本發(fā)明涉及傳感與檢測領域，尤其涉及一種基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置。

背景技術：

現(xiàn)代城市中，由于人們的生活需求，一些企業(yè)違反排放，加之餐館經營者傾倒食物殘渣，下水管道中極易聚集有以甲烷為主的易燃易爆氣體，若因堵塞使氣體濃度增加，極有可能對行人車輛造成安全威脅，導致交通事故的發(fā)生。

在以重慶為首的城市中，由于地形原因更易造成易燃易爆氣體的產生與積累，故相關檢測系統(tǒng)的仍在積極發(fā)展與完善中。目前普遍將集氣泵置于下水道內，由置于外部的傳感器進行分析檢測再輔以配套設備。這種方式雖然總體上使得供電布線大大方便，但下水道內需要與外界物理連接的特點使得對某些特殊位置下水道口的氣體檢測造成了不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置。它使得氣體檢測在下水道口、井蓋以下完成，通過置于井蓋上面的壓電式蓄能裝置為下水道口的檢測與信號發(fā)送設備供電，解決了需要與外界裝置進行物理連接的諸多不便，提高了該裝置的適應范圍。

本發(fā)明的技術方案：一種基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置，包括壓電式蓄能裝置、氣體檢測裝置、信號發(fā)送裝置、信號接收中轉裝置和控制中心；

所述壓電式蓄能裝置分別與所述氣體檢測裝置、所述信號發(fā)送裝置連接，用于給所述氣體檢測裝置、所述信號發(fā)送裝置供電；

所述氣體檢測裝置與所述信號發(fā)送裝置連接，用于將下水道易燃易爆氣體分析結果輸送給所述信號發(fā)送裝置；

所述信號發(fā)送裝置與所述信號接收中轉裝置連接，用于近距離發(fā)送分析數(shù)據(jù)給所述信號接收中轉裝置；

所述信號接收中轉裝置與所述控制中心連接，用于遠距離發(fā)送分析數(shù)據(jù)給所述控制中心。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述控制中心與人工或機器處理連接，將控制中心下達指令發(fā)送給所述人工或機器處理來控制下水道易燃易爆氣體濃度。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述壓電式蓄能裝置設置于下水道井蓋上端，包括壓電片、小物塊和保護層；

所述壓電片傾斜設置于下水道井蓋上端面，所述壓電片底部在下水道井蓋上端面設置有小物塊，當有車輛行駛經過或行人行走經過下水道井蓋時，壓力使得壓電片向下運動，在所述小物塊作用下，使所述壓電片發(fā)生形變，將機械能轉化為電能；

所述壓電片、小物塊外設置有所述保護層。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述氣體檢測裝置設置于下水道井蓋背面，包括單片機、采樣檢測、電源模塊和數(shù)據(jù)通信；

所述電源模塊的供電來自所述壓電式蓄能裝置；

所述采樣檢測選用紅外光譜吸收法檢測下水道易燃易爆氣體濃度；

所述單片機控制紅外光產生電路發(fā)出紅外光，檢測投射光或反射光強度的變化，獲得下水道易燃易爆氣體濃度。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述紅外光譜吸收法檢測下水道易燃易爆氣體濃度的步驟如下：

在紅外光射出后，使用檢測探頭收集紅外光信號，進行信號轉化，將得到的電信號經放大器放大信號輸入單片機，將該信號進行A/D轉換并濾波，將得到的數(shù)據(jù)與給定數(shù)據(jù)進行比對，判斷濃度是否超標，將數(shù)據(jù)與比對結果通過串口發(fā)送至所述信號發(fā)送裝置。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述信號發(fā)送裝置設置于下水道井蓋背面。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述單片機使用基于ZigBee技術的CC2430。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述信號接收中轉裝置設置于與下水道口井蓋相鄰的路燈上。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，所述壓電式蓄能裝置采用MAX1672芯片。

前述的基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置中，用單片機內部的定時/計數(shù)功能來控制所述單片機檢測頻率，在人員集中或是監(jiān)視重點區(qū)域，可提高檢測頻率；在人員密度低或是次重點區(qū)域，可降低檢測頻率。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明以壓電式形變發(fā)電與無線數(shù)據(jù)傳輸技術為基礎，設計了一種能自主供電、無需與外界物理連接的下水道口易燃易爆氣體檢測裝置，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

(2)本發(fā)明的單片機使用基于ZigBee技術的CC2430，降低了功耗與成本，增強了穿透能力與數(shù)據(jù)傳送范圍，傳送距離可達百米以上。

(3)本發(fā)明的壓電式蓄能裝置使用MAX1672芯片，大大降低了外部電路元件對電能的消耗，也大大降低了芯片本身的功耗。

(4)本發(fā)明使得氣體檢測在下水道口、井蓋以下完成，使用無線的方式將檢測數(shù)據(jù)傳送出去，通過置于井蓋上面的壓電式蓄能裝置為下水道口的檢測與信號發(fā)送設備供電，解決了需要與外界裝置進行物理連接的諸多不便，提高了該裝置的適應范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的具體工作流程框圖；

圖2是本發(fā)明的壓電式蓄能裝置結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的壓電式蓄能裝置原理框圖；

圖4是本發(fā)明的氣體檢測裝置流程框圖。

附圖中的標記：1-壓電式蓄能裝置，2-氣體檢測裝置，3-信號發(fā)送裝置，4-信號接收中轉裝置，5-控制中心，6-人工或機器處理，7-外界壓力，8-易燃易爆氣體，21-單片機，22-紅外光產生電路，23-待測氣體，24-檢測探頭，25-放大器，31-壓電片，32-小物塊，33-保護層。

具體實施方式

實施例。

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。

實施例。一種基于壓電式供電的下水道易燃易爆氣體濃度檢測裝置，構成如圖1-4所示，包括壓電式蓄能裝置1、氣體檢測裝置2、信號發(fā)送裝置3、信號接收中轉裝置4和控制中心5；

所述壓電式蓄能裝置1分別與所述氣體檢測裝置2、所述信號發(fā)送裝置3連接，用于給所述氣體檢測裝置2、所述信號發(fā)送裝置3供電；

所述氣體檢測裝置2與所述信號發(fā)送裝置3連接，用于將下水道易燃易爆氣體8分析結果輸送給所述信號發(fā)送裝置3；

所述信號發(fā)送裝置3與所述信號接收中轉裝置4連接，用于近距離發(fā)送分析數(shù)據(jù)給所述信號接收中轉裝置4；

所述信號接收中轉裝置4與所述控制中心5連接，用于遠距離發(fā)送分析數(shù)據(jù)給所述控制中心5。

所述控制中心5與人工或機器處理6連接，將控制中心5下達指令發(fā)送給所述人工或機器處理6來控制下水道易燃易爆氣體8濃度。

如圖2所示，所述壓電式蓄能裝置1設置于下水道井蓋上端，包括壓電片31、小物塊32和保護層33；

所述壓電片31傾斜設置于下水道井蓋上端面，所述壓電片31底部在下水道井蓋上端面設置有小物塊32，當有車輛行駛經過或行人行走經過下水道井蓋時，外界壓力7使得壓電片31向下運動，在所述小物塊32作用下，使所述壓電片31發(fā)生形變，將機械能轉化為電能；

所述壓電片31、小物塊32外設置有所述保護層33。

這種井蓋上方貼有簡易的壓電裝置，最外層是保護層33，中間層是壓電片31，內層設有小物塊32有助于增大使壓電片31的形變程度，使得產生的電荷量更多。

當沿著晶片的某些方向施加作用力使晶片發(fā)生形變后，晶片上相對的兩個表面會出現(xiàn)等量的正負電荷，電荷的面密度與施加的力的大小有關。這種現(xiàn)象稱為壓電現(xiàn)象。具有壓電現(xiàn)象的介質，稱之為壓電體。在離子性的晶體中，正、負離子有規(guī)則地交錯配置，構成結晶點陣。這樣就形成了固有電矩，在晶體表面出現(xiàn)了極化電荷，又由于晶體暴露在空氣中，經過一段時間，這些電荷便被降落到晶面上的、空氣中的異號離子所中和，因此極化面電荷和電矩都不會顯現(xiàn)。但當晶體發(fā)生機械形變時，晶格就會發(fā)生變化。這樣，電矩產生變化，表面極化電荷數(shù)值也發(fā)生改變。于是，面上正電荷或負電荷都有了可以測出的增量(增加或減少)，這種增量就是壓電效應的電量。

如圖4所示，所述氣體檢測裝置2設置于下水道井蓋背面，包括單片機21、采樣檢測、電源模塊和數(shù)據(jù)通信；

所述電源模塊的供電來自所述壓電式蓄能裝置1；

所述采樣檢測選用紅外光譜吸收法檢測下水道易燃易爆氣體濃度；

所述單片機21控制紅外光產生電路22發(fā)出紅外光，檢測投射光或反射光強度的變化，獲得下水道易燃易爆氣體濃度。

所述紅外光譜吸收法檢測下水道易燃易爆氣體濃度的步驟如下：

在紅外光射出后，使用檢測探頭24收集紅外光信號，進行信號轉化，將得到的電信號經放大器25放大信號輸入單片機21，將該信號進行A/D轉換并濾波，將得到的數(shù)據(jù)與給定數(shù)據(jù)進行比對，判斷濃度是否超標，將數(shù)據(jù)與比對結果通過串口發(fā)送至所述信號發(fā)送裝置3。

所述信號發(fā)送裝置3設置于下水道井蓋背面。

所述單片機21使用基于ZigBee技術的CC2430。

為了使發(fā)送的信號能順利穿過井蓋，以及綜合成本功耗問題，使用基于ZigBee技術的CC2430。CC2430是專用于Zigbee協(xié)議通信的片上系統(tǒng)解決方案，是德州儀器生產的單片機的一種，它滿足了以zigbee為基礎的2.4GHz ISM波段應用，降低了功耗與成本，增強了穿透能力與數(shù)據(jù)傳送范圍，傳送距離可達百米以上。

所述信號接收中轉裝置4設置于與下水道口井蓋相鄰的路燈上。

信號中轉裝置均安置在與下水道口井蓋相鄰的路燈上，可根據(jù)實際距離情況，將不同的井蓋標號分配給相應的路燈上的中轉裝置，再由中轉裝置使用道路沿線市用通信線纜將數(shù)據(jù)傳送給控制中心對提交的數(shù)據(jù)進行分析、處理，執(zhí)行相應的操作。在硬件條件不允許的情況下，可以使用GSM等遠程數(shù)據(jù)傳送方式將數(shù)據(jù)提交。

所述壓電式蓄能裝置1采用MAX1672芯片。

如圖3所示，環(huán)境中的振動能以隨機的形式出現(xiàn)，所以壓電式蓄能裝置產生的能量電壓和電流都不恒定，瞬時電壓存在著突變，而無線傳感器節(jié)點工作時需要的電壓為恒壓恒流。這就需要把突變的電流和電壓轉化為恒定的為節(jié)點供電。MAX1672由于內部集成了一個含有線性穩(wěn)壓器的升壓式DC/DC變換器，因此該芯片具有升壓式或降壓式變換器的功能。該芯片的輸入電壓可以低于輸出電壓，也可以高于輸出電壓，但輸出電壓是一個恒定的值。輸入電源電壓范圍為1.8～11V，適合壓電式蓄能裝置的電壓輸出范圍，輸出電壓具有3.3V和5V兩種固定式，以及通過兩個分壓電阻可以實現(xiàn)的調節(jié)范圍為1.25～5.5V的輸出可調系列，也適合無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的供電電壓。該芯片的功率轉換效率典型值為90％。由于該芯片使用了升壓式或線性式穩(wěn)壓方式，因此構成應用電路時所需要的外部元件要比正激式電路結構的DC/DC變換器所需要的元件要小得多，也大大降低了外部電路元件對電能的消耗。該芯片的開關電流不但可以選擇，而且在低電流的應用場合能夠使用極小的外部電感。該芯片內部的線性穩(wěn)壓器還可以作為一個濾波器使用，從而降低輸出電壓中的紋波峰值。該芯片的靜態(tài)工作電流僅為85uA，所具有的關閉模式外部控制功能可將關閉模式下的電源電流降低到0.1uA。在關閉模式下，可使輸入與輸出完全隔離。這就大大降低了芯片本身的功耗。

用單片機21內部的定時/計數(shù)功能來控制所述單片機21檢測頻率，在人員集中或是監(jiān)視重點區(qū)域，可提高檢測頻率；在人員密度低或是次重點區(qū)域，可降低檢測頻率，如每間隔一小時進行一次測量。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本發(fā)明的保護范圍。