CN101609593A

CN101609593A - 具有自动调节功能的有毒有害气体报警电路系统

Info

Publication number: CN101609593A
Application number: CNA2009100897020A
Authority: CN
Inventors: 张建武; 王家乐; 杨奎元
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: CN101609593B

Abstract

一种具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统包括：气敏传感电路、微处理器、电压频率转换模块、稳压器模块、光电语言报警电路；气敏传感电路由数字电位器、气敏传感器构成；数字电位器的一端接稳压器的输出电压，另一端接气敏传感器，而调整端接微处理器的控制端口；气敏传感器输出的电压经过电压频率转换模块转换为与之成线性关系的频率信号后输出至微处理器的输入端口；对应某一燃气浓度，设定微处理器输入端口预期值，如果气敏传感器输出的实际电压值与所述的微处理器输入端口上设定的预期值偏离，则由微处理器计算出此偏离值，并将此偏离值存入微处理器的存储器内，微处理器以此偏离值作为实际运行的修正值，在此修正值的基础上进行判断。本发明能够自动完成有毒有害气体报警，省时省力，降低生产成本，加强稳定性和可靠性。

Description

具有自动调节功能的有毒有害气体报警电路系统

技术领域

本发明涉及一种有毒有害气体的检测、报警装置，具体地说是具有自动调试功能的有毒有害气体报警电路系统，适用于家庭、宾馆、酒店、实验室等场所有毒有害气体的安全检测，特别是家用燃气、实验室有毒气体的泄漏检测，等等。

背景技术

随着我国天然气东输工程的完工，越来越多的城市居民可以使用到这些诸如煤气、天然气或液化石油气了。但是这些气体大部分是有毒、易燃、易爆性气体，一旦泄漏，将会导致使用环境的污染甚至引起火灾或爆炸性事故的发生。为确保国家、居民财产和人身安全，对使用环境中可燃和有害气体的检测，浓度超限报警显得尤为重要，以防患未然。随着电子技术和机电一体化的发展，尤其是新一代传感器的开发，可燃和有害气体的监测和报警装置得到了很快的发展。一大批体积小巧、电路简单、性能可靠、报警功能完善的有毒有害气体监测报警装置应运而生，如燃气报警器、硫化氢气体报警器、二氧化碳气体报警器等众多专门报警系统，在国民经济的各个部门和人们的日常生活中得到了广泛的应用，起到了积极防范的作用。然而，目前因国内技术条件的限制，国产气体传感器参数的离散性较大，在整机生产中需要逐一调整比较电路或者是基准电路，才能保证整机性能的一致性，因此，装调工作量大、生产成本高，很难做到大批量工业化生产；国外同类传感器虽然性能较好但是它们相对价格昂贵，致使生产成本依然很高，不便民用推广。此外，现有有毒有害气体报警系统如燃气报警器，采用离散的硬件较多，这就使得报警器受环境中其它因素影响较大，性能不稳定；另外报警功能不完善、只有声光报警没有语言报警，也没有明确一级报警为环境污染危险报警，二级是消防报警。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种简单的、性能稳定的、具有自动调节功能的有毒有害气体报警电路系统。

本发明解决技术问题的方案之一是：一种具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，包括：气敏传感电路、微处理器、电压频率转换模块、稳压器模块、光电语言报警电路；其中气敏传感电路由数字电位器、气敏传感器构成；数字电位器的一端接稳压器的输出电压，另一端接气敏传感器，而调整端接微处理器的控制端口；气敏传感器输出的电压经过电压频率转换模块转换为与之成线性关系的频率信号后输出至微处理器的输入端口；光电语音报警电路接在微处理器的输出端口；对应某一燃气浓度，设定微处理器输入端口预期值，如果气敏传感器输出的实际电压值与所述的微处理器输入端口上设定的预期值偏离，则由微处理器计算出此偏离值，并将此偏离值存入微处理器的存储器内，然后微处理器以此偏离值作为实际运行的修正值，微处理器在此修正值的基础上进行判断；同时环境中有毒有害气体超过标准时，由微处理器控制光电语言报警电路工作，进行声光报警。

本发明的技术解决方案之二，一种具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，包括：气敏传感电路、带有A/D转换器的微处理器、稳压器模块、光电语言报警电路；其中气敏传感电路由数字电位器、气敏传感器构成；数字电位器的一端接稳压器的输出电压，数字电位器的另一端接气敏传感器，数字电位器的调整端接微处理器的控制端口；气敏传感器的输出的电压经过输出至微处理器的A/D转换输入端口；光电语音报警电路接在微处理器的输出端口；对应某一燃气浓度，设定微处理器A/D转换输入端口预期值，如果气敏传感器的实际电压值与所述的微处理器输A/D输入端口上设定的预期值偏离，则由微处理器计算出此偏离值，并将此偏离值存入微处理器的存储器内，然后微处理器以此偏离值作为实际运行的修正值，微处理器在此修正值的基础上进行判断；同时环境中有毒有害气体超过标准时，由微处理器控制光电语言报警电路工作，进行声光报警。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的调试过程完全由微处理器控制完成，效率明显提高，准确度也得到改善，省时省力降低了生产成本，避免了人为因素的影响，增加了系统的灵敏性、稳定性和可靠性，产品质量可得到有效保证；

(2)本发明采用体积小、灵敏度高、检测方便而备受人们的青睐高性价比的半导体气敏传感器，并针对气敏传感器参数性能特点(主要表现为个体传感器电阻值差异较大)，采用微处理器对其进行自动调整，可以在规定的量程范围内准确测量有毒有害气的浓度，实现报警功能。

(3)利用微处理器可以省去开机延时电路、比较电路等，以减小硬件对系统精度的影响，并且可以灵活的实现一级报警、二级报警的设置。气敏传感器测得的电压信号通过U2转换为频率信号，将此频率信号输入到微处理器；语音报警电路可以在不同的报警条件下播报不同的警告语音。

附图说明

图1为本发明实施例1原理框图；

图2为本发明实施例2原理框图；

图3为本发明有毒有害气体报警装置的气敏传感电路图；

图4为本发明的电压频率转换模块的原理框图或电路图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明实施例1的有毒有害气体报警电路系统包括以下各部分：稳压模块U1；电源指示YEL LED及其电阻；气敏传感器Rs及其分压数字电位器R0；电压频率转换模块U2；微处理器模块U3；光电语音报警模块：RED LED、GRE LED及其电阻和语音模块U4。

在出厂前，对其进行自动调试。实际使用时，有两级报警功能，一级为环境污染安全报警，二级为消防安全报警。一旦接通电源，电源指示灯YEL LED发亮；正常工作时，GRE LED发亮，RED LED不亮，语音电路不报警；当环境中有毒有害气体如燃气含量超过环境卫生指标时，GRE LED不亮，RED LED开始以固定频率闪烁，语音报警电路反复播出“燃气泄漏，危险，请通风！”；当环境中燃气含量超过消防安全指标时，GRE LED不亮，RED LED发亮，语音报警电路反复播出“燃气泄漏，危险，请赶快撤离！”。

本发明的微处理器模块U3按照以下步骤完成自动调试：

(1)在初始自然状态(或者在标准状态)下，通过逐步改变微处理器模块U3各状态口的状态，按顺序改变数字电位器Rs的电阻值，即逐步调整气敏传感器R0输出端的电压值，亦即逐步改变电压频率转换模块U2输出的频率值。

(2)当气敏传感器R0输出电压高于3V时，电压频率转换模块U2输出的频率值高于300Hz，继续步骤(1)。

(3)当气敏传感器R0输出电压恰好等于3V时，电压频率转换模块U2输出的频率值正好等于300Hz。将此时微处理器模块U3各控制口的状态存入其EEPROM或外部非易失行存储器。

(4)将本发明的报警系统恰好达到报警限1浓度的环境中，即当环境中有毒有害气体如燃气含量超过环境卫生指标时，将此时由P1.1输入的频率值存入其EEPROM或外部非易失性存储区。

(5)将本发明的报警系统恰好达到报警限2浓度的环境中，即当环境中燃气含量超过消防安全指标时，将此时由P1.1输入的频率值存入其EEPROM或外部非易失性存储区。若系统只用到一级报警，则步骤(5)可省去。

实施例2

本实施例2的有毒有害气体报警电路系统及报警器参见图2，从该实施例2可看作本发明的一个派生方案，主要由稳压模块U1；电源指示YEL LED及其电阻；气敏传感器Rs及其分压数字电位器R0；带有A/D转换器的微处理器模块U2；光电语音报警模块：RED LED、GRE LED及其电阻和语音模块U4。此外，实施例2还可以实现对稳压器的输出电压和电阻等其他器件引起的漂移进行校正的功能。

实施例2的自动校正原理是：对应某一燃气浓度，P1.1口上的电压总有一个理论预期值，如果该口上的实际电压偏离此预期值，则由微处理器U2计算出此偏离值，然后将此偏离值存入存储器，以此值作为实际运行的修正值。具体说来，微处理器U2控制按照以下步骤完成自动校正：

(1)将特定浓度下A/D输入口上的电压信号的理论预期值存入存储器中。

(2)测量特定浓度下A/D输入口的实际电压值。

(3)将测得的实际电压值与该浓度下的理论预期值相比较，计算出偏离值。

(4)将计算出的偏离值存入数据存储器，作为实际使用时调用的补偿值。

例如在气体浓度为250ppm时U2 P1.1口上的理论预期值是2.00V，若因电路元件特性参数偏差使得P1.1口上的电压实际上只有1.91V，那么微处理器U2就将(2.00-1.91)V＝0.09V存入其数据存储器。传感器在实际工作状态下，每次测量浓度时都把实际测量的值加上修正值0.09V。微处理器将在被修正过的浓度值的基础上进行判断。

图3所示为本发明使用的气敏传感器及其适调电路。由于国内现有技术条件的限制，使得这种传感器的性能参数较为离散，具体地讲就是不同的个体所具有的电阻值相差较大，这就使得在使用时需要针对不同的个体配备不同的适调电阻使它们的输出都在规定的范围内。图3中的R0就是本发明所采用的数字电位器，以数字电位器作为适调电阻可以使它的调节过程完全自动化，程序化，调节过程已详细描述。A、B之间(或者A`、B`之间)的等效电阻即为气敏传感器的电阻Rs，当所检测的气体浓度较低时，Rs很大，随着气体浓度的增大，Rs会减小，本发明正是利用电阻Rs与气体浓度之间的对应关系进行测量的。需要特别说明的是本传感器只能工作在特定的温度条件下，因此需要对它恒温加热，图3中的f即为它的加热端，而这个加热端在图1和图2中并未标注。

图4所示为本发明使用的电压频率转换的电路图。它由集成电路U0以及电阻R1、R2、R3和R4，电容C1、C2和C3组成。气敏传感器Rs输出的信号经由R1、C1构成的低通滤波器输入到电压频率转换集成电路U0，R2和C2共同控制U0输出频率的脉宽，R3控制U0的增益。

Claims

1、一种具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，其特征在于包括：气敏传感电路、微处理器、电压频率转换模块、稳压器模块、光电语言报警电路；其中气敏传感电路由数字电位器、气敏传感器构成；数字电位器的一端接稳压器的输出电压，另一端接气敏传感器，而调整端接微处理器的控制端口；气敏传感器输出的电压经过电压频率转换模块转换为与之成线性关系的频率信号后输出至微处理器的输入端口；光电语音报警电路接在微处理器的输出端口；对应某一燃气浓度，设定微处理器输入端口预期值，如果气敏传感器输出的实际电压值与所述的微处理器输入端口上设定的预期值偏离，则由微处理器计算出此偏离值，并将此偏离值存入微处理器的存储器内，然后微处理器以此偏离值作为实际运行的修正值，微处理器在此修正值的基础上进行判断；同时环境中有毒有害气体超过标准时，由微处理器控制光电语言报警电路工作，进行声光报警。

2、根据权利要求1所述的具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，其特征在于：对应某一燃气浓度，所述的微处理器输入端口的预期值设定为两个，第一个预期值为当环境中有毒有害气体超过卫生标准时，进行卫生指标超标报警，即一级报警，第二个是当环境中燃气含量超过消防安全指标时，进行消防安全指标超标报警，即二级报警。

3、根据权利要求1所述的具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，其特征在于：所述的电压频率转换模块由集成电路U0及电阻R1、R2、R3和R4，电容C1、C2和C3组成，气敏传感器输出的信号经由R1、C1构成的低通滤波器输入到电压频率转换集成电路U0，R2和C2共同控制U0输出频率的脉宽，R3控制U0的增益。

4、根据权利要求1所述的具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，其特征在于：所述的光电语言报警电路包括LED和语音模块，它们的工作状态完全受微处理器控制。

5、一种具有自动调节功能的有毒有害气体报警系统，其特征在于包括：气敏传感电路、带有A/D转换器的微处理器、稳压器模块、光电语言报警电路；其中气敏传感电路由数字电位器、气敏传感器构成；数字电位器的一端接稳压器的输出电压，数字电位器的另一端接气敏传感器，数字电位器的调整端接微处理器的控制端口；气敏传感器输出的电压输出至微处理器的A/D转换输入端口；光电语音报警电路接在微处理器的输出端口；对应某一燃气浓度，设定微处理器A/D转换输入端口预期值，如果气敏传感器的实际电压值与所述的微处理器输A/D输入端口上设定的预期值偏离，则由微处理器计算出此偏离值，并将此偏离值存入微处理器的存储器内，然后微处理器以此偏离值作为实际运行的修正值，微处理器在此修正值的基础上进行判断；同时环境中有毒有害气体超过标准时，由微处理器控制光电语言报警电路工作，进行声光报警。