CN104992534B - 具有双屏显示功能的无线气体探测器及其探测方法 - Google Patents

Abstract

具有双屏显示功能的无线气体探测器及其探测方法，它涉及一种气体探测器及其探测方法。本发明的目的是为了解决现有的气体探测器智能显示自身报警信息，无法实现各探测器之间报警信息的共享，并且一个显示屏显示内容单一，造成探测器的利用率低的问题。本发明包括MCU单元、传感器单元、供电单元、报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块、USB通信模块上位机和Flash模块；MCU单元分别连接传感器单元、报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块和Flash模块，上位机和供电单元均通过USB通信模块与MCU单元建立连接。本发明扩大了探测器的预警范围，更适合与一些特殊场所的使用。

Description

具有双屏显示功能的无线气体探测器及其探测方法

技术领域

本发明涉及一种气体探测器及其探测方法，具体涉及具有双屏显示功能的无线气体探测器及其探测方法，属于气体探测技术领域。

背景技术

通常在工业环境中气体探测器已经是必不可少的标准设备，一般这种气体探测器可检测某种气体的浓度并显示出来。

常规的气体探测器仅能提供自身的报警信息，无法获得其他探测器的报警信息，以及无法将自身的报警信息传递给其他气体探测器。造成了报警范围小，降低了设备的利用率，也带来了一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的气体探测器智能显示自身报警信息，无法实现各探测器之间报警信息的共享，并且一个显示屏显示内容单一，造成探测器的利用率低的问题。

本发明的技术方案是：具有双屏显示功能的无线气体探测器，包括MCU单元、传感器单元、供电单元、报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块、USB通信模块上位机和Flash模块；

所述MCU单元分别连接传感器单元、报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块和Flash模块，所述上位机和供电单元均通过USB通信模块与MCU单元建立连接。

所述传感器单元包括第一气体传感器模块、第二气体传感器模块、温度传感器模块和传感器电路模块，第一气体传感器模块、第二气体传感器模块、温度传感器模块的输出端均与传感器电路模块的输入端建立连接，传感器电路模块的输出端连接MCU单元。

所述供电单元包括依次串联的锂电池、锂电通信模块和电源管理模块，电源管理模块与USB通信模块建立连接。

所述锂电通信模块包括智能电池接口模块、本安保护模块、电池信息检测部分、ADC模块、MCU控制器和存储器模块，所述锂电池通过本安保护模块与智能电池接口模块建立连接，电池信息检测部分的输入端连接本安保护模块，电池信息检测部分的输出端通过ADC模块与MCU控制器的输入端建立连接，MCU控制器的输出端分别连接智能电池接口模块和存储器模块。

所述电池信息检测部分包括电流检测模块、电压检测模块和温度检测模块，所述电流检测模块包括采样电阻、比较器、差分放大器、第一开关、第二开关、第一三极管、第二三极管、电流镜和电阻，所述采样电阻接在锂电池正极接口和正极外界接口之间，锂电池正极的外界接口通过导线分别连接比较器的同相输入端和差分放大器的同相输入端，锂电池的正极接口通过导线分别连接比较器的反相输入端和差分放大器的反相输入端，比较器的输出端为第一输出端，差分放大器的两个输出端通过第一开关与第一三极管的基极建立连接，差分放大器的同相输入端和反相输入端通过第二开关与第一三极管的集电极建立连接，第一三极管基极与第二三极管的基极建立连接，第一三极端的发射极与第二三极管的发射极连接后接地，第二三极管的集电极连接电流镜的输入端，电阻并接在电流镜的输出端和第二三极管的发射极之间，所述电流镜的输出端为第二输出端。

具有双屏显示功能的无线气体探测器的探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将具有双屏显示功能的无线气体探测器的编号、佩戴者编号、检测位置信息和报警原因的文字信息和语音信息利用上位机通过USB通信模块录入MCU单元内，MCU单元对录入信息进行分类并存入Flash模块内；

步骤二：传感器单元将测得的气体浓度和空气温湿度信息送入MCU单元内，MCU单元将测得信息通过主显示屏模块进行显示，所述无线电路模块接收其他探测器的报警信息并通过MCU单元解码后利用副显示屏模块显示；

所述供电单元采用库伦电量计算方法，目前气体探测器电池电量往往采用测电池电压的估算方法，长时间后由于电池老化电阻变化。电压法无法测准，导致用户不敢相信电池指示，外出前对电池超时充电，浪费时间。智能电池采用了库仑电量的计算方法，实时监控电池的电压、电量、和温度。由于产品应用于特殊场所，还采用了本安电路结构将上述器件和MCU封装到一起。即使更换电池，探测器仍可有效计算出剩余使用时间，避免使用者的担心。

本发明与现有技术相比具有以下效果：目前探测器均为一个屏幕，仅观察本身数据。如果能观察其他数据，便采用切屏的方法，但是切屏本身就对数据造成的一定的延时，而且在报警时由于紧张往往导致数据看串或丢失某些重要信息，本发明具有双显示屏显示，主显示屏模块用于显示本机探测器的探测信息，副显示器用于显示其他探测器的报警信息，实现探测器之间无线连接，达到相互报警的目的，扩大了探测器的预警范围，更适合与一些特殊场所的使用，通过文字显示和语音播报，为现场工作人员提供了方便和安全保证。

附图说明

图1，本发明的结构框图；

图2，本发明的锂电通信模块的结构框图；

图3，本发明的电流检测模块的电路示意图；

图4，本发明的显示内容与音频内容和探测器编号对应方法的示意图；

图5，本发明报警流程示意图；

图6，本发明实施例1的示意图；

图7，本发明实施例2的示意图；

图8，本发明实施例3的示意图；

具体实施方式

实施例一：本实施例的具有双屏显示功能的无线气体探测器，包括MCU单元101、传感器单元、供电单元、报警输出模块112、无线电路模块111、主显示屏模块105、副显示屏模块106、USB通信模块108上位机112和Flash模块113；

所述MCU单元101分别连接传感器单元、报警输出模块112、无线电路模块111、主显示屏模块105、副显示屏模块106和Flash模块113，所述上位机112和供电单元均通过USB通信模块108与MCU单元101建立连接。

所述传感器单元包括第一气体传感器模块102a、第二气体传感器模块102b、温度传感器103模块和传感器电路模块104，第一气体传感器模块102a、第二气体传感器模块102b、温度传感器103模块的输出端均与传感器电路模块104的输入端建立连接，传感器电路模块104的输出端连接MCU单元101。

所述供电单元包括依次串联的锂电池110、锂电通信模块109和电源管理模块107，电源管理模块107与USB通信模块108建立连接。

如图1所示，MCU单元101是作为整个具有双屏显示功能的无线气体探测器的处理器单元处理来自传感器电路模块104的传感器信号并通过无线电路模块111发送。气体传感器模块102a与气体传感器模块102b以及温湿度传感器模块103将气体信息转换为电信号，通过传感器电路模块104进行调整。USB模块108即向电源管理模块107提供电能也起到与MCU通信的功能，主要用于连接具有双屏显示功能的无线气体探测器与电脑的数据交换。锂电通信模块109对锂电池110进行精确的电量计算。主屏显示模块105负责显示本地的气体信息及调试信息。副屏显示模块106负责显示远程的报警信息，文字和语音内容由上位机112进行录入，录入后通过USB通信模块108传送至具有双屏显示功能的无线气体探测器的MCU单元101中，MCU单元101安装对应关系将文字和语音内容存储在Flash模块113中。

如图2所示，所述锂电通信模块109包括智能电池接口模块201、本安保护模块202、电池信息检测部分、ADC模块206、MCU控制器207和存储器模块208，所述锂电池110通过本安保护模块202与智能电池接口模块201建立连接，电池信息检测部分的输入端连接本安保护模块202，电池信息检测部分的输出端通过ADC模块206与MCU控制器207的输入端建立连接，MCU控制器207的输出端分别连接智能电池接口模块201和存储器模块208。

系统通过智能电池接口模块201与智能电池通信，通过本安保护模块202与锂电池110模块相连，并通过此路径进行放电与充电。电流检测模块203、电压检测模块204、温度检测模块205分别为整个电池模块提供基本电参数。这些电参数经过ADC模块206采样后输送至MCU控制器207，MCU控制器207将数据存储至并根据储存器内的逻辑计算出当前电池剩余电量，并通过智能电池接口模块201与系统通信。

所述电池信息检测部分包括电流检测模块203、电压检测模块204和温度检测模块205，所述电流检测模块203包括采样电阻R_SENSE、比较器A、差分放大器B、第一开关S1、第二开关S2、第一三极管V1、第二三极管V2、电流镜C和电阻R，所述采样电阻R_SENSE接在锂电池110正极接口和正极外界接口之间，锂电池110正极的外界接口通过导线分别连接比较器A的同相输入端和差分放大器B的同相输入端，锂电池110的正极接口通过导线分别连接比较器A的反相输入端和差分放大器B的反相输入端，比较器A的输出端为第一输出端，差分放大器B的两个输出端通过第一开关S1与第一三极管V1的基极建立连接，差分放大器B的同相输入端和反相输入端通过第二开关S2与第一三极管V1的集电极建立连接，第一三极管V1基极与第二三极管V2的基极建立连接，第一三极端的发射极与第二三极管V2的发射极连接后接地，第二三极管V2的集电极连接电流镜C的输入端，电阻R并接在电流镜C的输出端和第二三极管V2的发射极之间，所述电流镜C的输出端为第二输出端。

如图3所示，E是电池正极的外界接口，F是锂电池正极接口，锂电池110流入流出的电流均经过采样电阻R_SENSE。通过比较器A可获得电流是流入或者流出，并控制开关S1、S2。高侧运算放大器是差分输出运算放大器，差分的正负输出端与S1、S2配合形成采样电路的无方向放大，即无论电流是流入或者流出输出与电流方向无关，与电流大小成正比。比较器A的输出，通过电平可判定电流的方向。电流镜C的输出，通过10K电阻R可转化为电压输出，转换后的电压输出与电池电流成正比。

具有双屏显示功能的无线气体探测器的探测方法，包括以下步骤：

步骤一：将具有双屏显示功能的无线气体探测器的编号、佩戴者编号、检测位置信息和报警原因的文字信息和语音信息利用上位机112通过USB通信模块108录入MCU单元101内，MCU单元101对录入信息进行分类并存入Flash模块113内；

步骤二：传感器单元将测得的气体浓度和空气温湿度信息送入MCU单元101内，MCU单元101将测得信息通过主显示屏模块105进行显示，所述无线电路模块111接收其他探测器的报警信息并通过MCU单元101解码后利用副显示屏模块106显示；

所述供电单元采用库伦电量计算方法。

如图4所示，探测器的编号与显示内容和音频内容一一对应。

如图5所示，来自其他探测器的报警信号被无线电路模块111接收，MCU单元101解码无线信号，获得报警探测器的编号。根据编号从Flash模块113中读取相应的文字和语音信息。并通过文字报警显示出文字信息，通过语音报警发出相应的语音信息，起到报警和警示作用。

如图6所示，两位现场巡检人员，使用具有双屏显示功能的无线气体探测器B101和B102，前后相距50米进行现场巡检。作为在前方的巡检人员由安全区域C102进入危险区域C101。此时假定危险气体浓度达到致害浓度，B101立即报警，巡检员当即晕倒。由于具有双屏显示功能的无线气体探测器B101报警信息传至具有双屏显示功能的无线气体探测器B102，巡检员立即获得巡检员晕倒原因，并可通过B102副屏显示信息得知所在处的危险信息。正确佩戴安全设施，如防毒面具等，快速进入C101区域将救起。通过B102的信息避免了贸然进入C101而致害的危险性。

实施例二：如图7所示，是下井工作人员，使用具有双屏显示功能的无线气体探测器B101和B102。在下井前下井工作人员在井上安全区域C102用绳子将B101释放到井内C101区域。具有双屏显示功能的无线气体探测器B101进入井底后将监测数据发送至具有双屏显示功能的无线气体探测器B102。下井人员通过B102获得了井底B101所在区域C101的气体信息，避免了贸然下井有可能带来的人身伤害。

实施例三：如图8所示，探测器发生报警，并通过无线通道B101将信号发送至附近的两个探测器及。和立即报警，并通过无线信息获得编号。查找本地信息后将对应的文字内容，如“A罐硫化氢报警”，“张工附近浓度超标”等。显示到副屏上，并发出相应的语音提示。

Claims (7)

1.具有双屏显示功能的无线气体探测器，包括MCU单元、传感器单元和供电单元，其特征在于：所述具有双屏显示功能的无线气体探测器包括报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块、USB通信模块、上位机和Flash模块；

所述MCU单元分别连接传感器单元、报警输出模块、无线电路模块、主显示屏模块、副显示屏模块和Flash模块，所述上位机和供电单元均通过USB通信模块与MCU单元建立连接；

其中，所述具有双屏显示功能的无线气体探测器的编号、佩戴者编号、检测位置信息以及报警原因的文字信息和语音信息利用所述上位机通过所述USB通信模块录入所述MCU单元内，所述MCU单元对录入信息进行分类并存入所述Flash模块内；所述探测器的编号与所述文字信息和语音信息一一对应；所述主显示屏模块用于显示本机探测器的探测信息，而所述副显示屏模块用于显示其他探测器的报警信息。

2.根据权利要求1所述具有双屏显示功能的无线气体探测器，其特征在于：所述传感器单元包括第一气体传感器模块、第二气体传感器模块、温度传感器模块和传感器电路模块，第一气体传感器模块、第二气体传感器模块、温度传感器模块的输出端均与传感器电路模块的输入端建立连接，传感器电路模块的输出端连接MCU单元。

3.根据权利要求1所述具有双屏显示功能的无线气体探测器，其特征在于：所述供电单元包括依次串联的锂电池、锂电通信模块和电源管理模块，电源管理模块与USB通信模块建立连接。

4.根据权利要求3所述具有双屏显示功能的无线气体探测器，其特征在于：所述锂电通信模块包括智能电池接口模块、本安保护模块、电池信息检测部分、ADC模块、MCU控制器和存储器模块，所述锂电池通过本安保护模块与智能电池接口模块建立连接，电池信息检测部分的输入端连接本安保护模块，电池信息检测部分的输出端通过ADC模块与MCU控制器的输入端建立连接，MCU控制器的输出端分别连接智能电池接口模块和存储器模块。

5.根据权利要求4所述具有双屏显示功能的无线气体探测器，其特征在于：所述电池信息检测部分包括电流检测模块、电压检测模块和温度检测模块，所述电流检测模块包括采样电阻、比较器、差分放大器、第一开关、第二开关、第一三极管、第二三极管、电流镜和电阻，所述采样电阻接在锂电池正极接口和正极外界接口之间，锂电池正极的外界接口通过导线分别连接比较器的同相输入端和差分放大器的同相输入端，锂电池的正极接口通过导线分别连接比较器的反相输入端和差分放大器的反相输入端，比较器的输出端为第一输出端，差分放大器的两个输出端通过第一开关与第一三极管的基极建立连接，差分放大器的同相输入端和反相输入端通过第二开关与第一三极管的集电极建立连接，第一三极管基极与第二三极管的基极建立连接，第一三极端的发射极与第二三极管的发射极连接后接地，第二三极管的集电极连接电流镜的输入端，电阻并接在电流镜的输出端和第二三极管的发射极之间，所述电流镜的输出端为第二输出端。

6.基于权利要求1所述具有双屏显示功能的无线气体探测器的探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将具有双屏显示功能的无线气体探测器的编号、佩戴者编号、检测位置信息以及报警原因的文字信息和语音信息利用上位机通过USB通信模块录入MCU单元内，MCU单元对录入信息进行分类并存入Flash模块内；所述探测器的编号与所述文字信息和语音信息一一对应；

步骤二：传感器单元将测得的气体浓度和空气温湿度信息送入MCU单元内，MCU单元将测得信息通过主显示屏模块进行显示，所述无线电路模块接收其他探测器的报警信息并通过MCU单元解码后利用副显示屏模块显示。

7.根据权利要求6所述具有双屏显示功能的无线气体探测器的探测方法，其特征在于：所述供电单元采用库伦电量计算方法。