传感器课程设计报告
课程名称：传感器原理及工程应用
设计题目：采用传感器设计燃气泄漏报警器
院系：福建农林大学东方学院计算机系
班级：08电信（2）班
学生：赵原亮
学号：081918100
指导教师：王苏潭
（一）题目
采用传感器设计燃气泄漏报警器
（二）摘要
本设计通过运用气敏传感器，其种类繁多，性能各异。

这里选用MQ-KC型传感器，它是一种新型的电阻型气敏型元件，可用于天然气、煤气、石油气等检漏报警。

来检测燃气泄露。

本文将介绍如何运用它制作报警器。

该报警器具有灵敏度高，长期稳定性好，寿命长，价格低，功耗小，可方便使用电池等特点。

（三）关键词
MQ-KC型传感器报警电路延时电路应用安装
（四）引言
随着社会的发展，城市燃气越来越普遍。

其中煤气与天然气居多，虽然人工煤制气的成分虽各不相同，但都含有较多的一氧化碳，，一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高200～300倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。

对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。

当人们意识到已发生一氧化碳中毒时，往往已为时已晚。

因为支配人体运动的大脑皮质最先受到麻痹损害，使人无法实现有目的的自主运动。

还有当室内燃气浓度超过爆炸下限时，遇火种（打火机、电器开关、静电等）则一定发生爆炸。

所以煤气泄漏对人们的危害非常大。

因此我们必须加强对这方面的检测与预警，把危害降至最底。

（五）正文
MQ-KC型传感器原理：将该传感器接至规定负载，在加电的初始阶段，传感器的电导率呈现一个较高的值，约3min左右达到稳态值。

若将其置于具有一定浓度的可燃气体中，其电导率将升高，在一定范围内，可燃气体浓度越高，传感器电导率也越高，如果将传感器与负
载串联，负载即引起电压变化，读取这一变化电压，经比较、放大即可实现报警与控制等功能 MQ-KC型传感器额定电源电压为9V，要求连接一只负载电阻。

信号取出与比较电路如果用分立元件设计，元件数量多，成本高，且效果不好。

为此，选用一片单电源9V供电，具有一定驱动能力的集成双运放来实现。

1、电路原理及其功能
图l中，R1是传感器要求的负载电阻，阻值为120Ω，Vcc为9V电源电压；A、B为LM358双运放，A为跟随器，起缓冲隔离作用，以便将R1上的电压VR1基本上全部施加到比较器B的同相输入端。

RW为报警灵敏度调整电位器。

稳态时，调整RW使得加到比较器反相输入端的电压V-略高于稳态时R1上的电压VR1这个电压越高，报警灵敏度就越低。

加电并使传感器达到稳态后，MQ-KC为较稳定的固定阻值，当Vcc不变时，VR1基本为一固定值，保持不变。

当有可燃性气体泄露时，传感器接触到可燃气，使其电导率上升，电阻下降，使VR1上升，当VR1高于V-时，比较器输出一个大于7V的电压，从而使蜂鸣器HA发出滴、滴的报警声。

若用该电压控制一个继电器，即可实现控制功能。

为了提高抗干扰能力，可分别在R1和B的V-端并联一只滤波电容。

R1、R2和RW的取值不宜过小，以降低电源供电电流。

其值可由式(1)估算，在估算时，RW可暂不考虑。

如上公式：令V-=VR1，取R3=2kΩ，已知Vcc=9V，即可求出R2。

本装置R2=10kΩ，RW=lOkΩ。

（2）初始报警电路
图1所示的基本报警电路的不足：一开始加电时，传感器尚未达到稳态，其电阻值较小，VR1较大，导致蜂鸣器HA误报警。

为了解决这一问题，采用一个数字信号控制的模拟开关，其控制信号采用简单的电容充电延时电路，原理图如图2所示。

图1中比较器B 的输出V0加到模拟开关4066的输入端，开关的输出端接蜂鸣器HA。

初始加电时，电容C 上的电压VC为0，4066不导通，无论V0值为多高，HA都不会报警。

随着电容充电，VC不断升高，当达到4066的控制门限阈值时，4066才导通，即能进入报警状态。

电容充电使其电压达到4066的控制门限阈值时间即为延时时间。

电容C和电阻R的取值可根据延时要求确定。

为可靠起见，取RC=1／2T，T为传感器初始稳定时间。

本装置取R=lMΩ，C=100μF 即能实现可靠的延时
（3）整机硬件电路设计及调试
将上述两个电路合起来即构成了整机电路，如图3所示。

为了使V-稳定不变，R1、R2应采用精密金属膜电阻。

装置开机预热3min后，用万用表测R1上的电压VR1，测得为1．7V。

若要想让装置的报警浓度为x％，有条件时，可将传感器置于浓度为x％的可燃气体中(可用
气体成分分析仪监测)，lOs后再测R1上的电压得到VR1。

调整RW，将V-调到略小于VR1。

正常使用时，当可燃气体泄漏浓度达到标定浓度x％时，装置就会报警，若增加了控制装置，可控制开启风扇或关闭阀门等。

在没有条件时，调整RW，将V-调到略大于VE1，保证在正常空气环境不报警。

再将装置于可燃气灶具旁，打开灶具开关，吹熄火焰，有少量可燃气体泄漏，装置应报警。

若要提高报警浓度，可调RW加大V-，反之应减小v-。

如下图所示
（4）电源设计
本装置的电源供电总电流小于20mA，因此可使用9V的电池供电。

样机选用交流220V供电，使用一个7809三端稳压器稳压。

（二）应用与安装
主要用于对煤气、天然气和液化石油气的泄漏及时作出报警。

接通电源后，气感探头指示灯呈绿色闪烁，约90秒钟后长亮，表示已进入正常工作状态。

当感应有燃气泄漏后，即发出"嘀、嘀"报警声，同时指示灯呈桔红色闪烁，主机无论处于何种状态都会现场警号报警，同
时自动拨打预设电话报警。

警情排除后自动恢复正常工作状态。

若气感探头发生故障，气感探头即发出"嘀--"长鸣声，指示灯呈黄色长亮，故障排除后自动恢复正常工作状态。

1·报警器安装位置：距离气源半径1.５米范围内，通风良好处：
(1) 液化气比空气重，安装在距地面约0.3米处。

(2) 天然气、城市煤气、一氧化碳等比空气轻，安装在距天花板约0.3米处。

2·不能安装报警器的位置：墙角、柜内等空气不易流通的位置；易被油烟等直接熏着的位置。

（三）工作过程
源灯：绿灯，通电后亮起，报警时熄灭。

报警灯：红灯，报警时亮起，停止报警时熄灭。

2接通电源，绿灯亮起或闪烁3分钟后，报警器开始正常工作。

3当所检测的气体达到报警点时，报警器开始报警，绿灯熄灭，报警灯亮起，蜂鸣器发出“Ｂ、Ｂ、Ｂ…”的报警声，当检测的气体的浓度下降到报警点以下时，报警器则停止报警。

（一氧化碳报警有延时功能）4若增加了手动检测功能，当按动按键时，绿灯熄灭，报警灯亮起，蜂鸣器发出“Ｂ、B、Ｂ…”的报警声。

5若增加了联排气扇功能，当报警器报警时，已联接的排气扇开始启动，自动排除有害气体。

（四）报警时处理办法
1、请立即打开门窗，关闭危害气源，不得开启或关闭任何电器开关。

2、立即向煤气管理部门报告，由专业人员进行检查处理。

3、经专业人员处理后，应对报警器做通风处理。

（五）主要技术参数：
▼ 报警浓度
→ 煤气：0.1%～0.5%
→ 天然气：0.1%～1%
液化石油气：0.1%～0.5%
工作电源：220VAC
（六）心得体会
通过这次试验设计，我学到了很多
（1）我发现兴趣是激发能力的有效方法，刚开始时一点头绪都没有，后来发现这个跟生活中的很多东西有关，就觉得十分有趣。

就慢慢上网查资料找相关内容，慢慢的了解其工作原理以及制作方法。

（2）制作过程中会遇到很多困难，所以我们要通过不断学习来解决问题。

在完成试验的过程中还需要很多人的帮忙，所以我觉得有一个团对很重要。

（3）试验难免有很多失败，我们要不急不躁，认真寻找原因，解决问题，这样才有可能成功。

（七）参考文献
[1]郁有文常健程继红，《传感器及工程应用》。

西安电子科技大学
[2]徐恕宏，《传感器原理及其设计基础》。

北京：机械工业出版社，1989
[3]张建民，《传感器与检测技术》。

北京：机械工业出版社，1999
[4]温学礼，黄建国等，《电子设计工程》【J】,2008.12。