CN111751505A - 数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统 - Google Patents

数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统 Download PDF

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胡晓华
卿添
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Abstract

本申请涉及一种数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统；所述数字化气体探头电路包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器以及温度检测电路；第一连接器连接信号放大模块；微型处理器MCU分别连接信号放大模块、第二连接器和温度检测电路；其中，第一连接器用于连接气体传感器；第二连接器用于连接气体探测器，本申请数字化气体探头电路将气体传感器输入的模拟信号进行放大处理以及数模转换，然后将转换后的信号传输给气体探测器，提高了信号质量以及抗干扰性，保证能够准确地进行危险气体探测。

Description

数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统
技术领域
本申请涉及气体传感器技术领域，特别是涉及一种数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统。
背景技术
在大型石油化工等工业现场，存在可能出现爆炸性气体、有毒有害气体泄露等危险情况，为了保证现场工作人员的人身安全，需要对爆炸性气体、有毒有害气体等气体进行检测，目前，一般在大型石油化等工业现场采用气体传感器来进行检测，然后气体传感器在检测爆炸性气体、有毒有害气体等气体超标时，向与其连接的报警器发送报警信号，但是，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统气体传感器输出的信号质量不高，抗干扰性能差。
发明内容
基于此，有必要针对传统气体传感器输出的信号质量不高，抗干扰性能差的问题，提供一种数字化气体探头电路、数字化气体探头以及系统。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种数字化气体探头电路，包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器以及温度检测电路；
第一连接器连接信号放大模块；
微型处理器MCU分别连接信号放大模块、第二连接器和温度检测电路；
其中，第一连接器用于连接气体传感器；第二连接器用于连接气体探测器。
在其中一个实施例中，信号放大模块包括信号接收电路、信号放大电路以及偏压电路；
信号接收电路分别连接第一连接器和信号放大电路；
信号放大电路分别连接微型处理器MCU和偏压电路。
在其中一个实施例中，信号放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、电阻 R2以及电容C1；
运算放大器U1的第1引脚连接信号接收电路，第3引脚分别连接偏压电路和电阻R1的一端，第4引脚分别连接电阻R1的另一端和电阻R2的一端；
电阻R2的另一端分别连接微型处理器MCU和电容C1的一端；电容C1的另一端接地。
在其中一个实施例中，偏压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6 以及可变电阻RV1；
电阻R3的一端连接运算放大器U1的第3引脚，另一端分别连接电阻R4 的一端和电阻R5的一端；电阻R4的另一端接地；
电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端和可变电阻RV1的一端；
电阻R6的另一端和可变电阻RV1的另一端外接电源。
在其中一个实施例中，信号接收电路包括电阻R7和电阻R8；
电阻R7的一端连接第一连接器，另一端分别连接运算放大器U1的第1引脚和电阻R8的一端；电阻R8的另一端接地。
在其中一个实施例中，温度检测电路包括热敏电阻RT1和电阻R9；
热敏电阻RT1的一端分别连接微型处理器MCU和电阻R9的一端，另一端外接电源；
电阻R9的另一端接地。
在其中一个实施例中，还包括复位电路；
复位电路连接微型处理器MCU。
在其中一个实施例中，复位电路包括电阻R10和电容C2；
电阻R10的一端分别连接微型处理器MCU和电容C2的一端，另一端外接电源；
电容C2的另一端接地。
另一方面，本申请实施例还提供了一种数字化气体探头，包括上述数字化气体探头电路；还包括气体传感器；
气体传感器连接第一连接器。
又一方面，本申请实施例还提供了一种数字化气体探头系统，其特征在于，包括权利要求9的数字化气体探头；还包括探测器；
探测器连接第二连接器。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请各实施例提供的数字化气体探头电路包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器以及温度检测电路；第一连接器连接信号放大模块；微型处理器MCU分别连接信号放大模块、第二连接器和温度检测电路；其中，第一连接器用于连接气体传感器；第二连接器用于连接气体探测器，本申请数字化气体探头电路将气体传感器输入的模拟信号进行放大处理以及数模转换，然后将转换后的信号传输给气体探测器，提高了信号质量以及抗干扰性，保证能够准确地进行危险气体探测。
附图说明
图1为一个实施例中数字化气体探头电路的结构示意图；
图2为一个实施例中信号放大模块的结构示意图；
图3为一个实施例中信号放大模块的电路结构图；
图4为一个实施例中第一连接器的电路结构图；
图5为一个实施例中微型处理器MCU的示意图；
图6为一个实施例中第二连接器的电路结构图；
图7为一个实施例中温度检测电路的电路结构图；
图8为又一个实施例中数字化气体探头电路的结构示意图；
图9为一个实施例中复位检测电路的电路结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了传统气体传感器输出的信号质量不高，抗干扰性能差的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种数字化气体探头电路1，包括第一连接器 11、信号放大模块13、微型处理器MCU(Microcontroller Unit，微控制单元) 15、第二连接器17以及温度检测电路19；
第一连接器11连接信号放大模块13；
微型处理器MCU15分别连接信号放大模块13、第二连接器17和温度检测电路19；
其中，第一连接器11用于连接气体传感器21；第二连接器17用于连接气体探测器23。
需要说明的是，信号放大模块用于对接收到的模拟信号进行放大处理，在一个示例中，如图2所述，信号放大模块13包括信号接收电路131、信号放大电路133以及偏压电路135；
信号接收电路131分别连接第一连接器11和信号放大电路133；
信号放大电路133分别连接微型处理器MCU15和偏压电路135。
其中，信号放大电路用于对微弱的模拟信号进行放大运算，输出较大的模拟信号，在一个示例中，如图3所示，信号放大电路包括运算放大器U1、电阻 R1、电阻R2以及电容C1；
运算放大器U1的第1引脚连接信号接收电路，第3引脚分别连接偏压电路和电阻R1的一端，第4引脚分别连接电阻R1的另一端和电阻R2的一端；
电阻R2的另一端分别连接微型处理器MCU和电容C1的一端；电容C1的另一端接地。
在一个示例中，运算放大器U1为MCP6001UT型放大器。运算放大器U1 的第1引脚(+IN)连接第一连接器，接收模拟信号，即运算放大器U1的正向输入端，第2引脚(GND)是运算放大器U1的接地端，第3引脚(-IN)连接偏压电路，接收参考电压，即运算放大器U1的反向输入端，第4引脚(OUT) 是运算放大器U1的输出端，即输出模拟信号经过放大后的信号(SIG_IN信号)，第5引脚(VCC)是运算放大器U1的供电端。
偏压电路用于为运算放大器U1提供参考电压，在一个示例中，如图3所示，偏压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及可变电阻RV1；
电阻R3的一端连接运算放大器U1的第3引脚，另一端分别连接电阻R4 的一端和电阻R5的一端；电阻R4的另一端接地；
电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端和可变电阻RV1的一端；
电阻R6的另一端和可变电阻RV1的另一端外接电源。
由于每个气体传感器的零信号特性有所差异，通过可变电阻RV1屏蔽这个固有的差异特性，从而实现相同的气体浓度信号，经本申请数字化气体探头电路处理后输出相同的数字信号。
信号接收电路用于连接第一连接器，接收模拟信号，在一个实施例中，如图3所示，信号接收电路包括电阻R7和电阻R8；
电阻R7的一端连接第一连接器，另一端分别连接运算放大器U1的第1引脚和电阻R8的一端；电阻R8的另一端接地。
第一连接器用于连接气体传感器，并接收连接气体传感器发出的模拟信号，将模拟信号传输给信号放大模块，在一个示例中，如图4所示，提供一种第一连接器，其中，第1引脚(SIG OUT)用于接收气体传感器的发出的模拟信号，第2引脚(VCC)用于给第一连接器供电，第3引脚(GND)为第一连接器的接地端。
微型处理器MCU用于对信号放大模块传输过来的模拟信号进行模数转换生成模拟信号。在一个示例中，如图5所示，微型处理器MCU为HC32L110C6PA 芯片。
第二连接器用于连接气体探测器，用于将微型处理器MCU输出的数字信号传输给气体探测器，在一个示例中，如图6所示，提供一种第二连接器，其中，第1引脚(D_OUT)单线制，数字信号输出端，第2引脚(/RSET)气体传感器的复位控制端，第3引脚(RXD)线制，数字信号输出端，第4引脚(TXD) 2线制，数字信号输入端，第5引脚(VCC)气体传感器的电源正极，第6引脚 (GND)气体传感器的电源负极，第7引脚(SWCLK/SWDIO)、程序下载端口。
为了监控数字化气体探头电路的温度，保证其正常工作，在一个实施例中，如图7所示，温度检测电路包括热敏电阻RT1和电阻R9；热敏电阻RT1的一端分别连接微型处理器MCU和电阻R9的一端，另一端外接电源；电阻R9的另一端接地。
在一个实施例中，如图8所示，还包括复位电路25；复位电路25连接微型处理器MCU15。进一步的，在一个示例中，如图9所示，复位电路包括电阻 R10和电容C2；电阻R10的一端分别连接微型处理器MCU和电容C2的一端，另一端外接电源；电容C2的另一端接地。
在一个实施例中，提供了一种数字化气体探头电路，包括数字化气体探头电路，包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器、温度检测电路以及复位电路；
第一连接器连接信号放大模块；
微型处理器MCU分别连接信号放大模块、第二连接器、温度检测电路、复位电路；
其中，微型处理器MCU(如图5所示)为HC32L110C6PA型芯片；
信号放大模块(如图3所示)包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电容C1、阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、可变电阻RV1、电阻R7和电阻 R8；
运算放大器U1的第1引脚连接信号接收电路，第3引脚分别连接偏压电路和电阻R1的一端，第4引脚分别连接电阻R1的另一端和电阻R2的一端；
电阻R2的另一端分别连接微型处理器MCU的第16引脚(P26/AINI)和电容C1的一端；电容C1的另一端接地；
电阻R3的一端连接运算放大器U1的第3引脚，另一端分别连接电阻R4 的一端和电阻R5的一端；电阻R4的另一端接地；
电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端和可变电阻RV1的一端；
电阻R6的另一端和可变电阻RV1的另一端外接电源；
电阻R7的一端连接第一连接器(如图4所示)，另一端分别连接运算放大器U1的第1引脚和电阻R8的一端；电阻R8的另一端接地；
第二连接器(如图6所示)的第1引脚连接微型处理器MCU的第15引脚 (P25/VCI)，第二连接器(如图6所示)的第2引脚连接微型处理器MCU的第 4引脚(/RSET)，第二连接器(如图6所示)的第3引脚连接微型处理器MCU 的第12引脚(P14/TXD0)，第二连接器(如图6所示)的第4引脚连接微型处理器MCU的第11引脚(P15/RXD0)，第二连接器(如图6所示)的第5引脚连接微型处理器MCU的第9引脚(VCC)，第二连接器(如图6所示)的第7 引脚连接微型处理器MCU的第18引脚(P31/SWCLK)，第二连接器(如图6 所示)的第8引脚连接微型处理器MCU的第17引脚(P27/SWDIO)；
温度检测电路(如图8所示)包括热敏电阻RT1和电阻R9；
热敏电阻RT1的一端分别连接微型处理器MCU的第14引脚(P24/AIN0) 和电阻R9的一端，另一端外接电源；
复位电路(如图9所示)包括电阻R10和电容C2；
电阻R10的一端分别连接微型处理器MCU的第4引脚(/RSET)和电容 C2的一端，另一端外接电源；
电容C2的另一端接地。
需要说明的是，微型处理器MCU对放大后的模拟信号进行ADC(模数转换)数字化处理，对温度检测电路的模拟信号进行ADC数字化处理，根据温度检测电路中的热敏电阻对温度的输出特性，进行温度补偿和线性化处理，根据气体传感器在不同浓度的气体化境或不同的气体环境中，进行线性化处理，拟合温度、浓度特性输出数字信号。
本申请数字化气体探头电路的各实施例中，包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器以及温度检测电路；第一连接器连接信号放大模块；微型处理器MCU分别连接信号放大模块、第二连接器和温度检测电路；其中，第一连接器用于连接气体传感器；第二连接器用于连接气体探测器，本申请数字化气体探头电路将气体传感器输入的模拟信号进行放大处理以及数模转换，然后将转换后的信号传输给气体探测器，提高了信号质量以及抗干扰性，保证能够准确地进行危险气体探测。
在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种数字化气体探头，包括本申请数字化气体探头电路各实施例所述的数字化气体探头电路；还包括气体传感器；
气体传感器连接数字化气体探头电路的第一连接器。
需要说明的是，本实施例中的数字化气体探头电路与本申请数字化气体探头电路各实施例所述的数字化气体探头电路相同，详情请参照本申请数字化气体探头电路各实施例的描述，此处不再赘述。
在一个实施例中，还提供了一种数字化气体探头系统，包括本申请数字化气体探头各实施例所述的数字化气体探头；还包括探测器；
探测器连接第二连接器。
需要说明的是，本实施例中的数字化气体探头与本申请数字化气体探头各实施例所述的数字化气体探头相同，详情请参照本申请数字化气体探头各实施例的描述，此处不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数字化气体探头电路，其特征在于，包括第一连接器、信号放大模块、微型处理器MCU、第二连接器以及温度检测电路；
所述第一连接器连接所述信号放大模块；
所述微型处理器MCU分别连接所述信号放大模块、所述第二连接器和所述温度检测电路；
其中，所述第一连接器用于连接气体传感器；所述第二连接器用于连接气体探测器。
2.根据权利要求1所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述信号放大模块包括信号接收电路、信号放大电路以及偏压电路；
所述信号接收电路分别连接所述第一连接器和所述信号放大电路；
所述信号放大电路分别连接所述微型处理器MCU和所述偏压电路。
3.根据权利要求2所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述信号放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2以及电容C1；
所述运算放大器U1的第1引脚连接所述信号接收电路，第3引脚分别连接所述偏压电路和所述电阻R1的一端，第4引脚分别连接所述电阻R1的另一端和所述电阻R2的一端；
所述电阻R2的另一端分别连接所述微型处理器MCU和所述电容C1的一端；所述电容C1的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述偏压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及可变电阻RV1；
所述电阻R3的一端连接所述运算放大器U1的第3引脚，另一端分别连接所述电阻R4的一端和所述电阻R5的一端；所述电阻R4的另一端接地；
所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R6的一端和所述可变电阻RV1的一端；
所述电阻R6的另一端和所述可变电阻RV1的另一端外接电源。
5.根据权利要求4所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述信号接收电路包括电阻R7和电阻R8；
所述电阻R7的一端连接所述第一连接器，另一端分别连接所述运算放大器U1的第1引脚和所述电阻R8的一端；所述电阻R8的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述温度检测电路包括热敏电阻RT1和电阻R9；
所述热敏电阻RT1的一端分别连接所述微型处理器MCU和所述电阻R9的一端，另一端外接电源；
所述电阻R9的另一端接地。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的数字化气体探头电路，其特征在于，还包括复位电路；
所述复位电路连接所述微型处理器MCU。
8.根据权利要求7所述的数字化气体探头电路，其特征在于，所述复位电路包括电阻R10和电容C2；
所述电阻R10的一端分别连接所述微型处理器MCU和所述电容C2的一端，另一端外接电源；
所述电容C2的另一端接地。
9.一种数字化气体探头，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的数字化气体探头电路；还包括气体传感器；
所述气体传感器连接所述第一连接器。
10.一种数字化气体探头系统，其特征在于，包括权利要求9所述的数字化气体探头；还包括探测器；
所述探测器连接所述第二连接器。
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CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Hu Xiaohua

Inventor after: Li Yu

Inventor before: Hu Xiaohua

Inventor before: Qing Tian

Inventor before: Li Yu

CB03 Change of inventor or designer information
CB02 Change of applicant information

Address after: 518000 b1-1201, building b1b2, Guangming science and Technology Park, Investment Promotion Bureau, Fenghuang community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen, Guangdong (business premises are set up in units 5B and 5C, building B6, Guangming science and Technology Park, Investment Promotion Bureau, Fenghuang community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen to engage in production and business activities)

Applicant after: Shenzhen noan intelligent Co.,Ltd.

Address before: 518107 12th floor, building A2, Guangming Science Park, China Merchants Group, 3009 Guangming Street, Guangming New District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: SHENZHEN NUOAN ENVIRONMENTAL & SAFETY Inc.

CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 1301, 1401, 1501, 1601, Building C1, No. 459 Qiaokai Road, Fenghuang Community, Guangming District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000

Applicant after: Shenzhen noan intelligent Co.,Ltd.

Address before: 518000 b1-1201, building b1b2, Guangming science and Technology Park, Investment Promotion Bureau, Fenghuang community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen, Guangdong (business premises are set up in units 5B and 5C, building B6, Guangming science and Technology Park, Investment Promotion Bureau, Fenghuang community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen to engage in production and business activities)

Applicant before: Shenzhen noan intelligent Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information