CN110082481A - 可挥发物传感探头及多点分布式可挥发物监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种多点分布式可挥发物监测系统，以解决现有的挥发物监测告警装置体积大、功率大的技术问题。它包括输出模块、控制模块和用于安装在客车内的至少三个前述的可挥发物传感探头，可挥发物传感探头包括探头用壳体及设置在探头用壳体内的可挥发物采样电路，所述探头用壳体包括弧形壳和底盖，在所述弧形壳的弧形面上平行设置有多个沟槽，在所述沟槽侧面设有缝隙作为通气孔，所述可挥发物采样电路包括传感元件，所述传感元件用以检测易燃易爆挥发物质。不需要增设气流扰动设备增加气流的扰动，即可监测到20ppm～10000ppm范围内的易燃易爆挥发物质。
Description
技术领域
本发明涉及监测系统技术领域，具体涉及一种可挥发物传感探头及多点分布式可挥发物监测系统。
背景技术
为维护公共场合的安全环境，需要及时发现安全隐患。例如，应用在公交车上的易燃易爆挥发气体监测报警系统可以在检测到对应的易燃易爆挥发气体时，及时发出警报，便于司机及时做好应急处置措施，防止恶性事件的发生。
公开于2018年5月29日的中国专利文献CN108088960A记载了一种一体式易燃挥发物监测告警装置，包括告警组件、监测组件、对流组件、外壳组件；所述的监测组件包含气体传感器和温度传感器；所述的告警组件包含蜂鸣器、多色LED灯组和灯罩；所述的对流组件上部安装监测组件，对流组件下部与外壳组件连接，告警组件通过灯罩固定在外壳组件上。看起来该监测告警装置体积大、功率大的原因是对气流的敏感度低，因而需要气流扰动装置。
公开于2015年10月21日的中国专利文献CN104986128A记载了一种车用天然气漏气报警传感探头，包括壳体、底盖及内置线路板，所述壳体表面为弧形面，沿弧形面平行设置有多个沟槽，在沟槽侧面设有缝隙作为通气孔，所述内置线路板呈悬空设置在底盖与壳体内腔之间，内置线路板上同时设有导线，并从壳体与底盖之间引出。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种多点分布式可挥发物监测系统，以解决现有的挥发物监测告警装置体积大、功率大的技术问题。
具体到客车环境中：①车体上存在缝隙，在客车运行过程中，气体能够经这些缝隙在客车内形成微小的气流扰动；②客车内的人员走动也能形成气流扰动。本申请人提交的一种车用天然气漏气报警传感探头（即专利文献CN104986128A）体积小，对气流扰动敏感，经测验，其应用在客车上，不需要增设气流扰动设备增加气流的扰动，即可监测到20ppm～10000ppm范围内的易燃易爆挥发物质。
经缝隙可以作为可挥发物传感探头应用在多点分布式可挥发物监测系统中。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种可挥发物传感探头，包括探头用壳体及设置在探头用壳体内的可挥发物采样电路，所述探头用壳体包括弧形壳和底盖，在所述弧形壳的弧形面上平行设置有多个沟槽，在所述沟槽侧面设有缝隙作为通气孔，所述可挥发物采样电路包括传感元件，所述传感元件的敏感范围为20ppm～10000ppm，所述传感元件的精度为0.2ppm～10ppm。
进一步的，所述弧形壳为半球形壳，所述半球形壳的外直径为30mm～80mm，所述沟槽的宽度为0.5mm～5mm，深度为0.5mm～5mm，相邻的两个所述沟槽的间距为2mm～10mm，所述通气孔的缝隙宽度＜1mm。
进一步的，所述传感元件为片式厚膜半导体气敏元件，工作电压5±0.2V DC，工作电流≤60mA，工作湿度≤95%RH。具体型号例如CDM7160、4NE/H2-1000等。
在温度20℃±2℃，湿度65%±5%RH测试条件下，本发明可挥发物传感探头监测到0.2m³～2m³空间范围内的浓度在20ppm～10000ppm范围内的易燃易爆挥发物质。
设计一种多点分布式可挥发物监测系统，包括输出模块、控制模块和至少三个前述的可挥发物传感探头，所述传感元件用以检测易燃易爆挥发物质，所述可挥发物传感探头用于安装在客车内，所述可挥发物采样电路与所述控制模块的输入引脚耦合连接，所述控制模块与所述输出模块耦合连接，以使所述可挥发物采样电路输出的电信号通过所述控制模块输出至所述输出模块。
优选的，所述控制模块包括主控制模块、辅控制模块，所述主控制模块与所述辅控制模块通过CAN总线通讯连接，所述辅控制模块设置在所述探头用壳体内，所述可挥发物采样电路与所述辅控制模块的输入引脚电连接，所述主控制模块与所述输出模块电连接。
进一步的，所述输出模块包括显示器、控制开关和报警器，所述主控制模块的输出引脚与所述控制开关的控制端电连接，所述控制开关的负载端串接在所述报警器的电源电路上。
进一步的，所述主控制模块具有至少两个CAN收发器接口，其中两个所述CAN收发器接口分别与所述CAN总线的两端电连接，以使所述CAN总线与所述主控制模块形成环形通讯结构。
进一步的，所述辅控制模块、主控制模块均包括STM8系列、MC9S08DZ60系列单片机中的至少一种。
优选的，任意两个可挥发物传感探头的距离2m～2.5m。
本发明多点分布式可挥发物监测系统的有益效果是：不需要增设气流扰动设备增加气流的扰动，可挥发物传感探头即可监测到20ppm～10000ppm范围内的易燃易爆挥发物质，通过合理布设多个可挥发物传感探头，就可以实现可挥发物监测。
附图说明
图1为中国专利文献CN104986128A中的探头用壳体的结构图。
图2为图1中的弧形壳的结构图。
图3为图2为的A部放大图。
图4为本发明一种多点分布式可挥发物监测系统的电路图。
图5为本发明一种多点分布式可挥发物监测系统的报警器的电路图。
图6为本发明一种多点分布式可挥发物监测系统的辅控制模块的电路图。
图7为一种电源模块的电路图。
图中，1-可挥发物传感探头，11-弧形壳，111-沟槽，112-通气孔，12-底盖，13-可挥发物采样电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在下述实施例中，可以采用下列具体市售产品。
STM8S系列单片机包括STM8S208C6、STM8S208C8；MC9S08DZ60系列单片机包括MC9S08DZ60、MC9S08DZ48、MC9S08DZ32、MC9S08DZ16型号，均具有ADC功能引脚、SPI功能引脚、MSCAN功能引脚。以MC9S08DZ60型32脚单片机为例，其引脚9为_SS引脚，引脚10为SPSCK引脚，引脚11为MOSI引脚，引脚12为MISO引脚，引脚13为TXCAN引脚，引脚14为RXCAN引脚，引脚22为ADP8引脚。
广州尼奇光电科技有限公司生产有SPI串口触摸屏，例如GL25V104GA8060T-00，它为10.4寸触摸屏，其GLCD型图形显示屏可以采用四线SPI串行接口通讯。
CAN收发器TJA1050的额定电压为4.75～5.25VDC。
电源芯片MC33063A。
实施例1：一种可挥发物传感探头，包括探头用壳体及设置在探头用壳体内的可挥发物采样电路13。探头用壳体包括弧形壳11和底盖12，在弧形壳11的弧形面上平行设置有多个沟槽111，在沟槽111侧面设有缝隙作为通气孔112，可挥发物采样电路13包括传感元件,所述传感元件的敏感范围为20ppm～10000ppm，所述传感元件的精度为0.2ppm～10ppm。一般的，可挥发物采样电路13一般设置在PCB板上。
优选的，弧形壳11为半球形壳，半球形壳的外直径为30mm～80mm，所述沟槽111的宽度为0.5mm～5mm，沟槽111的深度为0.5mm～5mm，相邻的两个沟槽111的间距为2mm～10mm，通气孔112的缝隙宽度＜1mm，所述传感元件的敏感范围为20ppm～10000ppm，所述传感元件的精度为0.2ppm～10ppm。
其中，所述传感元件为VOC传感器，所述传感元件为片式厚膜半导体气敏元件，它属于VOC传感器，工作电压5±0.2V DC，工作电流≤60mA，工作湿度≤95%RH。例如可以选用CDM7160、4NE/H2-1000等。
在温度20℃±2℃，湿度65%±5%RH测试条件下，本发明可挥发物传感探头监测到0.2m³～2m³空间范围内的浓度在20ppm～10000ppm范围内的易燃易爆挥发物质。
实施例2：一种多点分布式可挥发物监测系统，参见图1-7，包括输出模块、控制模块和至少三个实施例1中的可挥发物传感探头。可挥发物传感探头1用于安装在客车内，此时，其敏感元件仅对汽油、酒精、香蕉水、天然气、丁烷（烟雾）、各种烯料等易燃易爆挥发物质敏感，这样才能在避免错报。例如，在客车的座位下方，根据需要可以安装多个可挥发物传感探头，以探测较大的范围。可挥发物采样电路13与控制模块的输入引脚耦合连接，控制模块与输出模块耦合连接，以使可挥发物采样电路输出的电信号通过控制模块输出至输出模块。耦合连接的方式有电连接、无线通讯连接。控制模块可以采用比较电路，LM339差动比较器可以构造常见的比较电路。在本实施例中，控制模块可以采用MCU构造而成。
作为优选，本实施例中，控制模块包括主控制模块U90、辅控制模块U91，主控制模块U90与辅控制模块U91通过CAN总线通讯连接，辅控制模块U91设置在探头用壳体内，可挥发物采样电路与辅控制模块U91的输入引脚22电连接，主控制模块U90与输出模块电连接。进一步的，输出模块包括显示器、控制开关和报警器，显示器选用GL25V104GA8060T-00型触摸屏显示器，它兼具输入模块的功能和输出模块的功能，主控制模块U90通过SPI总线与GL25V104GA8060T-00型触摸屏显示器通讯连接。参见图2-3，报警器选用蜂鸣器HA，控制开关Q401选用大电流型PNP型三极管，具体选用S9012型三极管，主控制模块U90的输出引脚24与控制开关Q401的基极通过电阻电连接，控制开关Q401的发射极接有上拉电阻，控制开关Q401的集电极通过蜂鸣器HA接地。在蜂鸣器HA的接线柱两端还并联有按键开关S401，以根据需要短路蜂鸣器HA。
作为优选，主控制模块U90具有至少两个CAN收发器接口，参见图2，主控制模块U90选择MC9S08DZ60系列单片机中的MC9S08DZ60 32-pin LQFP型单片机，其带有MSCAN功能引脚，即引脚13和引脚14，对应连接一个CAN收发器TJA1050，MC9S08DZ60 32-pin LQFP型单片机的引脚19和引脚20模拟CAN控制器的功能，并对应连接另一个CAN收发器TJA1050，该两个所述CAN收发器分别与CAN总线的两端电连接，以使CAN总线与主控制模块U91形成环形通讯结构。参见图4，辅控制模块U91选择MC9S08DZ60系列单片机中的MC9S08DZ60 32-pin LQFP型单片机，其引脚13和引脚14对应连接一个CAN收发器TJA1050，CAN收发器TJA1050分别与CAN总线电连接，并位于主控制模块U91的两个CAN收发器接线脚之间。
作为优选，任意两个可挥发物传感探头的距离2m～2.5m。以可挥发物传感探头监测到2m³球面空间为例，其最大监测半径为1.26m，2.5m的设置距离完全满足监测需要。
电源模块可以选用图5中的DC-DC降压电路，其中VCC为5VDC输出。
使用时，可挥发物传感探头连接在CAN总线上，且位于主控制模块U90的两个CAN收发器与CAN总线的连接接点之间。CAN总线的端头电阻如图4的方式连接。采用环形通讯结构，当CAN总线在某一位置断路后，主控制模块U90可以通过引脚19和引脚20模拟的CAN控制器分别接收断路点两侧的探头发送的与可挥发物相关的CAN总线信号。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (10)
1.一种可挥发物传感探头，包括探头用壳体及设置在探头用壳体内的可挥发物采样电路，其特征在于，所述探头用壳体包括弧形壳和底盖，在所述弧形壳的弧形面上平行设置有多个沟槽，在所述沟槽侧面设有缝隙作为通气孔，所述可挥发物采样电路包括传感元件，所述传感元件的敏感范围为20ppm～10000ppm，所述传感元件的精度为0.2ppm～10ppm。
2.如权利要求1所述的可挥发物传感探头，其特征在于，所述弧形壳为半球形壳，所述半球形壳的外直径为30mm～80mm，所述沟槽的宽度为0.5mm～5mm，深度为0.5mm～5mm，相邻的两个所述沟槽的间距为2mm～10mm，所述通气孔的缝隙宽度＜1mm。
3.如权利要求1所述的可挥发物传感探头，其特征在于，所述传感元件为片式厚膜半导体气敏元件。
4.如权利要求1所述的可挥发物传感探头，其特征在于，所述传感元件包括CDM7160和4NE/H2-1000中的至少一种。
5.一种多点分布式可挥发物监测系统，包括输出模块、控制模块，其特征在于，还包括至少三个如权利要求1-3中任一项所述的可挥发物传感探头，所述传感元件用以检测易燃易爆挥发物质，所述可挥发物传感探头用于安装在客车内，所述可挥发物采样电路与所述控制模块的输入引脚耦合连接，所述控制模块与所述输出模块耦合连接，以使所述可挥发物采样电路输出的电信号通过所述控制模块输出至所述输出模块。
6.如权利要求5所述的多点分布式可挥发物监测系统，其特征在于，所述控制模块包括主控制模块、辅控制模块，所述主控制模块与所述辅控制模块通过CAN总线通讯连接，所述辅控制模块设置在所述探头用壳体内，所述可挥发物采样电路与所述辅控制模块的输入引脚电连接，所述主控制模块与所述输出模块电连接。
7.如权利要求6所述的多点分布式可挥发物监测系统，其特征在于，所述输出模块包括显示器、控制开关和报警器，所述主控制模块的输出引脚与所述控制开关的控制端电连接，所述控制开关的负载端串接在所述报警器的电源电路上。
8.如权利要求6所述的多点分布式可挥发物监测系统，其特征在于，所述主控制模块具有至少两个CAN收发器接口，其中两个所述CAN收发器接口分别与所述CAN总线的两端电连接，以使所述CAN总线与所述主控制模块形成环形通讯结构。
9.如权利要求6所述的多点分布式可挥发物监测系统，其特征在于，所述辅控制模块、主控制模块均包括STM8系列、MC9S08DZ60系列单片机中的至少一种。
10.如权利要求6所述的多点分布式可挥发物监测系统，其特征在于，任意两个可挥发物传感探头的距离2m～2.5m。
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