多路燃气报警电路

沈阳航空航天大学本科毕业设计论文多路燃气报警电路姓 名 支广元 学 号 B64130107 院 系 北方科技学院 专 业 自动化 2010 年 6月 多路燃气报警电路院 系北方科技学院专 业自动化班 级B641301学 号B64130307姓 名支广元指导教师刘国昌负责教师张军沈阳航空航天大学2010年6月摘 要现代，工业生产、日常生活对安全的要求越来越高。但生产生活中，可燃气体泄漏而引发安全事故的情况屡见不鲜。应用报警电路可实现安全报警，确保生产和人身安全。电路板设计中会应用很多电子元器件和集成电路，在探测泄漏气体上选择传感器。其中集成电路和传感器，会给未来的工业生产进步提供便捷和稳定的保证。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产的特点；传感器具有敏感度好，分辨率高的特点。该论文主要对分立电子元器件、集成电路、传感器的应用进行阐述及对报警电路的设计进行分析描述。毕业设计中要用到PROTEL软件画出电路图。一方面直观的方便了研究电路原理，另一方面在电路搭接时准确进行调试。毕业设计多路燃气报警电路，达到了对泄露气体的传感、报警，该电路满足了对安全生产的要求。并且有稳定性高、灵敏度好、电路灵活小巧、经济可靠的优点、报警直观、便于操作的好处。关键词：报警；传感器；集成电路AbstractModern idustrial production, daily life to the requirement of safety. But in production and life, the combustible gas leakage accidents caused by the situation. Application of alarm circuit can achieve security alarm, ensure production and safety. Circuit design will be used many electronic components and circuits in the gas leak detection, choose the sensor. Integrated circuits and sensor, which will give the future industrial production progress and stable ensure provide convenient. Integrated circuit has a small volume, light weight, lead and welding, long service life, high reliability, performance, and the advantages of low cost, easy to large-scale production, Sensor has good sensitivity, the characteristics of high resolution. This thesis mainly for separation electronic components, integrated circuit, and expounds the application of sensor alarm circuit design and analysis. Graduation design should use draw circuit PROTEL software. The research on the convenience of intuitive circuit principle, on the other hand in a circuit of overlapped and debugging process can be simulated. Graduation design multi-channel gas alarm circuit, reached to reveal the gas sensor, alarm, this circuit for safety production meets the requirement. High sensitivity, stability and good flexible circuit, the advantages of compact and reliable and easy operation visual alarm.Key words: Integrated circuits； Sensors； alarms目 录第1章 绪 论11.1燃气报警电路与煤矿安全生产11.2本文研究的主要内容21.2.1 燃气报警电路的核心部件2第2章 多路燃气报警电路的方案设计52.1方案一的设计与分析52.2 方案二的设计与分析72.3 方案三的设计与分析92.4方案的选定112.5 Protel软件介绍112.6本章小结12第3章 元器件的选定与介绍143.1 传感器143.1.1 方案中选定的传感器介绍153.2 集成电路183.2.1 集成电路的分类介绍183.2.2 方案中选定的集成电路介绍203.3 其他元器件的介绍253.4本章小结31第4章 硬件电路的搭接与调试324.1 硬件电路的搭接324.2 硬件的调试334.3 本章小结33第5章 多路燃气报警电路的社会价值355.1 燃气报警电路的应用产所355.2 燃气报警的发展前景355.3 本章小结36第6章 结论37参考文献38致 谢39附录 方案硬件图40附录 元器件清单41第1章 绪 论随着工业自动化的不断进步，生产中不仅仅要求产品的质量，对于操作人员的人身安全也被越来越列入重点关注对象。在生产和生活中应用一些达到一定特殊要求的电路如报警电路，会给生产生活提供更多更有效地帮助。设计报警电路也是工业自动化应用的一个表现。近年来，在一些报道中煤矿的瓦斯爆炸给人身安全和生产带来太多惨痛代价。实现安全生产不仅仅是口号而是势在必行的。在此种情况下工业自动化的发展中的如远程控制、报警监控都是行之有效的解决方法。1.1燃气报警电路与煤矿安全生产能源工业是我们国家经济发展的命脉所在，近年来，随着石油资源的紧张、石油价格的飚升，煤炭行业的重要性和不可替代性也日益凸现。但中国煤炭行业的安全生产形势却不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端。煤矿作为高危行业之一，安全生产始终是头等大事。煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，容易发生事故，发生事故时抢险救灾工作的展开也较为困难。因此，对井下作业的视频监控是煤矿安全生产的一个重要环节。煤矿视频监控系统作为将井下、井上的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时图像传送到煤矿调度指挥中心和矿领导办公室的最直接手段。可使调度指挥人员和煤矿领导能够直观、快捷地了解生产一线情况，掌握井上下重要设备的实时工况。利用安防监控系统，地面或中心监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观地监视和记录井下工作现场的安全生产情况，同时，通过在井下安装的监控设备，能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料，为将来的安全生产提供可靠的保证。因此，安防监控系统是现代煤矿安全生产监控系统的重要组成部分。据有关专家介绍，使用燃气泄漏报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。燃气专家指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事件应的根源，如有燃气泄露报警器就能及时给予警示。有关部门经长期测试同样得出结论，燃气报警器防止一氧化碳中毒事故发生的有效率达95%以上。近年来，煤矿行业的安防水平从硬件方面讲已经在逐步提高，相应的产品种类和相关的技术指标已经达到国际标准，操作程序也比较完善成熟。但是各个子系统一般都是独自成系统的，各子系统之间无法实现联动功能，这样，给现场的监控、统一管理、事故的处理带来不便，安防监控系统不能完全发挥系统应有功能。将煤矿安防监控系统建设成具有数字化、网络化、智能化相结合的多业务数字监控指挥调度系统，可以为各级安监部门提供实时和直观的井下人员工作状态和设备运转状况，及时发现并制止纠正人员违规操作，发现并排除设备运转故障，并辅予其它技术检测手段，将有效减少责任事故的发生。提到监控手段我们就会想到需要很多监控，探测设备，和报警系统。燃气泄漏探测器就是探测燃气浓度的探测器，其核心原部件为气敏传感器，安装在可能发生燃气泄漏的场所，当燃气在空气中的浓度超过设定值探测器就会被触发报警，并对外发出声光报警信号，如果连接报警主机和接警中心则可联网报警，同时可以自动启动排风设备、关闭燃气管道阀门等，保障生命和财产的安全。在民用安全防范工程中，多用于家庭燃气泄漏报警，也被广泛应用于各类炼油厂、油库、化工厂、液化气站等易发生可燃气体泄漏的场所。1.2本文研究的主要内容煤矿安全问题屡次进入人们视线。本文要研究的就是报警电路的设计。报警电路的设计最先要考虑的是，对泄露气体的敏感探测，在有气体泄露时要第一时间感应到，并且在感应以后还要将感知到的信号转换为电信号，传给后续电路。在本次毕设中药考虑选取传感器种类的问题。在后续电路的研究与设计时候，我考虑了几种方案，在接下来的论文中会有详细的介绍。后续电路的设计要涉及元器件的排布与选取。元器件的检验搭接调试。还要用到PROTEL软件进行画图，以方便电路的修改和改进。后面论文详尽描写对电路设计方案的选择和改进。也是本次毕业设计所主要研究的内容。1.2.1 燃气报警电路的核心部件本毕业设计中，燃气报警电路应用到两个核心部件，集成电路和传感器。传感器的简述：传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器两大类。本次毕业设计选择的是化学传感器。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。集成电路的简述：集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。毕业设计中应用的是模拟集成电路。模拟集成电路又称线性电路，用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段： 1965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产 品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件。 1978年-1990年：主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化。1990年-2000年：以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。应用集成电路的好处是，它具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。另外集成电路广泛应用于我们的生产、生活。如今已很难找到没有使用集成电路的电子设备，大到工业自动控制设备、计算机、通信、电子仪器、医疗器械，小到家用电器、电子玩具和各种IC卡，都离不开集成电路。集成电路设计是人类智慧的结晶，它包含专家投入的大量时间和巨大经济投资。一块集成电路通过控制电流在集成电路产品的价值往往可以达到其材料价值的几十倍，几百倍甚至上千倍。在其价值成本中，大部分都是知识、技术与信息所增加的附加价值。这种附加价值主要集中在以集成电路为载体的布图设计上。集成电路的体积越小，生产所需的材料就越少，成本就越小。社会需要有不断更新的设计，以减小现有集成电路的体积，并同时提高其功能。第2章 多路燃气报警电路的方案设计多路燃气报警电路方案的设计和选取。本着三项基本原则，第一要灵活敏感，能快速感应燃气泄露；第二稳定耐用，能在恶劣的生产环境中稳定的发挥作用；第三要简便易调试，使用数量少、性能好的元器件。2.1方案一的设计与分析方案一的硬件电路图，如图2.1所示。在工作的时，直流电源经电位器限流给QM-N5的f极提供110mA左右的电流进行预热。在纯净的空气中A、K两极间电阻较大，其输出端K端对地电压较低，QM-N5元器件无信号输出。当有燃气性气体接触QM-N5时，A、K极间电阻减小，K端对地电压升高，其值大小与燃气浓度成正比。IC1为SL322型发光显示电平指示驱动器，它包含两组功能一样的电路，将7脚与11脚连接，使两组电路串接形成以个输入端十个输出端的线性元件。当QM-N5输出到IC1脚的信号很小时，个输出脚均为低电平，IC2、IC3不工作。当K端检测信号升到0.2V时，IC1的3脚低电平变为高电平，则5G1555责成的另个自励多协振荡器开始工作，IC2工作于超低频，IC3工作于音频，LED闪动发光，压电蜂鸣片HTD发出报警声。图2.1 方案一的硬件图2.2 方案二的设计与分析方案二的硬件电路图，如图2.2所示。黑白元器件与电阻组成电桥电路时，在洁净的空气中，电桥平衡。当有可燃气体泄露时，可燃气体在元器件表面被催化燃烧放出热量，引起电阻值的变化电桥不再平衡，RP电位器中点点位升高，此点位高集成运放A741的第3脚电位时，预防输出高电平，经过或门电路G1、G2、使二极管VD 导通，G3、G4组成的振荡器工作，由三极管VT驱动LED和蜂鸣片HTD发光发声。图2.2 方案二的硬件电路图2.3 方案三的设计与分析方案三的硬件电路图如图2.3所示。在无燃气泄露的时候，A点电位低于B点电位，IC1输出低电平，三极管VT1截止，后续报警电路电源回路被断开不能工作。当有燃气泄漏时，D的阻值增加，A点电位上升高于B点电位，运放翻转，输出高电平，VT1导通，接通报警电路的电源回路，使蜂鸣器和LED发出声和光的报警信号。声报警振荡器由VT3组成IC2、IC3等组成稳压电路，为电桥电路和比较器提供精密电源。电位器RP1可调电路的报警灵敏度，当其达到空气中燃气浓度2/1000时候报警。图2.3方案三的硬件电路图2.4方案的选定对比三种方案。设计报警电路的最终初衷电路灵敏度高、稳定、电路简便易操作。应选择方案三。方案三在电路搭接上省去了方案二中需要将传感器黑白元器件与电阻撘接成电桥的繁琐过程。而且方案三中应用的元器件多为常见的电容电阻，较少的应用了稳定性不好的元器件。方案三的另一个优点就是可以调节报警器的灵敏度。因为在现场环境中会有很多干扰的因素，改变报警器的灵敏度可以将误差考虑在内，将误差降低提高电路的实用性。2.5 Protel软件介绍毕业设计中应用到了Protel进行画图。下面对Protel软件做以介绍。Protel是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用Protel。Protel软件可以将一些不同的对象拷贝到原理图当中，比如一些网络标号， 一页图纸的BOM表，都可以拷贝粘帖到原理图当中。原理图文件切片，多个器件集体操作，文本筐的直接编辑，箭头的添加，器件精确移动，总线走线，自动网标选择等！ 强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、VHDL开发和功能仿真、布线前后的信号完整性分析功能。在信号仿真部分，提供完善的混合信号仿真,在对XSPICE 标准的支持之外，还支持对Pspice模型和电路的仿真。对FPGA设计提供了丰富的IP内核，包括各种处理器、存储器、外设、接口、以及虚拟仪器 。Protel的操作界面如图2.4所示。图2. 4 Protel操作界面2.6本章小结本章描述了多路燃气报警电路的三种设计方案，及最终方案的确定。在方案设计时应用了Protel软件画硬件电路图。设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。方案选择这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务，要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理，可靠，经济，功能齐全，技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。单元电路的设计，参数计算和期间选择根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计，参数计算和器件选择。单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿传输的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入信号，输出信号和控制信号的关系。为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各电阻值，放大倍数的计算；振荡器中电阻，电容，振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。 在本章的论述中，我又对学过的电路知识做了学习与复习。另外在画电路图的时候我提高了自己对Protel软件的应用能力。第3章 元器件的选定与介绍在上一章论述了三种方案的设计，并画出了硬件电路图。本章要对每种方案中选定的元器件进行介绍。3.1 传感器传感器是一种把非电量转变成电信号的器件，而检测仪表在模拟电影情况下，一般是包括传感器、检测点取样设备及放大器（进行抗干扰处理及信号传输），当然还有电源及现场显示部分（可选择），电信号一般为连续量、离散量两种，实际上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等，模拟信号传输采用统一信号（4-20mADC等）。数字化过程中，检测仪表变化比较大，经过几个阶段，近来多采用ASIC专用集成电路，而且把传感器和微处理器及网络接口封装在一个器件中，完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。在自动化仪表中经常把检测仪表称为变送器，如问题变送器、压力变送器等。在现代工业设备中，传感器和检测仪表是不可或缺的一部分，从以下两方面来看，传统的工业设备如在其上增加了必要的传感器，配备精密测量部件（附件），则其功能和精度可以提高，便于用户操作和维护，安全等级也可以提高，设备可以增值;工业设备作为自动化系统的控制对象或作为自动化系统的一部分，必须能与自动化系统的三部分（检测、控制、执行）相兼容或提供接口，使之集成为一个有机的整体，无论是单机自动化或作为大型自动化装置的一部分，都使该工业设备的用途扩大。综上所述，作为工业设备本身增加传感器和检测仪表、测量仪表或提供接口，是传统设备更新换代的必要条件。因为传感器用于各行各业，加之这些年来，家用电器、汽车、信息产业三方面的飞速发展，对传感器的需求大增，所以传感器制造业发展很快，形成独立的产业，这就拉动了工业设备，特别是半导体设备制造业的发展，所以中国有必要特别关注传感器产业。传感器产品品种多，采用的科学原理多，技术密集，具有多样性、边缘性、综合性和技艺性，需要多学科、多种高新技术配合;又虽然具有高附加效益，但本身价格不高，所以要推动传感器产业的发展，是有难度的。传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外，已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器。我国在传感器生产产业化过程中，应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，同时也满足了国内市场的需求，形成了传感器生产产业规模。我国传感器产业要适应技术潮流，向国内外两个市场相结合的国际化方向发展，让传感器和检测仪表抓住信息化的发展机遇。3.1.1 方案中选定的传感器介绍QM-15型气敏传感器：在方案一中，应用QM-15型气敏元器件作为传感器。QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。特点：用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等），灵敏度高，响应速度快输出信号大，寿命长，工作稳定可靠。技术指标如表3.1所示 加热电压（Vh） AC或DC 50.2V响应时间10S回路电压（Vc）最大DC 24V恢复时间30S 负载电阴（Rl）2K元件功耗0.7W清洁空气中电阻 （Ra） 2000 K检测范围5010000ppm灵敏度（S=Ra/Rdg）4(在1000ppmC4H10中)使用寿命2年图3.1 技术指标表使用方法及注意事项：元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟后达到稳定,这时方可正常使用,这段变化在设计电路时可采用延时处理解决。加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围内使用为佳。负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度.使用条件:温度-1535相对湿度45-75%RH;大气压力80-106KPa。环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响,当元件在精密仪器上使用时,应进行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻补偿之.避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网.元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用。QM-N5的实物图如图3.1 图3.1 QM-N5的实物图LXK-1气敏型元器件：方案二的传感器，我尝试选择半导体气敏元器件LXK-1作为传感器，俗称黑白元器件。黑白元器件是一种热催化效应的元器件，主要适用于测量煤矿井下作业环境中的瓦斯（甲烷）浓度。应用于矿用瓦斯传感器、便携式微型甲烷检测报警仪,瓦斯报警矿灯等。黑白元器件的外观图如图2.3。 图2.3 黑白元器件的实物图 在使用时黑白元器件具有如下优点优异的稳定性。优良的可重复性和精度。极佳的线性输出特性。极好的响应特性。低功耗、长寿命。对比方案一中的传感器使用条件的局限性小。3.2 集成电路集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。3.2.1 集成电路的分类介绍一、按功能分类：按其功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号；后者则用来产生、放大和处理各种数字电信号。所谓模拟信号是指幅度随时间连续变化的信号。例如，人对着话筒讲话，话筒输出的音频电信号就是模拟信号，收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号，也是模拟信号。所谓数字信号，是指在时间上和幅度上离散取值的信号，例如，电报电码信号，按一下电键，产生一个电信号，而产生的电信号是不连续的这种不连续的电信号，一般叫做电脉冲或脉冲信号，计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。在电子技术中，通常又把模拟信号以外的非连续变化的信号，统称为数字信号。目前，在家电维修中或一般性电子制作中，所遇到的主要是模拟信号。那么，接触最多的将是模拟集成电路。二、按制造工艺分类：按制造工艺分类，可分为半导体集成电路、膜集成电路和混合集成电路三类。半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、三极管、二极管等元器件并具有某种电路功能的集成电路；膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘物体上，以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。无源元件的数值范围可以作得很宽，精度可以作得很高，但目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、三极管等有源器件，因而使膜集成电路的应用范围受到很大的限制。在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件，使之构成一个整体，这便是混合集成电路。根据膜的厚薄不同，膜集成电路又分为厚膜集成电路（膜厚为1m10m）和薄膜集成电路（膜厚为1m以下）两种。在家电维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电路、厚膜电路及少量的混合集成电路。三、按集成度分类：可分为小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路四类。对模拟集成电路，由于工艺要求较高、电路又较复杂，所以一般认为集成50个以下元器件为小规模集成电路，集成50100个元器件为中规模集成电路，集成100个以上的元器件为大规模集成及超大规模集成电路；对数字集成电路，一般认为集成110等效门片或10100个元件片为小规模集成电路，集成10100个等效门片或1001000元件片为中规模集成电路，集成10010,000个等效门片或1000100,000个元件片为大规模集成电路，集成10,000以上个等效门片或100,000以上个元件片为超大规模集成电路。四、按导电类型分类：按导电类型不同，分为双极型集成电路和单极型集成电路两类。前者频率特性好，但功耗较大，而且制作工艺复杂，绝大多数模拟集成电路以及数字集成电路中的TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL型属于这一类。后者工作速度低，但输人阻抗高、功耗小、制作工艺简单、易于大规模集成，其主要产品为MOS型集成电路MOS电路又分为NMOS、PMOS、CMOS型 NMOS集成电路是在半导体硅片上，以N型沟道MOS器件构成的集成电路。PMOS型是在半导体硅片上，以P型沟道MOS器件构成的集成电路；参加导电的是空穴CMOS型是由NMOS晶体管和PMOS晶体管互补构成的集成电路称为互补型MOS集成电路，简写成CMOS集成电路除上面介绍的各类集成电路之外，现在又有许多专门用途的集成电路，称为专用集成电路。3.2.2 方案中选定的集成电路介绍集成运算放大器：集成运算放大器是一种高增益的直接耦合放大器，其内部包含数百个晶体管、电阻、电容，但体积只有一个小功率晶体管那么大，功耗也仅有几毫瓦至几百毫瓦，但功能很多它通常由输人级、中间放大级和输出级三个基本部分构成运算放大器。除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。其种类有通用型运算放大器，比如uA709、5G922、FC1、FC31、F005、4E320、8FC2、SG006、BG305等；通用型有F748、F108、XFC81、F008、4E322等；低功耗放大器（UPC253、7XC4、5G26、F3078等）；低噪声运算放大器（如F5037、XFC88）；高速运算放大器（如国产型号有F715、F722、4E321、F318，国外的有uA702）；高压运算放大器（国产的有F1536、BG315、F143）；还有电流型、单电源、跨导型、静电型、程控型运算放大器等。方案中选定的集成电路为集成运算放大器中的一种，uA741。下面对uA741进行介绍。uA741是模拟集成电路中集成运算放大器中较为典型的一种，它是一种单运放的放大器。uA741是美国仙童公司较为早期的产品。其外观图如图2.4。图2.4 uA741的外观图uA741性能完善，差模电压和共模电压的范围宽、增益高，不需要外加补偿，功耗较低，负载能力强，有输出保护，因此具有较广泛的使用。使用时要求双电源（9V-18V）,典型值为15V。其引脚图如图2.5。图2.5 uA741的引脚图脚1为调零端，脚2为IN-端,脚3为IN+端，脚4为Uee输入端，脚5为调零端，脚6为输出端，脚7为Ucc端，脚8为空脚。 uA741为集成运算放放大器的一种。所谓集成运算放大器就是集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高（可达60180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。稳压集成电路：稳压集成电路又称集成稳压电源，其电路形式大多采用串联稳压方式集成稳压器与分立元件稳压器相比，体积小，性能高、使用简便可靠集成稳压器的种类有，多端可调式、三端可调式、三端固定式及单片开关式集成稳压器 。多端可调集成稳压器精度高、价格低，但输出功率小，引出端多，给使用带来不方便多端可调式集成稳压器可根据需要加上相应的外接元件，组成限流和功率保护国内外同类产品基本电路形式有区别，基本原理相似国产的有W2系列、WB7系列、WA7系列、BG11等。三端可调式输出集成稳压器精度高，输出电压纹波小，一般输出电压为1.25V35V或l.25V35V连续可调其型号有W117、W138、LM317、LM138、LMl96等型号三端固定输出集成稳压器是一种串联调整式稳压器，其电路只有输人、输出和公共3个引出端，使用方便其型号有W78正电压系列、W79负电压系列开关式集成稳压器是新的一种稳压电源，其工作原理不同上述三种类型，它是由直流变交流再变直流的变换器，输出电压可调，效率很高其型号有AN5900、HA17524等型号，广泛用于电视机、电子仪器等设备中。三端固定式集成稳压器。主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。集成稳压器是将调整电路、取样电路、基准电路、启动电路及保护电路集成在一块硅片上构成的芯片。它完整的功能体系、健全的保护电路、安全可靠的工作性能，给稳压电源的制作带来了极大的方便。集成电路稳压器的型号很多，按单片的引出端子分类，有三端固定式、三端可调式、和多端可调式等。三端集成稳压器只有三个端子，安装和使用都很方便。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端稳压器的通用产品有78系列（下电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分L表示0.1；AM表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。毕设中选择的为三端固定式集成稳压器7806，型号全称为CW7806。在使用时必须注意：输入端和输出端之间的关系，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于7V，这样输入/输出之间有23V及以上的压差。使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不至于功耗偏大。另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时，输出端存储的电荷通过稳压器，而损坏器件。一般稳压管和稳压三级管的用途是一样的，都用于控制板电路的稳压。以防止电压过高烧毁电路。7806的外观图如图2.6。图2.6 7805的外观图集成电路555：时基集成电路555并不是一种通用型的集成电路，但它却可以组成上百种实用的电路，可谓变化无穷，故深受人们的欢迎。555时基电路可用作：脉冲发生器、方波发生器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、自由振荡器、内振荡器、定时电路、延时电路、脉冲调制电路、仪器仪表的各种控制电路及民用电子产品、电子琴、电子玩具等。集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3+18V。555时基电路，是一种将模拟电路和数字电路巧妙结合在一起的电路。市场上的种类繁多。国产的555时基电路中类有：5G1555、5G7555、CH7555、CH7556、DF555等。比较常见的是5G1555。5G1555时间集成电路也是本实验中选用的。5G1555的管脚功能：1脚接电源地线，即电源的负极；2脚为低电位触发端，简称低触发端；3脚为输出端，可将继电器、小电动机及指示灯等负载的一端与它相连，另一端接地或电源的正极；4脚为低电位复位端；5脚为电压控制端，主要是用来调节比较器的触发电位；6脚为高电位触发端，简称高触发端；7脚为放电端；8脚接电源正极。弄清各管脚的功能后，正确运用555时基集成电路就十分容易了 5G1555的管脚图如图2.2。图2.2 5G1555的管脚图 3.3 其他元器件的介绍（1）色环电阻的介绍：在电子市场选购电阻时候有一些电阻是色环电阻。下面介绍如何读取色环电阻的阻值。色环电阻，是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色的色环，来代表这个电阻的阻值。倒数第二环，表示零的个数。 最后一位，表示误差。色环电阻分四环和五环，通常用四环。色环实际上是早期为了帮助人们分辨不同阻值而设定的标准，事实上，在普及万用表的今天，这种标识已经很少有其存在的意义了。而且色环电阻也比较大，不适合现代高度集成的性能要求。五环电阻为精密电阻，前三环为数值，最后一环还是误差色环，通常也是金和银两种颜色，金的误差为5%，银的误差为10%，无色的误差为20%，倒数第二环，可以金色（代表0.1）和银色的（代表0.01），最后一环误差可以无色（20%）。精密电阻通常用于军事，航天等方面。图3.2为色环电阻的外观图。图3.2 色环电阻外观图在识别色环电阻阻值时应注意顺序，先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。下图3.3为色环电阻的对照表。 图3.3色环电阻阻值对照表（2）电容的介绍：说到电容我先说下它在电路中起到的作用：应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。旁路：旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。 就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。毕业设计中应用到的是电解电容。在图3.4中就是电解电容，这个电解电容就能冲外观断定它的正负极，长脚位正极。但是有的点解电容在外观没有任何标志来标注正负极。我们就要用到万用表进行测量。可以将万用表打到欧姆档，用正 负表笔打电容的两个引脚。如果测出的电阻数值由小变大的话，那么正表笔接的那一脚就是正。如果一开始就很大，那么正表笔接的就是负极了。如果在连接电路时，应注点解电容式是有极性的。有极性的电解电容通常不用在交流电源电路中。在连接时候一定注意正负极，如果接反会损坏电容。图3.4 电解电容在图3.4中看到的是一个2200F的电容。有一些电容容值用三位数码法进行标注。单位一般为pF。前两位数字为有效数字，后一位数字表示倍率，数字是几就是几个零，例如104表示100000pF,223表示22000pF,但第三位数字是9时，则对有效数字乘以0.1，如479表示是4.7pF。（3）三极管的介绍：晶体三极管，晶体三极管按材料分常见的有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，使用最多的是硅NPN和PNP两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，三极管工作在放大区时，三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏，集电极电流Ic受基极电流Ib的控制，Ic 的变化量与Ib变化量之比称作三极管的交流电流放大倍数（=Ic/Ib, 表示变化量）。要判断三极管的工作状态必须了解三极管的输出特性曲线，输出特性曲线表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数），从输出特性曲线可见，它分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。输出特性曲线是指当三极管集极电流Ib为常数时，集电极电流Ic与集电极、发射极间电压Uce的关系。图3.5输出特性曲线。图3.5输出特性曲线三极管引脚的排列位置依品种、型号及功能等不同而异。要使用三极管，首先必须识别出三极管的各个电极。国产中、小功率金属封装三极管通常在管科上有一个小凸片，与该校凸片最相邻近的为发射极。如果没有小图片的话，管缠着可以将管底面对自己，将带出引线的上半园位于上部，按顺时针方向依次为E、B、C。应用万用表也可以对三极管进行检测。普通三极管好坏的判断方法很多，主要是利用万用表来判断。将指针万用表打到x1K欧姆挡,现在说说测NPN型三极管的好坏.。将黑表笔与三极管基极相连，分别测三极管基极与发射极,基极与集电极之间的电阻,这两种情况下的电阻值均为千欧(若三极管为锗管,阻值为1k欧左右；若为硅管,阻值为7k欧左右)。对调一下表笔，再测发射结和集电结的电阻，其阻值均为无穷大.由此可初步判定此三极管是好的。否则说明此三极管是坏的。下面可进一步判断三极管的好坏。将万用表打到x10k挡，用红黑表笔测三极管发射极和集电极之间的电阻,然后对调一下表笔再测一次。这两次所测得的电阻有一次应为无穷大，另一次为几百到几千千欧。由以上即可判定此三极管为好的。 如果两次测得三极管发射极和集电极之间的电阻都 为零或都为无穷大，则说明三极管发射极和集电极之间短路或开路，此三极管已不再可用。 对于PNP型三极管,用上面的方法判断时将万用表的红黑表笔对调一下即可。（4）二级管的介绍：在应用时还应该注意二极管的主要参数。1、额定正向工作电流：是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN40014007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。2、最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。3、反向电流：反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。二极管的单向导电特性可用伏安特性曲线来表示。图3.6 为二极管的伏安特性曲线。图3.6 二极管的伏安特性曲线二极管中有一种可以发光的二极管，毕业设计中也应用到它。发光二级管的内部图如图3.7所示。图3.7发光二极管内部图3.4本章小结本章通对各个方案中所选到的元器件的特性，实际中如何选择不同的类型，还有如何识别书中常见的典型元器件在市场上如何识别，做了详细说明。经过本章的论述我学到了很多实际应用的知识，补充了课本中的理论知识。第4章 硬件电路的搭接与调试本章主要论述如何将选定好的方案搭接成电路。搭接电路的时候，也会遇到一些实际性的问题。下面的内容将会介绍如何调试并改进。4.1 硬件电路的搭接选定方案三。将方案三搭接成实物硬件电路如图4.1所示。图4.1 实物硬件电路图4.2 硬件的调试在方案的设计及元器件的选定时，我查阅了很多书本和网络上的资料，考虑了理论上的可应用性。但是有的元器件在现实中很难找到，有些元器件为厂家订购。黑白元器件在市场上就很难选购到。所以我在考察了市场常见元器件和对书籍的查阅选定将黑白元器件改为MQ-N5代替。MQ-N5为方案一中所应用的传感器。MQ-N5型煤气气体传感器由微型氧化铝陶瓷管、氧化锡敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。特点；对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应；快速的响应恢复特性；长期的使用寿命和可靠的稳定性；简单的测试电路应用：适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟雾干扰能力。在调试硬件时候我遇到的另一个问题就是给定信号后蜂鸣器不产生报警。向老师请教后得知可能为二极管坏掉了。可是在电路中怎么才能检测到二极管是否坏掉呢。我查阅了资料又请教老师得知可用万用表检测。其检测的方法是：二极管在用指针式万用表检测二极管时，显示数值较小的一次黑表笔所接的那一端为为正极，红表笔的那一极为负极。若正、反向电阻均为无穷大，则表明二极管已经开路或损坏。在搭接与调试电路的时候，会产生许多与方案和欲求的的效果相反的结果。就需要我利用电路学的知识以及学会在实际中解决问题的能力。4.3 本章小结本章内容是电路的搭接与调试。在搭接初期，我总是会遇到无从下手或不知道问题存在哪的情况。由于电路系统中的问题不是表现在表面上的，我能看见的只是检测后发现数据不对，或者是没有看见实验现象。经过于老师探讨，还有查阅相关书籍，我学会了如何解决实际中调试电路问题的方法。应用万用表，这是一个准确而且能保证将理论很好指导实践的方法。然而应用过程是血药熟练和随机应变的。因为没有实验现象问题可能就是一个小小电阻没有选好阻值，或者调节电路系统需要有耐心，还要有观察力。由于很多问题的处在需要用万用表或者是根据积累经验的推测解决的。通过这一章的实践与学习，加强了我的电学知识，又锻炼了我处理实际问题的能力。第5章 多路燃气报警电路的社会价值近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用。应用燃气的地方越多，考虑燃气安全使用就越重要。燃气报警器是燃气领域的安全卫士，一旦发生燃气泄漏，它能及时提醒用户，避免各类事故的酿成。5.1 燃气报警电路的应用产所只要是应用到燃气的地方就会有泄漏而产生的安全隐患。所以要应用燃气报警的地方可见很多。安装在防爆现场：挂在值班室等有人值守的地方。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警。安装在个人家庭中：在家用燃气附近安装燃气报警器，当探测到有燃气泄漏时候，进行报警。现在报警电路的发展，有的报警器在探测到住户有燃气泄漏情况下还会自动关闭泄漏点。安装在医院宾馆：医院和宾馆时热口密集的地方。人员嘈杂，选择报警器时候应选择一些报警现象明显的报警器，如发出警笛声。 5.2 燃气报警的发展前景与其他产品一样、随着社会环境的变化，科技的进步、燃气报警器的技术也不断发展，现在、日本的燃气报警产品从功能和结构上比过去的又有了较大的提高。防止爆炸用传感器、防止不完全 燃烧传感器以及防止火灾用传感器结合起来的 复合型报警器正逐步普及。燃气报警电路的功能不多完善，类型不断更新。有的报警器为方便单个用户的使用，会有体式报警器。体式报警器安装简单，价格较便宜、适合安装在个别住宅、小规模场所。其报警的形式通常是蜂鸣声，也有语音报警，还有闪光等报警，这是为方便听力有问题的用户。还有的报警器添加了一些其他功能，如煤气泄漏报警切断装置。这种装置由报警器、控制器以及切断阀组成。 当报警器连续25秒至60秒蜂鸣后、 由控制器判断 出煤气泄漏、并将阀门关阀信号输出到切断阀，并 关闭气源。也有控制部分与报警器组装在一起的， 另外、切断阀有与煤气流量表做成一体的，也有在 表外管道上安装的。5.3 本章小结本章简述