可燃性氣體泄漏報警器的設(shè)計實現(xiàn)
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1 系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化比較
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162843.htm目前可燃性氣體泄漏報警器的實現(xiàn)技術(shù)分為兩大類，一類是以單片機為核心的智能型報警器，包括信號調(diào)理、A/D采樣和輸入輸出電路等，相對復(fù)雜。另一類完全用硬件實現(xiàn)，電路非常復(fù)雜。這兩類技術(shù)都采用較復(fù)雜的電路解決可燃氣傳感器的初始報警問題。而初始報警的原因是由于傳感器在開始加電時，其電導(dǎo)率尚未達穩(wěn)態(tài)值，從而導(dǎo)致誤報警，約3 min后，傳感器的電導(dǎo)率達穩(wěn)態(tài)值，報警才停止。
為了解決初始報警問題，可采用以下兩種方案：
1)采用二次報警方案，該方案是將傳感器的初始電導(dǎo)率的當(dāng)量可燃氣濃度作為第一階段報警濃度，這一階段只讓報警燈亮，喇叭不響。第二階段報警是當(dāng)可燃氣泄露濃度達到一個臨界危險濃度時再開啟聲音報警。這類方案需要較復(fù)雜的兩階段比較報警電路，提醒力不強且不可靠，報警靈敏度不可調(diào);
2)采用比較或反饋延時的報警方案，但電路非常復(fù)雜，成本較高。因此，采用硬件設(shè)計降低成本是關(guān)鍵。這里提出一種采用數(shù)字和模擬集成電路相結(jié)合的設(shè)計方案，解決報警和二次報警的問題，并取得很好效果。
2 器件選擇與工作原理
氣敏傳感器種類繁多，性能各異。這里選用MQ-KC型傳感器，它是一種新型的電阻型氣敏型元件，可用于天然氣、煤氣、石油氣等檢漏報警。具有靈敏度高，長期穩(wěn)定性好，壽命長，價格低，功耗小，可方便使用電池等特點。MQ-KC型傳感器原理：將該傳感器接至規(guī)定負載，在加電的初始階段，傳感器的電導(dǎo)率呈現(xiàn)一個較高的值，約3 min左右達到穩(wěn)態(tài)值。若將其置于具有一定濃度的可燃氣體中，其電導(dǎo)率將升高，在一定范圍內(nèi)，可燃氣體濃度越高，傳感器電導(dǎo)率也越高，如果將傳感器與負載串聯(lián)，負載即引起電壓變化，讀取這一變化電壓，經(jīng)比較、放大即可實現(xiàn)報警與控制等功能。
3 硬件電路設(shè)計
3.1 基本報警電路
MQ-KC型傳感器額定電源電壓為9 V，要求連接一只負載電阻。信號取出與比較電路如果用分立元件設(shè)計，元件數(shù)量多，成本高，且效果不好。為此，選用一片單電源9 V供電，具有一定驅(qū)動能力的集成雙運放來實現(xiàn)。圖1為該基本報警電路。
圖l中，R1是傳感器要求的負載電阻，阻值為120 Ω，Vcc為9 V電源電壓;A、B為LM358雙運放，A為跟隨器，起緩沖隔離作用，以便將R1上的電壓VR1基本上全部施加到比較器B的同相輸入端。RW為報警靈敏度調(diào)整電位器。穩(wěn)態(tài)時，調(diào)整RW使得加到比較器反相輸入端的電壓V-略高于穩(wěn)態(tài)時R1上的電壓VR1這個電壓越高，報警靈敏度就越低。加電并使傳感器達到穩(wěn)態(tài)后，MQ-KC為較穩(wěn)定的固定阻值，當(dāng)Vcc不變時，VR1基本為一固定值，保持不變。當(dāng)有可燃性氣體泄露時，傳感器接觸到可燃氣，使其電導(dǎo)率上升，電阻下降，使VR1上升，當(dāng)VR1高于V-時，比較器輸出一個大于7 V的電壓，從而使蜂鳴器HA發(fā)出滴、滴的報警聲。若用該電壓控制一個繼電器，即可實現(xiàn)控制功能。為了提高抗干擾能力，可分別在R1和B的V-端并聯(lián)一只濾波電容。
R1、R2和RW的取值不宜過小，以降低電源供電電流。其值可由式(1)估算，在估算時，RW可暫不考慮。
令V-=VR1，取R3=2 kΩ，已知Vcc=9 V，即可求出R2。本裝置R2=10 kΩ，RW=lO kΩ。
3.2 初始報警電路
圖1所示的基本報警電路的不足：一開始加電時，傳感器尚未達到穩(wěn)態(tài)，其電阻值較小，VR1較大，導(dǎo)致蜂鳴器HA誤報警。為了解決這一問題，采用一個數(shù)字信號控制的模擬開關(guān)，其控制信號采用簡單的電容充電延時電路，原理圖如圖2所示。圖1中比較器B的輸出V0加到模擬開關(guān)4066的輸入端，開關(guān)的輸出端接蜂鳴器HA。初始加電時，電容C上的電壓VC為0，4066不導(dǎo)通，無論V0值為多高，HA都不會報警。隨著電容充電，VC不斷升高，當(dāng)達到4066的控制門限閾值時，4066才導(dǎo)通，即能進入報警狀態(tài)。電容充電使其電壓達到4066的控制門限閾值時間即為延時時間。電容C和電阻R的取值可根據(jù)延時要求確定。為可靠起見，取RC=1/2T，T為傳感器初始穩(wěn)定時間。本裝置取R=l MΩ，C=100μF，即能實現(xiàn)可靠的延時。
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