CN105246224B - 一种炉膛火焰模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉膛火焰模拟装置，包括中央处理模块、按键、LED显示灯组、驱动模块和模拟火焰灯组；中央处理模块分别与电源供给模块、按键、LED显示灯组和驱动模块连接；模拟火焰灯组分别与电源供给模块和驱动模块连接。本发明采用三个按键分别控制模拟火焰的跳动频率、发光波长和发光强度，模拟火焰的跳动频率有0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四个档位，模拟火焰的发光波长有可见光、紫外、红外，其中紫外、红外又分别有两种波长种类，模拟火焰发光强度有0、25％、50％和75％四个等级。模拟过程中，可以随时通过按键更改频率、波长、强度等数值，模拟出炉膛火焰燃烧的复杂状况，模拟过程连续性好，接近真实燃烧状态。

Description

一种炉膛火焰模拟装置

技术领域

本发明涉及一种光源装置，特别是涉及火焰信号的模拟装置，一种用于模拟炉膛火焰燃烧状态的光源装置。

背景技术

炉膛火焰燃烧过程中，一般都需要用火焰检测产品实时检测炉膛火焰燃烧状态，以确保炉膛正常安全运行，而火焰检测产品的性能质量直接关系到炉膛的安全与否，所以能为火焰检测产品的研发、测试和参数标定提供近似真实的燃烧状态的模拟装置就显得尤为重要。

目前炉膛火焰模拟装置主要有以下几种：

(1)采用普通白炽灯，由于普通白炽灯采用单相交流电源供电，如果电网产生波动，将直接影响白炽灯的发光强度，影响测试的稳定性和精度。另外，由于白炽灯采用工频50Hz交流电供电，经过火检探头的光电传感器后，输出的信号频率为100Hz，通常炉膛内燃烧火焰一般在6Hz～200Hz。因此，采用白炽灯作为光源，测试的频率单一且不易调整发光强度，测试的覆盖性不够。

(2)采用蜡烛、打火机或者煤油灯等明火光源。采用此类光源对测试环境有特殊要求，光线强度不易控制，火焰的闪烁频率也无法调节，不能提供精确的量化测试数据。

(3)采用现有火检探头测试信号台，虽然能选择不同的频率和不同的强度，但是同一时间下都是标准正弦波，不能模拟燃烧炉膛中不同波长信号的叠加。

为克服上述问题，中国专利ZL201420436930.7公开了张其勇的《智能火焰信号模拟装置》，该装置的单片机DAC输出电路输出的模拟电压通过同相放大电路放大后控制恒流源驱动电路恒流源的输出，即控制流过高亮LED灯的前向电流，从而控制高亮LED灯的发光。通过控制流过LED的电流，控制LED的发光强度，采用的单片机DAC模块的输出响应速度能满足200Hz的要求，通过USART读取PC机发送过来的需要产生不同波形的数据文件，产生不同的波形。等比例修改数据文件中的各文件值的大小，可实现同一信号，不同强度的调节。

现有的炉膛火焰模拟装置，一方面输出的信号频率比较单一，调节更改频率困难，影响测试使用的随机性、连续性；另一方面，模拟火焰波长覆盖面窄，不能充分模拟火焰燃烧的状态。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种频率、强度方便可调，波长覆盖面广，能实时显示当前模拟状态各项数据，且操作简单，价格低廉的炉膛火焰模拟装置，更加真实的模拟出炉膛火焰的燃烧状态。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种炉膛火焰模拟装置，包括电源供给模块、中央处理模块、按键、LED显示灯组、驱动模块以及模拟火焰灯组；所述的中央处理模块分别与电源供给模块、按键、LED显示灯组和驱动模块连接；所述的模拟火焰灯组分别与电源供给模块和驱动模块连接；

所述的中央处理模块包括：电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、中央处理器U2、晶振X1和编程通讯串口CN1；电容C4和电容C5的正极分别接所需电压，负极共同接地，编程通讯串口CN1的1脚与中央处理器U2的PC4端连接，编程通讯串口CN1的2脚与中央处理器U2的PC5端连接，编程通讯串口CN1的3脚与中央处理器U2的PC6端连接，编程通讯串口CN1的4脚与中央处理器U2的PC7端连接，编程通讯串口CN1的5脚与中央处理器U2的RESET端连接，编程通讯串口CN1的6脚接所需电压，编程通讯串口CN1的7脚接地；晶振X1第一端与电容C6第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL2端，晶振X1第二端与电容C7第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL1端；电容C6第二端与电容C7第二端共同接地；中央处理器U2的第一电源端VCC1、第二电源端VCC2和第三电源端VCC3共接所需电压，中央处理器U2的第一接地端GND1、第二接地端GND2和第三接地端GND3均接地；

所述的电源供给模块包括：电解电容C1、稳压器U1、电感L1、二极管D1、电解电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2；电源接口接12～30V直流电源，电源接口与稳压器U1的输入端IN和电解电容C1的正极共接，电感L1的第一端与二极管D1的负极共接于稳压器U1的输出端OUT，电感L1的第二端与电阻R1的第一端、电解电容C2的正极和电容C3的正极共接，电阻R1的第二端与稳压器U1的FEEDBACK端和电阻R2的第一端相接，电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、电容C3的负极和电阻R2的第二端与稳压器U1的接地端GND和ON/OFF端两个端口共同接地；电压输出端电压VCC的大小通过改变电阻R1和电阻R2的阻值大小控制；

中央处理器U2分别与驱动芯片U3、按键、LED显示灯组连接；具体地，驱动芯片U3的输入端口I1、I2、I3分别与中央处理器U2的PA7端、PE0端、PE1端连接，驱动芯片U3的输出端口Y1连接可见光灯DS1的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y2连接两种波长的紫外灯DS2～DS5的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y3连接两种波长的红外灯DS6～DS9的第一端，可见光灯DS1的第二端和两种波长的紫外灯DS2～DS5的第二端共接于稳压器PW1的OUT端，两种波长的红外灯DS6～DS9的第二端经过限流电阻R15～R18共同接于稳压器PW2的OUT端，稳压器PW1、稳压器PW2的IN端共同接于电源供给电路的电压输出端，稳压器PW1、稳压器PW2的GND端共同接地，稳压器PW1、稳压器PW2分别为可见光灯DS1、两种波长的紫外灯DS2～DS5和两种波长的红外灯DS6～DS9提供所需电压；

按键KEY1的引脚1接于中央处理器U2的PC0端，按键KEY2的引脚1接于中央处理器U2的PC1端，按键KEY3的引脚1接于中央处理器U2的PC2端，按键KEY1、按键KEY2和按键KEY3的引脚2共同接地。标注模拟火焰发光波长、跳动频率、发光强度的12个LED显示灯组LED1～LED12的正极分别经过限流电阻R3～R14接于中央处理器U2的PA6～PA0端和PB0～PB4端，LED显示灯组LED1～LED12的负极共同接地。

本发明所述的中央处理器U2是型号为ATmega162的单片机，其是一种具有高性能、低功耗的8位微处理器；所述的稳压器U1是型号为LM2576的调压稳压芯片：所述的驱动芯片是型号为ULN2803的驱动芯片；所述的稳压器PW1和稳压器PW2是型号为AMS1117的固定电压稳压器。

本发明所述的两种波长的紫外灯DS2～DS5的波长为375nm-385nm和365nm-370nm两种，所述的两种波长的红外灯DS6～DS9的波长为940nm和850nm两种，所述的模拟火焰灯组的跳动频率有0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四个档位，可选择的模拟火焰发光强度有0、25％、50％和75％四个等级。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用三个按键分别控制模拟火焰的跳动频率、发光波长和发光强度，模拟火焰的跳动频率有0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四个档位，模拟火焰的发光波长有可见光、紫外、红外，其中紫外、红外又分别有两种波长种类，模拟火焰发光强度有0、25％、50％和75％四个等级。模拟过程中，可以随时通过按键更改频率、波长、强度等数值，模拟出炉膛火焰燃烧的复杂状况，模拟过程连续性好，接近真实燃烧状态。

2、本发明采用LED显示灯组对模拟火焰的跳动频率、发光波长和发光强度等实时数据进行标注，通过LED显示灯组，测试人员能准确掌握当前模拟火焰的各项数据，为测试和参数标定提供方便。

3、本发明不仅仅局限于实施例中的模拟火焰发光波长、跳动频率和发光强度，也可以根据具体需求更改光源波长，调整跳动频率和发光强度，进行多样化的火焰模拟。本发明所用芯片价格低廉，操作简单、安全可靠。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1是本发明实施例提供的电路模块结构图；

图2是本发明实施例所涉及的电源供给电路图；

图3是本发明实施例所涉及的电路原理图。

图中：1、电源供给模块，2、中央处理模块，3、按键，4、LED显示灯组，5、驱动模块，6、模拟火焰灯组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，一种炉膛火焰模拟装置，包括电源供给模块1、中央处理模块2、按键3、LED显示灯组4、驱动模块5以及模拟火焰灯组6；所述的中央处理模块2分别与电源供给模块1、按键3、LED显示灯组4和驱动模块5连接；所述的模拟火焰灯组6分别与电源供给模块1和驱动模块5连接；

所述的中央处理模块2包括：电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、中央处理器U2、晶振X1和编程通讯串口CN1；电容C4和电容C5的正极分别接所需电压，负极共同接地，编程通讯串口CN1的1脚与中央处理器U2的PC4端连接，编程通讯串口CN1的2脚与中央处理器U2的PC5端连接，编程通讯串口CN1的3脚与中央处理器U2的PC6端连接，编程通讯串口CN1的4脚与中央处理器U2的PC7端连接，编程通讯串口CN1的5脚与中央处理器U2的RESET端连接，编程通讯串口CN1的6脚接所需电压，编程通讯串口CN1的7脚接地；晶振X1第一端与电容C6第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL2端，晶振X1第二端与电容C7第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL1端；电容C6第二端与电容C7第二端共同接地；中央处理器U2的第一电源端VCC1、第二电源端VCC2和第三电源端VCC3共接所需电压，中央处理器U2的第一接地端GND1、第二接地端GND2和第三接地端GND3均接地；

所述的电源供给模块1包括：电解电容C1、稳压器U1、电感L1、二极管D1、电解电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2；电源接口接12～30V直流电源，电源接口与稳压器U1的输入端IN和电解电容C1的正极共接，电感L1的第一端与二极管D1的负极共接于稳压器U1的输出端OUT，电感L1的第二端与电阻R1的第一端、电解电容C2的正极和电容C3的正极共接，电阻R1的第二端与稳压器U1的FEEDBACK端和电阻R2的第一端相接，电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、电容C3的负极和电阻R2的第二端与稳压器U1的接地端GND和ON/OFF端两个端口共同接地；电压输出端电压VCC的大小通过改变电阻R1和电阻R2的阻值大小控制；

中央处理器U2分别与驱动芯片U3、按键3、LED显示灯组4连接；具体地，驱动芯片U3的输入端口I1、I2、I3分别与中央处理器U2的PA7端、PE0端、PE1端连接，驱动芯片U3的输出端口Y1连接可见光灯DS1的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y2连接两种波长的紫外灯DS2～DS5的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y3连接两种波长的红外灯DS6～DS9的第一端，可见光灯DS1的第二端和两种波长的紫外灯DS2～DS5的第二端共接于稳压器PW1的OUT端，两种波长的红外灯DS6～DS9的第二端经过限流电阻R15～R18共同接于稳压器PW2的OUT端，稳压器PW1、稳压器PW2的IN端共同接于电源供给电路的电压输出端，稳压器PW1、稳压器PW2的GND端共同接地，稳压器PW1、稳压器PW2分别为可见光灯DS1、两种波长的紫外灯DS2～DS5和两种波长的红外灯DS6～DS9提供所需电压；

按键3的KEY1的引脚1接于中央处理器U2的PC0端，按键3的KEY2的引脚1接于中央处理器U2的PC1端，按键3的KEY3的引脚1接于中央处理器U2的PC2端，按键3的KEY1、按键3的KEY2和按键3的KEY3的引脚2共同接地。标注模拟火焰发光波长、跳动频率、发光强度的12个LED显示灯组4LED1～LED12的正极分别经过限流电阻R3～R14接于中央处理器U2的PA6～PA0端和PB0～PB4端，LED显示灯组4LED1～LED12的负极共同接地。

本发明所述的中央处理器U2是型号为ATmega162的单片机，其是一种具有高性能、低功耗的8位微处理器；所述的稳压器U1是型号为LM2576的调压稳压芯片：所述的驱动芯片是型号为ULN2803的驱动芯片；所述的稳压器PW1和稳压器PW2是型号为AMS1117的固定电压稳压器。

本发明所述的两种波长的紫外灯DS2～DS5的波长为375nm-385nm和365nm-370nm两种，所述的两种波长的红外灯DS6～DS9的波长为940nm和850nm两种，所述的模拟火焰灯组6的跳动频率有0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四个档位，可选择的模拟火焰发光强度有0、25％、50％和75％四个等级。

如图1-2所示，本发明工作时，电源供给模块1向中央处理模块2和模拟火焰灯组6提供所需电压，中央处理模块2通过驱动模块5，对模拟火焰灯组6进行点亮，按键3模块通过中央处理模块2控制模拟火焰灯组6的各项数据，中央处理模块2通过LED显示灯组4实时显示数据。

如图3所示，电源供给模块1通过稳压器PW1、稳压器PW2向中央处理模块2和模拟火焰灯组6提供所需电压，中央处理器U2连接JTAG接口CN1、晶振X1组成中央处理模块2，中央处理器U2通过驱动芯片U3连接模拟火焰灯组6，中央处理器U2分别与按键3、LED显示灯组4连接。

实际应用中，通过JTAG接口将编写好的代码写入中央处理器U2，接通外接电源，通过按键3的KEY1选择模拟火焰的发光波长，按键3的KEY1的四个档位分别对应所有波长灯全亮、可见光灯亮、紫外灯亮和红外灯亮四种情况，通过按键3的KEY2可以改变模拟火焰的发光强度，按键3的KEY2的四个档位分别对应模拟火焰发光强度0、25％、50％和75％四个强度等级，通过按键3的KEY3可以改变所选模拟火焰的跳动频率，按键3的KEY3的四个档位分别对应跳动频率为0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四种档位。设定按键3按下并弹起为一次完整操作，一次完整操作更改一次按键3对应的模拟火焰参数。通过按键3灵活更改模拟火焰的发光波长、跳动频率和发光强度，可以充分模拟炉膛火焰燃烧状态，通过LED显示灯组4，能掌握目前模拟火焰的发光波长、跳动频率和发光强度等实时数据。

实施例中通过调整脉冲的占空比，在频率不变的情况下，使占空比分别为25％、50％、75％，以占空比的大小控制模拟火焰的发光强度。为了标明当前模拟火焰的发光波长、跳动频率和发光强度状态，本发明加入了LED显示灯组4，对每个状态的四个档位分别用LED显示灯组4进行标注。

本发明不仅仅局限于实施例中的模拟火焰发光波长、跳动频率和发光强度，也可以根据具体需求更改光源波长，调整跳动频率和发光强度，进行多样化的火焰模拟。本发明中各种波长模拟火焰的搭配组合、跳动频率的强弱改变以及发光强度的大小变换充分模拟出了炉膛火焰燃烧的实时状态，操作简单，制作成本低廉，模拟过程安全可靠，对火焰检测产品的研发测试、生产测试及产品参数标定的需求帮助较大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种炉膛火焰模拟装置，其特征在于：包括电源供给模块(1)、中央处理模块(2)、按键(3)、LED显示灯组(4)、驱动模块(5)以及模拟火焰灯组(6)；所述的中央处理模块(2)分别与电源供给模块(1)、按键(3)、LED显示灯组(4)和驱动模块(5)连接；所述的模拟火焰灯组(6)分别与电源供给模块(1)和驱动模块(5)连接；

所述的中央处理模块(2)包括：电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、中央处理器U2、晶振X1和编程通讯串口CN1；电容C4和电容C5的正极分别接所需电压，负极共同接地，编程通讯串口CN1的1脚与中央处理器U2的PC4端连接，编程通讯串口CN1的2脚与中央处理器U2的PC5端连接，编程通讯串口CN1的3脚与中央处理器U2的PC6端连接，编程通讯串口CN1的4脚与中央处理器U2的PC7端连接，编程通讯串口CN1的5脚与中央处理器U2的RESET端连接，编程通讯串口CN1的6脚接所需电压，编程通讯串口CN1的7脚接地；晶振X1第一端与电容C6第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL2端，晶振X1第二端与电容C7第一端连接，并共同接于中央处理器U2的XTAL1端；电容C6第二端与电容C7第二端共同接地；中央处理器U2的第一电源端VCC1、第二电源端VCC2和第三电源端VCC3共接所需电压，中央处理器U2的第一接地端GND1、第二接地端GND2和第三接地端GND3均接地；

所述的电源供给模块(1)包括：电解电容C1、稳压器U1、电感L1、二极管D1、电解电容C2、电容C3、电阻R1和电阻R2；电源接口接12～30V直流电源，电源接口与稳压器U1的输入端IN和电解电容C1的正极共接，电感L1的第一端与二极管D1的负极共接于稳压器U1的输出端OUT，电感L1的第二端与电阻R1的第一端、电解电容C2的正极和电容C3的正极共接，电阻R1的第二端与稳压器U1的FEEDBACK端和电阻R2的第一端相接，电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、电容C3的负极和电阻R2的第二端与稳压器U1的接地端GND和ON/OFF端两个端口共同接地；电压输出端电压VCC的大小通过改变电阻R1和电阻R2的阻值大小控制；

中央处理器U2分别与驱动芯片U3、按键(3)、LED显示灯组(4)连接；具体地，驱动芯片U3的输入端口I1、I2、I3分别与中央处理器U2的PA7端、PE0端、PE1端连接，驱动芯片U3的输出端口Y1连接可见光灯DS1的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y2连接两种波长的紫外灯DS2～DS5的第一端，驱动芯片U3的输出端口Y3连接两种波长的红外灯DS6～DS9的第一端，可见光灯DS1的第二端和两种波长的紫外灯DS2～DS5的第二端共接于稳压器PW1的OUT端，两种波长的红外灯DS6～DS9的第二端经过限流电阻R15～R18共同接于稳压器PW2的OUT端，稳压器PW1、稳压器PW2的IN端共同接于电源供给电路的电压输出端，稳压器PW1、稳压器PW2的GND端共同接地，稳压器PW1、稳压器PW2分别为可见光灯DS1、两种波长的紫外灯DS2～DS5和两种波长的红外灯DS6～DS9提供所需电压；

按键(3)的KEY1的引脚1接于中央处理器U2的PC0端，按键(3)的KEY2的引脚1接于中央处理器U2的PC1端，按键(3)的KEY3的引脚1接于中央处理器U2的PC2端，按键(3)的KEY1、按键(3)的KEY2和按键(3)的KEY3的引脚2共同接地；标注模拟火焰发光波长、跳动频率、发光强度的12个LED显示灯组(4)LED1～LED12的正极分别经过限流电阻R3～R14接于中央处理器U2的PA6～PA0端和PB0～PB4端，LED显示灯组(4)LED1～LED12的负极共同接地；所述的中央处理器U2是型号为ATmega162的单片机；所述的稳压器U1是型号为LM2576的调压稳压芯片；所述的驱动芯片是型号为ULN2803的驱动芯片；所述的稳压器PW1和稳压器PW2是型号为AMS1117的固定电压稳压器。

2.根据权利要求1所述的一种炉膛火焰模拟装置，其特征在于：所述的两种波长的紫外灯DS2～DS5的波长为375nm-385nm和365nm-370nm两种，所述的两种波长的红外灯DS6～DS9的波长为940nm和850nm两种，所述的模拟火焰灯组(6)的跳动频率有0Hz、50Hz、100Hz、200Hz四个档位，可选择的模拟火焰发光强度有0、25％、50％和75％四个等级。