CN102375005A - 一种传感器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器模块，其包括一矩形电路板；设置于所述电路板第一矩形边上的电源插座和设置于所述电路板第三矩形边上的控制输出插座；并排设置于所述电路板第四矩形边上的电源指示灯、预热指示灯和报警指示灯；位于所述电路板中央的传感器；并排设置于第一矩形边上的测试按钮与电源插座；位于传感器和第二矩形边之间的运算放大器；电路板设置有便于将该所述传感器模块固定于其他物件上的穿孔。电源插座的供电线路向整个传感器模块供电，测试按钮用于测试运算放大器是否正常工作，传感器将检测到的环境状态转换成电信号，并将电信号发送给运算放大器进行比较，从而确定报警指示灯是否亮起，运算放大器比较输出的电信号通过控制输出插座输出。

Description

一种传感器模块

【技术领域】

本发明涉及电子电路领域，特别是关于一种传感器模块。

【背景技术】

目前市场上现有的电子玩具各式各样，这些电子玩具通常包括一整块电路板，电路板上设置各种电子元件，实现一定的电子功能。但目前的电子玩具，其电子部分均为一整块电路板，当电路板上某一个元件发生故障时，则整个电路板均无法工作，则整个电子玩具即无法实现原有的电子功能，对于普通用户来讲，只能将玩具丢弃，造成浪费。

另外一方面，现有的电子玩具，均为固定形状和结构的玩具，用户在玩一段时间之后就没有更多的兴趣。而现在越来越多的玩家喜欢自己动手制作各种各样的电子玩具，或者对原有的电子玩具进行改装，现有的玩具大都是不可拆卸的，即使拆卸也很可能导致产品无法恢复，而且拆卸之后也无法拼装成其他玩具。

因此有必要提供一种可以很方便地相互拼装的电子玩具，一方面在电子玩具的某一元件发生损坏时，可以仅替换该部分元件，减少浪费。另外一方面可以满足玩家自己动手制作玩具或者改装玩具的需求。

【发明内容】

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

本发明的目的在于提供一种传感器模块，其与其他同类型接口的单一功能性的模块通过导线连接，以用于感应外界的烟雾、酒精或煤气浓度并在所述浓度高于设定的阈值时报警。

为了实现上述目的，本发明提供一种传感器模块，其包括：一个电路板以及安装在所述电路板上的若干插座、若干指示灯、测试按钮、传感器和运算放大器，其中：

所述电路板为矩形，所述若干插座包括设置于所述电路板第一矩形边上的电源插座和设置于所述电路板上与第一矩形边相对的第三矩形边上的控制输出插座；所述若干指示灯包括并排设置于所述电路板第四矩形边上的电源指示灯、预热指示灯和报警指示灯；所述传感器位于所述电路板的中央；所述测试按钮与所述电源插座并排设置于所述电路板的第一矩形边上；所述运算放大器位于所述传感器和所述电路板第二矩形边之间；所述电路板设置有便于将该所述传感器模块固定于其他物件上的穿孔；

其中，所述电源插座的供电线路向整个传感器模块供电，且通过电源指示灯指示电源的导通和关断，所述测试按钮用于测试所述运算放大器是否正常工作，所述运算放大器的工作状态控制报警指示灯的亮灭，所述传感器将检测到的环境状态转换成电信号，并将所述电信号发送给所述运算放大器以比较所述电信号与预先设定的阈值电压的大小，当所述电信号大于阈值电压时，连接在所述运算放大器上的报警指示灯亮起，所述运算放大器比较输出的电信号通过所述控制输出插座输出。

进一步的，所述传感器检测为烟雾传感器、酒精传感器或煤气传感器，分别用于检测烟雾、酒精或煤气的浓度。

更进一步的，所述传感器所检测到的烟雾、酒精或煤气浓度越大，所述传感器内部的电阻的阻值越小，所述传感器输出的电压越大。

更进一步的，所述运算放大器连接成比较器的形式，所述传感器输出的电压输送给所述运算放大器，当所述电压大于所述运算放大器内预先设定的阈值电压则运算放大器翻转以输出翻转后的电平，否则输出翻转前的电平。

进一步的，所述测试按钮连接在所述运算放大器上，按下按钮时则所述运算放大器直接翻转以输出翻转后的电平。

更进一步的，所述报警指示灯在所述运算放大器翻转后，输出翻转后的电平时则亮起。

进一步的，所述电源指示灯在所述传感器模块连接电源后则亮起。

进一步的，所述预热指示灯在所述传感器模块开始工作的一段时间内保持亮的状态，传感器进行预热，所述传感器预热稳定后则进入检测状态，所述预热指示灯熄灭。

进一步的，所述电源插座包含两个导电端子，是对整个模块进行供电的接口。

进一步的，所述控制输出插座包含四个导电端子，其中一个导电端子连接运算放大器的数字输出信号端，当所述运算放大器输出高电平时，所述数字输出信号端输出的信号为1，否则输出的信号为0。

与现有技术相比，本发明提供了一种传感器模块，其内部的传感器可以感应外界的烟雾、酒精或煤气浓度，并将所述浓度转换成对应的电信号，在所述电信号高于运算放大器内部设定的阈值电压时报警，此时报警指示灯亮起，从而达到了报警的目的，另外本发明的传感器模块还包括一个测试按钮，其可以检测所述运算放大器是否正常工作，正常工作时报警指示灯会亮起；且所述传感器模块上还设有穿孔可以方便地将所述传感器模块安装固定于其他物件上，便于拆卸。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明的一种传感器模块的结构图；

图2为本发明中电源插座的立体图；

图3为本发明中控制输出插座的立体图；和

图4为本发明的传感器模块与其他模块相互拼装组成的一个烟雾报警器。

【具体实施方式】

本发明的详细描述主要通过逻辑块或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法、电路和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多个实施例的功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。

本发明提供一种传感器模块，其可以在检测到的环境中的烟雾、酒精或煤气浓度超过一定值时，报警指示灯则亮起，并可以与蜂鸣器等其他具有提醒功能的模块相连，完成报警的功能。所述传感器模块的具体结构可以参见图1所示。

图1为本发明的一种传感器模块100的结构图，所述传感器模块100包括电路板110以及安装在所述电路板110上的若干插座、若干指示灯、测试按钮160、传感器140和运算放大器150。

所述电路板110为矩形，所述若干插座包括设置于所述电路板110第一矩形边上的电源插座120和设置于所述电路板110第三矩形边上的控制输出插座130；所述若干指示灯包括并排设置于所述电路板110第四矩形边上的电源指示灯170、预热指示灯180和报警指示灯190；所述传感器140位于所述电路板的中央；所述测试按钮160与所述电源插座并排设置于所述电路板110的第一矩形边上；所述运算放大器150位于所述传感器140和所述电路板110第二矩形边之间；所述电路板110设置了便于将该所述传感器模块100固定于其他物件上的穿孔1100，其中所述电路板110的第一矩形边和第三矩形边相对。

所述电源插座120包含两个导电端子，分别与电源VCC和地GND相连，用于连接外部电源以对整个传感器模块进行供电。其具体的结构可参见图2所示，图2为本发明中电源插座的立体图，其中所述电源插座120的外壳为绝缘材料，导电端子1201接电源VCC，导电端子1202则接地GND。所述电源插座120在所述传感器模块100的内部与所述传感器140电性相连，为所述传感器140的预热过程和检测环境中浓度的过程提供稳定的电压。

所述控制输出插座130包含四个导电端子，通过导电线迹分别与所述运算放大器的电源VCC、模拟输出信号端SIGNAL、数字输出信号端CTRL和接地端GND电性相连。其具体的结构可参见图3所示，图3为本发明中控制输出插座的立体图，其中所述控制输出插座130的外壳同样为绝缘材料，导电端子1301接电源VCC，导电端子1302接模拟输出信号端SIGNAL，其可用于输出所述传感器检测到的烟雾或气体的浓度的模拟信号，导电端子1303接数字输出信号端CTRL，其可用于输出运算放大器的输出信号，如，输出的高电平1或低电平0，导电端子1304接地GND。

所述传感器140可以是烟雾传感器(型号为MQ-2)、酒精传感器(型号为MQ-3)或煤气传感器(型号为MQ-5)，所述烟雾传感器、酒精传感器或煤气传感器，以用于检测环境中烟雾、酒精或煤气的浓度，并将所述浓度转换成电压信号。在一个具体的示例中，所述传感器140内部含有一个气敏电阻，当所述传感器140所处环境中存在烟雾、酒精或煤气等时，所述传感器140的电导率随空气中所述烟雾、酒精或煤气的浓度的增加而增大，使用一个简单的电路即可将电导率的变化转换成与该气体浓度相对应的输出信号。也就是说，环境中不同的浓度改变传感器140中气敏电阻的大小，浓度越大气敏电阻的阻值越小，输出的电压则会越大。所述的简单的电路则是所属领域的技术人员都能够实现的，这里就不再详述了。

所述运算放大器150与所述传感器140和所述控制输出插座130电性相连，用于将所述传感器140输出的电压信号与预先设定的一个阈值电压进行比较，比较后输出的高电平或低电平经过所述控制输出插座130输出。在一个实施例中，可以将所述运算放大器150连接成一个比较器的形式，在比较器中根据实际需要利用一个程序来设定一个阈值电压，由于所述传感器140中的电导率随着周围环境中的烟雾浓度、酒精浓度或煤气浓度的增大而增大，从而使得所述传感器140传输到所述运算放大器150即所述比较器上的电压随之增大，当所述电压大于预先设定的所述阈值电压时，比较器翻转输出高电平，否则所述比较器则一直输出低电平。

所述测试按钮160连接在所述运算放大器150上，当按下所述测试按钮160时所述运算放大器150直接翻转输出高电平，可用于检测比较器电路工作是否正常。但值得注意的是，所述测试按钮160不能测试所述传感器140本身是否正常。

所述电源指示灯170，在所述传感器模块100的内部与所述电源插座120电性相连，当所述电源插座120连接电源时，所述电源指示灯170则亮起，且会一直处于亮的状态，断开接通的电源则会熄灭。

所述预热指示灯180连接在所述传感器140上，其在所述传感器模块100开始工作的一段时间内是亮的，待所述传感器140预热一段时间后稳定，且传输给传感器140的电压稳定下来，所述预热指示灯180则熄灭，也就是预热结束，所述传感器140进入检测状态。在实际应用中，所述一段时间一般为4分钟，也就是所述传感器140预热4分钟后则进入检测状态。

所述报警指示灯190与所述运算放大器150电性相连，其在比较器输出高电平时开始变亮，也就是说所述传感器140检测到浓度较高的烟雾或其他气体时输出较大的电压给所述比较器，当所述电压大于比较器预先设置的阈值电压时则比较器会输出高电平，此时所述报警指示灯会亮起。当然，在进行检测所述运算放大器150是否正常的情况下，当按下测试按钮160时，此时所述运算放大器150通过输出高电平，此时，所述报警指示灯190也会亮起。

值得注意的是，在实际应用中，所述电源指示灯170、预热指示灯180和报警指示灯190的位置也是可以根据需要进行改变的。

这里，图1中示意的传感器模块100上显示了四个穿孔1100，当然，在实际应用中，也可以根据需要选择不同个数的穿孔1100，且其形状以及穿孔的位置也可以根据需要来进行合理地设定。

在一个实施例中，本发明一种传感器模块100可以根据使用环境在所述运算放大器150中设定不同的阈值电压以达到警示的目的。在一个具体的实施例中，所述控制输出插座130可以外接一个同类型接口的蜂鸣器或其他具有警示作用的模块以用于在所述传感器140检测到烟雾、酒精或煤气的浓度较大时进行报警。

图4为本发明的传感器模块与其他模块相互拼装组成的一个烟雾报警器，请参阅图4所示，使用带插头的导线，将其一端插入变压器410上，另一端插入电源模块420上；使用另一个带插头的导线，将其一端插入所述电源模块420上，另一端插入本发明传感器模块430的电源插座上以给传感器模块430提供电源；使用再一个带插头的导线，将其一端插入本发明传感器430的控制输出插座上，另一端插入电路转接板440上；使用再一个带插头的导线，将其一端插入所述电路转接板440上，另一端插入一个蜂鸣器450上。这样在打开电源模块420上的开关后，所述传感器模块在电源模块的供电下开始工作，经过一段时间的预热过程，所述传感器模块430上的传感器开始检测环境中烟雾的浓度，其内的敏感电阻则根据烟雾浓度实时地改变阻值，从而使得传感器输出的电压发生变化并实时地传送到所述运算放大器150上，所述运算放大器150比较所述电压和其内预先设定的阈值电压，当所述电压高于所述阈值电压时则输出高电平，否则输出低电平。输出的高电平会触发蜂鸣器发出声音，从而实现警报的功能。

综上所述，本发明的传感器模块通过其内的所述传感器检测周围环境的烟雾、酒精或煤气的浓度，并产生相应的电压后输出到所述运算放大器上，根据所述运算放大器将所述电压与其内预设的阈值电压的比较以输出高电平或低电平，并使得警报指示灯变亮或熄灭，且根据需要可以很方便地连接同类型接口的声音报警模块或其他类型的具有警示作用的模块，以在输出高电平时进行声相关的警示。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种传感器模块，其包括一个电路板以及安装在所述电路板上的若干插座、若干指示灯、测试按钮、传感器和运算放大器，其特征在于：

所述电路板为矩形，所述若干插座包括设置于所述电路板第一矩形边上的电源插座和设置于所述电路板上与第一矩形边相对的第三矩形边上的控制输出插座；所述若干指示灯包括并排设置于所述电路板第四矩形边上的电源指示灯、预热指示灯和报警指示灯；所述传感器位于所述电路板的中央；所述测试按钮与所述电源插座并排设置于所述电路板的第一矩形边上；所述运算放大器位于所述传感器和所述电路板第二矩形边之间；所述电路板设置有便于将该所述传感器模块固定于其他物件上的穿孔；

其中，所述电源插座的供电线路向整个传感器模块供电，且通过电源指示灯指示电源的导通和关断，所述测试按钮用于测试所述运算放大器是否正常工作，所述运算放大器的工作状态控制报警指示灯的亮灭，所述传感器将检测到的环境状态转换成电信号，并将所述电信号发送给所述运算放大器以比较所述电信号与预先设定的阈值电压的大小，当所述电信号大于阈值电压时，连接在所述运算放大器上的报警指示灯亮起，所述运算放大器比较输出的电信号通过所述控制输出插座输出。

2.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述传感器为烟雾传感器、酒精传感器或煤气传感器，分别用于检测烟雾、酒精或煤气的浓度。

3.根据权利要求2所述的传感器模块，其特征在于：所述传感器所检测到的烟雾、酒精或煤气浓度越大，所述传感器内部的电阻的阻值越小，所述传感器输出的电压越大。

4.根据权利要求3所述的传感器模块，其特征在于：所述运算放大器连接成比较器的形式，所述传感器输出的电压输送给所述运算放大器，当所述电压大于所述运算放大器内预先设定的阈值电压则运算放大器翻转以输出翻转后的电平，否则输出翻转前的电平。

5.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述测试按钮连接在所述运算放大器上，按下按钮时则所述运算放大器直接翻转以输出翻转后的电平。

6.根据权利要求4或5所述的传感器模块，其特征在于：所述报警指示灯在所述运算放大器翻转后，产生翻转后的电平时则亮起。

7.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述电源指示灯在所述传感器模块连接电源后则亮起。

8.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述预热指示灯在所述传感器模块开始工作的一段时间内保持亮的状态，传感器进行预热，所述传感器预热稳定后则进入检测状态，所述预热指示灯熄灭。

9.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述电源插座包含两个导电端子，是对整个模块进行供电的接口。

10.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于：所述控制输出插座包含四个导电端子，其中一个导电端子连接运算放大器的数字输出信号端，当所述运算放大器输出高电平时，所述数字输出信号端输出的信号为1，否则输出的信号为0。

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