CN105699430A - 一种多功能气体浓度检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能气体浓度检测仪，所述多功能气体浓度检测仪包括Atxmega64D4微控制器、信号处理及采集装置、显示装置、无线通信装置、声光报警器和按键装置；所述按键装置的输出端与Atxmega64D4微控制器的输入端相连，所述信号处理及采集装置的输入端与Atxmega64D4微控制器的输出端相连，所述显示装置、无线通信装置、声光报警器与信号处理及采集装置的输出端相连；所述信号处理及采集装置主要包括甲烷测量装置、一氧化碳测量装置；本发明的优点在于：本发明一种多功能气体浓度检测仪既可以检测甲烷气体，又可同时检测一氧化碳气体，具有二合一的检测功能，还能通过无线接口与接入PDA、单兵救援系统中。

Description

一种多功能气体浓度检测仪
技术领域
本发明涉及安全监测系统技术领域，特别涉及一种多功能气体浓度检测仪。
背景技术
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物，是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤矿由于受到自然地质条件、井下开采条件、矿工技能条件、技术和装备等条件的限制，一直存在安全可靠性差、安全事故频率高等问题。
在当今随着采矿技术的不断发展，井下作业工作人员的安全也需要越来越有保障，但是仍然会有很多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成一定的潜在的威胁，尤其是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在着安全隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然不断。虽然矿井瓦斯爆炸事故不可避免，但是却可以通过技术力量来进行有效的防范，将损失降到最小。如能及时通知井下人员撤离，就会避免人员的意外伤亡。而对于矿主而言，则仅仅需要花费很小的投资，就可以为煤矿安装上保护伞和报警器，大大降低事故发生率。因此对瓦斯气体的检测和报警是一项必要的工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时监测甲烷和一氧化碳的浓度且能对外进行无线通信的多功能气体浓度检测仪。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种多功能气体浓度检测仪，其创新点在于：所述多功能气体浓度检测仪包括Atxmega64D4微控制器、信号处理及采集装置、显示装置、无线通信装置、声光报警器和按键装置；
所述按键装置的输出端与Atxmega64D4微控制器的输入端相连，所述信号处理及采集装置的输入端与Atxmega64D4微控制器的输出端相连，所述显示装置、无线通信装置、声光报警器与信号处理及采集装置的输出端相连；
所述信号处理及采集装置主要包括甲烷测量装置、一氧化碳测量装置；所述甲烷测量装置为由两个传感器敏感元件和两只固定电阻组成的惠斯通电桥，所述敏感元件分为黑元件和白元件，所述黑元件的表面浸涂有铂族金属催化剂，所述白元件表面无催化剂，所述黑、白元件的铂丝是桥路电阻且又是加热器，所述两固定电阻R1、R2与黑白元件电阻相匹配；所述一氧化碳测量装置采用电化学原理，其包括工作电极WE，辅助电极CE和参考电极RE，采用电化学原理；
所述显示装置采用OLED液晶屏，所述OLED液晶屏采用OLED背光显示、并行模式下向OLED写入显示数据；
所述无线通信装置为NRF2401无线通信应用电路，其包括POWER-nREF、CE-nREF、CS-nREF、DR1-nREF、CLK1-nREF和DATA-nREF这6个功能接口，分别与的6个I/O口相连。
进一步的，所述多功能气体浓度检测仪还包括一个电池装置。
进一步的，所述信号处理及采集装置还包括电池电量测量装置。
本发明的优点在于：
（1）一种多功能气体浓度检测仪既可以检测甲烷气体，同时又可以检测一氧化碳气体，具有二合一的检测功能。
（2）一种多功能气体浓度检测仪选用Atxmega64D4作为控制器，它具备8路12位A/D、RTC功能，低功耗。
（3）一种多功能气体浓度检测仪既可以作为单一产品使用，又可以与煤矿PDA设备、井下单兵救援系统实现无线通信。
（4）所述多功能气体浓度检测仪还包括一个电池装置，能够实时供电，结构简单且安装方便。
（5）所述信号处理及采集装置还包括电池电量测量装置，可以实时检测电池电量，防止本检测仪停止工作，无法检测甲烷和气体浓度，从而对工作人员的生命安全造成威胁。
附图说明
图1为本发明一种多功能气体浓度检测仪的系统原理框图。
图2为本发明一种多功能气体浓度检测仪的甲烷测量原理图。
图3为本发明一种多功能气体浓度检测仪的一氧化碳探头处理电路。
图4为本发明一种多功能气体浓度检测仪的nRF2401通信应用电路。
图5为本发明一种多功能气体浓度检测仪的系统软件流程设计图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种多功能气体浓度检测仪，其包括Atxmega64D4微控制器1、信号处理及采集装置2、显示装置3、无线通信装置4、声光报警器5、电池装置6和按键装置7。
按键装置6的输出端与Atxmega64D4微控制器1的输入端相连，信号处理及采集装置2的输入端与Atxmega64D4微控制器1的输出端相连，显示装置3、无线通信装置4、声光报警器5与信号处理及采集装置2的输出端相连，电池装置6与Atxmega64D4微控制器1相连，从而能为各装置供电。
信号处理及采集装置2主要包括甲烷测量装置、一氧化碳测量装置、电池电量测量装置。如图2所示，甲烷测量装置为由两个传感器敏感元件和两只固定电阻组成的惠斯通电桥，敏感元件分为黑元件和白元件，黑元件的表面浸涂有铂族金属催化剂，白元件表面无催化剂，黑、白元件的铂丝是桥路电阻且又是加热器，两固定电阻R1、R2与黑白元件电阻相匹配。无甲烷气体时，电桥平衡，输出信号为零；有甲烷气体时，在黑元件表面进行催化氧化，放出热量，使温度升高，器件电阻升高，而白元件电阻阻值不变，电桥失去平衡，输出一定的电压信号，且输出的信号与甲烷气体含量成正比，通过采集电桥电压可以计算出当前环境中甲烷的实际浓度。
如图3所示，一氧化碳测量装置采用电化学原理，其包括工作电极WE，辅助电极CE和参考电极RE，采用电化学原理。当一氧化碳气体进入传感器时，被测气体中的一氧化碳在工作电极上发生电氧化学反应。根据菲克扩散定律，在WE-CE之间形成电流I，通过对电流进行取样、放大输出到单片机ADC中进行采集。
显示装置3采用OLED液晶屏，OLED液晶屏采用OLED背光显示、并行模式下向OLED写入显示数据，适用于各种仪表仪器、工业控制、办公自动化等领域。
如图4所示，无线通信装置4为NRF2401无线通信应用电路，其包括POWER-nREF、CE-nREF、CS-nREF、DR1-nREF、CLK1-nREF和DATA-nREF这6个功能接口，分别与的6个I/O口相连。ANT1、ANT2引脚输出平衡的RF信号到天线，其中ANT2输出信号经过LC串联及并联电路选频滤波后，再经天线传出；且该信号又经过电感反馈至ANT1，构成内部PA电路的反馈。
如图5所示，一种多功能气体浓度检测仪的系统软件流程设计，软件主要实现信号采集、人机界面处理、参数设置、通信处理等功能。在信号采集处理方面采用连续采集方式，依次完成对甲烷、一氧化碳、电量等信号的采集；为了减少外部干扰带来的误差，采用中值滤波法进行滤波后得到最终环境参量，然后在微控制器的控制下通过液晶装置实现各环境参量的显示，同时实现与外部设备的无线通信。
使用时，工作人员进入煤矿井后，通过按键装置开启多功能气体浓度检测仪，一氧化碳测量装置、甲烷测量装置、电池电量测量装置同时检测出矿井内一氧化碳、甲烷的气体浓度和电池的电量，将这些信号传输至OLED液晶屏，再与标准气体浓度进行对比，若高于标准气体浓度则会进行报警，此外，这些信号还通过无线装置传输至煤矿PDA设备、井下单兵救援系统，使井外人员能够及时了解到井内人员的周边环境，从而防止意外发生。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种多功能气体浓度检测仪，其特征在于：所述多功能气体浓度检测仪包括Atxmega64D4微控制器、信号处理及采集装置、显示装置、无线通信装置、声光报警器和按键装置；
所述按键装置的输出端与Atxmega64D4微控制器的输入端相连，所述信号处理及采集装置的输入端与Atxmega64D4微控制器的输出端相连，所述显示装置、无线通信装置、声光报警器与信号处理及采集装置的输出端相连；
所述信号处理及采集装置主要包括甲烷测量装置、一氧化碳测量装置；所述甲烷测量装置包括由两个传感器敏感元件和两只固定电阻组成的惠斯通电桥，所述敏感元件分为黑元件和白元件，所述黑元件的表面浸涂有铂族金属催化剂，所述白元件表面无催化剂，所述黑、白元件的铂丝是桥路电阻且又是加热器，所述两固定电阻R1、R2与黑白元件电阻相匹配；所述一氧化碳测量装置采用电化学原理，其包括工作电极WE，辅助电极CE和参考电极RE；
所述显示装置采用OLED液晶屏，所述OLED液晶屏采用OLED背光显示、并行模式下向OLED写入显示数据；
所述无线通信装置为NRF2401无线通信应用电路，其包括POWER-nREF、CE-nREF、CS-nREF、DR1-nREF、CLK1-nREF和DATA-nREF这6个功能接口，分别与的6个I/O口相连。
2.根据权利要求1所述的一种多功能气体浓度检测仪，其特征在于：所述多功能气体浓度检测仪还包括一个电池装置。
3.根据权利要求1所述的一种多功能气体浓度检测仪，其特征在于：所述信号处理及采集装置还包括电池电量测量装置。
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