低功耗快速響應智能甲烷監(jiān)測終端的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于氣體監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗快速響應智能甲烷監(jiān)測終端。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的甲烷監(jiān)測裝置主要有兩種，一種是基于催化燃燒原理，另一種基于NDIR(非色散紅外方法)原理。雖然以上兩種類型產(chǎn)品都已經(jīng)實現(xiàn)了實用化，但是都各自存在較大的缺陷?；诖呋紵淼募淄楸O(jiān)測設備存在的缺點主要有如下幾個:①很容易徹底中毒，如果暴露在有機硅、鉛、硫和氯化物這些組分中，將失去對可燃氣的作用；②可產(chǎn)生燒結(jié)物，阻止了可燃氣與傳感器接觸；③沒有自動安全防護裝置，當傳感器中毒后繼續(xù)通電并顯示零點氣；④在某些環(huán)境下靈敏度會下降(特別是硫化氫和鹵素)；⑤需要最少12%的氧氣體積濃度，在氧氣濃度不足情況下工作效率明顯下降如果暴露在可燃氣體濃度過高，會被燒壞；?靈敏度隨時間下降?；贜DIR原理的甲烷監(jiān)測設備這些年發(fā)展速度很快，克服了催化燃燒式甲烷監(jiān)測設備的缺點，但目前基于NDIR原理的傳感設備普遍存在功耗大的問題，一般的免維護周期不大于6個月，這樣的周期不適合大規(guī)模使用，若在需要大規(guī)模使用的區(qū)域使用，將耗費巨大的人力去維護，增加成本。此外，由于傳統(tǒng)甲烷傳感器的氣室結(jié)構(gòu)一般為半封閉式設計，限制了氣體擴散速度，也就限制了系統(tǒng)的響應時間，成為氣體動態(tài)檢測的一個瓶頸。
[0003]中國發(fā)明專利201220515821.5公開了一種基于紅外氣體傳感器的GPRS智能探測終端，它包括電池、微控制器芯片、GPRS模塊、LED指示燈、水位傳感器、紅外甲烷傳感器，電池分別連接GPRS模塊、微控制器芯片、紅外氣體傳感器，GPRS模塊連接微控制器芯片，微控制器芯片還與紅外氣體傳感器連接。采用紅外氣體傳感器替代催化燃燒式傳感器，具有精度高、選擇性好、可靠性高、受環(huán)境干擾因素較小等特點。雖然該探測終端在硬件上選擇低功耗器件，在軟件上盡可能讓系統(tǒng)長時間工作在休眠狀態(tài)，但系統(tǒng)在喚醒狀態(tài)時功耗還是很大，并沒有從根本上解決甲烷監(jiān)測裝置功耗大的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型為了克服現(xiàn)有甲烷監(jiān)測終端功耗大、免維護周期短、維護成本高的缺陷，提出了一種低功耗快速響應智能甲烷監(jiān)測終端。
[0005]本實用新型提供了一種低功耗快速響應智能甲烷監(jiān)測終端，它包括電池單元、微控制器芯片、GPRS模塊、紅外甲烷傳感器，所述電池單元分別連接微控制器芯片、GPRS模塊、紅外甲烷傳感器，所述紅外甲烷傳感器和GPRS模塊分別與微控制器芯片連接，它還包括RTC實時時鐘單元，所述RTC實時時鐘單元與微控制器芯片連接。
[0006]所述紅外甲烷傳感器采用俄羅斯MIPEX TECHNOLOGY生產(chǎn)的MIPEX傳感器，其功耗超低，可達到小于3mW，測量范圍:甲烷體積可達到100%。所述MIPEX傳感器基于NDIR原理設計，它主要包括LED光源、微反光鏡、光電探測器、微控制器等器件，LED光源發(fā)射出的寬帶光經(jīng)過置于氣室頂端的微反射鏡反射至光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換，氣室底部的電路部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理以及光源的功率控制等功能。MIPEX傳感器的輸出為甲烷氣體濃度解調(diào)信息的數(shù)字量，可方便得通過URAT接口與本終端微控制器芯片進行通信。MIPEX傳感器可以進行工作模式的切換，可設置連續(xù)采集和周期性采集模式。內(nèi)置溫度芯片，可同時上傳傳感器的溫度環(huán)境信息。此外，它采用開放的擴散式氣室結(jié)構(gòu)(傳感器頂面和側(cè)面采用鏤空設計)，保證了監(jiān)測環(huán)境與氣室內(nèi)部氣體濃度的快速平衡。
[0007]所述微處理器芯片采集來自紅外甲烷傳感器的濃度信息并進行處理；在RTC實時時鐘單元提供的時序下，控制紅外甲烷傳感器、GPRS模塊的工作狀態(tài)，實現(xiàn)按設置的狀態(tài)進行模塊的關(guān)斷和開啟；獲取電池單元的電量信息；將處理后的甲烷濃度數(shù)據(jù)、紅外甲烷傳感器溫度數(shù)據(jù)和電池電量數(shù)據(jù)傳遞給GPRS模塊，并控制GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心。
[0008]進一步的，所述RTC實時時鐘單元采用PCF8563芯片，PCF8563芯片是一款CMOS實時時鐘和日歷，最適合低功耗應用。提供可編程時鐘輸出、中斷輸出和電壓過低檢測器。通過兩線雙向I2C總線串行傳送所有地址和數(shù)據(jù)，最大總線速度為400kbit/s。寄存器地址會在每次寫入或讀取數(shù)據(jù)字節(jié)后自動遞增。本實用新型通過其中斷INT功能，產(chǎn)生周期性輸出中斷，喚醒微控制器芯片，通過其實時時鐘功能，獲得當前時間。
[0009]進一步的，它還包括適時斷電休眠單元，所述適時斷電休眠單元為一 MOS管，通過微控制器芯片的GP1 口控制實現(xiàn)對紅外甲烷傳感器和GPRS模塊的通斷電。
[0010]所述電池單元通過傳感器供電芯片與紅外甲烷傳感器連接。所述電池單元通過微控制器供電芯片與微控制器芯片連接。所述電池單元通過GPRS供電芯片與GPRS模塊。
[0011]本實用新型的有益效果為:采用基于NDIR原理的MIPEX傳感器，其實際功耗只有傳統(tǒng)傳感器的百分之一，這在具備紅外吸收式傳感器各種優(yōu)點的同時將大大降低設備整體功耗，延長設備的維護周期，理論免維護周期達到12個月；MIPEX傳感器結(jié)構(gòu)上采用頂面和側(cè)面的鏤空設計，保證了待測環(huán)境與氣室內(nèi)部氣體濃度的快速平衡，大大降低了響應時間，理論響應時間小于6s ；RTC實時時鐘單元提供系統(tǒng)時鐘，利用其定時和中斷功能關(guān)閉和喚醒微控制器芯片，準確可靠；通過GPRS移動網(wǎng)絡與監(jiān)控中心建立連接，將本實用新型終端放置于重點監(jiān)控地點，可方便的形成甲烷濃度監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)城市管網(wǎng)、輸氣輸油管道等重點高危區(qū)域的分布式監(jiān)控；快速的響應能力以及更長的免維護周期將大大提高甲烷監(jiān)測能力，同時大大降低系統(tǒng)維護成本。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0013]圖中，1.電池單元，2.微控制器芯片，3.GPRS模塊，4.紅外甲烷傳感器，5.RTC實時時鐘單元，6.適時斷電休眠單元，7.傳感器供電芯片，8.微控制器供電芯片，9.GPRS供電芯片，10.監(jiān)控中心。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】:
[0015]本實用新型提供了一種低功耗快速響應智能甲烷監(jiān)測終端，它包括電池單元1、微控制器芯片2、GPRS模塊3、紅外甲烷傳感器4，所述電池單元I分別連接微控制器芯片2、GPRS模塊3、紅外甲烷傳感器4，所述紅外甲烷傳感器4和GPRS模塊3分別與微控制器芯片2連接，它還包括RTC實時時鐘單元5，所述RTC實時時鐘單元5與微控制器芯片2連接。
[0016]所