肖陽 寇瑋辰 高巖 簡(jiǎn)華旭

摘 要：在很多工業(yè)領(lǐng)域，比如石油，采礦，冶金，化工等行業(yè)，都會(huì)用到或者產(chǎn)生可燃?xì)怏w。近年來，隨著燃?xì)獾淖兏?，可燃?xì)怏w已經(jīng)成為了大多數(shù)城鄉(xiāng)居民取暖和做飯的燃料。但由于各種各樣的原因，如漏氣，閥門故障，使用產(chǎn)品不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻目扇細(xì)怏w泄露，室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度上升，當(dāng)濃度上升到一定程度會(huì)引起人中毒甚至死亡，如果遇到火花等，還可能引起爆炸，造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。由于可燃?xì)怏w的危害性嚴(yán)重影響了人們的生活安全，因此怎樣防止可燃?xì)怏w中毒與爆炸至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：氣敏傳感器;濃度測(cè)量;報(bào)警;仿真

1前言

可燃性氣體報(bào)警器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。日本是最早發(fā)明燃?xì)鈭?bào)警器的國家，己有50多年的歷史。無論在氣體探測(cè)器的研制上，還是在報(bào)警器的性能上，均處于國際領(lǐng)先水平。日本政府和生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報(bào)警器的使用，使燃?xì)庑孤┖捅ǖ仁鹿实氖鹿事蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國家。其中FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長(zhǎng)而著稱。

2總體方案設(shè)計(jì)

氣體傳感器是通過物體隨氣體濃度變化而改變某種特性來間接測(cè)量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作氣體濃度傳感器的材料相當(dāng)多。本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要分為四個(gè)部分，即傳感器、電壓比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器以報(bào)警電路。經(jīng)過分析，傳感器可以選擇對(duì)氣體濃度比較敏感的器件，做好是在某參數(shù)與氣體濃度成線性關(guān)系;電壓比較器由集成芯片構(gòu)成;A/D轉(zhuǎn)換器需要選擇有LED驅(qū)動(dòng)顯示功能的，而可供選擇的參考元件有CC7107，CC7117，MC14433等;顯示部分用4位LED數(shù)碼管顯示。

2.1方案一：使用集成芯片

根基電路的方案設(shè)計(jì)出方案流程如下圖：

氣體的濃度檢測(cè)使用QM-N5作為氣體濃度傳感器，QMn5為含錳量較高的錳青銅。有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性，能很好地在熱態(tài)及冷態(tài)下承受壓力加工，有好的耐蝕性，并有高的熱強(qiáng)性，400？下還能保持其力學(xué)性能。QMn5錳青銅用于制作蒸汽機(jī)零件和鍋爐的各種管接頭、蒸汽閥門等高溫耐蝕零件。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以使用集成芯片TLC7107， 輸入電壓可調(diào)，含內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。

使用ICL7107的輸出可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，顯示輸入電壓大小。

報(bào)警電路，因?yàn)槭菣z測(cè)濃度是否高于某一個(gè)濃度，所以我們可以使用電壓比較器，通過比較傳感器的電壓與設(shè)定的電壓之間的大小，當(dāng)傳感器電壓大于設(shè)定值的電壓的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。在蜂鳴器報(bào)警前面 可以加一個(gè)NE555做一個(gè)震蕩電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的聲音。計(jì)數(shù)部分，可以使用使用兩塊74LS161作為加法器，當(dāng)?shù)谝黄臅r(shí)鐘管腳有一個(gè)脈沖時(shí)，則計(jì)數(shù)加一，使用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片74LS48進(jìn)行顯示。74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)臵的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。

7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。

2.2方案二 使用單片機(jī)

方案框圖如下：

氣體濃度傳感器出來的電壓送給單片機(jī)，單片機(jī)比較信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)報(bào)警器和數(shù)碼管顯示。在C51單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼管顯示。

2.3方案選擇

由于此次設(shè)計(jì)是基于數(shù)字電子技術(shù)以及模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)。且因?yàn)榉桨付嬖趩纹瑱C(jī)的原因，方案一的成本比方案二低。在目前的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上來看，方案一更具有可實(shí)現(xiàn)性。

結(jié)束語：

我國在70年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，又進(jìn)行研究與開發(fā)，形成自己的特色。近年來，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1] 康華光、秦臻、張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].高等人民出版社.445-470