CN103063716A - 大气污染气体检测系统 - Google Patents

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朱金荣
王斌
尹志威
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Abstract

本发明涉及一种大气污染气体检测系统，用于对空气污染物的检测，属于环保技术领域，主要特点是以单片机PIC16F676和单片机PIC12F675为控制核心，负责整个系统的控制，软件部分采用模块化的思想进行程序的编写，在软件的支持下，具有显示直观、操作简易、携带方便、数据处理能力强，除了用于对空气污染物的检测，建立高质量的空气环境质量的自动检测系统，对空气保护和治理有着重要的理论价值和现实意义外，还可以扩展到生物、医疗、食品分析等其它场合，是一种新型便携式节能分析系统，本发明运用先进的计算机技术、单片机技术、无线发射接收技术，集实时性、智能化、无线化、系统化于一体的新型空气质量检测系统。

Description

大气污染气体检测系统
技术领域
本发明涉及一种大气污染气体检测系统，用于对空气污染物的检测，属于环保技术领域。
背景技术
目前，工业燃烧过程中释放出的烟气是城市的主要大气污染源，烟气检测是大气环境中不可或缺的项目。为了提高燃烧效率、节约能源、减少大气污染、控制燃烧过程的燃料空气比，必须有效的测量烟气中各种成分的含量。通过烟气的监测还可以确定重点污染源并对污染源进行实时监控。然而过去的烟气检测，从样品的采集到分析结果的显示要经过多个环节，不仅工作量大，而且此过程中样品易污染，造成数据失真。因此，采用新技术装备，提高检测效率和数据分析的准确性显得非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气污染气体检测系统，解决现有烟气检测从样品的采集到分析结果的显示要经过若干环节，存在不仅工作量大，而且样品易污染，造成数据失真的缺陷，通过本发明实现实时性、智能化、无线化、系统化于一体。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种大气污染气体检测系统，其特征是，所述检测系统由以单片机PIC16F676为核心的数据采集发送部分和以单片机PIC12F675为核心的数据接收部分构成；所述的数据采集发送部分还包括无线发射模块电路、SO2气体检测电路、可燃气体检测电路和电源电路，SO2气体检测电路和可燃气体检测电路的输出信号输入单片机PIC16F676，单片机PIC16F676的输出接无线信号发送电路；所述的数据接收部分还包括无线信号接收电路，声光报警电路，无线接收电路接收无线信号输入单片机PIC12F675进行解码，并进行声光报警。
所述SO2气体检测电路中ME-3为二氧化硫传感器，电阻 R1、R2与AD8572为校准电路，电容C1、C2、C3、C22为滤波电容，电阻R6、R5、R8、R3和U2A组成放大电路，经R7将电流检测转化为电压检测，SIGN处接单片机PIC16F676的7脚,即AD转换通道7，根据转换的电压大小即可知道所测二氧化硫的浓度。
所述可燃气体检测电路中MQ-2为可燃气体传感器，MQ-2的输出电流信号经电阻R10后转换成电压信号，输入单片机PIC16F676的13脚的AD转换通道0，同时输入运算放大器U3A的3脚，电阻R16和电阻R17组成一个分压电路，发光二极管LED为浓度超限指示灯，当LED发光时说明被检测气体中可燃气体浓度超过限定值，电阻R23的作用是保护发光二极管，防止因电流过大使LED烧坏，在气体浓度没有超过限定值的状态下，U3A的反向端2脚的电压高于同相端3脚的电压，输出端1脚输出低电平；在气体浓度超过限定值的状态下，就会使2脚电压低于3脚电压，1脚输出高电平，指示灯亮进行报警。
所述无线发射模块电路中发射模块F05P的1号脚接电源VCC，2号脚接地，3号脚接单片机PIC16F676中的编码数据输入，4号脚为天线。
所述无线接收及报警电路中集成电路U8(J04V)的1号脚接外接天线，2号脚为数据输出脚，3号脚为反向输出脚，5号脚接地，6号脚经电阻R14接正电源；U3为单片机PIC12F675，U8的输出信号经单片机5脚输入，软件解码并判断测得的气体浓度，若浓度超限，则进行声光报警，发光二极管D1、D2为报警用LED，浓度超限后指示灯闪烁，U9为蜂鸣器，浓度超限时，单片机7脚输出高电平，通过电阻R12后控制三极管Q3导通，蜂鸣器发出声音进行报警；电阻R11、R15为限流电阻，电阻R13和电容C20组成单片机上电复位电路，C12为滤波电容。
所述电源电路采用以TOP221单片开关电源为核心的开关电源电路；交流电AC经电容C11和电感T2组成的EMI滤波器抑制电磁噪声，进入整流电路D4，整流后的脉动直流电经电容C5滤波，提供给TOP221开关调制电路。
本发明硬件部分以单片机PIC16F676和单片机PIC12F675为控制核心，负责整个系统的控制，软件部分采用模块化的思想进行程序的编写，在软件的支持下，具有显示直观、操作简易、携带方便、数据处理能力强，除了用于对空气污染物的检测，建立高质量的空气环境质量的自动检测系统，对空气保护和治理有着重要的理论价值和现实意义外，还可以扩展到生物、医疗、食品分析等其它场合，是一种新型便携式节能分析系统，本发明运用先进的计算机技术、单片机技术、无线发射接收技术，集实时性、智能化、无线化、系统化于一体的新型空气质量检测系统。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明中电源电路；
图3为本发明中运算放大器电路；
图4为本发明中二氧华硫气体采集电路；
图5为本发明中可燃气体测量电路；
图6为本发明中无线发射模块电路；
图7为本发明中无线接收及报警电路。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明主要分为两个部分，分别为数据采集发送部分和数据接收部分。数据采集发送部分设置以单片机PIC16F676为核心的无线发射模块电路，SO2气体检测电路，可燃气体检测电路和电源电路；数据接收显示部分设置以单片机PIC12F675为核心的无线信号接收电路，声光报警电路。
本发明开关电源电路输出给单片机供电，同时通过电压转换芯片，将+5V电压转换成+3V和-3V供给运算放大器使用。SO2气体检测电路和可燃气体检测电路的输出信号输入单片机，PIC16F676单片机进行AD采样后判断所测气体浓度大小，如SO2气体或可燃气体超出设定值则通过无线发射模块电路发送信号，无线接收电路接收无线信号，输入单片机PIC12F675进行解码，并进行声光报警。两部分是分开的，无线方式传输数据，数据接收部分和数据采集发送部分如果都是在室内使用就都用图中开关电源电路供电，如果某一部分或者都在室外使用，不方便供市电，就采用电池供电。
本发明的PIC系列单片机正常工作电压为5V。为了提高电能利用率，保证电路工作的稳定性、可靠性，最大限度的减少由电源波动带来的误操作，本设计中采用以TOP221单片开关电源为核心的开关电源电路。电源电路是对现有电源电路的改进，采用的TOP系列的芯片提高电压精度和稳定度。如果是在室内使用本发明可使用本电源电路，若是在室外使用，做成便携式设备，则可以使用电池。
如图2所示，交流电AC由两个AC接点Port2、Port3输入，经C11和T2组成的EMI滤波器抑制电磁噪声，进入整流电路D4。整流后的脉动直流电经C5滤波，提供给开关电源电路中T4 （TOP221）开关调制电路。
高频变压器T3的次极绕组有两个，一个是主绕组，它提供电源的主能量，高频电压经肖特基二极管SB540整流后由滤波电容C4,C8滤波，再经电感L1组成低通滤波器向负载输出。L1主要是抑制高频噪声向负载输出，以防止负载受其干扰。输出端的电解电容C9是为了降低输出的交流纹波系数而加的，它主要是降低输出直流电压的交流纹波。另一个次级绕组组成反馈电压绕组，由二极管1N4148整流后加在光敏管PC817两端，输出的反馈电压加在光耦的二极管正极上，电阻R21和高精度可调稳压管TL431组成基准电压源，为光耦提供基准电压，这样光耦中的二极管的发光强度是由输出电压控制的，经光耦耦合到T4的控制端，从而实现脉宽的可控，达到稳压目的，为后续电路提供稳定低电压工作电源。
该电源的输入电压范围可达85—265VAC，输出电压为5V，可提供0.8A的电流输出。负载调整率为±1%，电源效率约为70%，输出纹波电压小于50mV。
如图3所示，本发明中运算放大器采用双电源供电，分别是+3V与-3V，电源电路如图3所示，Q2为低压差稳压器，将开关电源输出的+5V电压转换成+3V作为运算放大器的正电源。U6为电压转换芯片，将Q2输出的+V电压转换为-3V作为运算放大器的负电源。C13，C14，C15，C16，C17分别为滤波电容。
如图4所示，ME-3为二氧化硫传感器，根据电化学原理工作，利用待测气体在电解池中工作电极电位上的电化学氧化过程，待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。R1，R2与AD8572为校准电路，C1，C2，C3，C22为滤波电容，R6，R5，R8，R3，U2A组成放大电路，经R7将电流检测转化为电压检测，SIGN出来引脚接单片机PIC16F676的7脚的AD转换通道7，根据转换的电压大小即可知道所测二氧化硫的浓度。
如图5所示，MQ-2为可燃气体传感器，MQ-2的输出电流信号经电阻R10后转换成电压信号，输入单片机13脚的AD转换通道0，同时输入运算放大器U3A的3脚，其电压随环境中可燃气体含量而变化，电阻R16和电阻R17组成一个分压电路。发光二极管LED为浓度超限指示灯，当LED发光时说明被检测气体中可燃气体浓度超过限定值。电阻R23的作用是保护发光二极管，防止因电流过大使LED烧坏。在气体浓度没有超过限定值的状态下，U3A的反向端(2脚)的电压高于同相端（3脚）的电压，输出端（1脚）输出低电平；在气体浓度超过限定值的状态下，就会使2脚电压低于3脚电压，1脚输出高电平，指示灯亮进行报警。
MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。
MQ-2型气敏元件具有以下特点：
(1)采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的R (即器件在纯洁空气中的阻抗)阻值，从而保证了长期工作的稳定性。
(2)单电源供电，其功耗仅0.7W左右。
(3)对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。
MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等，MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。
如图6为无线发射模块电路，发射模块F05P的1号脚接电源VCC，2号脚接地，3号脚接编码数据输入，4号脚为天线。
如图7为无线接收及报警电路，图中U8(J04V)的1号脚接外接天线，2号脚为数据输出脚，3号脚为反向输出脚，4号脚悬空，5号脚接地，6号脚经电阻R14接正电源。U3为单片机PIC12F675，U8的输出信号经单片机5脚输入，软件解码并判断测得的气体浓度，若浓度超限，则进行声光报警。D1、D2为报警用LED，浓度超限后指示灯闪烁，U9为蜂鸣器，浓度超限时，单片机7脚输出高电平，通过电阻R12后控制三极管Q3导通，蜂鸣器发出声音进行报警。电阻R11、R15为限流电阻，电阻R13和电容C20组成单片机上电复位电路。C12为滤波电容。

Claims (6)

1.一种大气污染气体检测系统，其特征是，所述检测系统由以单片机PIC16F676为核心的数据采集发送部分和以单片机PIC12F675为核心的数据接收部分构成；所述的数据采集发送部分还包括无线发射模块电路、SO2气体检测电路、可燃气体检测电路和电源电路，SO2气体检测电路和可燃气体检测电路的输出信号输入单片机PIC16F676，单片机PIC16F676的输出接无线信号发送电路；所述的数据接收部分还包括无线信号接收电路，声光报警电路，无线接收电路接收无线信号输入单片机PIC12F675进行解码，并进行声光报警。
2.根据权利要求1所述的大气污染气体检测系统，其特征是，所述SO2气体检测电路中ME-3为二氧化硫传感器，电阻 R1、R2与AD8572为校准电路，电容C1、C2、C3、C22为滤波电容，电阻R6、R5、R8、R3和U2A组成放大电路，经电阻R7将电流检测转化为电压检测，SIGN处接单片机PIC16F676的7脚,即AD转换通道7，根据转换的电压大小即可知道所测二氧化硫的浓度。
3.根据权利要求1所述的大气污染气体检测系统，其特征是，所述可燃气体检测电路中MQ-2为可燃气体传感器，MQ-2的输出电流信号经电阻R10后转换成电压信号，输入单片机PIC16F676的13脚的AD转换通道0，同时输入运算放大器U3A的3脚，电阻R16和电阻R17组成一个分压电路，发光二极管LED为浓度超限指示灯，当LED发光时说明被检测气体中可燃气体浓度超过限定值，电阻R23的作用是保护发光二极管，防止因电流过大使LED烧坏，在气体浓度没有超过限定值的状态下，U3A的反向端2脚的电压高于同相端3脚的电压，输出端1脚输出低电平；在气体浓度超过限定值的状态下，就会使2脚电压低于3脚电压，1脚输出高电平，指示灯亮进行报警。
4.根据权利要求1所述的大气污染气体检测系统，其特征是，所述无线发射模块电路中发射模块F05P的1号脚接电源VCC，2号脚接地，3号脚接单片机PIC16F676中的编码数据输入，4号脚为天线。
5.根据权利要求1所述的大气污染气体检测系统，其特征是，所述无线接收及报警电路中集成电路U8(J04V)的1号脚接外接天线，2号脚为数据输出脚，3号脚为反向输出脚，5号脚接地，6号脚经电阻R14接正电源；U3为单片机PIC12F675，U8的输出信号经单片机5脚输入，软件解码并判断测得的气体浓度，若浓度超限，则进行声光报警，发光二极管D1、D2为报警用LED，浓度超限后指示灯闪烁，U9为蜂鸣器，浓度超限时，单片机7脚输出高电平，通过电阻R12后控制三极管Q3导通，蜂鸣器发出声音进行报警；电阻R11、R15为限流电阻，电阻R13和电容C20组成单片机上电复位电路，C12为滤波电容。
6. 根据权利要求1所述的大气污染气体检测系统，其特征是，所述电源电路采用以TOP221单片开关电源为核心的开关电源电路；交流电AC经电容C11和电感T2组成的EMI滤波器抑制电磁噪声，进入整流电路D4，整流后的脉动直流电经电容C5滤波，提供给TOP221开关调制电路。
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