专利名称：家用一氧化碳报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种报警器，用于家庭防止不完全燃烧引起的CO中毒，属于有毒、有害气体监测、报警技术领域。
已有的家用CO报警器，多数采用低灵敏传感器，灵敏度只能达到1000ppm，不能有效防止CO中毒。少数虽然采用了高灵敏传感器，但在传感器加热电压循环变换电路设计上，都存在抗电磁干扰能力差、稳定性差的弱点；在信号转换处理电路中，同样存在抗干扰能力差、稳定性不高的问题。因此，不能充分发挥传感器的作用，限制了灵敏度的提高。同时，由于干扰和报警器本身不稳定，容易产生误报和漏报，仍不能有效地防止CO中毒事故。
本实用新型的目的是提出一种新的家用CO报警器，它采用专门检测CO的高灵敏半导体气敏传感器，并配以高抗电磁干扰的加热电压循环变换电路，使加热电压循环变换周期时间稳定不受干扰；信号转换处理电路中采用温度补偿、滤波和积分抗干扰措施，使整机具有高抗电磁干扰能力和高稳定性，并且灵敏度达到50ppm。在冬季家庭燃煤取暖时，居室内可以出现较长时间的浓度为50至数百ppm的CO气体，本实用新型能有效地防止这种情况下的CO中毒和高浓度时的CO中毒事故。在家用电器日益增多的今天，高抗电磁干扰能力是家用报警器可靠工作的必要条件。
本实用新型由电源供给单元、传感器、加热电压循环变换单元、信号比较处理单元、报警单元、延时单元构成。
电源供给单元将220伏工频交流电转换成6伏直流供给整机各部分。传感器采用HQ－5型半导体气敏器件，它对CO有高的灵敏度，对CO以外的气体具有较高的分辨率，它将CO气体浓度转变为电信号。传感器循环工作在加热清洗和测试状态，其加热极电压需要5V／2V循环变换。加热电压循环变换单元由方波发生电路和电压变换电路两部分组成。方波发生电路的正反馈回路中加有积分环节，以滤除干扰，提供稳定的、周期为60秒／30秒的不对称方波信号，控制由晶体管开关电路构成的电压变换电路，完成加热电压循环变换。信号比较处理单元将传感器送来的信号电压与给定电压比较，如果信号电压高于给定电压，将输出信号使报警单元发出声光报警信号。这一单元采用了温度补偿、输入信号滤波和积分式信号采集、信号保持处理环节，使信号不受电磁干扰，正确反映CO浓度。报警单元由控制振荡电路和音频振荡电路两部分组成。控制振荡电路由时基电路和阻容元件构成多谐振荡器，产生周期为1.5秒／1秒的不对称方波，驱动多功能指示灯闪烁，同时控制音频振荡电路，使其工作在振荡／停振的循环中，使报警声断续。音频振荡电路由时基电路和阻容元件构成多谐振荡器，产生1.5毫秒／1毫秒的不对称方波，送至扬声器。两个振荡电路使扬声器产生断续蜂音报警。延时单元有两个作用1、在报警器刚接通电源时，传感器需预热10分钟才能正常工作，在预热期间，延时单元使报警器不能发出声音，完成初始延时功能。2、当报警器发出报警声，人们知晓后，可以按下消音按钮，使延时电容放电，报警声暂停，完成消音延时功能。这时人们可以通过指示灯闪烁与否来判断CO浓度情况。延时完毕，电路自动复原，准备下一次报警。
本实用新型与已有的家用CO报警器相比，其突出特点是抗电磁干扰能力强，稳定性好，消除了误报和漏报。它所提供的高灵敏度能更有效地防止CO中毒。由于设有延时式消音电路，使用更加方便、可靠。传感器使用寿命长，如以每年冬季使用4个月计，可使用5年以上。报警器可以在0－30℃的环境中正常工作。同时具有功率消耗低(＜3W)，成本低，制造容易等特点，适宜普及家庭使用，也可用于企事业单位。
附
图1、附图2为本实用新型的电路结构方框图。
附图3为本实用新型的信号比较处理单元电原理图。
附图4为本实用新型的报警单元和延时单元电原理图。
附图5为本实用新型的加热电压循环变换单元电原理图。
附图6为本实用新型的电源供给单元电原理图。
以下结合附图对本实用新型的实施例加以详细叙述。
本实用新型是由电源供给单元1、传感器2、加热电压循环变换单元3、信号比较处理单元4、报警单元5、延时单元6组成。
电源供给单元1由变压器T，二极管VD6、VD7、VD8、VD9，电容C12、C13和三端稳压集成电路N3组成。变压器T将220伏交流电变为10伏，经VD6－VD9桥式整流，电容C12滤波后送入N3(7806)，经稳压后获得稳定的6伏直流电送至各单元。
传感器2选用HQ－5型半导体气敏器件，它对CO有高的灵敏度，对CO以外的气体有较高的分辨率，且稳定性好、寿命长。它循环工作在两种状态清洗状态和测试状态。在清洗状态时，传感器加热极接高电压5伏，时间是60秒，此时传感器温度较高，使气体脱附，保证传感器工作零点稳定；在测试状态，加热极接低电压2伏，时间是30秒，此时传感器温度较低，对CO气体有很高的灵敏度，遇到CO气体时，电阻值下降，使负载电阻R1上电压升高，将CO浓度转换为电信号送至信号比较处理单元4。传感器加热电压和其循环周期时间必须稳定，才能使传感器正确反映CO的浓度。
加热电压循环变换单元3由方波发生电路3a和电压变换电路3b构成。方波发生电路由集成电压比较器N1d，晶体管VT1，二极管VD5，电阻R22、R23、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31，电容C8、C9、C10组成。其中R25、R26、R27、C9和R29、R30、R31、C10构成两个积分抗干扰环节。N1d的14脚接R25一端，R25另一端接R26一端和C9正极，C9负极接地，R26另一端接R27一端和VT1基极，R27另一端接地；R29一端接VT1集电极和R28，R29另一端接R30一端、C10正极和R31一端，R30另一端和C10负极接地，R31另一端接电源＋6V。其工作原理如下在接通电源瞬间，C8两端电压为零，使N1d的9脚即电压比较器的同相输入端电压低于反相输入端电压，N1d的14脚输出低电位，VT1截止。通过恰当选择R28、R29、R30、R31的数值，使N1d的8脚对地电压为4伏。电源通过R21、R22对C8充电，在充电过程中，VD5正极与R21、R22交点电位始终低于VD5负极电位，VD5截止，不影响充电。当C8两端电压充到4伏以上时，比较器N1d翻转，14脚输出高电位，VT1导通使N1d的8脚电位下降至2伏；同时VD5导通，C8通过R22、VD5和VT1放电，直至C8两端电压下降到低于2伏时，比较器再次翻转，C8又开始充电……在N1d的14脚形成周期为60秒(低电位)／30秒(高电位)的不对称方波，输出至电压变换电路。当干扰脉冲使N1d提前翻转时，由于在N1d的14脚和VT1基极间接有由R25、R26、R27和C9组成的积分抗干扰环节，其RC时间常数为0.2秒，干扰脉冲持续时间远小于积分环节的时间常数，使干扰不能影响VT1正常工作状态，不能形成正反馈使N1d的8脚电位改变；同时，由于在N1d的8脚上接有电容C10，C10与R29、R30、R31一起组成另一个积分抗干扰环节，其RC时间常数为0.3秒，远大于干扰脉冲持续时间，使N1d反相输入端的比较电压稳定不变。以上两个积分环节使整个方波发生电路不受干扰。方波发生电路产生的周期为60秒／30秒的不对称方波信号，输出至电压变换电路3b。3b由晶体管VT2、VT3、VT4、电阻R24、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38，电容C11，发光二极管VH2组成。各晶体管工作在开关状态。当N1d的14脚为低电位时，VT2截止、VT4导通，使W1点对地电压为1伏，为传感器加热极提供5V电压，同时VT3导通，W2点为低电位，使工作在清洗状态的传感器的输出信号被旁路。这是因为此时传感器的输出不能正确反映CO浓度。当N1d的14脚为高电位时，VT2导通，VT4截止，使W1点对地电压为4V，为传感器加热极提供2V的工作电压。同时，VT3截止，不影响W2点电位。VH2用来指示传感器工作状态。加热电压循环变换单元3为传感器2提供了稳定不受干扰的、周期为60秒／30秒、电压为5V／2V的加热电压。
信号比较处理单元4由信号比较电路4a和信号积分保持电路4b构成。信号比较电路4a由集成电压比较器N1a，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2组成。其中R2、C1组成输入信号滤波抗干扰环节，R2一端接传感器2和电阻R1，另一端接C1和N1a的7脚，C1负极接地。R2、C1时间常数为0.1秒，干扰脉冲因持续时间远小于0.1秒被滤除。R3、R4、C2组成比较电压滤波抗干扰环节。热敏电阻R3对传感器进行温度补偿。R3一端接＋6V，另一端接N1a的6脚、C2正极和R4一端，C2负极和R4另一端接地。由R3和R4分压为N1a提供比较电压。当有干扰脉冲侵入时，因R3、R4、C2组成的充放电回路时间常数为0.1秒，远大于干扰脉冲持续时间，故比较电压稳定不变。R3是负温度系数热敏电阻。当环境温度升高时，传感器灵敏度变高，N1a的7脚输入电压升高，这时R3电阻值下降，比较电压也升高，使报警点不变。信号积分保持电路4b由集成电压比较器N1b，电阻R5、R6、R7、R8、R9，电容C3，二极管VD1构成。R5一端接＋6V，另一端接N1a的1脚、VD1正极和R6，R6另一端接VD1负极、C3正极和N1b的5脚，C3负极接地。R7一端接＋6V，另一端接N1b的4脚和R8一端，R8另一端接地。当N1a的7脚电位低于6脚电位时，N1a的1脚为低电位，N1b的5脚也为低电位，低于N1b的4脚电位，N1b的2脚W3点输出低电位，使报警电路不工作。当传感器2工作在测试状态的30秒时间内，传感器负载电阻R1上的电压经R2送到N1a的7脚，一旦环境CO浓度超过了50ppm时，该电压高于N1a的6脚的比较电压，N1a翻转。N1a的1脚输出高电位，电源通过R5、VD1向C3充电。R5、C3的时间常数为0.68秒。因信号电压持续时间较长，C3上的电压被充到接近＋6V，使N1b的5脚电位高于4脚电位，比较器翻转，N1b的2脚输出高电位，启动报警电路。干扰脉冲因持续时间远小于0.68秒被滤除。当传感器工作在测试状态30秒以后，进入清洗状态。此时，传感器输出不能正确反应CO浓度，故信号被加热电压循环变换单元中的VT3旁路，N1a的1脚输出低电位，C3通过R6和N1a放电，放电时间常数为90秒，以保证报警信号不中断。
报警单元5由控制振荡电路5a和音频振荡电路5b构成。控制振荡电路5a由集成时基电路N2a，电阻R16、R17、R18，电容C5，二极管VD4组成多谐振荡器，产生周期为1.5秒／1秒的不对称方波，由N2a的5脚输出，一路控制发光二极管VH1，另一路控制5b。音频振荡电路5b由集成时基电路N2b，电阻R19、R20，电容C6、C7组成多谐振荡器，产生周期为1.5毫秒／1毫秒的不对称方波，送至扬声器B。N2a、N2b是集成双时基电路NE556。当N2a的4脚为低电位时，控制振荡电路5a停振，N2a的5脚输出低电位，使音频振荡电路5b停振，扬声器B不发声。当CO浓度超限时，信号比较处理单元送来高电位至W3点，5a振荡，N2a的5脚高低电位交替变化，使VH1闪动；同时使5b工作于振荡－－停振的循环状态，扬声器B发出断续蜂音报警。
由三色发光二极管VH1、电阻R14、15组成多功能指示灯。R14一端接＋6V，另一端接VD2正极和VH1绿色管蕊正极，VD2负极接N1c的13脚和VD3负极，R15一端接＋6V，另一端接VH1红色管蕊正极，VH1的负极接N2a的5脚、R18和VD4负极。当接通电源时VH1负极为低电位，红色管蕊亮；此时由于延时时间未到，N1c的13脚输出低电位，通过VD2将VH1绿色管蕊正极接到低电位，绿蕊不亮，此时VH1发红光，表示电源接通；当延时单元延时时间到、N1c的13脚为高电位时，红绿管蕊同时亮，VH1发橙色光，表示预热完毕。当VH1的负极为高电位时，VH1熄灭。在报警时，由于VH1负极高低电位交替出现，故VH1闪动，表示报警。
延时单元6由集成电压比较器N1c、电阻R10、R11、R12、R13，电容C4，按钮S，二极管VD2、VD3构成。R12和R13分压使N1c的10脚电压为4V。接通电源后，电源通过R11向C4充电，R11、C4时间常数为600秒。当C4正极即N1c的11脚电位低于4V时，比较器输出低电位，通过VD3使报警单元中N2b的8脚为低电位，音频振荡电路不能振荡；C4正极电位高于4V时，比较器输出高电位，完成初始延时。由于消音按钮S一端接C4负极，另一端接R10一端，R10另一端接C4正极、R11一端和N1c的11脚。当报警被人们知晓后，使用者可以按下S，使C4通过R10和S放电，N1c的13脚输出低电位，报警声暂停。这时，使用者可以通过观察VH1是否闪动来判断CO浓度的情况。经过600秒后，自动恢复到N1c输出高电位状态。从而实现初始延时和消音延时两种功能。在本单元和单元3、单元4中，集成电压比较器N1a、N1b、N1c、N1d是集成四电压比较器LM339。
权利要求1.家用一氧化碳报警器，由电源供给单元1、传感2、加热电压循环变换单元3、信号比较处理单元4、报警单元5、延时单元6构成，其特征是电源供给单元1为整机提供6伏直流电压；传感器2采用高灵敏的HQ-5型气敏器件，将CO浓度转换为电信号；由方波发生电路3a和电压变换电路3b构成高抗电磁干扰的加热电压循环变换单元3，为传感器2提供加热电压，并送控制信号至信号比较处理单元4；由信号比较电路4a和信号积分保持电路4b构成高抗电磁干扰的信号比较处理单元4，对由传感器2送来的电信号进行处理后控制报警单元5；由控制振荡电路5a和音频振荡电路5b构成报警单元5，报警信号被送到扬声器B和多功能发光二极管指示灯VH1；由延时单元6完成初始延时和消音延时功能，其输出信号控制报警单元5的音频振荡电路5b。
2.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是由集成电压比较器N1d，晶体管VT1，二极管VD5，电阻R21、R22、R23、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31，电容C8、C9、C10构成高抗电磁干扰的方波发生电路3a，其中R25、R26、R27、C9和R29、R30、R31、C10构成两个积分抗干扰环节。N1d的14脚接R25一端，R25另一端接R26一端和C9正极，C9负极接地，R26另一端接R27一端和VT1基极，R27另一端接地，该积分环节时间常数为0.2秒，R29一端接VT1集电极和R28，R29另一端接R30一端，C10正极和R31一端，R30另一端和C10负极接地，R31另一端接电源＋6V，该积分环节的时间常数为0.3秒。
3.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是由集成电压比较器N1a，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2构成信号比较电路4a。其中R2、C1组成输入信号滤波抗干扰环节，R2一端接传感器2和电阻R1，另一端接C1和N1a的7脚，C1负极接地，该环节时间常数为0.1秒；R3、R4、C2组成比较电压滤波抗干扰环节，热敏电阻R3对传感器进行温度补偿，R3一端接＋6V，另一端接N1a的6脚、C2正极和R4一端，C2负极和R4另一端接地，该环节时间常数为0.1秒。
4.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是由集成电压比较器N1b、电阻R5、R6、R7、R8、R9，电容C3，二极管VD1构成信号积分保持电路4b。R5一端接＋6V，另一端接N1a的1脚、VD1正极和R6一端，R6另一端接VD1负极、C3正极和N1b的5脚，C3负极接地。R7一端接＋6V，另一端接N1b的4脚和R8一端，R8另一端接地。N1b的2脚接R9一端，R9另一端接＋6V。R5、C3的时间常数为0.68秒。
5.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是以三色发光二极管VH1做为多功能指示灯，当其发红光时，表示电源接通；发橙色光时，表示延时已到；发光闪烁时，表示CO浓度超限报警。由VH1、R14、R15组成，R14一端接＋6V，另一端接VD2正极和VH1绿色管蕊正极，VD2负极接N1c的13脚和VD3的负极，R15一端接＋6V，另一端接VH1红色管蕊正极，VH1的负极接N2a的5脚、R18和VD4负极。
6.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是延时单元6具有初始延时和消音延时双重功能，由集成电压比较器N1c、电阻R10、R11、R12、R13，电容C4，按钮S，二极管VD2、VD3构成。按钮S一端接C4负极，另一端接R10一端，R10另一端接C4正极、R11一端和N1c的11脚。按下按钮S使C4放电，起到消音延时作用。
7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的家用一氧化碳报警器，其特征是N1a、N1b、N1c、N1d是集成四电压比较器LM339。
8.根据权利要求1所述的家用一氧化碳报警器，其特征是N2a、N2b是集成双时基电路NE556。
专利摘要家用一氧化碳报警器，由电源供给单元1、传感器2、加热电压循环变换单元3、信号比较处理单元4、报警单元5、延时单元6构成。采用高灵敏的CO传感器，并配以高抗电磁干扰的加热电压循环变换电路、信号积分抗干扰环节和温度补偿环节，使报警器工作稳定、可靠，当CO浓度达到50ppm时，发出声、光报警。设有多功能指示灯和消音功能。并具有功耗低、成本低等特点。适用于防止冬季居室内燃煤取暖引起的CO中毒和其它监测CO的场合。
文档编号G08B21/00GK2107044SQ9122958
公开日1992年6月10日 申请日期1991年12月3日 优先权日1991年12月3日
发明者焦长宝 申请人:焦长宝