甲烷檢測(cè)報(bào)警儀的制作方法
【專利摘要】一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，包括甲烷探頭、采集模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，甲烷探頭的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過采集模塊通訊連接，其特征在于：所述的采集模塊包括采集催化燃燒型探頭信號(hào)的采集電路和采集非色散紅外型探頭信號(hào)的采集電路。該甲烷檢測(cè)報(bào)警儀可以同時(shí)兼容兩種不同原理探頭，根據(jù)不同探頭工作時(shí)輸出信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行硬件電路識(shí)別和軟件處理，進(jìn)而在開機(jī)瞬間進(jìn)行準(zhǔn)確判斷并使用相應(yīng)配置，使報(bào)警儀開機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入不同探頭工作模式，能夠有效降低成本和簡(jiǎn)化操作。
【專利說明】甲烷檢測(cè)報(bào)警儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種氣體檢測(cè)報(bào)警儀，具體涉及一種可兼容兩種不同原理傳感器的便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷檢測(cè)報(bào)警儀是一種檢測(cè)甲烷濃度的設(shè)備，主要是用于礦井和其他能夠產(chǎn)生甲烷的場(chǎng)所。甲烷這種易燃易爆的氣體是所有煤礦開采過程中必然產(chǎn)生的，是不可避免的，一旦甲烷濃度超標(biāo)極易引發(fā)事故，對(duì)礦井內(nèi)工作的工人產(chǎn)生很大的人身危害，由于甲烷是一種無色無味的氣體，所以只能通過靈敏可靠的檢測(cè)儀器才能進(jìn)行檢測(cè)。
[0003]國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀一般有兩種不同原理的產(chǎn)品，即催化燃燒原理型和非色散紅外(NDIR)原理型。由于這兩種傳感器原理不同，導(dǎo)致它們的輸入電路和輸出電路以及報(bào)警儀硬件和軟件不相同，也就是說，催化燃燒原理型和非色散紅外原理型無法兼容并自動(dòng)識(shí)別在同一個(gè)甲烷檢測(cè)報(bào)警儀上。在事先無法確定待測(cè)濃度，不能斷定需要使用哪種檢測(cè)報(bào)警儀時(shí)，只能攜帶兩種報(bào)警儀或者人工手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕以適應(yīng)甲烷探頭，這樣不僅增加了成本，而且復(fù)雜不易操作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，這種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀能夠提供一種可兼容兩種不同原理并自動(dòng)識(shí)別的便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型通過以下方式來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，包括甲烷探頭、采集模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，甲烷探頭的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過采集模塊通訊連接，其特征在于:所述的采集模塊包括采集催化燃燒型探頭信號(hào)的采集電路和采集非色散紅外型探頭信號(hào)的采集電路。
[0007]所述催化燃燒型原理電路包括由兩只精密電阻(Rsl和Rs2)、微調(diào)電阻RWl和濾波電容器，所述精密電阻的公共端和甲烷探頭的輸出端作為催化燃燒型原理傳感器電壓信號(hào)輸出端。
[0008]所述非色散紅外型原理電路包括由兩只精密電阻(Rsl和Rs2)、微調(diào)電阻RW1、濾波電容器和兩只大阻值的電阻(Rs3和Rs4)，所述大阻值的電阻起到非色散紅外型原理傳感器輸出信號(hào)的分壓功能和輕負(fù)載下拉功能。
[0009]進(jìn)一步地，還包括控制單元電路，所述控制單元電路中包括一微處理器，所述微處理器采用哈佛總線結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線，比較理想的是采用32位ARM cortex-m3內(nèi)核的STM32F103，具有豐富的外設(shè)和較強(qiáng)的抗干擾能力，很適用于工業(yè)控制。
[0010]進(jìn)一步地，還包括電源變換電路，所述電源變換電路包括將輸入電壓變換至5VDC的一級(jí)DC/DC電路，以及三路由TC1185芯片精密穩(wěn)壓器構(gòu)成的二級(jí)精密穩(wěn)壓電路。電源輸入經(jīng)一級(jí)DC/DC變換至5VDC，此DC/DC電路變換效率最低不小于80%，相比其它線性穩(wěn)壓器件電路，提升了電源的使用效率，此5VDC為后級(jí)所有電路供電，經(jīng)三路二級(jí)精密穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓變換后得三路獨(dú)立電壓，分別為探頭元件、微處理器和聲光報(bào)警以及其它電路供電。
[0011]進(jìn)一步地，還包括顯示電路，所述顯示電路包括4只LED數(shù)碼管和4只用于驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)1C，所述微處理器通過IO 口串行地將需要顯示的編碼發(fā)送至驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管發(fā)光，用于實(shí)現(xiàn)顯示甲烷濃度。
[0012]所述的驅(qū)動(dòng)IC可以采用74HC164，所述74HCT164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，微處理器通過IO 口串行地將需顯示的數(shù)字編碼發(fā)送至74HCT164，74HCT164則并行輸出編碼驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，它對(duì)每段數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流最大為20mA，較大的驅(qū)動(dòng)電流使數(shù)碼管顯示亮度較高，這有利于在煤礦井下黑暗環(huán)境的觀察。
[0013]進(jìn)一步地，還包括報(bào)警電路，所述報(bào)警電路包括發(fā)光二極管、有源蜂鳴器和發(fā)光二極管以及有源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路，以在甲烷超標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:該甲烷檢測(cè)報(bào)警儀可以同時(shí)兼容兩種不同原理探頭，根據(jù)不同探頭工作時(shí)輸出信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行硬件電路識(shí)別和軟件處理，進(jìn)而在開機(jī)瞬間進(jìn)行準(zhǔn)確判斷并使用相應(yīng)配置，使報(bào)警儀開機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入不同探頭工作模式，根據(jù)實(shí)際使用情況只需更換探頭后重新啟動(dòng)報(bào)警儀即可，能夠有效降低成本和簡(jiǎn)化操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的電路框圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型控制單元電路原理圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型電源變換電路原理圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型信號(hào)采集電路原理圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型顯示電路原理圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型報(bào)警電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖1所示，一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，包括控制單元電路1、電源變換電路2、甲烷探頭3、采集模塊4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、顯示電路6和報(bào)警電路7，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與控制單元電路通過IIC集成電路總線(Inter-1ntegrated Circuit)通訊連接,所述控制單元電路與報(bào)警電路通訊連接，所述控制單元電路與顯示電路通訊連接，所述控制單元電路與輸出電路通訊連接，控制單元電路I將識(shí)別出的甲烷濃度在顯示電路6上顯示，并驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路7發(fā)出聲光報(bào)警，電源管理電路2為各單元電路供電。
[0023]如圖2控制單元電路原理圖所示，所述控制單元電路I主要功能為實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、輸出信號(hào)，其內(nèi)包括有32位ARM cortex-m3內(nèi)核的微處理器，所述微處理器的控制芯片為STM32F103，采用哈佛結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線，處理速度快，且具有豐富的外設(shè)和較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于工業(yè)控制，可有效提升整機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力和響應(yīng)時(shí)間。
[0024]如圖3電源變換電路原理圖所示，所述電源變換電路2采用多級(jí)、多路電壓變換，其輸入電壓經(jīng)一級(jí)DC/DC變換至5VDC后供電給所有電路，再通過二級(jí)精密穩(wěn)壓器件的芯片TC1185穩(wěn)壓變換后得三路電壓為2.9VDC,3.3VDC和3.0VDC的獨(dú)立電壓，分別用于探頭元件、報(bào)警電路和微處理器以及其他電路；所述電源變換電路能夠有效改善報(bào)警電路工作瞬間電流過大引起的電壓波動(dòng)，以及電源電壓偏低帶來的后級(jí)電壓波動(dòng)的影響；所述DC/DC變換效率不小于80%，相比其它線性穩(wěn)壓器件而言，提升了電源的使用效率。
[0025]如圖4信號(hào)采集電路原理圖所示，所述信號(hào)采集電路4包括甲烷探頭、采集模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，在完成甲烷探頭模擬信號(hào)的采樣和濾波后，利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，再通過IIC (Inter-1ntegrated Circuit)集成電路總線將數(shù)據(jù)傳至所述控制單元電路I中的微處理器。
[0026]如圖4所示，所述的采集模塊包括采集催化燃燒型探頭信號(hào)的采集電路和采集非色散紅外型探頭信號(hào)的采集電路，所述催化燃燒型原理電路包括由兩只精密電阻(Rsl和Rs2)、微調(diào)電阻RWl和濾波電容器，兩只精密電阻的公共端和甲烷探頭的輸出端作為催化燃燒型原理傳感器電壓信號(hào)輸出端。所述非色散紅外型原理電路包括由兩只精密電阻(Rsl和Rs2 )、微調(diào)電阻RWl、濾波電容器和兩只大阻值的電阻(Rs3和Rs4 )，所述大阻值的電阻起到非色散紅外型原理傳感器輸出信號(hào)的分壓功能和輕負(fù)載下拉功能。
[0027]A和C點(diǎn)之間的電壓差由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊Ml的AINl采集，記為Vinl ；B點(diǎn)電壓(SPA點(diǎn)電壓的一半)由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊Ml的AIN2采集，記為Vin2。當(dāng)使用催化燃燒型探頭時(shí)，A點(diǎn)電壓為輸入電壓2.9V的一半，即Va = 1.45V，則B點(diǎn)電壓Vb = Vin2 = VA/2 = 0.725V,C點(diǎn)電壓同樣為輸入電壓2.9V的一半，即Vc = 1.45V JlJVinl = VC-Va = 0V，當(dāng)有甲烷氣體時(shí)，因催化燃燒探頭最大測(cè)量濃度為4.0%，而其靈敏度約為30mV/l.0%，即當(dāng)甲烷濃度為
4.0% 時(shí)，Va = 1.45V- (4X0.03V) = 1.33V, Vin2 = Vb = 0.665V, Vinl = Vc-Va = 0.12V ；當(dāng)使用非色散紅外探頭時(shí)，預(yù)熱時(shí)輸出電壓為0.2V，預(yù)熱完成后初始電壓為0.4V，在預(yù)熱時(shí)間內(nèi)，Va = 0.2V, Vin2 = Vb = 0.1V，Vc = 1.45V, Vinl = Vc-Va = 1.25V ;當(dāng)未連接任何探頭元件或探頭元件信號(hào)輸出故障時(shí)，Va = 0V, Vin2 = Vb = 0V, Vc = 1.45V，Vinl = Vc-Va=1.45V。
[0028]微處理器在開機(jī)時(shí)采集Vin2和Vinl的數(shù)值,通過分析能夠準(zhǔn)確、快速判斷出當(dāng)前報(bào)警儀所使用的探頭類型，實(shí)現(xiàn)同一硬件和軟件可兼容兩種不同原理探頭的便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。
[0029]如圖5顯示模塊電路圖所示，所述顯示電路6包括4只LED數(shù)碼管和4只用于驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)1C，驅(qū)動(dòng)IC選用8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器74HC164，所述控制單元電路I中的微處理器通過IO 口串行地將需顯示的數(shù)字編碼發(fā)送至寄存器74HC164，寄存器74HC164則并行輸出編碼驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，每段LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流最大為20mA，驅(qū)動(dòng)電流越大使數(shù)碼管顯示亮度較高，這有利于在煤礦井下黑暗環(huán)境的觀察。
[0030]如圖6報(bào)警電路原理圖所示，所述報(bào)警電路7包括發(fā)光二極管、有源蜂鳴器和發(fā)光二極管以及有源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)甲烷濃度超過預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，所述微處理器向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)發(fā)光二極管閃爍實(shí)現(xiàn)光報(bào)警，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)蜂鳴器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)聲報(bào)警，以提示周圍的人群。
[0031]本實(shí)用新型甲烷檢測(cè)報(bào)警儀可以兼容不同原理的探頭工作方式，根據(jù)不同探頭工作時(shí)輸出信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行硬件電路識(shí)別和軟件處理，進(jìn)而在開機(jī)瞬間進(jìn)行準(zhǔn)確判斷并使用相應(yīng)配置，使報(bào)警儀開機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入不同探頭工作模式。然后甲烷檢測(cè)報(bào)警儀甲烷探頭發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過采集模塊傳輸給控制單元電路，經(jīng)過控制單元電路識(shí)別、比較，計(jì)算出當(dāng)前甲烷濃度的真實(shí)值，由驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前甲烷的濃度值，識(shí)別出甲烷的安全濃度環(huán)境和危險(xiǎn)濃度環(huán)境并顯示出不同顏色以提醒操作人員；當(dāng)識(shí)別出的甲烷濃度超過預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，微處理器發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)二極管和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。
【權(quán)利要求】
1.一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，包括甲烷探頭(3)、采集模塊(4)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(5)，甲烷探頭的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過采集模塊通訊連接，其特征在于:所述的采集模塊包括采集催化燃燒型探頭信號(hào)的采集電路和采集非色散紅外型探頭信號(hào)的采集電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:所述的甲烷探頭VCC端口串聯(lián)連接精密電阻Rs1、微調(diào)電阻RWl和精密電阻Rs2后接入探頭GND端口，穩(wěn)壓電源VCC2.9連接到所述VCC端口與電阻Rsl之間，電阻RWl中間抽頭連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AINl+端口 ；所述探頭OUT端口串聯(lián)連接電阻Rs3和Rs4后接地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AINl-端口分別連接一濾波電容器CSl后接入所述電阻RWl與AINl端口之間的C點(diǎn)和所述OUT端口與電阻Rs3之間的A點(diǎn)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AIN2+端口分別連接一隔直電容器CS2后接地和電阻Rs3與Rs4之間的B點(diǎn)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AIN2-端口接地；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用雙路差分輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:還包括控制單元電路(1)，所述控制單元電路包括微處理器，所述微處理器采用哈佛總線結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:還包括電源變換電路(2)，所述電源變換電路包括將輸入電壓變換至5VDC的一級(jí)DC/DC電路，以及三路由TCl185芯片精密穩(wěn)壓器構(gòu)成的二級(jí)精密穩(wěn)壓電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:還包括顯示電路(6)，所述顯示電路包括4只LED數(shù)碼管和4只用于驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)1C，所述微處理器通過IO 口串行地將需要顯示的編碼發(fā)送至驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管發(fā)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)IC采用74HC164。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，其特征在于:還包括報(bào)警電路(7)，所述報(bào)警電路包括發(fā)光二極管、有源蜂鳴器和發(fā)光二極管以及有源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路。
【文檔編號(hào)】G08B21/16GK203812373SQ201420126923
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】王壽全, 呂志剛, 曾森茂, 文小紅, 吳傳貴, 余玉江, 柯淋, 蔣韜, 周強(qiáng), 劉帥, 賈彥飛 申請(qǐng)人:四川省川煤科技有限公司