一种基于NE555定时器的气敏报警器的设计

高志东，白泽生

（1.西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安710048；2.延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安716000）

一种基于NE555定时器的气敏报警器的设计

高志东1，白泽生2

（1.西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安710048；2.延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安716000）

利用NE555定时器和MQ-2A气敏传感器设计了一种可燃性气体监测报警器。一个NE555定时器主要起延时作用，一个NE555定时器起信号处理和控制作用。可燃气体的浓度不同将使气敏传感器转化的电信号大小不同，从而控制报警及排风系统工作。试验表明，该报警器可用于多种可燃气体的不同环境工作，具有电路简单，工作可靠，便于使用调节等特点。

气敏传感器；NE555定时器；气体浓度监测；报警；排风

工业生产和日常生活中有许多场所需要使用天然气、煤气和液化石油气等易燃、易爆气体，出于安全的考虑，这些场所都需要安装可燃性气体的监测、报警和控制装置。为此，设计了一个基于NE555定时器和MQ-2A型气敏传感器的气敏报警器，可实现报警和自动启动排风扇的功能，当有气体泄漏时，通过MQ-2A气敏探头的监测，报警器发出报警声并启动排风扇，从而避免和防止事故的发生。

1 设计原理

设计原理如图1所示。在设计气敏报警器时，主要考虑使电路简单，工作可靠，成本低和易于实现，因此在方案选择时，采用了NE555作为定时器作为延时，因为MQ-2A型气敏传感器需要预热才能达到稳定工作状态。电源接通后，一路是向延时电路提供+12 V电压，另一路是向气敏传感器的加热丝提供+5 V电压，使其预热以达到稳定状态。检测电路用来检测环境中气体的浓度，当气体浓度超过一定值时，报警器报警并同时启动排风扇。

2 气敏传感器与定时器

2.1 MQ-2A气敏传感器

半导体可燃气体传感器MQ-2是一款适合多种应用的低成本传感器，在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，尤其对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。MQ-2所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

图1 原理框图

MQ-2气敏传感器有初始特征，即在电路工作前必须给气敏传感器进行预加热使其达到稳定状态才能使其正常工作。因此，需要在电路中设计延时部分，在延时期间给气敏传感器预热，使气敏传感器能够达到稳定的工作状态[1-3]。

2.2 NE555定时器

NE555是属于555系列的用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容便可产生电路所需的各种不同频率之脉冲信号。只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源电压范围极大，可与TTL、CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合，其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载，计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

NE555是8引脚集成IC，具有两种封装形式，一种是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式，实际应用时可根据电路板位置等情况选择一种[4-7]。

3 总体电路及工作过程

气敏报警器总体电路如图2所示。主要有电源电路、延时电路、气体浓度检测传感与处理电路、报警器等组成[8-10]。

图2 总电路图

当直流电源接通时，7812输出的12 V电压送555定时器开始工作，因电容两端电压不能突变，则左边的555定时器的“2”脚、“6”脚为低电平，“3”脚输出高电平，复合功率开关管BG1导通，继电器常开接点闭合；同时电容两端电压不断上升，一定时间后，“3”脚由高电平变为低电平，此时复合功率开关管BG1截止，继电器常闭接点闭合，为后面报警电路提供12 V电源。此电路延时三分多钟，这段时间后气敏传感器开始正常工作。

7805输出的5 V电压供给传感器预热，为防止过流，将一个680 Ω左右的电阻串联到传感器电路中。气敏传感器把可燃性气体浓度信号转化为电压信号，并把此电压信号输入到555定时器，输出的高低电平来控制继电器和报警电路。当空气中可燃气超过一定浓度时，半导体气敏器件MQ-2A的电导率增加，阻值变小，在负载电阻RL上的电压值变大，NE555电路翻转，输出端“3”脚为低电平，复合功率开关管BG2饱和导通，驱动电流使继电器吸合，电源接通排风扇，同时驱动蜂鸣器报警。当空气中可燃气浓度降低到允许值及以下时，NE555电路的两比较器输入端“2”、“6”脚均为低电平，“3”脚翻转输出为高电平，复合功率开关管BG2截止，报警电路不工作，蜂鸣器停止鸣响并断开风扇。由于气敏传感器探头有加热时间，为避免在刚通电时，传感器导电率变化较大引起后级报警电路工作，为此在12 V供电电路内加一延时开关，加热3分钟后再接通电路。电源接通时，红色发光二极管D1亮，表示延时电路及传感器预热正常。延时结束后绿色发光二极管D2亮，表示监测及报警电路开始工作。RL为可调电位器，根据不同气体的要求调节报警点[10-11]。

4 电路调试与试验

待电路预热结束正常工作后，把传感器放置在纯净空气中，调节RL使其值为2.5 kΩ，测量传感器输出的电压，这个电压是传感器的静态值，连续测量10次，测量值如表1所示。

表1 传感器MQ-2静态测试电压值

保持RL的值不变，点燃废纸让烟雾飘入传感器MQ-2（距离约100cm），测量传感器输出的电压，连续测量10次，测量值如表2所示。

表2 普通烟雾作用时传感器MQ-2的输出电压值

继续保持RL的值不变，用常用的打火机向传感器MQ-2喷内部气体（主要是丁烷，距离约20cm），测量传感器输出的电压，连续测量10次，测量值如表3所示。

表3 可燃气体作用时传感器MQ-2的输出电压值

以上仅仅是列出了两种不同情况下的测试值，通过多次测试数值表明，同样的烟雾源，距离越近，传感器输出的电压越大；不同的烟雾源，浓度越大，输出的电压越大。试验说明，电路对烟雾源的浓度反应是非常灵敏的，电路的工作状态也是可靠稳定的。在实践应用时，由于不同的可燃气体在空气中含量的安全值是不同的，烟雾浓度使传感器输出的门限电压也不同，也就是报警点的值不相同，只需要根据不同要求简单调节变阻器就可以设定门限电压值，从而确保电路可靠工作。

5 结束语

试验表明，该报警器可以实现对丁烷、酒精、天然气等气体的监测，尤其对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高。需要指出的是，由于监测现场的温湿度、油雾等环境条件的变化，灰尘等附着在元件表面，会使气敏传感器性能变差，灵敏度下降，因此尽量不要让报警器长期在腐蚀性气体环境中工作，如果长期停止使用要放置在干燥无腐蚀性气氛的环境中。

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A gas sensor based on NE555 timer alarm design

GAO Zhi-dong1，BAI Ze-sheng2
（1.School of Automation and Information Engineering，Xi’an University of Technology，Xi'an 710048，China；2.College of Physics and Electronic Information，Yanan University，Yanan 716000，China）

Using NE555 timer and MQ-2 a gas sensor designed a combustible gas monitoring alarm.A timer NE555 mainly plays a role of time delay，a control signal processing and NE555 timer. Combustible gas concentration of different turn gets sensor signals in different sizes，thus control alarm and exhaust system work.Alarm test shows that it can be used in a variety of combustible gas of different working environment，has simple circuit，reliable operation，easy to use adjustment，etc.

gas sensor；NE555 timer；gas concentration monitoring；call the police；exhaust air

TN99

：A

：1674-6236（2017）02-0114-03

2016-04-20稿件编号：201604205

陕西省2013年科学技术研究发展计划项目（2013K02-14），陕西省2014年科学技术研究发展计划项目（2014K02-08-01）

高志东（1996—），男，陕西佳县人。研究方向：电路设计与信号处理。