CN109406585A - 一种单总线信号输入输出的甲烷传感器 - Google Patents

一种单总线信号输入输出的甲烷传感器 Download PDF

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田国正
李德伟
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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Abstract

本发明提供一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，该甲烷传感器还包括温度传感器，所述微控制器MCU接收温度传感器采集的环境温度数据和甲烷催化原件的输出电压，并根据所述环境温度数据对所述甲烷催化原件的输出值进行修正，克服因环境温度变化带来的误差；该甲烷传感器还包括一比较器电路；该甲烷传感器还包括接线管子，接线管子的管脚1和管脚2分别为两个输出端口，该比较器电路第一运放和第二运放，所述第一运放的反向输入端连接微控制器MCU，第一运放的正向输入端连接第二运放的反向输入端，第二运放的正向输入端连接一接线端子，第一运放的输出端连接所述接线端子，所述第二运放的输出端连接所述微控制器。

Description

一种单总线信号输入输出的甲烷传感器
技术领域
本发明涉及一种甲烷传感器，特别是涉及一种单总线信号输入输出的甲烷传感器。
背景技术
煤矿矿井中有毒有害气体主要以甲烷为主。在矿井，一般说来，甲烷在空气中的含量过大会降低空气中氧气的含量，工作人员呼吸后会因缺氧而发生窒息事故，如果空气中的甲烷超过一定量，一般在5％～16％之间，遇到高温热源会发生爆炸，造成重大的安全事故，因此，矿井中甲烷含量的检测十分重要。
甲烷为原料的燃气汽车的主要燃料，当出现燃气泄漏后，遇高温、明火等会引起燃气汽车的自燃，造成重大安全事故，因此在燃气汽车的发动机仓和燃料存储仓，对甲烷含量的检测显十分重要。
甲烷传感器主要是用来检测矿井中甲烷的含量或燃气汽车燃料的泄露，但是在长期的使用过程中，因为环境的变化或者其他原因，导致甲烷传感器的零点和报警点漂移。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，以解决现有技术中存在零点漂移、报警点漂移的技术缺陷。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，该甲烷传感器包括甲烷催化原件和微控制器MCU，该甲烷传感器还包括温度传感器，所述微控制器MCU接收温度传感器采集的环境温度数据和甲烷催化原件的输出电压，并根据所述环境温度数据对所述甲烷催化原件的输出值进行修正，克服因环境温度变化带来的误差；该甲烷传感器还包括一比较器电路；该甲烷传感器还包括接线管子，接线管子的管脚1和管脚2分别为两个输出端口，该比较器电路第一运放和第二运放，所述第一运放的反向输入端连接微控制器MCU，第一运放的正向输入端连接第二运放的反向输入端，第二运放的正向输入端连接一接线端子，第一运放的输出端连接所述接线端子，所述第二运放的输出端连接所述微控制器。
优选地，所述甲烷催化原件的修正值由所述微控制器MCU通过RC滤波电路输出。
优选地，所述甲烷催化原件的修正值由所述微控制器MCU输出一PWM信号进行调节。
如上所述，本发明的一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，具有以下有益效果：
本发明利用温度传感器对甲烷催化原件的零点漂移和报警点漂移进行调节，使得甲烷传感器的测量精度更加准确。同时，利用比较器组成多种通信制式的传输方式，用于传感器的TTL信号输出与传感器的标定信号输入，可以解决多种信号如串行通信、频率信号、开关量电平的切换，无需变更硬件，只需要软件进行切换即可。
附图说明
图1为本发明所述甲烷传感器的原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种带输出补偿的甲烷传感器，该甲烷传感器包括甲烷催化原件和微控制器MCU，该甲烷传感器还包括温度传感器，所述微控制器MCU接收温度传感器采集的环境温度数据和甲烷催化原件的输出电压，并根据所述环境温度数据对所述甲烷催化原件的值进行修正。
进一步地，微控制器MCU根据环境温度数据对所述甲烷催化原件的值进行修正，在到达报警值后，MCU输出报警信号。
图1为甲烷传感器的具体电路图，如图1所示，AD1、AD2、ADC3为MCU的三个A/Db变换器，微控制器MCU通过一电阻R2连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接电源VDD，三极管Q1的发射极与基极之间并联一电阻R1，三极管Q1的集电极通过一电阻R4分别与甲烷催化原件和微控制器MCU连接，甲烷催化原件分别输出信号AD1和信号AD2到微控制器MCU中，温度传感器输出信号ADC3到微控制器MCU中。信号AD2表示的是甲烷催化原件的值，信号ADC3表示的是温度传感器的值。接线端子1、2是检测结果的输出，接线端子1是检测结果的输出模拟信号输出，接线端子2是检测结果的频率信号输出，频率与测量值成正比关系。
于本实施例中，微控制器MCU根据环境温度数据对所述甲烷催化原件的值进行修正，具体地，微控制器MCU输出一PWM信号，该PWM信号通过一滤波电路滤波后输出补偿输出。更加具体地，所述滤波电路为RC滤波电路，由电阻R5和电容C1组成。此外，所述微控制器MCU经一电阻R7输出一TTL电平的频率信号。
于本实施例中，微控制器MCU对甲烷催化原件输出值和温度传感器值进行采样，对采样值进行补偿运算，微控制器MCU通过电阻R5和电容C1组成的滤波电路输出经过补偿后的电压值，解决零点漂移和报警点漂移现象。
具体地，在高温或者低温的时候，零点利用温度传感器补偿使PWM2调节占空比，DAC输出一直控制在标校的温度值范围输出；
在高温或者低温的时候，报警点利用温度传感器补偿使PWM2调节占空比，DAC输出补偿按实际催化反应电压输出。
在本实施例中，该甲烷传感器还包括一比较器电路；该比较器电路第一运放U1A和第二运放U1B，所述第一运放U1A的反向输入端连接微控制器MCU，第一运放U1A的正向输入端连接第二运放U1B的反向输入端，第二运放U1B的正向输入端连接一接线端子，具体连接到接线端子的2脚；第一运放U1A的输出端连接所述接线端子，具体连接到接线端子的2脚；所述第二运放U1B的输出端连接所述微控制器。第一运放U1A的正向输入端经电阻R7接电源，同时经电阻R8接地。
如图1所示，Dout上电默认输出低电平或者4Hz(duty＝50％)方波信号，5V幅度；报警信号输出使用Dout进行时实输出到接线端子的第2脚；标定信号从接线端子的第2脚，进行信号输入；由微控制器MCU的pram管脚进行检测。
本发明利用比较器组成多种通信制式的传输方式，用于传感器的TTL信号输出与传感器的标定信号输入，可以解决多种信号如串行通信、频率信号、开关量电平的切换，无需变更硬件，只需要软件进行切换即可。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，该甲烷传感器包括甲烷催化原件和微控制器MCU，其特征在于，该甲烷传感器还包括温度传感器，所述微控制器MCU接收温度传感器采集的环境温度数据和甲烷催化原件的输出电压，并根据所述环境温度数据对所述甲烷催化原件的输出值进行修正，克服因环境温度变化带来的误差；该甲烷传感器还包括一比较器电路；该甲烷传感器还包括接线管子，接线管子的管脚1和管脚2分别为两个输出端口，该比较器电路第一运放和第二运放，所述第一运放的反向输入端连接微控制器MCU，第一运放的正向输入端连接第二运放的反向输入端，第二运放的正向输入端连接一接线端子，第一运放的输出端连接所述接线端子，所述第二运放的输出端连接所述微控制器。
2.根据权利要求1所述的一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，其特征在于，所述甲烷催化原件的修正值由所述微控制器MCU通过RC滤波电路输出。
3.根据权利要求1所述的一种单总线信号输入输出的甲烷传感器，其特征在于，所述甲烷催化原件的修正值由所述微控制器MCU输出一PWM信号进行调节。
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