CN106919118A - 一种车用气瓶水压检测多重保护控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述控制器包括微控制器、微控制器数字量输入模块、微控制器数字量输出模块、微控制器模拟量输入模块、键盘电路、时钟及外存电路、晶振及复位电路以及电源电路；本发明有效解决了传统水压检测过程中不能对检测设备和操作者人身安全提供多重保护的问题，从而会不可避免地导致检测设备的损坏和人员伤亡事故的发生。

Description

一种车用气瓶水压检测多重保护控制器

技术领域

本发明涉及车用气瓶检测技术领域，具体涉及一种电动车用铅酸蓄电池状态监测仪。

背景技术

随着石油资源的匮乏和环境污染的加重，国家大力倡导使用清洁燃料。目前绝大多数出租车、公共汽车、小型轿车都已使用天然气，车用气瓶数量日益增加。若使用不当，或使用劣质或检测不合格的气瓶则会导致爆炸事故的发生，造成人员伤亡和财产的损失，因此国家规定使用中的气瓶必须进行定期检测，我国耐压检测多采用水压法，而很多检测机构在水压检测过程中对检测设备和操作者人身安全的保护主要来源于水压检测传感器，通过控制系统软件来保证检测设备和操作者的人身安全。若水压检测传感器或模拟量转换模块或控制器在水压检测过程中发生损坏，则不可避免地会造成检测设备的损坏和人员伤亡事故的发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，本发明有效解决了传统水压检测过程中不能对检测设备和操作者人身安全提供多重保护的问题，从而会不可避免地导致检测设备的损坏和人员伤亡事故的发生。

本发明通过以下技术方案实现：

一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：包括电源电路、微控制器、微控制器数字量输入模块、微控制器数字量输出模块、微控制器模拟量输入模块、键盘电路、时钟及外存电路、晶振及复位电路。

本发明进一步技术改进方案是：

所述微控制器数字量输入模块包括电接点气压压力表、电接点水压压力表、驱动电磁气阀继电器触点组，所述电接点气压压力表和电接点水压压力表的上限常开触点经接口电路与微控制器输入端相连，所述驱动电磁气阀继电器触点组的常开触点经接口电路与微控制器输入端相连；

所述微控制器数字量输出模块包括保护继电器线圈及其驱动电路、显示及其驱动电路、电铃及其驱动电路，所述保护继电器线圈及其驱动电路为直流中间继电器线圈及其驱动电路，中间继电器线圈经过驱电路与微控制器输出口相连，其常开触点串联在检测设备控制器输出的电源与负载端之间，所述显示及其驱动电路用来显示该控制器运行状态，包括四位一体数码管和六个发光二极管及其驱动电路，数码管及发光二极管经驱动电路与微控制器输出口相连，所述电铃及其驱动电路用于检测设备发生异常时发出声音警示，电铃经驱动其电路与微控制器输出口相连；

所述微控制器模拟量输入模块包括水压传感器、气压传感器、水温传感器、信号转换电路及模数转换电路，所述水压传感器和水温传感器用来采集实时加在气瓶中水的水压和水温值、所述气压传感器用来实时检测检测设备中增压泵的工作气源压力，所述信号转换电路用来将传感器采集到的电压或电流信号转换为0-5V的直流电压信号，所述模数转换电路用来将采集到的水压、气压和水温模拟量信号转换为微控制器能识别的数字量信号。

本发明进一步技术改进方案是：

所述电源电路包括外部电源、阻感分压电路、整流电路、滤波电路、电阻分压电路及稳压电路，所述外部电源为控制器的外部接入电源，所述阻感分压电路是对交流电进行分压，所述整流电路是对交流电进行整流使其变为直流电，所述滤波电路是对整流电路后的电源起稳定使用，所述电阻分压电路是对整流滤波后的电压进行分压，所述稳压电路是使输入端电压变成稳定的直流5V输出，供微控制器及外围电路使用。

本发明进一步技术改进方案是：

所述键盘电路，用来设置系统日期、时间、水压限值、气压限值、快慢速增压驱动电磁气阀继电器线圈通电极限值等。

本发明进一步技术改进方案是：

所述时钟及外存电路，用于产生系统时间及存储系统相关数据（日期、时间、水压限值、气压限值、快慢速增压驱动继电器线圈通电时间限值等），微控制器通过虚拟I²C 总线与时钟芯片及片外 EEPROM 存储器芯片相连。

本发明进一步技术改进方案是：

所述晶振及复位电路，用于产生微控制器工作脉冲及微控制器发生异常时对其进行复位。

本发明进一步技术改进方案是：

所述电源电路是将外部电源（若为交流110-220V，将其通过阻感电路进行分压，再通过整流电路整流成直流电；若为直流12-24V，则阻感电路不起作用）整流（或分压）及滤波后，经电阻分压电路得到8-16V范围内的直流电，再经稳压电路后获得微控制器及外围电路所需要的直流5V电源。

本发明进一步技术改进方案是：

所述驱动电磁气阀继电器触点组分增压泵快速增压继电器常开触点和慢速增压继电器常开触点，所有快速增压继电器常开触点并联后与微控制器输入口相连，所有慢速增压继电器常开触点并联后与微控制器输入口相连，即有一个增压继电器发生异常时，微控制器也能发出指令实现保护功能。

本发明进一步技术改进方案是：

所述保护继电器线圈及其驱动电路，在电源、气压、水温等均正常时继电器线圈得电，其常开触点串联接入检测设备控制器输出的电源端与负载端之间，当发生异常时，微控制器使继电器线圈失电，其常开触点因线圈失电而分离，这样便使得检测设备所控制的负载失电，从而停止检测工作，起到保护设备和操作者人身安全之功效。

本发明进一步技术改进方案是：

所述显示及其驱动电路，显示元件采用发光二极管和四位一体八段数码管，发光二极管包括指示的系统日期、时间、水温、水压、气压、故障（或称错误）等六个发光二极管，四位一体八段数码管上显示的数值为当前发光二极管点亮的具体信息，如系统日期发光二极管亮时，四位一体八段数码管上显示的数值为系统时间，在检测设备工作前，数码管上轮流显示日期、时间、水温和气压，在检测设备工作中，数码管上显示的是车用气瓶中实时水压值，若检测设备发生异常时则显示相关故障（或称错误）信息，如水温低于设置值，则显示信息（Err.1表示水温低于设置值、Err.2表示水压高于设置值、Err.3表示气压值过低、Err.4表示气压值过高、Err.5表示快速增压继电器线圈通电超时、Err.6表示慢速增压继电器线圈通电超时等），同时故障指示发光二极管和数码管上故障（或称错误）信息以秒级闪烁，电铃发出声音，以示检测设备发生异常。

本发明进一步技术改进方案是：

所述键盘电路上对应设置有按键，包括设置键、移位键、增加键、减少键和确定键，五个按键与六个发光二极管配合来设置相关数据，如系统日期、时间及驱动电磁气阀线圈通电极限值等，五秒及上没有任何操作便自动退出设置状态。

本发明进一步技术改进方案是：

所述微控制器采用芯片 AT89S51 单片机，模数转换芯片采用 ADC0834、时钟芯片采用DS1320，片外EEPROM存储器芯片采用AT24C02，数据显示元件采用四位一体八段共阳极数码管。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本发明在不改变原有检测设备控制功能的前提下，仅通过该控制器，便可解决传统车用气瓶水压检测过程中保护措施单一的问题，很大程度上提高了检测设备和操作者的人身安全，还可延长检测设备使用寿命；

二、本发明采用多种形式和大小的外部电源，又不分极性连接，从而避免了因外部电源连接极性错误或过大超出范围而致控制器损坏，从而影响检测设备的正常工作；

三、本发明只需改变检测设备控制器输出负载端一处连接（即将保护继电器常开触点串联到检测设备控制器输出的电源与负载之间），再取电磁气阀驱动继电器动作信号至微控制器上便可实现多种保护功能；

四、本发明采用微控制器作为车用气瓶水压检测多重保护控制器的微控制器，使用数码管及发光二极管作为显示元件，显示清晰，成本低廉，操作方便。而且维护人员可根据数码管上提示的故障信息能快速、准确地诊断和排除故障，从而提高维护人员工作效率和检测设备的利用率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电源电路控制原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括电源电路1、微控制器2、微控制器数字量输入模块、微控制器数字量输出模块、微控制器模拟量输入模块、键盘电路12、时钟电路13、EEPROM电路14、晶振及复位电路3，所述电源电路1将外部电源101经阻感分压电路、整流电路、滤波电路、电阻分压电路及稳压电路后获得微控制器2及外围电路所需要的直流5V电源；所述微控制器数字量输入模块包括电接点气压压力表4、电接点水压压力表5、驱动电磁气阀继电器触点组6，电接点气压压力表4和电接点水压压力表5的上限常开触点经接口电路与微控制器2输入口相连，驱动电磁气阀继电器触点组6的常开触点经接口电路与微控制器2输入口相连，利用压力表和继电器组的常开触点为微控制器2提供检测设备发生异常时数字量信号；所述微控制器数字量输出模块包括保护继电器线圈及驱动电路17、显示及驱动电路15、电铃及驱动电路16，保护继电器线圈及驱动电路17为直流中间继电器线圈及其驱动电路，中间继电器线圈经过驱电路与微控制器2输出口相连，其常开触点串联在检测设备控制器输出电源与负载端之间，利用保护继电器的常开触点断开检测设备在发生异常时的负载回路，起到保护设备和人身安全的目的，显示及其驱动电路15用来显示该控制器运行状态，其显示用的数码管及发光二极管经驱动电路与微控制器2输出口相连，在检测设备发生异常时给设备维护人员提供快速诊断故障的信息，电铃及驱动电路16与微控制器2输出口相连，用于在检测设备发生异常时发出声音警示；所述微控制器模拟量输入模块包括水压传感器7、气压传感器8、水温传感器9、信号转换电路10及模数转换电路11，水压传感器7和水温传感器9用来采集加在车用气瓶中水的实时压力和温度值，气压传感器8用来实时检测检测设备中增压泵的工作气源压力，信号转换电路10用来将上述传感器采集到的电压或电流信号转换为0-5V的直流电压信号，模数转换电路11用来将采集到的水压、气压和水温模拟量信号转换为微控制器2能识别的数字量信号；所述键盘电路12上对应设置有按键，包括设置键、移位键、增加键、减少键和确定键，五个按键与六个发光二极管配合来设置相关数据，如系统日期、时间及驱动电磁气阀线圈通电极限值等；所述时钟电路13及EEPROM电路14，用于产生系统时间及存储系统相关设置数据，微控制器2通过虚拟I²C总线与时钟芯片及片外EEPROM 存储器芯片相连；所述晶振及复位电路3，用于产生微控制器2工作脉冲及发生异常时对微控制器2进行复位。

所述电源电路1包括外部电源101、阻感分压电路、整流电路、滤波电路、电阻分压电路及稳压电路，所述阻感分压电路由电感L 102、泄放电阻R1 103和分压电阻R2 104组成，电感L 102与泄放电阻R1 103并联，与分压电阻R2 104串联，然后接在外部电源101的两端；所述整流电路由二极管VD1 105～VD4 108接成桥式电路构成整流桥，电感L 102与分压电阻R2 104相连的那一端与二极管VD1 105和VD4 107相连的那一端相连，分压电阻R2 104的另一端与二极管VD2 106和VD3 108相连的那一端相连；阻感分压电路和整流电路仅对外部电源101是交流电起作用；所述滤波电路为一电解电容C1 109对整流后的电压起稳定作用，电解电容C1 109的两端分别与二极管VD2 106 N极性端相连和VD3 108 P极性端相连；所述电阻分压电路由电阻R3 110和R4 111相串联组成，电阻R3 110和R4 111相串联后与电解电容C1 109相并联，分压后电源从电阻R3 110和R4 111相连端引出，经电阻分压电路后可获得直流8-16V的电压；所述稳压电路由补偿电容C2 112、C3 114和稳压芯片7805 113组成，补偿电容C2 112并联在稳压芯片7805 113的输入端，补偿电容C3 114并联在稳压芯片7805 113的输出端，经过稳压电路后可获得稳压的直流5V电源，提供给微控制器2及处围电路使用。

结合图1、图2简述本发明工作过程：

在进行检测时，首先将多重保护控制器接上外部电源101，外部电源101可以是交流110-220V，或者是直流12-24V，可不分极性的接入到多重保护控制器的电源输入端，经阻感分压电路、整流电路和滤波电路后形成12-24V范围内的直流电压，该电压经电阻分压电路后在电阻R4 111上得到8-16V范围内的直流电压，此电压经稳压电路后得到比较稳定的直流5V电源，供微控制器2及处围电路使用。此时检测设备操作者利用多重保护控制器上的按键对系统日期、时间、水温、水压限值、气压限值、快慢速增压驱动继电器线圈通电时间限值等进行设置（控制器首次投入使用或数据有更改时需要重新设置）。如果外部电源、水温、气压及多重保护控制器正常，则微控制器2输出端的保护继电器线圈得电，其串联在检测设备控制器输出的电源与负载端之间的常开触点闭合，为检测设备投入工作做好准备，在检测设备运行后，其驱动增压泵快速增压继电器线圈得电，其常开触点闭合给微控制器2提供检测设备起动运行信号，若此时水温较低或给增压泵提供气源的气压过高或过低，此时微控制器2将使其输出端的保护继电器线圈失电，其串联在检测设备控制器输出的电源与负载端之间的常开触点断开，使得检测设备控制器输出的驱动增压泵的继电器线圈无法得电，从而使得水流无法进入待检气瓶内，检测过程中断，同时报警指示发光二极管和四位一体数码管上显示相应的错误信息，此时电铃也同时响起。若气压和水温正常，检测设备正常投入工作，车用气瓶中实时水压通过水压传感器7将水压模拟量信号送至信号转换电路10，将0-10V的电压信号或0-20mA的电流信号转换成0-5V的电压信号，此电压信号再传送给模数转换电路11，将模拟量信号转换成微控制器2能识别的数字量信号后传送给微控制器2，微控制器2再将其实时值在四位一体数码管上加以显示，如果快慢速增压驱动继电器线圈通电时间超过系统设置限值，或车用气瓶中实时水压值超过限值（水压传感器7损坏或检测设备控制器中模拟量转数字量模块损坏或数据传输发生异常等，此时电接点水压压力表5会动作）则微控制器2发出指令，使其保护继电器线圈失电，此时检测设备立即停止检测工作，同时报警发光二极管及四位一体数码管上显示的故障信息以秒级闪烁，电铃发出声音以示检测过程发生故障，待设备维修人员排除故障后，通过操作晶振及复位电路3上的复位按钮来消除四位一体数码管上显示的故障（或称错误）信息及使报警发光二极管熄灭。

在进行车用气瓶检测前，多重保护控制器必须工作正常，否则检测设备无法投入工作，这样方能确保车用气瓶检测过程是安全的；如果多重保护控制器损坏，又急需对车用气瓶进行检测情况下，只需将串联在检测设备控制器输出的电源与负载端之间的保护继电器的常开触点短接，检测设备便可投入工作；该控制器只需改变部分相关参数，便可适合多种气瓶检测场所，使用范围较为广阔；车用气瓶多重保护控制器如与手动卸压阀和溢流阀配合使用，则在车用气瓶检测过程中保护效果更佳。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述控制器包括微控制器、微控制器数字量输入模块、微控制器数字量输出模块、微控制器模拟量输入模块、键盘电路、时钟及外存电路、晶振及复位电路以及电源电路；

所述微控制器数字量输入模块包括电接点气压压力表、电接点水压压力表、驱动电磁气阀继电器触点组，所述电接点气压压力表和电接点水压压力表的上限常开触点经接口电路与微控制器输入端相连，所述驱动电磁气阀继电器触点组的常开触点经接口电路与微控制器输入端相连；

所述微控制器数字量输出模块包括保护继电器线圈及其驱动电路、显示及其驱动电路、电铃及其驱动电路，所述保护继电器线圈及其驱动电路为直流中间继电器线圈及其驱动电路，中间继电器线圈经过驱电路与微控制器输出口相连，其常开触点串联在检测设备控制器输出的电源与负载端之间，所述显示及其驱动电路用来显示该控制器运行状态，包括四位一体数码管和六个发光二极管及其驱动电路，数码管及发光二极管经驱动电路与微控制器输出口相连，所述电铃及驱动电路用于检测设备发生异常时发出声音警示，电铃经驱动电路与微控制器输出口相连；

所述微控制器模拟量输入模块包括水压传感器、气压传感器、水温传感器、信号转换电路及模数转换电路，所述水压传感器和水温传感器用来采集实时加在气瓶中水的水压和水温值；所述气压传感器用来实时检测检测设备中增压泵的工作气源压力，所述信号转换电路用来将传感器采集到的电压或电流信号转换为0-5V的直流电压信号，所述模数转换电路用来将采集到的水压、气压和水温模拟量信号转换为微控制器能识别的数字量信号。

2.根据权利要求1所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述电源电路包括外部电源、阻感分压电路、整流电路、滤波电路、电阻分压电路及稳压电路，所述外部电源为控制器的外部接入电源，所述阻感分压电路是对交流电进行分压，所述整流电路是对交流电进行整流使其变为直流电，所述滤波电路是对整流电路后的电源起稳定使用，所述电阻分压电路是对整流滤波后的电压进行分压，所述稳压电路是使输入端电压变成稳定的直流5V输出，供微控制器及外围电路使用。

3.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述键盘电路，用来设置系统日期、时间、水压限值、气压限值以及快慢速增压驱动电磁气阀继电器线圈通电极限值。

4.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述时钟及外存电路，用于产生系统时间及存储系统数据，微控制器通过虚拟I²C 总线与时钟芯片及片外 EEPROM 存储器芯片相连。

5.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述晶振及复位电路，用于产生微控制器工作脉冲及微控制器发生异常时对其进行复位。

6.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述电源电路将外部电源整流、滤波后，经电阻分压电路得到8～16V范围内的直流电，再经稳压电路后获得微控制器及外围电路所需要的直流5V电源。

7.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述驱动电磁气阀继电器触点组包括增压泵快速增压继电器常开触点和慢速增压继电器常开触点，所有快速增压继电器常开触点并联后与微控制器输入口相连，所有慢速增压继电器常开触点并联后与微控制器输入口相连。

8.根据权利要求1或2所述的一种电动车用铅酸蓄电池状态监测仪，其特征在于：所述保护继电器线圈及驱动电路，在电源、气压、水温均正常时继电器线圈得电，其常开触点串联接入检测设备控制器输出的电源端与负载端之间，当发生异常时，微控制器使继电器线圈失电，其常开触点因线圈失电而分离，检测设备所控制的负载失电，停止检测工作。

9.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述显示及驱动电路，显示元件采用发光二极管和四位一体八段数码管，发光二极管包括指示的系统日期、时间、水温、水压、气压、故障错误六个发光二极管。

10.根据权利要求1或2所述的一种车用气瓶水压检测多重保护控制器，其特征在于：所述微控制器采用芯片 AT89S51 单片机，模数转换电路采用 ADC0834芯片、时钟电路采用DS1320芯片，片外EEPROM存储器采用AT24C02芯片，显示及驱动电路采用四位一体八段共阳极数码管。