CN108312962A - 一种汽车天然气泄露监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车天然气泄露监测装置，包括采样系统、接收系统及显示报警系统，所述采样系统安装在天然气汽车管路上，接收系统和显示报警系统安装于汽车仪表台附近，采样系统、接收系统以及显示报警系统之间通过传输电缆进行连接；本发明公开了一种汽车天然气泄露监测装置的检测方法；本发明通过分布于汽车天然气管路连接点附近气体浓度采集电路，实时采集各监测点附近的气体浓度值，并将其变换成一个PWM脉冲信号，具有电路简单,工作可靠,接线方便的优点，通过通讯电缆信号传送给接收系统进行解析后，在显示报警系统上进行正常显示或报警,保障了车辆安全运行，以防止天然气泄露引发安全造成隐患。

Description

一种汽车天然气泄露监测装置

技术领域

本发明属于汽车安全控制技术领域，具体是一种汽车天然气泄露监测装置。

背景技术

目前，成品油价格高涨，给交通运输业带来越来越大的成本压力，尤其是城市公共交通。城市交通系统用油数量大、油价上涨将直接导致企业成本增加，不仅直接提高了用车成本，而且抬高了整个社会的物流成本。经济、环保的天然气燃料一向被社会各界看好天然气、CNG(即压缩天然气)的价格比汽油和柴油低，且燃烧充分，不产生积碳，经济效益显著。CNG是天然气加压以气态存储在压力容器中，通过减压阀，过滤器，送入电控调压器，将天然气送入缸内与空气充分混合后燃烧做功，天然气供气系统管路多，管路压力高，结构复杂，由于汽车的运动颠簸、振动等因素，在管路的连接处极易发生燃气泄露现象，造成了气源的浪费，同时，由于天然气是一种易燃易爆气体、具有易燃、可燃可爆气体的双重性，比空气轻易发辉，如果漏气严重，浓度大时会引起人体中毒、燃烧和爆炸等事故。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种汽车天然气泄露监测装置，通过分布式采样系统实时采集汽车管路监测点附近的气体浓度值，并将信号传送给接收系统，接收系统实时接收采样系统发送过来的采样信号,并根据采样值范围，在显示系统上进行正常显示或报警，解决了天然气泄露引发的安全问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种汽车天然气泄露监测装置，包括采样系统、接收系统及显示报警系统；

所述采样系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的气体浓度采集电路、电源电路、以及PWM驱动电路；

所述接收系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的多路PWM信号接收电路；

所述显示报警系统包括蜂鸣报警电路和状态指示电路；

所述采样系统安装在天然气汽车管路上，接收系统和显示报警系统安装于汽车仪表台附近，采样系统、接收系统以及显示报警系统之间通过传输电缆进行连接。

作为本发明进一步的方案：所述气体浓度采集电路由气体传感器S1、气体传感器C1、气体传感器C2、采样电阻R1、采样电阻C4组成。

作为本发明进一步的方案：所述中央处理器采用8位闪存的单片机。

作为本发明进一步的方案：所述PWM驱动电路由电阻R3、三极管T1、电阻 R4、电阻R2以及显示灯L1组成。

作为本发明进一步的方案：所述多路PWM信号采集电路由施密特触发反相器U2、施密特触发反相器U3、施密特触发反相器U4、以及施密特触发反相器 U5组成。

作为本发明进一步的方案：所述蜂鸣报警电路由电阻R6、三极管T1、蜂鸣器B1、电阻R7组成。

作为本发明进一步的方案：所述状态指示电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、及三色发光LED1、三色发光LED2、三色发光LED3、三色发光LED4组成。

作为本发明进一步的方案：该监测装置的监测方法，包括如下步骤：

步骤一：气体浓度采集电路实时采集天然气汽车管路监测点的气体浓度值，并转化成电压信号，由中央处理器进行电压采集后，将采样值变换为脉冲信号，通过PWM驱动电路，将脉冲信号通过传输电缆传输给接收系统；

步骤二：接收系统实时接收采样系统发生过来的脉冲信号，并将其解析，得到每一路的采样值，并根据采样值的预设值，在显示报警系统进行显示或报警；

步骤三：当监测到的气体浓度低于采样值的预设值时，显示报警系统的绿色指示灯闪烁；当监测到的气体浓度在采样值的预设值上下波动时，显示报警系统的黄色指示灯闪烁；当监测到的气体浓度高于采样值的预设值时，显示报警系统的红色指示灯闪烁，同时蜂鸣器发出声光报警，提醒驾驶员有燃气泄露现象。

本发明的有益效果：本发明通过分布于汽车天然气管路连接点附近气体浓度采集电路，实时采集各监测点附近的气体浓度值，并将其变换成一个PWM脉冲信号，具有电路简单,工作可靠,接线方便的优点，通过通讯电缆信号传送给接收系统进行解析后，在显示报警系统上进行正常显示或报警,保障了车辆安全运行，以防止天然气泄露引发安全造成隐患。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种汽车天然气泄露监测装置的示意图。

图2是本发明中采集系统的电路示意图。

图3是本发明中接收系统和显示报警系统的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种汽车天然气泄露监测装置，包括采样系统、接收系统及显示报警系统；

如图2所示，所述采样系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的气体浓度采集电路、电源电路、以及PWM驱动电路；

所述气体浓度采集电路由气体传感器S1、气体传感器C1、气体传感器C2、采样电阻R1、采样电阻C4组成；

所述中央处理器采用8位闪存的单片机，采用内部振荡器、小体积封装的单片机，具有低成本、高性能、I/O灵活易于使用、低功耗等特性，还可直接嵌入到采样系统的内部；

所述PWM驱动电路由电阻R3、三极管T1、电阻R4、电阻R2以及显示灯L1 组成；

采样系统由多个放置于车内管路的监测点附近的采集单元组成，每个采集单元均输出PWM信号与接收系统相连接，由于汽车运行环境恶劣，粉尘、振动，温度变化等因素，采样系统要适应这种变化，需要将气体浓度采集电路封装到一个总成内部，再固定到车内管路的监测点附近，在管路的连接处实时采集天然气汽车管路监测点附近的气体浓度值，当气体浓度发生变化时，气体传感器 S1的阻值发生相应的变化，与之同时，采样电阻R1上的电压发生变化，该变化的电压经电容C4滤波后，送入到中央处理器的ADC采样端口RC3引脚，进行内部ADC转换，中央处理器在对该电压进行采样并转换为数字信号之后，由中央处理器内部CCP1模块产生分辨率为10位的PWM波形，根据PWM_WI DE计算频率将其转换为一个频率或占空比可变的PWM脉冲信号，通过输出端口RC4输出，该PWM脉冲信号经电阻R3驱动三极管T1，T1工作在开关状态，该信号经三极管T1放大后，在T1的集电极输出一个相位相同，极性相反的脉冲信号，通过通讯电缆传送到信号接收端；

如图3所示，所述接收系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的多路 PWM信号接收电路；

所述多路PWM信号采集电路由施密特触发反相器U2、施密特触发反相器U3、施密特触发反相器U4、以及施密特触发反相器U5组成；

所述显示报警系统包括蜂鸣报警电路和状态指示电路；

所述蜂鸣报警电路由电阻R6、三极管T1、蜂鸣器B1、电阻R7组成；

所述状态指示电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、及三色发光LED1、三色发光LED2、三色发光LED3、三色发光LED4组成；

接收系统及显示报警系统的原理图如图3所示，由采样端传送过来的PWM 信号,分别送入到接收系统的输入端,为了防止输入电压出现微小变化而引起的输出电压的改变,设计的U2、U3、U4、U5采用了施密特反相器电位触发方式，其状态由输入信号电位维持,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号,保证输入频率的可靠性,施密特触发反相器U2、U3、U4、 U5的输出信号被送入到中央处理器的RB7、RB6、RB5、RB4输入引脚，该引脚被配置为可单独控制电平变化中断,当外部有电平跳变时，会产生相应的中断，处理器会根据引脚跳变的电平，去测量它的输入频率，从而判断该路输入信号的当前情况，并做出相应的显示或报警。报警电路由电阻R6、电阻R7、三极管T1 和蜂鸣器B1组成，当中央处理器RC7引脚输出脉冲时，该电平信号通过R6驱动三极管T1处理开关状态，使蜂鸣器开始工作，从而实现报警。状态显示电路由电阻R2、R3、R4、R5和LED1、LED2、LED3、LED4组成，每个LED显示单元由多色发光二极管组成，能够独立显示红色，黄色，绿色三种状态，分别由RA2、 RC6、RC5、RC4和RC2、RC1、RC0组成行列扫描阵列，分别显示各通道的当前采样状态，当某一通道处于正常状态时，绿色发光管点亮，当该通道处于轻微气体浓度时，黄色发光管点亮，当传感器检测到该通道的气体浓度较高时，该通道的红色发光管点亮，同时蜂鸣器报警，提醒驾驶员有燃气泄露现象。

由于检测传感器与显示系统之间的线路较长,检测系统放置于发动机仓,显示系统放置于仪表台附近,当传感器采用电压信号传输给显示系统时,线路压降较大,采用电压传输时,传输信号时候，因为导线上也有电阻，则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了,加上汽车线路的线束之间线路的偶合,强干扰,电压变化较大,无法真实反映采样值,此种情况下大部分方案均采用4-20mA传输方式,将输出电压信号转换为电流信号来进行传输,采用4-20mA电流信号传输时,需要额外设计一个VI转换器,将输出电压转换为电流信号由于受传感器体积限制,无法放置更多的元器件,而且采用电流信号传输时,电路整体成本较高,本方案中采用PWM方式,可实现信号长线无失真传输, 具有较强的抗电磁干扰和高频信号干扰能力,采用PWM信号输出时,电路输出一个矩形波(也就是方波),通过调整输出PWM波的频率和占空比,可实现不同的信息传输,接收端通过输入电平直接判断输入频率,将不同的报警值分为几个相应的频段,再根据频率输入的大致频段,基本就能判断当前检测点的工作状态是正常,轻度或严重报警,具有电路简单,工作可靠,接线方便的优点。

本发明通过分布于汽车天然气管路连接点附近气体浓度采集电路，实时采集各监测点附近的气体浓度值，并将其变换成一个PWM脉冲信号，具有电路简单,工作可靠,接线方便的优点，通过通讯电缆信号传送给接收系统进行解析后，在显示报警系统上进行正常显示或报警,保障了车辆安全运行，以防止天然气泄露引发安全造成隐患。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车天然气泄露监测装置，其特征在于，包括采样系统、接收系统及显示报警系统，所述采样系统安装在天然气汽车管路上，接收系统和显示报警系统安装于汽车仪表台附近，采样系统、接收系统以及显示报警系统之间通过传输电缆进行连接；

所述采样系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的气体浓度采集电路、电源电路、以及PWM驱动电路；

所述接收系统包括中央处理器以及与中央处理器相连的多路PWM信号接收电路；

所述显示报警系统包括蜂鸣报警电路和状态指示电路。

2.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述气体浓度采集电路由气体传感器S1、气体传感器C1、气体传感器C2、采样电阻R1、采样电阻C4组成。

3.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述中央处理器采用8位闪存的单片机。

4.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述PWM驱动电路由电阻R3、三极管T1、电阻R4、电阻R2以及显示灯L1组成。

5.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述多路PWM信号采集电路由施密特触发反相器U2、施密特触发反相器U3、施密特触发反相器U4、以及施密特触发反相器U5组成。

6.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述蜂鸣报警电路由电阻R6、三极管T1、蜂鸣器B1、电阻R7组成。

7.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，所述状态指示电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、及三色发光LED1、三色发光LED2、三色发光LED3、三色发光LED4组成。

8.根据权利要求1所述的一种汽车天然气泄露监测装置,其特征在于，该监测装置的监测方法，包括如下步骤：

步骤一：气体浓度采集电路实时采集天然气汽车管路监测点的气体浓度值，并转化成电压信号，由中央处理器进行电压采集后，将采样值变换为脉冲信号，通过PWM驱动电路，将脉冲信号通过传输电缆传输给接收系统；

步骤二：接收系统实时接收采样系统发生过来的脉冲信号，并将其解析，得到每一路的采样值，并根据采样值的预设值，在显示报警系统进行显示或报警；

步骤三：当监测到的气体浓度低于采样值的预设值时，显示报警系统的绿色指示灯闪烁；当监测到的气体浓度在采样值的预设值上下波动时，显示报警系统的黄色指示灯闪烁；当监测到的气体浓度高于采样值的预设值时，显示报警系统的红色指示灯闪烁，同时蜂鸣器发出声光报警，提醒驾驶员有燃气泄露现象。