传感器课程设计--酒精检测报警

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1、一、课程设计的性质传感器课程设计是测控技术与仪器专业开设的一门独立实践课程，也是电气工程及自动化专业的选修课程。本课程以各类传感器的性能测试、实际应用设计为线索，完成磁敏传感器、温度传感器、光电传感器、应变传感器、电感传感器、电容传感器、压电传感器、光纤传感器、温湿度传感器、智能传感器等基本型、设计性和综合性实验与设计内容，通过课内和课外相结合，自主申请实验项目和实验室开放课题相结合，使学生掌握不同种类传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础

2、。二、课程设计的目的与任务1、实验目的通过酒精报警装置的设计、安装和调试，要求学会：（1）传感器、电阻、电容、555定时器来设计有害气体报警电路；（2）掌握有害气体报警电路的工作原理及测试方法。2、设计任务设计一个酒精的检测电路，能检测到室内或相应环境的酒精浓度超标现象，并进行及时报警。三、课程设计要求1、设计要求本课题主要完成以下几个部分的设计：①信号采集及处理电路：由气敏传感器及附属电路组成。传感器将空气中的酒精浓度变化转换为其本身阻值的变化，从而利于后面的电路处理。③声光报警电路：在酒精浓度超标时，电路产生相应的红

3、色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，提醒人们空气中的酒精浓度已超出允许范围，应及时撤离现场；在空气洁净时，电路应以不同的灯光提示，表明安全。四、课程设计内容1）基本原理1、基本框图图1基本框图92、工作原理（1）直流电源由4节1.5V干电池供电（2）信号采集及处理电路信号采集电路包括气体检测电路及对传感器输出信号的处理电路。气体检测电路需要用气体传感器，将被检测对象中含的气体的浓度变为传感器的电信号输出，以利于后面的信号处理电路进行处理。A、气敏传感器按构成气敏元件的材料划分为半导体和非半导体气敏元件两大类，而半导体

4、型又分为电阻型和非电阻型两类。电阻型半导体气敏元件是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作而成，利用其阻值的变化来检测气体的浓度。非电阻式半导体气敏元件是根据气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。B、电阻型半导体气敏元件的工作原理：电阻型半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体（主要是金属氧化物）表面接触时的电导率等物性的变化来检测气体。电阻型半导体气敏器件被加热到稳定状态下，当气体接触器件表面而被吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散（物理吸附），失去其运动能量，其间的一部分分子蒸发，残留分子产生热

5、分解而固定吸附处（化学吸附）。这时，如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体有O2和NO2，称为氧化性气体或电子接收性气体。如果器件的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等，称为还原性气体或电子供给气体。当氧化性气体吸附到N型半导体上，还原性气体吸附到P型半导体上时，将使载流子减少，而使电阻增大；相反当还原性气体吸附到N型半导体上，氧化性气体吸附到P型半导体上时

6、，将使载流子增多，使电阻下降。空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧气的吸附也是恒定的，气敏器件的阻值大致保持不变。如果被测气体流入这气氛中，器件表面将产生吸附作用，器件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与阻值的变化关系，即可得知被测气体的浓度。9主要物理特性类型气敏元件检测气体电阻型电阻表面控制型SnO2、ZnO等的烧结体、薄膜、厚膜可燃性气体体控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化钛酒精、可燃性气体、氧气非电阻型二极管整流特性表面控制型铂-硫化镉、铂-氧化钛（金属-半导体结型二极管）氢气、一氧化碳、酒精晶体管

7、特性铂栅、钯栅M0S场效应管氢气、硫化氢表1气敏传感器的类型C、MQ-3气敏传感器特性气体：酒精（乙醇）探测范围：10～1000ppm酒精特征气体：125ppm酒精灵敏度：Rinair/Rintypicalgas≥5敏感体电阻：1～20KΩinair空气中响应时间：≤10s（70%Response）恢复时间：≤30s（70%Response）加热电阻：31Ω±3Ω加热电流：≤180mA加热电压：5.0V±0.2V加热功率：≤900mW测量电压：≤24V工作条件：环境温度：-20℃～+55℃湿度：≤95%RH环境含氧量：2

8、1%贮存条件：温度:-20℃～+70℃湿度:≤70%RH9（3）触发电路触发电路作用就是用555组成双稳态触发电路，由其输入状态改变输出状态，触发后续的执行电路。555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思巧妙，因其内部含有电压比较器、基本R-S触发器、放电电路及驱动