简易烟雾警报器的设计1(1)

1、. 第 III 页 简易气体烟雾报警电路设计摘 要随着现代家庭用火，用电量正在逐年增加，家庭火灾发生的频率越来越高，在我国由于烟雾而引起来的火灾越来越多，人民每年因此而损失了大量的财产。据调查在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装报警器。如果发生火灾之前就有警报系统预报现场的情况，从而避免火灾的发生，对人们将会有很大的意义。因此本文对烟雾警报器系统进行研究，是具有理论和实际双面意义的。本文讲述了简易气体烟雾报警电路，该报警器有降压整流与稳压电路，气敏传感元件和触发，报警音响电路等组成。其中气敏传感器原件使用于半导体气敏传感器QM-N5, QM-N5主要特点对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度

2、，适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。该装置电路简单，工作可靠，测量灵敏度较高，使用寿命长，成本低等优点。关键词：NE555，气敏传感器，报警 The Design of Simple Gas Smoke Alarm CircuitAuthor: Adila.aili Tutor: Li HongxiaAbstractAlong with the modern family use fire and the electricity consumption increases gradually, and the family fire disaster higher frequ

3、ency , in our country because of the smog is caused to more and more fire disaster, so there are many people have lost many property each year .The survey shows that the most of the family not install the gas smog alarm ,if the gas smog alarm system it can prediction of the situation, we can avoid t

4、he fire ,and it is very beneficial to human safety. So the research of the gas smog alarm that has the theory and the actual two sided significance. This article describes the simple gas smog alarm circuit , this alarms has the reduction voltage and stabilivolt circuit , gas sensitive sensor and tri

5、ggered and alarm sound circuit and so on . Among them gas sensors used in semiconductor gas sensors QM-N5 , QM-N5 has better sensitivity towards liquefied petroleum gas ,natural gas industry ,city gas , and apply to home or industrial towards liquefied petroleum gas ,natural gas industry, gas monito

6、ring device .This device circuit is simple ,reliable work ,long service life and low cost advantage.Key words: NE555, Gas sensor,Alarm目 录1 绪论11.1 课题背景及目的11.2 国内外研究的现状11.3 论文主要任务设计内容22 系统电路设计方案33 各单元电路设计43.1 电源电路设计43.1.1 电源变压器53.1.2 桥式整流53.1.3 滤波电路73.1.4 集成三端稳压器93.2 气敏传感器103.2.1 气敏传感器的分类113.2.2 气敏传感器

7、的原理113.2.3 半导体气敏传感器123.2.4 QM-N5型气敏传感器133.3 NE555简介143.3.1 NE555的引脚图功能143.3.2 NE555的工作原理153.4 数据采集及处理电路设计173.5 报警电路173.5.1 蜂鸣器简介173.5.2 蜂鸣器的结构原理183.5.3 报警电路工作原理194 整体电路设计20结 论21致 谢22参考文献23 黄河科技学院毕业设计说明书 第23页1绪论1.1 课题背景及目的现代建筑的特点是楼层不断的加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发，同时还便于集中供电，供热，供气，便于集中控制和管理。现在不论是普通型（比如民用住宅）还是

8、豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多，人员密集，如果发生火灾，疏散困难，补救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。消防部门的统计显示，在所有的火灾比列中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。探讨家庭火灾的特点及防火对策，对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，就必须对烟雾进行现场试验测试，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。为了解决烟雾这种对人体有毒害又不易被人们发现的问题，避免

9、更多的事故的发生，一个实用的烟雾警报器是较好的的解决方案。同时，伴随着各种天然气，煤制气液化气的开发和使用各种可燃性气体散发在工作场所和人们的生活当中，因此连续，直接检测工作环境和生活环境中有毒气体，可燃性气体有着极其重要的意义。1.2 国内外研究的现状国内外烟雾警报器种类繁多，各有特色，具有低功耗，网络传输，及时侦测，美观等特点，比较专一性。运用了遥感学，网络学，电子学，通信学等知识，较为复杂，但特定领域使用性强，符合环保工艺认证，具有无危害的绿色产品。本文主要研究简易通用性烟雾传感器，扩展其应用领域，减少其成本，但要求甚严的领域不能适用。80年代以来，国内各大宾馆，饭店，商场，百货公司等相

10、继从英，美，日等国引进和国内研制，销售的火灾报警器，主要关键部件是用Am-241材料制成源片所组成的双源双电离室烟雾传感器，它与感温，光电和气敏式传感器相比，具有灵敏度高，结构简单，使用寿命长和成本低等优点。由于用双源双电离室烟雾传感器可与放大，控制电路系统组成火灾自动报警器，因此已得到广泛的应用。我国火灾自动报警控制系统的发展经历了从无到有，从简单到复杂的发展过程。其智能化程度也越来越高。特别是随着计算机技术和检测控制技术的发展，使火灾自动探测报警技术有了一个很大的飞跃。目前我国火灾自动报警控制系统大多应用在大型仓库，商场，高级写字楼，宾馆等场所，他们所用的都是一些采用集中一区域报警控制方式

11、的智能化程度较高的的总线式报警控制系统，而一些像住宅区和商业住宅楼等需要设置一种单一域区域连网的廉价实用的火灾自动报警探测装置。在欧美一些发达国家和地区新建民用住宅房时，规范都要求必须安装火灾自动探测报警装置。例如美国在七十年代联邦规中明确规定所有的新建公寓，住宅，活动住房都必须安装家用烟雾警报器。我国在70年代初期开始研制烟雾警报器，生产型号多样，品种较齐全，应用范围也有单一的炼油系列扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。1.3

12、论文主要任务设计内容本课题主要研究内容：通过气敏元件及相关的附属电路实现信号的采集，将气体烟雾的浓度转换为相应的电信号，将电信号传输到信号处理系统，应用模拟电子技术和数字电子技术，将电信号数字化，触发器触发报警，实现对气体的监控报警。2系统电路设计方案本设计主要用MQ-N5性半导体气敏传感器检测出可燃性气体或有害气体的泄漏。由电源电路、数据采集及处理电路及报警电路等组成。该烟雾警报器的原理框图如2.1所示。数据采集电路数据处理电路电源电路报警电路图2.1 系统原理框图电源电路：电源电路的任务是通过变压器把220V交流电转变为9V交流电，再通过桥式整流电路将交流电转变为直流电后经过滤波电路进行滤

13、波，滤波后的电压经稳压电路稳压后就是本课题所需要的输入电压，本课题采用稳压块7805进行稳。数据采集电路：气敏传感器将空气中的有害气体浓度变化转换为其本身阻值的变化，然后将这一变化转为电信号传给数据处理电路。数据处理电路：由NE555定时器及其附属电路组成可控多谐振荡器电路。利用NE555的2、4、6脚的输入信号的电平决定输出端3脚的电平，去控制后续执行电路。报警电路：当气体烟雾的超标时，蜂鸣器响，提醒人们空气中的气体烟雾浓度已超出允许范围，应立即撤离现场；在空气洁净时，蜂鸣器不响，表明环境安全。电源电路为各部分电路提供电流，但气敏半导体传感器接触到有害气体烟雾时，传感器的电导率增大，其电阻值

14、急剧下降，传感器将这一信号传给多谐振荡器，多谐振荡器相应555集成块的输出端3脚的输出信号推动蜂鸣器发出报警声3 各单元电路设计3.1 电源电路设计直流电源的组成框图如图3.1所示，电源电路包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四个组成部分1。直流电源的组成框图及波形图如图3.1所示。 (a) 直流电源的组成框图 (b) 整流与稳压过程波形图图3. 1直流电源的组成框图及过程波形图电网供电电压交流220V（有效值）50Hz,要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大），脉动大的直流电

15、压须经过滤波电路变成平滑，脉动晓得直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载。电源部分的具体电路如图3. 2所示。图3. 2 电源电路原理图3.1.1 电源变压器电源变压器是降压变压器，因为直流电源的输入220V的电网电压。一般情况下所需直流电压的数值与电网电压的数值有较大的差异，因此需要通过电压变压器将电网220V交流电压转换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比有变压器的副边电压确定。变压器部分参数介绍电压比：次级电压和线圈圈数具有以下关系，即 （3.1）效率: 定功率时，变压器的输出功率

16、和输入功率的比值称为变压器的效率，即 （3.2）变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。额定电压:压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。 额定功率:定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。调整率:压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。一般10W以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W，调整率为 12%。3.1.2 桥式整流桥

17、式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压2。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。桥式整流电路在相同条件下具有输出电压，变压器利用率高，脉冲系数小等优点。如图 3.3 所示桥式整流电路图。图3. 3 桥式整流原理图工作原理：其中T为变压器； D1 , D2 ，D3 , D4 为四个整流二极管；RL为负载电阻。由图3.4可知，在正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；负半周时，D2、D4导通，D1、D3截止，在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。负半周时，D1、D3反偏截止，D2、D4 正向导通

18、。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。由此可见，RL上始终得到一个正相脉动的直流电压。图3.4桥式整流电路的波形图主要参数由图3.4桥式整流电路的波形图可知，桥式整流电路的输出电压波形与全波整流电路一样，所以其输出电压平均值 （3.3）Error! No bookmark name given.输出电压的脉动系数 （3.4）整流二极管正向平均电流：在桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，因此，流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的一半，即 （3.5）最大反向电压:桥式整流电路因其变压器只有一个副边绕组，在正半周时，D1、D3导通，D

19、2、D4截止，此时D2、D4所承受的最大反向电压为的最大值，即 （3.6）同理，在负负半周时，D1、D3也承受同样大小的反向电压。变压器副边电流的有效值:流过变压器副边绕组的电流正半周是半个正弦波，负半周是另一半正弦波，所以副边电流中无直流分量，变压器副边电流的有效值 （3.7） 桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全波整流电路相比，其明显的优点是输出电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向电压较低，并且因为电源变压器在正负半周内都有电流流过，所以变压器绕组中流过的是交流，变压器的利用率高。在同样输出直流功率的条件下，桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种电路在整流电路中得到广泛

20、应用。3.1.3 滤波电路整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，许多电子设备需要平稳的直流电源，烟雾警报器是其中之一。烟雾警报器电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是分为电容滤波电路和电感滤波滤波电路3。本课题选用电容滤波电路。从阻抗的角度来看，由于电抗元件对交流信号和直流信号的阻抗不同，与负载并联的滤波电容对直流信号相当于开路，而对于交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝大部分交流分量从电容器上经过，使负载两端的电压比较平滑；从能量角度来看，由于电抗元件有储能作用，与负载并联的滤波电容，在电源供给的电压升高时，它就能把能量储存起来，而

21、当电源电压降低时，它就能把能量释放出来，使负载电压较为平滑，即电容具有平伯作用。电容滤波电路如图3.5所示。3.5 桥式整流滤波电路 滤波电路的波形图如图3.6所示。3.6滤波电路的波形图滤波原理：当工作在正半周，且时，二极管D1、D3导通，一方面对负载供电，另一方面同时对电容器充电电容两端电压沿AB段曲线上升。当时，D1、D3截止，电容通过负载电阻放电，电容两端电压沿BC曲线段下降。当电容两端电压下降到时，二极管D2, D1导通。再次对电容充电电容两端电压沿CD曲线上升，到D点后D2、D4截止，电容沿DE段曲线放电下降。电容滤波的特点：（1）加了电容滤波后，输出电压的脉动成分降低了，输出电压

22、的平均值提高了。（2）放电时间常数越大，放电越慢，则输出电压越高，脉动成分也越少。（3）接入电容滤波后，整流二极管导通时间缩短了，造成流过二极管的瞬时电流很大。3.1.4 集成三端稳压器集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器，内部设有过热，过流，和过压保护电路。它只有三个外引出端（输入端，输出端，公共地端），将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端，经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。集成三端稳压器因其输出电压的形式，电流的不同有不同的分类。集成三端稳压器的输出电压有固定和可调输出之分。固定输出电压是有制造厂预先调整好的，输出为固定值4。如7805型集成三端稳压器，输

23、出为固定+5V. 集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。稳压器的封装为塑料直插式，其中1引脚为输入引脚，2引脚为接地引脚，三引脚为输出引脚5。如图3.7(b)所示。如图3.7（a）中电容是防止自激振荡（）. 电容是减小高频干扰，改善瞬态特性().输入与输出之间的电压差不得低于3V。 (a) 稳压器基本接线图 (b)稳压器的外形图3.7 7805 三端集成稳压器的外形和稳压基本接线图W7805三端稳压器的参数表如表3.1所示。表3.1 W7805三端稳压器的参数表7805 参数单位参数值最大输

24、入电压V4.85.2最大输出电流V35输出电压范围A1.5(变化引起)mV100(Io=5mA1.5A)（变化引起）mV50(Vi=725V)（温度变化引起）0.6(Io=500mA)器件压降V22.5(Io=Ia)偏置电流6输出电阻17输出噪声电压（10-100KHz）403.2 气敏传感器气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器6。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检

25、测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。3.2.1 气敏传感器的分类1、气敏传感器的分类气敏传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： （1）利用物理化学性质的气敏传感器：如半导体气敏传感器、接触燃 烧气敏传感器等。 （2）利用物理性质的气敏传感器：如热导气敏传感器、光干涉气敏传感器、红外传感器等。 （3）利用电化学性质的气敏传感器：如电流型气敏传感器、电势型气体传感器等。 2、气敏传感器应满足的基本条件 一个气敏传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气敏传感器都必须具备以下

26、条件： 能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低 响应； 对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾 浓度；对检测信号响应速度快，重复性好；长期工作稳定性好； 使用寿命长； 制造成本低，使用与维护方便。 3.2.2 气敏传感器的原理声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波

27、频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化12。气敏传感器的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜。加热电阻改变传感器的工作温度， 使其工作在气体敏感的工作温度，由于外部气体的变化从而使得气敏传感器的敏感材料的电阻发生变化，金电极连接气敏材料的两端，使得它成为一个阻值随外部气体变化的电阻。3.2.3 半导体气敏传感器半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用是在其表面还是内部，可分为表面控制型和体控制型两类；按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型和非电阻型两种。电阻型半导体气敏元件是利用半导体接触气体时，其阻值的改变来检测气体的成分或浓度；而非电阻型半导体气敏元件

28、根据其对气体的吸附和反应，使其默写有关特性变化从而对气体进行直接或间接检测9。气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型.半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气敏传感器以及用单晶半导体器件制作的气敏传感器，它具有灵敏度高， 响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳 定性(使用寿命)、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成

29、本较低等。因此，本设计采用半导体气敏传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中，本设计选用QM-N5型气敏传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度 高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。半导体气敏传感器的分类如表3.2所示。表3.2 半导体气敏传感器的分类类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体电阻型电阻表面电阻控制器300450°C可燃性气体体电阻控制器300450°C700°C以上乙醇、可燃性气体非电阻型二极管整流特性室温200°CH2、CO、乙醇晶体管特性150°CH2、H2S3.2.4 QM-

30、N5型气敏传感器QMN5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10。它利用化学、物理效应将有害气体（例如一氧化碳、煤气、液化石油气，天然气，氢气等气体），汽油，煤油，柴油，氨类，醇类，醚类等可燃液体蒸汽及烟雾等的检测。QM-N5气敏器件的主要参数如表3.3、3.4所示。表3.3 为QM-N5气敏器件的主要参数参数名称洁净空气中电压Uc/V标定气体中电压灵敏度电压比值响应时间t/S恢复时间T/s参数值0.10.2表3.4 QM-N5 气敏传感器的最佳工作状态最佳工作条件（允许工作条件）回路电压/V加热电压/V负载电阻10(515)5(4.55.5)2(0.52.2)使用方

31、法及注意事项：1、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。2、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。3、元件在接触标定气体1000ppm C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可达到(- )差值的80%(即响应时间);脱离标定气体1000ppm C4 H1030秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(- )差值的80%(即恢复时间)。4、符号说明检测气体中电阻-测气体中电压-与的关系 = （3.8）5、负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度。6、使用条件:温度-1535

32、;相对湿度4575%RH;大气压力80106KPa。7、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。8、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。9、元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用。3.3 NE555简介NE5555大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市

33、场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可以直接的代用。NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，可延时数微秒到数小时。3.3.1 NE555的引脚图功能NE555的引脚图3.8所示。图3.8 NE555引脚图其各引脚功能5如下：引脚1(接地)：底线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。引脚2（触发电）：这个位是触发NE555使其启动它的时间周期。出发信号上缘电压须大于，下缘低

34、于。引脚3（输出）：当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。引脚4（重置）：一个低逻辑电位送至这个脚位时会充值定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 引脚6（重置锁定）：重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从电压以下移至以上时启动这个动作。 引脚7（放电）：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW。对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH,对地为搞阻抗。引脚8（V+）:这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特（最小

35、值）至+16伏特（最大值）。3.3.2 NE555的工作原理NE555的内部结构如图3.9所示图3.9 NE555内部结构555定时器的工作原理是：当输入电压Ui1<2/3Vcc，Ui2<1/3Vcc时，电压比较器C1反相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C1的输出电压为正极性的信号，即高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C2的输出电压为负极性信号，即低电平信号“0”；RS触发器被置位，输出电压等于111。当输入电压Ui1&l

36、t;2/3Vcc时，ui2从<1/3Vcc变化到>1/3Vcc时，电压比较器C1反相输入端的输入电压小于参考电压，电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压从小于参考电压变化到大于参考电压，电压比较器C2的输出电压从低电平信号“0“变为高电平信号“1”；RS触发器处在保持的状态，保持Ui1<2/3Vcc，Ui2<1/3Vcc时的输出状态，输出电压等于1。当输入电压Ui1>2/3Vcc ，Ui2>1/3Vcc时，电压比较器C1反相输入端的输入电压大于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器

37、C1的输出电压为负极性的信号，即低电平信号“0”；电压比较器C2同相输入端的输入电压大于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器C2的输出电压为正极性信号，即高电平信号“1”；RS触发器被复位，输出电压u0等于0。当输入电压Ui2>1/3Vcc时，ui1从>2/3Vcc变化到<2/3Vcc时，电压比较器C2同相输入端的输入电压大于参考电压，电压比较器C2的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C1反相输入端的输入电压从大于参考电压变化到小于参考电压，电压比较器C1的输出电压从低电平“0”变为高电平“1”；RS触发器处在保持的状态，保持Ui1

38、>2/3Vcc,Ui2>1/3Vcc时的输出状态，输出电压等于0。NE555的功能表3.5所示。表3.5 NE555功能表 RUi1Ui2 Uo（引脚7） 0X X 0 导通 1 >2/3Vcc >1/3Vcc 0 导通 1 <2/3Vcc <1/3Vcc 1 截止 1 <2/3Vcc >1/3Vcc 原态 原态3.4 数据采集及处理电路设计数据采集及处理电路如图3.10所示图3.10 数据采集及处理电路图当气敏元件QMN5接触到有害气体或烟雾时，其AB极间的电阻阻值降低，从而使传感器本身的电阻与可调电阻W1的分压上升，相应555的4脚的电位也随

39、之上升，当4脚的电位上升到1V以上时，555开始起振，其振荡频率由R2、W2及C4组成的RC振荡器决定，振荡频率为f=1.44(R2+W2)C4。当555起振后需要调节电位器W2，使其振荡频率为1.5kHz。当可控多谐振荡器谐振时，相应555的输出端3脚的输出控制信号。正常情况下，气敏元件QMN5接触不到有害气体或烟雾时，其A-B极间的阻值较大，传感器本身的电阻与W1的分压较小，相应的555的4脚也处于低电平，555停振，相应的555的输出端3脚将不输出控制信号。3.5 报警电路3.5.1 蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器

40、、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器的外形和应用电路如图3.11所示。 （a）应用电路 （b）外形图3.11 蜂鸣器的外形和应用电路3.5.2 蜂鸣器的结构原理1、压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器

41、推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 2、电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。本课题选用的是电磁式蜂鸣器。3、蜂鸣器的制作（1）制备电磁铁M:在长约6厘米的铁螺栓上绕100圈导线,线端留下5厘米作引线,用透明胶布把线圈粘好,以免线圈松开,再用胶布把它粘在一个盒子上,电磁铁就做好了. （2）制备弹片P：从铁罐头盒上剪下一条宽

42、约2厘米的长铁片，弯成直角，把电磁铁的一条引线接在弹片上，再用胶布把弹片紧贴在木板上 （3）用曲别针做触头Q，用书把曲别针垫高，用胶布粘牢，引出一条导线，如图连接好电路 （4）调节M与P之间的距离（通过移动盒子），使电磁铁能吸引弹片，调节触点与弹片之间的距离，使它们能恰好接触，通电后就可以听到蜂鸣声3.5.3 报警电路工作原理报警电路工作原理图如下3.12所示。图3.11 多谐震荡电路555定时电路与外围元器件电阻R2、W2及电容C4共同构成多谐振荡电路，电阻R2、W2及电容C4决定电路的振荡频率。正常情况下，气敏元件的A-B极间的阻值较大，该电阻与W1的分压减小， 555的4脚处于低电平，相

43、应使555定时电路的3端输出电压为低电平，扬声器Y不工作。当气敏元件QM接触到可燃性气体或烟雾时，气敏元件的A-B极间的阻值变小，使得W1的分压变大，于是555的4脚处于高电平，由555构成的多些振荡电路开始工作， 555的输出端3脚的输出信号推动扬声器Y发出报警声。 4 整体电路设计该报警器电路如图4.1所示。由降压整流与稳压电路、气敏传感元件和触发、报警音响电路等组成。电源电路由变压器、桥氏整流电路、集成稳压电源7805等组成。触发、报警音响电路由可控多谐振荡器(555、R2、W2、C4)和扬声器Y等组成。半导体气敏元件采用QM-N5型或MQ211型，其适用于煤气、天然气、汽油、醇、醚类及各种烟雾的报警，其要求加热电压稳定，故采用7805对灯丝电压进行稳压，且要求开机预热3分钟。图4.1烟雾报警整体电路220V