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1、智能一氧化碳预警器研究方法及装置实现 大类科技发明制作A类小类家用电子产品自评报告智能一氧化碳预警器的方法和在方法原理下工作的用于指导生产的预警装置。科学性:本项目涉及一种家用监测报警设备,尤其是。其特点1 内置式更加安全快捷2增加了联网功能的,当报警器报警时,管理中心或控制中心同时收到常开常闭(NO、NC)信号.可以实现用户安装由物业和家庭同时监管3采用工业级的微控制芯片,芯片可以在恶劣的环境下工作,工作温度为:-401204随着时间的推移、环境的变化,传感器会产生飘移,同时报警器的报警点随之产生飘移。采用轨迹侦探、自动补偿、加权平均本同步,真正防止了误报、不报和漏报现象5当传感器发生短路或
2、开路时,我们报警器的黄灯会闪烁,蜂鸣器间隙式发出“嘀”叫声,表示要送厂家维修,更换传感器。广泛性,我们通过对广大用户采用抽样调查用户对一氧化碳的认识与对本产品的要求。充分做到让用户满足放心。完整性,本项目进行大量的理论研究并且进行充分的论证。再通过实验进行研究对比,过检测,系统各部分测试,装置能够稳定工作,数据采集及其分析结果符合理论依据 智能一氧化碳研究方法及装置实现摘要 .家用一氧化碳报警器( 家用CO报警器 )能检测室内一氧化碳浓度,浓度超过警戒值时报警。是您免遭一氧化碳侵害的有力保证,能让您轻松自在地享受居家的乐趣。 我公司生产的家用一氧化碳报警器( 家用CO报警器 )有多种外型结构尺
3、寸,也有不带外壳的模块出售,还可根据用户要求设计不同的外型尺寸和性能。下面给出标准型号的特性。 特点: 独立使用,9V电池供电 高音量蜂鸣器输出(85db) 采用电化学一氧化碳传感器,高灵敏度、高稳定性,使用寿命长 正常情况下,红色LED 指示灯每30秒闪动一次;报警时,红色LED 指示灯快速闪烁,并发出报警声 带测试按钮,具有自我诊断功能,可对自身的状况进行检测 低电压自检功能,低功耗( 0.3mW ) 安装及电池更换非常方便 技术指标: 电源电压: 9V碱性电池 待机电流: 小于35uA(一节新电池可以工作一年以上) 报警浓度: 150+/-50ppm一氧化碳气体 低电压检测: 7.5V
4、使用环境: 温度:-1050,相对湿度:20%95%,无凝水 认证情况: 符合国标CJ3057和CE认证 外形尺寸:(可根据用户要求,设计不同的外形结构)、一氧化碳-无声杀手什么是一氧化碳?一氧化碳是一种无色无味的有毒气体,任何可燃物燃烧时都会产生:天然气、石油、木炭、甚至烟草。在有限的空气中燃烧时,会产生更多的一氧化碳;没有适当的通风口能到屋外,问题会更加严重。有些组织,如美国消费产品安全委员会,已向公众警告一氧化碳是家庭中致命的毒气。一氧化碳的影响有哪些?当吸入一氧化碳后,一氧化碳气体通过您的和血红细胞结合。这些称作血红蛋白的血红细胞的作用,是把氧气与血红细胞结合的速度要快200倍,会阻碍
5、氧气进入您的心脏、大脑等要害部位。由于一氧化碳在血液中聚集,您的身体会缺氧。在美国,由一氧化碳中毒引起的死亡率排在首位。根据某些临床记录,每年至少有10000名美国人受到一手工艺习惯于碳中毒的影响。每个人都会受到一氧化碳影响,专家认为未出生婴儿、小孩、老人以及心脏或呼吸道疾病患者对一氧化碳的抵抗非常脆弱,最易引起死亡或受到严重的伤害。一氧化碳从何而来?在家里,帮于加热或炒菜的设备最有可能是一氧化碳的源头,车库内发动的汽车也会产生危险的一氧化碳。作为燃烧的副产品,一氧化碳来源于汽车、炉子、热水器、壁炉、柴炉碳烤架、煤气灶,天然气炉笼、暖气设备、微型发电机等。这些设备在通风良好时处在一个正常的工作
6、状态中,致命的一氧化碳会被排到屋外,很快散去。但是很少的故障或使用不当都会导致一氧化碳在您家中聚集,在您知道它在何处之前就已使您致命。为了安全,要知道您家里的一氧化碳的可能来源。下在燃器具中燃烧的燃烧物和其烟囱通风孔应保持良好的一作状态。家庭安全提示用壁炉或燃烧木材时要打开窗户,烧炉子或热水器时应有足够的室外空气。注意一些问题可以显示燃器具的工作不正常。-热水供应减少-不能用炉子给房子取暖或长时间工作-烟煤熏黑器具-不熟悉的或烧焦的气味-黄色或橙色的火焰一氧化碳的中毒症状及中毒浓度空气中一氧化碳的浓度 大致的吸入时间和出现的症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm
7、 2-3小时后,轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛;3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内,眼花、恶心、痉挛;2小时内失去知觉;2-3小时内死亡 1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心;1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心;25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心;10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡安装注意事项不要正对炉灶的油烟、蒸气;不要安装在通风良好处;不要被窗帘或橱柜屏蔽隔断;不要安装在浴室等水蒸汽较大处。外接端子线使用说明 黄线:公共端 白线:常闭触点 绿线:常开触点当探测器与控制系统配套使用时
8、,可按下探测器的测试按钮让探测器报警与控制系统进行对码.报警声响起时该做什么断定家中是否有人出现一氧化碳中毒症状:常见性轻微症状:轻微头痛、恶心、呕吐、乏力常见性中等症状:头痛、嗜睡、意识混乱、心律加快常见性极度症状:痉挛、丧失意识、心肺衰竭、能引起大脑受伤和死亡一氧化碳可以致命!如果报警声响起:关闭燃具及供气系统。立即走到新鲜空气中户外或打开的门窗处,清点人数;在急救人员赶到、房子安全通风、报工警器恢复正常状态前,不能再次进入室内。,;打开所有门窗,让气体散发出室外;切勿触动室内任何电气开关:插头、电话、门铃;切勿使用火柴或打火机、熄灭所有火种;切勿用火测试漏气来源;不要切断探测器电源,泄漏
9、气体消失后,探测器会自动停止报警;检查燃气泄漏原因并及时通知气体供应商、专业人员检修。并找有认可资格的技术员调查来自燃烧设备的一氧化碳源,检查该设备运行是否正确,如果在检查中发现问题,请立即维修该设备。一氧化碳中毒的治疗任何怀疑有一氧化碳中毒的人应离开潜在的危险环境,立即呼吸新鲜空气,并且去看医生。吸入一氧化碳后必须立即做检查,急性一氧化碳中毒通常用吸氧来治疗,当中毒严重时(如出现意识紊乱)用特殊的“高压氧”进行治疗,需要的话将由医生来决定并进行治疗我们的智能一氧化碳预警器一氧化碳报警器的特征:“Test”(测试)按钮该按钮是您每周测试报警器时要按的按钮。通气口一氧化碳通过报警器面壳与底壳之间
10、空隙进入感应室,为了让空气正常循环,不要将报警器安装在很脏的,多尘的或油腻的地方。传感器应用了电化学技术,对一氧化碳的感应灵敏度极高,并避免了误报警的发生。蜂鸣器音量高达85分贝,发声提醒您注意在的危险。一氧化碳的报警形式是:响三声,停1、5秒,如此重复。一氧化碳报警器能做和不能什么:报警器设计用于感应无法使人感受的一氧化碳,这些一氧化碳来自出了故障的热水器,煤气灶、汽油发动机或其他的一氧化碳源。报警器只能检测到达感应头的一氧化碳,一氧化碳可能会出现在其它的地方而没有到达感应头。一氧化碳到达报警器的速度可能会受到门窗或其他障碍物的影响。另外,来自于通风孔或打开的窗户或任何其它来源新鲜空气可能会
11、阻止一氧化碳到达感应头。一氧化碳可能会出现在家中的某一层,而没有到达装有报警器的那一层。鉴于此,我们建议在每一层都安装一个一氧化碳报警器保护全家。本报警器不能用于检测天然气(甲烷)、丙烷、丁烷或其他可燃性原料。在何处安装报警:把报警器安装在卧室和生活区域附近或您认为一氧化碳有可能会泄漏的地方,建议在多层式楼房的每一层都要安装,选择位置时,要保证在每一个睡觉的地方您都能听到报声。注意:如果报警器储存或放置在温度低于4的地方超过30分钟,必需将它放在室温环境下最少12小时,才可以使用,不正确的位置会影响报警器里面的敏感性电子元件。请参见下一部分的描述,不能在哪儿安装报警器。建议位置:为了不损坏报警
12、器,提供一个理想的保护,以及防止不必要的报警,请遵循下述不能在何处安装一氧化碳报警器。建议不要把报警器安装在车库、厨房、或炉房。安装在这些地方可能会引起令人讨厌的报警声,以及可能暴露在能损坏或污染感应头的物质中,或可能无法使人在家里其它位置听到报警声。在车库,汽车排气中会含有一些一氧化碳。要发动机开始发时一氧化碳浓度会比较高,会造成报警器报警。在厨房、炉房及一些燃具会产生短暂的高浓度的一氧化碳,这是正常的。如果您把报警器安装得离这些燃具太近,它可能经常发出报警而成为一种噪音。如果您必须把报警器安装在厨房或加热器具附近,应考虑离这些器具一定距离。不要安装在很脏的、多尘的或油腻的地方,象厨房、车库
13、和房。油质、灰尘或家用化学剂会污染或在报警器的感应头上,使报警器不能正常工作。不要堵塞报警器通风口。把报警器装在不会被窗帘、家具或其他物体挡住且空气流通的地方。也不要安装在空气不流通的地方,如拱形天花板或尖形屋顶的顶部,在那儿一氧化碳不能及时到达感应头而发出及早的警报。不要安装在来自天花板风扇的强风中,不要安装在通到户外的门窗附近,新鲜空气通风孔附近或任何其它通风良好的地方。来自风扇的快速循环空气或户外的新鲜空气会影响报警的响应。不要安装在温度低于4或高于38的地方,这些地方包括房间、阁楼、走廊和车库。极端的温度将影响报警器的灵敏度。避免以下情况:由于户外条件影响,燃具内会过多溢出燃料或逆向排
14、烟。如:风向或风速,或大的阵风;长期使用无通风管道的燃具(炉笼、烤箱、壁炉等)。温度改变会使排出的废气聚积在地面附近。汽车在车库或住宅附近空转。如何安装报警器:首先,选定报警器的安装位置。接着,将底座用报警器随带附件中的螺丝固定在墙上或天花板上,然后装上电池,再将报警器旋到底座上(注意:将报警器底盖与底座上的横条对齐以方便将报警器旋到底座上。)正常工作特性报警器能电时,红灯会闪烁,按测试钮,报警器会发出报警声,说明一氧化碳报警器已通电且线路正在工作。(上电或换电池时,报警器可能会响,过几分钟后会恢复正常。)如何测试报警器按下“测试”钮,报警器会发出报警声,红色指示灯会闪烁,说明报警器工作正常。
15、如何保养报警器每月一次用吸尘器吸去报警器表面的积尘。不要用清洁剂或溶剂擦拭报警器。化学物品会永久性损坏或短暂性污染感应头。避免在报警器附近喷洒空气清新剂,发胶,油漆或其他的气雾剂。下面所列物质在浓度高时可能会导致报警器报警而非一氧化碳的报警;甲烷、丙烷、异丁烷、乙烯、乙醇、酒精、异丙烷、苯、甲苯、乙醛、醋酸盐、氢、硫化氢、二氧化硫。几乎所有的气雾喷射剂、酒精制剂、油漆、稀释剂、溶剂、粘合剂、发剂、须后水、香水、汽车排气(冷启动)和一些清洁剂代用品。须后水、香水、汽车排气(冷启动)和一些清洁剂代用品。论文摘要:CO是人们日常生活生产中常见的有毒气体,无色无味,不易被人们发现,当人处在CO气体之中
16、是十分危险的,甚至威胁到生命安全。在我国北方冬季用煤炭取暖的居民危害最大的就是一氧化碳中毒,因为该气体易在不能充分燃烧的条件下产生。设计出能检测到CO气体并能报警的电路是十分必要的,在满足基本要求的基础上,电路的设计还要考虑到传感器部分要具有良好的温度、湿度稳定性。 根据生产生活需要设计CO探测报警电路,选用对CO有极高灵敏度的气敏传感器UL281作为报警电路探头,结合UL281结构及其功能,设计与之功能特点相匹配的电路,这些电路由单稳延时电路、稳定电源供电电路、探测电路(热清洗电路)、电压输出电路、报警电路和元件损坏电路。 将电源接通经过热清洗后将传感器放置在清洁空气中,由于敏感元件的电阻很
17、大,IC2 放大倍数近似于1。因此用电压表测量H、L点之间的电压很小,电路不报警,可调节电位器RP2 ,可改变IC3的负输入电压,电路最终完成之后,调节滑动变阻器RP2 ,使IC3的负输入电压为2.9V。将传感器放大装有300ppm气样的密封塑料袋内,调节RP1,使IC2的输出为3.00V。此时电压比较器IC3正输入大于负输入,其输出正饱和而使VT3导通报警。 第一章 概 述 传感器的概述及组成 一、引 言 CO是人们日常生活生产中常见的有毒气体,无色无味,不易被人们发现,当人处在CO气体之中是十分危险的,甚至威胁到生命安全。我国的CO报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程,其智能
18、化程度也越来越高,其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型单位场所,需要设置一种单一、廉价实用的CO探测报警装置,基于此种现象,应用所学的电路知识设计出一种简单易于实现,低成本的CO报警电路,不仅对于所学知识是一次综合复习的机会,而且更是练习如何应用所学的书本知识解决实际生产生活问题的能力,这是相当必要的。二、 传感器概述 人们通常将能把被测量物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器。传感器也叫做变换器、换能器或探测器。传感器输出的信号有不同的形式,如电压、电流、频率、脉冲等,以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等要求。传感器是测量装置和控制系统的首要
19、环节。如果没有传感器对原始数据参数进行精确可靠的测量,那么无论是信号或是信息处理,或者是最佳数据的显示和控制,都将成为一句空话。可以说,没有精确可靠的传感器,就没有精确可靠的自动检三、 传感器组成框图 传感器一般由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成,有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。 气敏传感器概述 一、 气敏传感器的检测对象及检测原理 此次设计的电路是一氧化碳探测报警器,由于一氧化碳是有毒气体,因此检测到一氧化碳并实现报警功能的电路设计就需要选用气敏传感器。 气敏传感器是一种把气体(多数为空气)中的有毒成分检测出来,并将它转换成适当的电信号的器件,如果以人们的感觉器
20、官在作比喻,那么气敏传感器相当于人的鼻子(嗅觉)。但是人的嗅觉在灵敏其感知对象也是多样的。在我们周围,实际上存在的各种各样的气体,它们中的大部分将会成为气敏传感器的检测对象。气敏传感器的典型用途见于附表1.2.1和1.2.2。 首先被实际应用的气敏传感器是用于防止可燃性气体(LPG等)爆炸瓦斯泄露报警器。其后,随着环境监测等,又不断地提出研制新型气敏传感器的任务。 气敏传感器是化学传感器的一个重要组成部分。这里涉及到用于化学传感器的化学物质的检测原理。为了将化学物质检测出来分类,也就是同物理传感器一样,可分为能量变换式和能量控制式。前者是以被测物质所具有的化学能(化学电势)作为信号源,传感器相
21、当于将化学能变换成电能的变换器(换能器)。 所谓半导体气体传感器,是对利用半导体气敏元件同气体接触,造成半导体性质变化,借此来检测气体成分或者测量其浓度的传感器的总称。 半导体气敏传感器大体上分为电阻式和非电阻式两种,电阻式半导体气体传感器利用氧化锡、氧化锌等金属材料来制作敏感元件;利用其阻值的变化来检测气体的浓度。气敏元件,有多孔质烧结体、厚膜、以及目前正在研制的薄膜等几种非电阻式半导体传感器。根据气体的吸附和反应,利用半导体的功函数,对气体进行直接的检测。目前,正在积极开发的有金属/半导体结型二极管和金属栅的MOS场效应晶体管的敏感元件,主要利用它们与气体接触后整流特性以及晶体管作用的变化
22、,制成对表面单位有直接测定的传感器。二、 “电阻式半导体气敏传感器”概述半导体元件的电阻,由于与气体接触而发生变化,将利用这种现象的传感器,称之为电阻式半导体气敏传感器。这类气敏传感器元件的构造简单,也不需要专门的放大电路来放大信号。由于这些特点,所以它很早被研究,而且已制成商品。元件的种类有:在绝缘基片上用蒸镀或是溅射法制成的薄膜元件(厚度约小于1000);把氧化物半导体粉末调制成的浆料印刷到基性的烧结型元件。传感器元件通常在加热条件下才能动作,因此必须有加热装置。把气体敏感膜加热器与温度测量探头集成在一块硅片上,从而制成集成开关电路动作,蜂鸣器和灯泡开始接通。半导体元件,大多在通电初期,阻
23、值暂时变高而产生高输出。这是由于在没有通电时,元件吸着水蒸汽的缘故。一旦通电,元件初始阻值随着温度的上升而变低,随着温度的再次升高,由于水蒸汽的解吸而阻值增加,呈现出一种过渡的现象。为防止这种误报警,通常在通电初期增设防止误报警电路。为防止突发性噪声,机内应装入延迟电路。 B1开关电路 B2防止通电初期误报警电路 B3信号发生电路 B4电源指示灯 B5蜂鸣器电路 半导体的气敏特性如图,元件的电阻R与空气中所含有的被测气体浓度C之间的关系,根据经验一般用对数表示的如下公式是成立的:R= mC+n m、n是由传感器元件,测量气体的种类,测量温度等因素决定的常数。m表示相对气体浓度变化的敏感程度,m
24、越大,敏感程度越大,但对通常的可燃性气体的检测,一般取为1/21/3,设R为普通气体(空气)浓度为零时的电阻,则气体灵敏度(即响应率)可由R/R来表示,它是气浓度C的函数为便于气体检测,用C为定值时的相对灵敏度作比较。从图知道,相对灵敏度随气体而不同,虽然还随着传感器的种类、添加剂、测量温度的不同而有很大差异,但是一般越容易燃烧的气体,其含碳量越大,它的相对灵敏度也就高。这是因为在元件上的气体的燃烧,在本质上与气体的响应特性有关。 一氧化碳探测报警传感电路设计 CO探测报警电路设计的要求 CO是人们日常生活生产中常见的有毒气体,无色无味,不易被人们发现,当人处在CO气体之中是十分危险的,甚至威
25、胁到生命安全。在我国北方冬季用煤炭取暖的居民危害最大的就是一氧化碳中毒,因为该气体易在不能充分燃烧的条件下产生。设计出能检测到CO气体并能报警的电路是十分必要的,在满足基本要求的基础上,电路的设计还要考虑到传感器部分要具有良好的温度、湿度稳定性。 电路设计所需的主要元器件的选用 一、UL281的选用 基于实际的需要,针对一氧化碳要选用对于一氧化碳气体具有较高的灵敏度的气敏元件,通过查阅资料选出UL281作为探头。 一氧化碳检测保护仪,其特征在于采样传感器为UL281半导体探头,作为采样传感器,并配置探头预热工作转换电路555单稳延时电路的选用 由于在工艺上气体敏感膜加热器与温度测量探头集成在同
26、一块硅片上,从而制成集成化元件。当元件检测到气体时,电阻降低。半导体元件,大多数在通电初期,阻值暂时变高而产生高输出。这是由于在没有通电时,元件吸着水蒸汽的缘故。一旦通电,元件初始阻值随温度上升而变低,随着温度的再次升高,由于水蒸汽的解吸而阻值增加,产生一种过渡现象。这样对于电路会产生误报警,为了防止误报警现象的产生,在电路内部需要装入延迟电路。因此在此次CO探测报警电路的设计中,采用555时基集成电路组成单稳态延时电路。电路设计总结 一、优点总结 通过实际生活的需要而设计的CO检测报警电路,此电路设计体现了该电路具有的优点,总结如下:第一、首先针对需要被检测的有毒气体CO,选用什么样的气敏元
27、件至关重要。要选择对一氧化碳有极高的灵敏度,这样才能使检测更准确,对一氧化碳有无以及浓度大小作出灵敏判断,并且要求湿度、温度稳定性好,以适应生产生活环境中湿度和温度的变化。通过查阅资料找到针对一氧化碳CO灵敏度极高的是气敏元件UL281。这样关键器件的选用问题解决了。第二、选出的UL281对CO具有极高的灵敏度,但它不是孤立存在的,还要设计出与其相匹配的电路及探测报警电路。根据UL281的结构及其特点设计电路,既保证了UL281要求电源供电稳定,又保证了UL281的加热丝加热的要求。此电路还可通过滑动变阻器RP1 调节放大倍数。出于对报警安全严谨的考虑,还设计了气敏元件损坏指示电路,为了防止因元件损坏无法检测而造成无法报警,因此设计了气敏元件损坏指示电路。二、 有待改进的地方总结 即使该电路的设计具有解决问题的主要优点和特点,但任何一项电路设计都不可能是完美的、没有缺憾的,因此我根据实际生活需求概括出此电路在实际应用中有待改进的地方如下:该电路设计只是根据实际的问题需要设计的探测报警电路原理图,如果把理论应用到实际生产生活中还要考虑产品如何才能更方便的使用。我想到的就是电源供电的问题。该设计用的是直流12V电源,不方便日常生活使用,在产品制作工艺上,电源部分设计成交流电源(生活用电),通过桥式整流等电路转换成直流电,作为电源供电,我想这样会更有益于日常生活推广使用。
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