jīng)過穩(wěn)壓電路的三端穩(wěn)壓管后輸出8 V穩(wěn)定的電壓，然后通過傳感器后和設(shè)定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)可燃性氣體濃度不超標(biāo)的時候，傳感器的輸出電壓比設(shè)定電壓小，從而使比較電路中電壓比較器反相端輸出低電平，故不能驅(qū)動風(fēng)扇報(bào)警電路工作。而當(dāng)可燃性氣體濃度超標(biāo)時，傳感器的輸出電壓將大于設(shè)定的電壓值，從而使比較電路中電壓比較器同相端輸出高電平，經(jīng)過放大電路進(jìn)行信號放大，然后輸出驅(qū)動風(fēng)扇控制的繼電器線圈使風(fēng)扇自動打開和音響報(bào)警電路發(fā)出連續(xù)聲音報(bào)警信號。
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2．1 電源模塊的設(shè)計(jì)
穩(wěn)定的電源是各種電子電路的動力源，被人譽(yù)為電路的心臟。眾所皆知，所有用電設(shè)備，包括電子儀表、家用電器等對供電電壓都有一定的要求。該設(shè)計(jì)的電源電路的主要包括兩個部分：電源變壓器和三端穩(wěn)壓管的選擇。電源模塊設(shè)計(jì)的基本思想是：采用AC220 V／ACl2 V的降壓變壓器得到一個交流的12 V電壓。然后經(jīng)過單相橋式整流電路把交流電流變成直流電流．再經(jīng)過濾波電容濾波之后，接到三端穩(wěn)壓管7808后，輸出即為穩(wěn)定的直流8 V電壓。
雖然整流濾波電路能將正弦波變換成較為平滑的直流電壓，但是一方面由于電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動；另一方面由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時，內(nèi)阻上的電壓將發(fā)生變化，于是輸出電壓平均值也隨之產(chǎn)生相反的變化。因此，整流濾波電路輸出電壓會隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動。隨著負(fù)載電阻的變化而變化，為了獲得良好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。即在電源電路中加入了三端集成穩(wěn)壓器LM7808進(jìn)行穩(wěn)壓。
三端穩(wěn)壓管是指只有三條引腳輸出的集成電路，用78系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入／輸出電壓差約為2 V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓。一般應(yīng)使電壓差保持在4～5 V，即經(jīng)變壓器變壓，晶閘管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。因電路需要的電壓為8 V，而經(jīng)變壓器及整流裝置輸出的電壓為12 V左右，
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