CN110470801A - 一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，它由电源模块，继电器电路模块，串口通信电路模块，电源状态信号监测电路模块，通道屏蔽电路模块，蜂鸣器声音报警模块，灯带指示电路模块，报警指示灯电路模块，复位，确认\消音按键电路模块九部分组成。左侧板基于单片机设计，采用STM32F103VET6作为两个板的主控芯片，用于控制指示灯，灯带和蜂鸣器，并可与上位机通信，右侧板上有按键和灯带，两个板之间通过板间连接器相连。同时为了适用于模拟电路等对噪声及EMC测试比较敏感的场合，本发明将静电保护三极管，共模电感应用到该装置中，提高了该装置的工作效率和灵活性以及抗干扰性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子电器检测装置，属于可燃气体检测技术领域，尤其涉及一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置。
背景技术
随着城市煤气，天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃，易爆的气体种类和应用范围在不断增加。这些易燃易爆气体在使用过程中，一旦发生泄露将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故。人们对于气体安全的重视程度日益增加。随着数字化电子产品的迅速发展，大量的电子设备在同一个空间同时工作，相互之间会产生很强的电磁干扰，严重影响到电子系统的可靠运行。可燃气体浓度检测报警与显示装置因其使用场合的特殊性及恶劣的工作环境，对可靠性的要求非常高。而现有的一些室内可燃气体浓度检测报警与显示装置通常是通过取样泵抽气取样可燃气体，经常会造成取样泵损坏、取样管路堵塞、传感器探头失灵等现象，这些现象经常会引起装置异常，报警系统失效，存在较大的安全隐患。再加上同类产品主要以功能实现为主，欠缺对电磁兼容的充分考虑。很多产品开发出来无法通过国家电磁兼容标准检验，给用户造成巨大的安全隐患。因此，有必要研制一种使用方便、性能稳定、控制安全、可靠性高的室内可燃气体浓度检测报警与显示装置。
为了避免同类装置在显示报警模块中使用一个I/O接口控制一个指示灯，导致I/O接口不够用的情况，本装置通过加入电流驱动模块，使用一个I/O接口控制一种颜色的指示灯，从而节省了I/O接口的资源。同时，为了充分考虑到电磁兼容对装置的影响，本装置在硬件方面选择了一些性能优良的器件来搭建各种防干扰电路如各种滤波电路和隔离电路等，同时在PCB布局上针对一些容易受干扰或干扰能力比较强的元器件之间相互拉开距离，装置系统间的电磁兼容设计主要采用屏蔽、接地等措施，从而最大程度地增强装置系统的抗干扰能力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种可靠性高的室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，由单片机控制，能够实时的对电源状态信号进行监测，采集、处理、传输等操作，并能与上位机进行实时通信，从而对电源的各种故障和上位机检测到的气体浓度来进行实时报警，并且达到国家电磁兼容检验标准，具有较强的抗干扰能力。
本发明所采用的技术方案是：一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，该装置由电源模块、继电器电路模块、串口通信电路模块、电源状态信号监测电路模块、通道屏蔽电路模块、蜂鸣器声音报警模块、灯带指示电路模块、报警指示灯电路模块和复位\确认\消音按键电路模块九部分组成。
为了避免电磁兼容对装置的影响，该装置在设计过程中合理地选择一些性能优良、抗干扰能力较强的元器件，例如共模电感，静电保护三极管，磁珠，熔断自恢复保险丝，板间连接器的线使用屏蔽线等。所用的芯片主要选用贴片式SMD封装形式，不容易产生射频环路，电磁兼容性较好。电容与电磁兼容也有很大关系，该装置选择具有很低ESR和ESL参数的电容，能够对干扰信号造成很大衰减。在装置中的一些模块中使用旁路电容，能够通过产生交流旁路来消除无意的分量，降低器件的EMI电磁干扰分量；在关键芯片旁边加上去耦电容可以去除掉高频噪声。此外，该装置还加入了相应的防干扰电路，例如在电源模块中加入了FL2D-10-222EMC滤波模块和输入输出滤波网络，对+3.3V电压信号加入滤波模块从而来抑制电源自身引起的共模干扰和差模干扰；在电源模块加入熔断自恢复保险丝MF-MSMF110/24X-2以及在电源模块、继电器电路模块、串口通信模块中各加入了PESD24VL2BT，PESD5V0L2BT，PESD12VL2BT三种静电保护模块从而能够承受很大的瞬态功率，吸收尖峰电压，并为电路提供隔离和过流保护；该装置在串口通信模块和板间连接器附近加入一些磁珠作为主要的EMI电磁干扰抑制元件，采用BLM18AG601SN1D和MPZ1608S101ATAH0系列磁珠，它们不需要与地连接，能够很好地抑制高速信号线和电声耦合到其它电路中。电源状态信号监测电路模块中使用光电耦合器TCMT4100，它的输入侧和输出侧的电信号以光为媒介进行间接耦合，具有较强的电器隔离和抗干扰能力。该装置的主板采用四层板设计，叠层结构按顺序依次为顶层、电源层、地层、底层，这种叠层结构将电源和地各占一层是为了把电源和地线所产生的噪音干扰降到最低限度，十分适合高速电路板设计，使该装置的系统具有良好的稳定性；按键板采用双层板设计，叠层结构为顶层、底层。该装置在PCB布局上针对一些容易受干扰或干扰能力比较强的元器件之间相互拉开距离。该装置系统间的电磁兼容设计主要采用屏蔽、接地等措施，尽量将大部分的干扰消除在装置系统之外。通过以上措施能够最大程度地增强装置系统的抗干扰能力。
所述的电源模块包括模拟电源部分：模拟电源部分由PESD24VL2BT静电保护模块，输入滤波网络、AMS1117-3.3稳压模块、FL2D-10-222EMC滤波模块、+24V转+12V DC模块电源、+12V转+5V DC模块电源、输出滤波网络构成。
该模块中板外+24V电源作为输入滤波网络的输入，且与PESD24VL2BT静电保护模块相连，输入滤波网络的输出作为EMC滤波模块的输入，EMC滤波模块的输出作为+24V转+12V DC模块电源的输入，+24V转+12V DC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+12V电压供给；+12V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为+12V转+5V DC模块电源的输入，+12V转+5VDC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+5V电压供给；+5V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为+3.3V电压，其经过滤波模块后为其它模块提供+3.3V和-3.3V电压供给，分别与STM32F103VET6的VREF+和VREF-相连。从而完成为其它八个模块提供工作所需的电压的工作。
所述的继电器电路模块包含继电器故障接口电路模块和+5V转+3.3V电平转换电路模块，由PESD5V0L2BT静电保护模块、SN74LV1T34DBVR电平转换模块和连接器构成。该继电器电路模块将+5V电压信号与连接器和PESD5V0L2BT静电保护模块相连，并通过SN74LV1T34DBVR电平转换模块将+5V电压信号转换为+3.3V电压信号，并分别作为四个电平输出端SFR1-SFR4与STM32F103VET6的PA1口-PA4口相连。通过读取PA1口-PA4口的状态即可完成继电器的信号检测以及TTL电平转换工作。
所述的串口通信电路模块由PESD12VL2BT静电保护模块，MAX232CWE+RS232收发器和RS232连接器构成。该串口通信电路模块通过MAX232CWE+RS232收发器的T1 in引脚和R1out引脚与STM32F103VET6的PA9口和PA10口对应相连，T1 out引脚和R1 in引脚与PESD12VL2BT静电保护模块相连，同时RS232连接器对应引脚与上位机对应串口相连。完成上位机与下位机间的数据收发工作。
所述的电源状态信号监测电路模块由两路采集DB9电源状态信号的接口，TCMT4100光电耦合器构成。两路采集DB9电源状态信号的接口分别与四个光电耦合器对应引脚相连，并由主板外电源供电，再与STM32F103VET6的PB9口-PB15口、PD9口-PD15口相连。通过读取PB9口-PB15口,PD9口-PD15口的状态即可完成电源状态信号监测和采集的工作。
所述的通道屏蔽电路模块由A6S-4104-PH拨码开关构成，该通道屏蔽电路模块中拨码开关其中一侧对应引脚与STM32F103VET6的PA5口和PA6口相连，另一侧分别与+3.3V和地相连。通过读取PA5口和PA6口的状态即可完成判断去检测哪一路采集DB9电源状态信号的接口和检测电源状态信号的哪几位信息的工作。
所述的蜂鸣器声音报警模块由蜂鸣器和BC817-40Q-7-F放大模块构成。该蜂鸣器声音报警模块中的蜂鸣器由+12V电压信号供电，并与BC817-40Q-7-F放大模块相连，再与STM32F103VET6的PB5口相连。通过使用定时器和给PB5口高低电平即可完成故障声音、气体和监管声音报警的工作。
所述的灯带指示电路模块由指示灯、ULN2003ADR电流驱动模块和板间连接器构成。该灯带指示电路模块中主板上的灯带与ULN2003ADR电流驱动模块对应相连，再与STM32F103VET6的PC0口-PC2口相连，按键板上的灯带与ULN2003ADR电流驱动模块对应相连，并通过板间连接器再与STM32F103VET6的PE0口-PE2口相连。通过使用定时器和给PC0口-PC2口和PE0-PE2口高低电平即可完成故障、气体和监管灯带常亮显示报警的工作。
所述的报警指示灯电路模块由指示灯和ULN2803ADW电流驱动模块构成。该报警指示灯电路模块中主板上的系统工作指示灯直接由+5V供电，而其它报警指示灯与ULN2803ADW电流驱动模块对应相连，再与STM32F103VET6的PD0-PD3口,PD5-PD8口相连。通过使用定时器并分别给PD0口-PD3口和PD5-PD8口高低电平即可完成故障、气体、监管的报警指示灯闪烁显示报警的工作。
所述的复位\确认\消音按键电路模块由两个按键和板间连接器构成。该复位\确认\消音按键电路模块中的两个按键分别通过板间连接器与主板上的STM32F103VET6的PA7口和PA8口相连。通过外部中断的方式给PA7口和PA8口高低电平即可完成复位和消音的工作。
该装置采用STMicroelectronics公司的低功耗处理器STM32F103VET6，它包括一个主频为72MHz的Codex-M3内核，采用ARM7架构。
本发明的工作原理：当下位机检测是否有电源故障时，若无故障则执行其他程序；若检测出任何电源故障时，对应的电源故障指示灯以定时器设置的1Hz的频率闪烁，对应电源故障灯带长亮黄色，蜂鸣器以定时器设置的0.5Hz的频率发声警报，并向上位机发送电源故障指令。当下位机接收到上位机发送的故障报警指令时，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报，对应的故障指示灯闪烁。当下位机接收到上位机发送的气报警指令时，蜂鸣器以1Hz的频率发声警报，对应的故障指示灯闪烁，对应报警灯带常亮显红色。当按下确认\消音按键后，蜂鸣器静音，报警指示灯维持闪烁，灯带保持常亮，并向上位机发送确认\消音指令。当按下复位按键后，蜂鸣器静音，所有灯关闭，并向上位机发送复位指令。
本发明的有益效果是：(1)本发明的主板采用四层板设计，叠层结构按顺序依次为顶层、地层、电源层、底层，其中顶层和底层走信号线。电源层包含电源线和一些关键网络的信号线，地层包含地线，这种叠层结构将电源和地各占一层是为了把电源和地线所产生的噪音干扰降到最低限度，十分适合高速电路板设计，使该装置的系统具有良好的稳定性；按键板采用双层板设计，叠层结构为顶层、底层。主板电路板面积大小为80×185毫米，按键板板电路板面积大小为50×126毫米，电路板中的关键网络和信号均设有测试点，使系统具有体积小、易安装、易调试等优点。(2)为了适用于模拟电路等对噪声及EMC测试比较敏感的场合，本发明合理选择一些性能优良以及抗干扰能力较强的元器件如静电保护三极管，共模电感，磁珠，屏蔽线，光电耦合器，熔断自恢复保险丝等，同时采用相应的抗干扰电路，并在布局上拉开干扰能力强的元器件，同时在装置系统间采用接地、屏蔽的方法，从而提高了该装置的工作效率和灵活性以及抗干扰性。(3)本发明采用STMicroelectronics公司的低功耗处理器STM32F103VET6F103VET6，它包括一个ARM公司的主频为72MHz的高性能、低成本、低功耗的Codex-M3内核，采用ARM7架构，使得本发明可以很好的满足实时性和准确性的要求，节约了开发成本，加快了开发周期。(4)本发明采用专门的+24V转+12V DC模块电源和+12V转+5V DC模块电源以及滤波网络，使得电源工作效率更高，且具有更小的输出电压波纹，使系统运行得更稳定。(5)本发明在电源状态信号监测电路模块中，主板额外设计了一路采集DB9电源状态信号的接口作为备用，从而避免其中一路出现故障，无法继续采集电源状态信号的情况。(6)本发明在灯带指示电路模块和指示灯报警电路模块中加入ULN2003ADR和ULN2803ADW两个电流驱动模块，有效的解决灯的亮度不够，无法达到报警亮度的要求的问题；同时该模块使用三个I/O接口控制三种不同颜色的指示灯亮灭，从而避免了由一个I/O接口控制一个指示灯而导致只能摆放很少数量的指示灯的情况，并且也节省了I/O接口的资源。
附图说明
图1是本发明所涉及的室内可燃气体浓度检测报警与显示装置总体图。
图2是本发明所涉及的电源模块的设计原理图。
图3是本发明所涉及的继电器电路模块的设计原理图。
图4是本发明所涉及的串口通信电路模块的设计原理图。
图5是本发明所涉及的电源状态信号监测电路模块的设计原理图。
图6是本发明所涉及的通道屏蔽电路模块的设计原理图。
图7是本发明所涉及的蜂鸣器声音报警模块的设计原理图。
图8是本发明所涉及的灯带指示电路模块的设计原理图。
图9是本发明所涉及的报警指示灯电路模块的设计原理图。
图10是本发明所涉及的复位，确认\消音按键电路模块的设计原理图。
图11是本发明所涉及的发生通道气体报警时的上下位机的通讯工作流程图。
图12是本发明所涉及的故障发生时上下位机通讯工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明涉及一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，该装置采用ARM7架构的低功耗处理器STM32F103VET6为主处理芯片。该装置按照模块可划分为电源模块，继电器电路模块，串口通信电路模块，电源状态信号监测电路模块，通道屏蔽电路模块，蜂鸣器声音报警模块，灯带指示电路模块，报警指示灯电路模块，复位，确认\消音按键电路模块九部分。该装置的总体框图如附图1所示，各模块的具体实现如下所述。
该装置的电源模块主要包括模拟电源部分：能够提供+12V，+5V，+3.3V模拟电压供电。模拟供电部分由PESD24VL2BT静电保护模块，输入滤波网络、AMS1117-3.3稳压模块、FL2D-10-222EMC滤波模块、+24V转+12V DC模块电源、+12V转+5V DC模块电源、输出滤波网络构成。PESD24VL2BT是+24V静电保护三极管。FL2D-10-222为共模电感，是MORNSUN公司专门针对模拟电路等对噪声及EMC比较敏感的场合而设计。在模块中加入共模电感，可以使输出端的噪声可以大幅度减少,能够显著提高EMC等级。+24V转+12V的DC模块电源采用VRB2412S-6WR3，由MORNSUN公司设计，它属于宽电压输入，隔离稳压单路输出，具有输入欠压保护，输出过流、短路保护的功能。通过VRB2412S-6WR3为该系统中的其它模块提供+12V电压信号。+12V转+5V的DC模块电源采用B1205S-1WR2，是MORNSUN公司专门针对板上电源系统中需要产生一组与输入电源隔离的电压的应用场合而设计的，它属于定电压输入，隔离非稳压单路输出。通过B1205S-1WR2为该系统中的其它模块提供+5V电压信号。AMS1117-3.3是AMS公司设计的低压差稳压器，选用固定+3.3V电压输出的版本。通过AMS117-3.3为该系统中的其它模块提供+3.3V电压信号。该模块中板外+24V电源作为输入滤波网络的输入，且与PESD24VL2BT静电保护模块相连，输入滤波网络的输出作为EMC滤波模块的输入，EMC滤波模块的输出作为+24V转+12V DC模块电源的输入，+24V转+12V DC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+12V电压供给；+12V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为+12V转+5V DC模块电源的输入，+12V转+5V DC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+5V电压供给；+5V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为+3.3V电压，其经过滤波模块后为其它模块提供+3.3V和-3.3V电压供给，分别与STM32F103VET6的VREF+和VREF-相连。该模块的设计原理框图如附图2所示。
继电器电路模块包含继电器故障接口电路模块和+5V转+3.3V电平转换电路模块。该模块由PESD24VL2BT静电保护模块、SN74LV1T34DBVR电平转换模块、连接器构成。PESD5V0L2BT为+5V静电保护三极管。SN74LV1T34DBVR为TI公司设计的单电源单缓冲器门CMOS逻辑电平转换器，具有减少由高驱动输出导致的线路反射、过冲和下冲的功能。其中VCC端为+3.3V电压供电，A端为+5V电压信号输入，且同时与连接器相连，Y端为+3.3V电压信号输出，作为STM32F103VET6的电平输入。通过该芯片即可将+5V电压信号转换为+3.3V电压信号。该模块使用4个上述电平转换芯片，4个输出端SFR1-SFR4分别与STM32F103VET6的PA1口-PA4口相连。通过读PA1口-PA4口的状态即可完成继电器信号的检测的工作。该模块的设计原理框图如附图3所示。
串口通信电路模块由PESD24VL2BT静电保护模块，MAX232CWE+RS232收发器，RS232连接器构成。PESD12VL2BT为+12V静电保护三极管。RS232连接器采用由OMRON公司设计的DB9接口。MAX232CWE+是由Maxim Integrated公司专门为电脑的RS232标准串口设计的接口芯片，使用+3.3V电源供电。该芯片中的1-6脚用来将STM32F103VET6输出的TTL电平转换成上位机能接收的RS232电平或将上位机输出的RS232电平转换成STM32F103VET6能接收的TTL电平，7-14脚构成两个数据通道，该模块只用其中一个。RS232收发器的T1 in引脚和R1out引脚与STM32F103VET6的PA9口和PA10口引脚相连，T1 out引脚和R1 in引脚与PESD12VL2BT静电保护模块相连。同时RS232连接器对应引脚与上位机对应串口相连，完成上位机与下位机间的数据收发工作。TTL/CMOS数据从T1 in引脚输入转换成RS232数据从T1out送到电脑DB9插头；DB9插头的RS232数据从R1 in引脚输入转换成TTL/CMOS数据后从R1out输出到PA9口和PA10口。其中下位机通过PA10口采用中断的方式来进行接收数据。完成上位机与下位机间的数据收发工作。该模块的设计原理框图如附图4所示。
电源状态信号监测电路模块由两路采集DB9电源状态信号的接口，TCMT4100光电耦合器构成。其中一路采集DB9电源状态信号的接口作为备用。TCMT4100为光电隔离芯片，由VISHAY公司设计，由于采用了光电隔离技术，完全隔离了DB9接口的电气与地线回路,使得一侧的电信号变成光信号以后传到另一方，再变回到电信号，从而保护通信设备免受电源地线回路和浪涌的干扰和损坏，明显地提高了通信系统的可靠与稳定性。该模块中两路接口分别与4个光电耦合器对应引脚相连，并由主板外电源供电，再与STM32F103VET6的PB9口-PB15口,PD9口-PD15口相连。通过读取PB9口-PB15口,PD9口-PD15口的状态，从而完成电源状态信号监测和采集的工作。该模块的设计原理框图如附图5所示。
通道屏蔽电路模块由A6S-4104-PH拨码开关构成。A6S-4104-PH是由日本OMRON公司设计的拨码开关，其中每一个开关对应上下两个引脚，拨至ON一侧则上下两个引脚接通，反之则断开，该模块为了屏蔽不同的通道采用8脚的版本。A6S-4104-PH拨码开关两侧的对应4个引脚分为两组，其中一组的一侧与STM32F103VET6的PA5口相连，另一侧与+3.3V和GND相连；另一组的一侧与STM32F103VET6的PA6口相连；另一侧与+3.3V和GND相连。当拨开1号开关时，PA5口为高电平，此时检测7位第一路采集DB9电源状态信号的接口；当拨开2号开关时，PA5口为低电平，此时检测4位第一路采集DB9电源状态信号的接口；当拨开3号开关时，PA6口为高电平，此时检测7位第二路采集DB9电源状态信号的接口；当拨开4号开关时，PA6口为低电平，此时检测4位第二路采集DB9电源状态信号的接口。该模块的设计原理框图如附图6所示。
蜂鸣器声音报警模块由蜂鸣器，BC817-40Q-7-F放大模块构成。BC817-40Q-7-F为三极管。该模块中的蜂鸣器由+12V电压信号供电，并与三极管相连，再与STM32F103VET6的PB5口相连。蜂鸣器由三极管控制，当PB5口的状态为高电平时，导通三极管，使蜂鸣器下端接低电位，蜂鸣器发声报警。其中不同的声音报警分别设置不同的频率，并由STM32F103VET6的定时器来控制，气体报警声音频率设置为1.25Hz，监管报警频率设置为1Hz，故障报警声音频率设置为0.5Hz。从而完成故障声音、气体和监管声音报警的工作。该模块的设计原理框图如附图7所示。
灯带指示电路模块由指示灯，ULN2003ADR电流驱动模块，板间连接器构成。主板和按键板上的灯带各包含14个指示灯，由+3.3V电压信号供电，分别为7个红蓝双色指示灯，7个黄褐色指示灯，不同的颜色对应不同的报警信号。ULN2003ADR为TI公司设计的16脚电流驱动芯片，由+3.3V电压信号供电。具有工作电压高、温度范围宽、带负载能力强、电流增益高等特点，可以使指示灯的亮度达到报警亮度的要求。该模块中主板上的三种颜色的灯带指示灯分别与3个ULN2003ADR的对应引脚相连，将3个ULN2003ADR各自的另一端全部短接后分别得到3个输出，再与STM32F103VET6的PC0-PC2口相连；按键板上的三种颜色的灯带指示灯同样与3个ULN2003ADR对应引脚相连，将3个ULN2003ADR各自的另一端全部短接后分别得到3个输出，并通过板间连接器再与STM32F103VET6的PE0-PE2口相连，这些指示灯由不同的报警信号控制其同时长亮和灭。该模块能够实现使用3个I/O接口控制三种不同颜色的指示灯亮灭，从而避免了由一个I/O接口控制一个指示灯而导致只能摆放很少数量的指示灯的情况，并且节省了I/O接口的资源。由于ULN2003ADR内部含多输入与非门，为7路反向器电路。因此当上述PC0口-PC2口，PE0口-PE2口为高定平时，指示灯亮，反之则灭。从而完成故障、气体和监管灯带常亮显示报警的工作。该模块的设计原理框图如附图8所示。
报警指示灯电路模块由指示灯，ULN2803ADW电流驱动模块构成。主板上的报警指示灯包含9个指示灯，由+3.3V电压信号供电，分别为1个红色指示灯，3个绿色指示灯，5个黄褐色指示灯，不同的颜色对应不同的报警信号。ULN2803ADW为TI公司设计的18脚电流驱动芯片，比ULN2003ADR多出一路，由+3.3V电压信号供电，具有工作电压高、温度范围宽、带负载能力强、电流增益高等特点，可以使指示灯的亮度达到报警亮度的要求。该模块中主板上的系统工作指示灯直接由+5V供电，而其它报警指示灯与ULN2003ADW的对应引脚相连，再与STM32F103VET6的PD0-PD3口,PD5-PD8口相连，且分别由不同的报警信号控制其闪烁，由定时器控制闪烁的频率，闪烁频率为1Hz。由于ULN2003ADW内部含多输入与非门，为8路反向器电路。因此当上述PD0口-PD3口,PD5口-PD8口为高定平时，指示灯亮，反之则灭。从而完成故障、气体、监管的报警指示灯闪烁显示报警的工作。该模块的设计原理框图如附图9所示。
复位，确认\消音按键电路模块由两个按键，板间连接器构成。该模块中的两个按键分别通过板间连接器与主板上的STM32F103VET6的PA7口和PA8口相连。两个按键作为STM32F103VET6的外部中断，将复位和确认/消音信号以外部中断的形式通过板间连接器传输给主板上的STM32F103VET6。当按下复位按键时，传输复位信号，灯带指示灯灭，蜂鸣器消音；当按下确认\消音按键时，传输确认\消音信号，蜂鸣器消音，灯带指示灯维持常亮或闪烁。从而完成复位，确认\消音的工作。该模块的设计原理框图如附图10所示。
一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置的主要工作流程分为两部分，分别为发生通道气体报警时的上下位机的通讯流程和故障发生时上下位机通讯流程。
发生通道气体报警时的上下位机的通讯流程为：上位机和下位机各自先执行其它程序，之后判断是否气体报警，若不需要则继续执行其它程序，若需要气体报警则向下位机发送气体报警指令后再继续执行其它程序，当下位机接收到上位机发送的气体报警指令后，开始判断对应气体报警数据，蜂鸣器以1Hz的频率发声警报，对应的报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应报警指示灯带长亮红色。当按下确认\消音按键后，蜂鸣器静音，报警指示灯维持闪烁，灯带保持常亮，并向上位机发送确认\消音指令，之后下位机再执行其它程序。当上位机收到下位机发送的确认\消音指令后，判断是否气体报警，若不需要则继续执行其它程序，若需要气体报警则再次向下位机发送气体报警指令后再继续执行其它程序，当下位机再次接收到上位机发送的气报警指令时，开始判断对应气体报警数据，蜂鸣器以1Hz的频率发声警报，对应的报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应报警指示灯带长亮红色。当按下复位按键后，蜂鸣器静音，所有报警指示灯和灯带关闭，并向PC发送复位指令。当上位机接收到下位机发送的复位指令后，上位机要继续判断是否还有气体报警，若没有则清除报警图标，若还有则继续向下位机发送气体报警指令。当下位机再次接收到上位机发送的气体报警指令时，开始判断对应气体报警数据，蜂鸣器以1Hz的频率发声警报，对应的报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应报警指示灯带长亮红色。该部分工作流程的流程图如附图11所示。
故障发生时上下位机通讯流程为：上位机和下位机各自先执行其他程序，之后下位机开始检测是否有电源故障，若无故障则继续执行其他程序；若检测出任何电源故障时，对应的电源故障报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应电源故障灯带长亮黄色，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报，并向上位机发送电源故障指令。当上位机接收到下位机发送的电源故障指令时，要记录电源故障并在故障页面显示，之后继续执行其他程序。当按下确认\消音按键后，蜂鸣器静音，报警指示灯维持闪烁，灯带保持常亮，下位机要向上位机发送确认\消音指令。当上位机接收到下位机发送的确认\消音指令后，要判断是否故障报警，若不需要则继续执行其它程序，若需要则要想下位机发送故障报警指令后再执行其它程序。当下位机接收到上位机发送的故障报警指令时，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报，对应的故障指示灯以1Hz的频率闪烁，对应故障灯带常亮显黄色。当按下复位按键后，蜂鸣器静音，所有报警指示灯和灯带关闭，并向上位机发送复位指令。之后下位机继续检测是否还有电源故障，若无故障则蜂鸣器静音，所有报警指示灯和灯带关闭，并向上位机发送电源故障恢复指令，上位机接收到下位机发送的故障恢复指令后继续执行其它程序；若检测出任何电源故障时，对应的电源故障报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应电源故障灯带长亮黄色，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报，并向上位机发送电源故障指令。当上位机接收到下位机发送的复位指令后，需要判断是否还有通道故障，若没有则继续执行其它程序，若有则记录通道故障并在故障页面显示，并向下位机发送通道故障报警指令。当下位机接受到上位机的通道故障报警指令时，对应的电源故障报警指示灯以1Hz的频率闪烁，对应电源故障灯带长亮黄色，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报。之后上位机要继续判断是否还有电源故障，若没有则清除报警图标之后继续执行其它程序，若有则继续判断知道电源故障恢复为止。该部分工作流程的流程图如附图12所示。
Claims (3)
1.一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，其特征在于：该装置由电源模块、继电器电路模块、串口通信电路模块、电源状态信号监测电路模块、通道屏蔽电路模块、蜂鸣器声音报警模块、灯带指示电路模块、报警指示灯电路模块和复位\确认\消音按键电路模块九部分组成；
所述的电源模块包括模拟电源部分：模拟电源部分由PESD24VL2BT静电保护模块，输入滤波网络、AMS1117-3.3稳压模块、FL2D-10-222EMC滤波模块、+24V转+12V DC模块电源、+12V转+5V DC模块电源、输出滤波网络构成；
该模块中板外+24V电源作为输入滤波网络的输入，且与PESD24VL2BT静电保护模块相连，输入滤波网络的输出作为EMC滤波模块的输入，EMC滤波模块的输出作为+24V转+12V DC模块电源的输入，+24V转+12V DC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+12V电压供给；+12V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为+12V转+5V DC模块电源的输入，+12V转+5V DC模块电源的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为模拟电路部分提供+5V电压供给；+5V电压信号输入作为输入滤波网络的输入，输入滤波网络的输出作为稳压模块的输入，稳压模块的输出端连接到输出滤波网络的输入端，最后输出滤波网络的输出电压为+3.3V电压，其经过滤波模块后为其它模块提供+3.3V和-3.3V电压供给，分别与STM32F103VET6的VREF+和VREF-相连；从而完成为其它八个模块提供工作所需的电压的工作；
所述的继电器电路模块包含继电器故障接口电路模块和+5V转+3.3V电平转换电路模块，由PESD5V0L2BT静电保护模块、SN74LV1T34DBVR电平转换模块和连接器构成；该继电器电路模块将+5V电压信号与连接器和PESD5V0L2BT静电保护模块相连，并通过SN74LV1T34DBVR电平转换模块将+5V电压信号转换为+3.3V电压信号，并分别作为四个电平输出端SFR1-SFR4与STM32F103VET6的PA1口-PA4口相连；通过读取PA1口-PA4口的状态即可完成继电器的信号检测以及TTL电平转换工作；
所述的串口通信电路模块由PESD12VL2BT静电保护模块，MAX232CWE+RS232收发器和RS232连接器构成；该串口通信电路模块通过MAX232CWE+RS232收发器的T1 in引脚和R1out引脚与STM32F103VET6的PA9口和PA10口对应相连，T1 out引脚和R1 in引脚与PESD12VL2BT静电保护模块相连，同时RS232连接器对应引脚与上位机对应串口相连；完成上位机与下位机间的数据收发工作；
所述的电源状态信号监测电路模块由两路采集DB9电源状态信号的接口，TCMT4100光电耦合器构成；两路采集DB9电源状态信号的接口分别与四个光电耦合器对应引脚相连，并由主板外电源供电，再与STM32F103VET6的PB9口-PB15口、PD9口-PD15口相连；通过读取PB9口-PB15口,PD9口-PD15口的状态即可完成电源状态信号监测和采集的工作；
所述的通道屏蔽电路模块由A6S-4104-PH拨码开关构成，该通道屏蔽电路模块中拨码开关其中一侧对应引脚与STM32F103VET6的PA5口和PA6口相连，另一侧分别与+3.3V和地相连；通过读取PA5口和PA6口的状态即可完成判断去检测哪一路采集DB9电源状态信号的接口和检测电源状态信号的哪几位信息的工作；
所述的蜂鸣器声音报警模块由蜂鸣器和BC817-40Q-7-F放大模块构成；该蜂鸣器声音报警模块中的蜂鸣器由+12V电压信号供电，并与BC817-40Q-7-F放大模块相连，再与STM32F103VET6的PB5口相连；通过使用定时器和给PB5口高低电平即可完成故障声音、气体和监管声音报警的工作；
所述的灯带指示电路模块由指示灯、ULN2003ADR电流驱动模块和板间连接器构成；该灯带指示电路模块中主板上的灯带与ULN2003ADR电流驱动模块对应相连，再与STM32F103VET6的PC0口-PC2口相连，按键板上的灯带与ULN2003ADR电流驱动模块对应相连，并通过板间连接器再与STM32F103VET6的PE0口-PE2口相连；通过使用定时器和给PC0口-PC2口和PE0-PE2口高低电平即可完成故障、气体和监管灯带常亮显示报警的工作；
所述的报警指示灯电路模块由指示灯和ULN2803ADW电流驱动模块构成；该报警指示灯电路模块中主板上的系统工作指示灯直接由+5V供电，而其它报警指示灯与ULN2803ADW电流驱动模块对应相连，再与STM32F103VET6的PD0-PD3口,PD5-PD8口相连；通过使用定时器并分别给PD0口-PD3口和PD5-PD8口高低电平即可完成故障、气体、监管的报警指示灯闪烁显示报警的工作；
所述的复位\确认\消音按键电路模块由两个按键和板间连接器构成；该复位\确认\消音按键电路模块中的两个按键分别通过板间连接器与主板上的STM32F103VET6的PA7口和PA8口相连；通过外部中断的方式给PA7口和PA8口高低电平即可完成复位和消音的工作。
2.根据权利要求1所述的一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，其特征在于：该装置采用低功耗处理器STM32F103VET6，它包括一个主频为72MHz的Codex-M3内核，采用ARM7架构。
3.根据权利要求1所述的一种室内可燃气体浓度检测报警与显示装置，其特征在于：当下位机检测是否有电源故障时，若无故障则执行其他程序；若检测出任何电源故障时，对应的电源故障指示灯以定时器设置的1Hz的频率闪烁，对应电源故障灯带长亮黄色，蜂鸣器以定时器设置的0.5Hz的频率发声警报，并向上位机发送电源故障指令；当下位机接收到上位机发送的故障报警指令时，蜂鸣器以0.5Hz的频率发声警报，对应的故障指示灯闪烁；当下位机接收到上位机发送的气报警指令时，蜂鸣器以1Hz的频率发声警报，对应的故障指示灯闪烁，对应报警灯带常亮显红色；当按下确认\消音按键后，蜂鸣器静音，报警指示灯维持闪烁，灯带保持常亮，并向上位机发送确认\消音指令；当按下复位按键后，蜂鸣器静音，所有灯关闭，并向上位机发送复位指令。
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