CN112666500A - 一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统，包括传感器探头、变送器和兼容设置模块，变送器包括至少三个输入端子、至少一个输出端子和自适应接线模块；至少三个输入端子的一端无序接入第一电源线、第二电源线和传感器探头的电流环信号输出端，自适应接线模块形成信号输出通路；兼容设置模块被配置为：采集传感器探头的模拟电压输出信号；确定接收到兼容设置指令，生成参数配置菜单；接收输入的目标配置参数；将检测值计算公式中的原配置参数替换为目标配置参数，生成目标公式；根据目标公式和模拟电压输出信号计算出更新值；输出更新值，该探测系统支持无序接线，能够兼容不同种类的传感器探头，以满足多种探测需求。

Description

一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统

技术领域

本申请涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统。

背景技术

目前，现有的4～20mA气体探测器对现场施工作业要求很高，施工布线效率低，耗时长。接入气体探测器的三根连接线作用不同，为了正确和控制器连接保障探测器正常工作，现有技术常常是在探测器外壳上标注连接线的功能标识或者在说明文档中进行注释。

然而，这些功能标识和说明书文档对于安装人员无异于天书，无法保证他们安装时不会错接线，导致探测器损坏或不能正常工作，增加了人力财力等施工成本，给调试和维护带来极大的不方便。尤其在安防报警布控领域，要求作业人员必须清楚每根线应该连接在哪个位置，一旦疏忽就有可能接错，造成不可修复的损坏，专业要求度较高。

并且，在实际使用过程中，现有的气体探测器的程序和电路只支持处理某一特定功能的气体传感器探头，针对不同的气体检测需求，只能提供不同类型种类的探测器，不但客户那边维护和使用不方便，今后调整和运维的空间也很狭小。

综上，本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1、现有的气体探测器接线专业度要求较高，接线错误容易造成探测器损坏，增加成本；

2、现有的气体探测器程序和电路只支持处理某一特定功能的气体传感器，针对不同需求，只能提供不同类型的探测器，维护和使用不便，调整和运维的空间也很狭小。

发明内容

为了解决上述背景技术中的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统，接线时无需参照功能标识和说明书，实现无序连接，专业度要求不高，简化了操作步骤，提高了工作效率，有利于保护系统不受损坏，且能够接入多种传感器，兼容性较好。

本申请提供了一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统，包括：传感器探头、变送器和兼容设置模块，所述变送器包括至少三个输入端子、至少一个输出端子和自适应接线模块；所述自适应接线模块包括三相整流电路、电压调制电路、电压采样电路、第一单片机、至少三个继电器开关以及与所述继电器开关一一对应的驱动电路；至少三个所述输入端子的一端无序接入第一电源线、第二电源线和所述传感器探头的电流环信号输出端，至少三个所述输入端子的另一端连接至所述三相整流电路的三个输入端，所述三相整流电路的输出端连接至所述电压调制电路的输入端，所述电压调制电路的输出端连接至所述第一单片机；所述第一单片机的三个输出引脚分别连接至三个所述驱动电路的三极管的基极，每一个所述三极管的集电极连接至对应的所述继电器开关的输入端，至少三个所述继电器开关的输出端连接至所述输出端子，至少三个所述输入端子和至少一个所述输出端子之间构成至少三个电路支路；所述电压采样电路对至少三个电路支路的电压进行采样，得到第一采样信号ADAM1、第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3；所述第一单片机被配置为比较所述第一采样信号ADAM1、所述第二采样信号ADAM2和所述第三采样信号ADAM3的大小，并根据比较结果触发其中一个电路支路中的所述驱动电路的三极管饱和，导通对应的所述继电器开关，以形成信号输出通路；

所述兼容设置模块被配置为：

采集所述传感器探头的模拟电压输出信号；

确定接收到兼容设置指令，生成参数配置菜单；

接收输入的目标配置参数；

将检测值计算公式中的原配置参数替换为所述目标配置参数，生成目标公式；

根据所述目标公式和所述模拟电压输出信号计算出更新值；

输出所述更新值。

优选的，所述兼容设置模块还被配置为：

判断是否接收到所述兼容设置指令；

如果没有接收到所述兼容设置指令，则根据所述模拟电压输出信号和所述检测值计算公式计算出检测值；

输出所述检测值。

优选的，所述目标配置参数包括类型值、量程值、零点值和增益值。

优选的，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM1<ADAM2<ADAM3或ADAM3<ADAM2<ADAM1，则触发所述第二采样信号ADAM2所在的电路支路的所述三极管饱和。

优选的，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM2<ADAM1<ADAM3或ADAM3<ADAM1<ADAM2，则触发所述第一采样信号ADAM1所在的电路支路的所述三极管饱和。

优选的，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM2<ADAM3<ADAM1或ADAM1<ADAM3<ADAM2，则触发所述第三采样信号ADAM3所在的电路支路的所述三极管饱和。

优选的，所述检测值计算公式为：

检测值＝|ADCn-ADC0|/Gain，其中，

ADCn为所述兼容设置模块采集的当前所述传感器探头的所述模拟电压输出信号的第一ADC转换数字量；

ADC0为检测浓度为零时，所述传感器探头对应输出的第二ADC转换数字量；

Gain为标准浓度下，所述传感器探头计算得到的增益值。

优选的，所述兼容设置模块包括按键输入模块和红外遥控输入模块。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：一方面，自适应接线模块的三相整流电路能够从无序接入的第一电源线、第二电源线和电流环信号输出端中自动提取出电源部分，输出一直流电压，电压调制电路将该直流电压调制为供电电压，为系统供电，使系统进入工作状态；电压采样电路对三个电路支路的电压进行采样，并通过第一单片机比较大小，根据比较结果触发驱动电路中的三极管达到饱和，使得继电器开关导通，以形成供电流环信号输出的信号输出通路，接线时无需参照功能标识和说明书，专业度要求不高，简化了操作步骤，提高了工作效率，实现无序连接，有利于保护系统不受损坏。

另一方面，通过兼容设置模块能够将检测值计算公式中的原配置参数替换为目标配置参数，实现了一种探测器电路能够接入多种不同种类的传感器，兼容性较好，针对不同的使用需求，只需进入参数配置菜单设置目标配置参数即可，而无需整体更换，极大削减了生产和维护成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的兼容设置模块的工作流程示意图；

图2为兼容设置模块的工作原理示意图；

图3为三相整流电路的电路结构示意图；

图4为加法电路的电路结构示意图；

图5为电压采集电路的电路结构示意图；

图6为驱动电路的电路结构示意图；

图7为继电器电路的电路结构示意图；

图8为变送器工作原理示意图；

图9为第一单片机工作流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，下面对本申请实施例提供的一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统进行详细介绍，一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统包括：传感器探头、变送器和兼容设置模块，变送器包括至少三个输入端子、至少一个输出端子和自适应接线模块；自适应接线模块包括三相整流电路、电压调制电路、电压采样电路、第一单片机、至少三个继电器开关以及与继电器开关一一对应的驱动电路；至少三个输入端子的一端无序接入第一电源线、第二电源线和传感器探头的电流环信号输出端，至少三个输入端子的另一端连接至三相整流电路的三个输入端，三相整流电路的输出端连接至电压调制电路的输入端，电压调制电路的输出端连接至第一单片机；第一单片机的三个输出引脚分别连接至三个驱动电路的三极管的基极，每一个三极管的集电极连接至对应的继电器开关的输入端，至少三个继电器开关的输出端连接至输出端子，至少三个输入端子和至少一个输出端子之间构成至少三个电路支路；电压采样电路对至少三个电路支路的电压进行采样，得到第一采样信号ADAM1、第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3；第一单片机被配置为比较第一采样信号ADAM1、第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3的大小，并根据比较结果触发其中一个电路支路中的驱动电路的三极管饱和，导通对应的继电器开关，以形成信号输出通路；

参见图1，兼容设置模块被配置为执行以下步骤：

步骤S1，采集传感器探头的模拟电压输出信号；

模拟电压信号与检测值成正比。在本申请的一些具体实施例中，兼容设置模块能够为STM32F103RCT6单片机，STM32F103RCT6单片机能够利用ADS1115模块对传感器探头接口输出的模拟电压信号进行采集处理。

步骤S2，确定接收到兼容设置指令，生成参数配置菜单；

作为一个示例，兼容设置模块能够设有兼容设置按键，兼容设置按键被按压后能够生产兼容设置指令，触发STM32F103RCT6单片机生成用于配置待兼容的新的传感器探头的参数配置菜单。

作为另外一个示例，兼容设置模块还包括显示模块，比如显示屏，显示屏能够向外界展示参数配置菜单。

步骤S3，接收输入的目标配置参数；

结合上述示例所描述的，兼容设置模块还能够设有若干按键，通过按键输入目标配置参数。目标配置参数为待兼容的新的传感器探头的配置参数。

在本申请的一些具体实施例中，兼容设置模块包括按键输入模块和红外遥控输入模块。用户能够通过按键输入模块或红外遥控输入模块输入目标配置参数。

步骤S4，将检测值计算公式中的原配置参数替换为目标配置参数，生成目标公式；

在本申请的一些具体实施例中，目标配置参数包括类型值、量程值、零点值和增益值。

步骤S5，根据目标公式和模拟电压输出信号计算出更新值；

在本申请的一些具体实施例中，检测值计算公式为：

检测值＝|ADCn-ADC0|/Gain，其中，

ADCn为兼容设置模块采集的当前传感器探头的模拟电压输出信号的第一ADC转换数字量；

ADC0为检测浓度为零时，传感器探头对应输出的第二ADC转换数字量；

Gain为标准浓度下，传感器探头计算得到的增益值。

检测值计算公式能够预先设于兼容设置模块中，目标公式用于根据目标配置参数和上述模拟电压输出信号计算出待兼容的新的传感器探头的检测值，即更新值。

步骤S6，输出更新值。

作为一个示例，更新值能够通过显示屏向外展示。

在本申请的一些具体实施例中，在执行步骤S2之前，兼容设置模块还被配置执行以下步骤：

步骤S21，判断是否接收到兼容设置指令；

步骤S22，如果没有接收到兼容设置指令，则根据模拟电压输出信号和检测值计算公式计算出检测值；

步骤S23，输出检测值。

结合上述示例所描述的，若兼容设置按键没有被触发，或者红外遥控模块也没有接收到兼容设置指令，直接根据采集的当前传感器探头的模拟电压输出信号和检测值计算公式计算得出检测值并输出该检测值，作为一个示例，检测值能够通过显示屏向外展示。

在本申请的一些实施例中，参见图2，STM32F103RCT6单片机利用ADS1115模块对传感器探头接口输出的模拟电压信号进行采集处理，并驱动显示屏实时显示处理后的检测值(比如气体浓度信息)，同时还能够通过按键(比如设置按键KEY1～KEY4)或者红外遥控模块对PID光离子化气体传感器或红外传感器的类型值(即传感器探头的种类)以及其他目标配置参数进行配置(配置参数能够在液晶屏上实时显示)，达到同一种电路兼容多种类型的传感器的功能。

在本申请的一些具体实施例中，变送器的硬件部分逻辑框图参见图8，传感器探头输出电流环信号至变送器，第一单片机能够为STM8S103F3P6单片机，第一电源线和第二电源线为接入的正极电源线和负极电源线。三相整流电路参见图3，三相整流电路能够从无序接入的第一电源线、第二电源线和电流环信号输出端中自动提取出电源部分，输出一直流电压，电压调制电路将该直流电压调制为供电电压，为系统供电，使系统进入工作状态；电压采样电路采集三个电路支路的电压得到采样信号，以其中一路电路支路为例，电压采样电路包括加法电路和电压采集电路，加法电路参见图4，电压采集电路参见图5，第一电源线(比如正极电源线)、第二电源线(比如负极电源线)和电流环信号输出端经电阻R1、R2、R7、R10、R17和R18分压后连接至加法器U1A的正向输入端，求和得到一个低压信号；低压信号经过电压跟随器Ug1，并经过模数转换分别得到第一采样信号ADAM1；第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3的原理与第一采样信号相同，这里不再赘述；在STM8S103F3P6单片机的处理电路中，STM8S103F3P6单片机的8脚、9脚、10脚为AD转换电路的三个输入通道，STM8S103F3P6单片机内部集成有12位的ADC处理电路，能够将模拟电压信号转换成12位的数字信号，然后通过内部逻辑处理单位及程序算法，对输入的三路信号进行比较大小和判断，STM8S103F3P6单片机的4脚、11脚、14脚连接至三个驱动电路的三极管的基极，结合上述示例所描述的，以其中一路电路支路为例，驱动电路参见图6，继电器电路参见图7，STM8S103F3P6单片机的处理电路判断三路信号后，触发其中一个驱动电路的三极管达到饱和态，以驱动对应的继电器开关的线圈吸合，继电器U2的常开触点闭合导通，形成用于输出电流环信号的信号输出通路。

在本申请的一些具体实施例中，参见图9，第一单片机被配置为比较第一采样信号ADAM1、第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3的大小，并根据比较结果触发其中一个电路支路中的驱动电路的三极管饱和，导通对应的继电器开关，以形成信号输出通路具体包括：

如果ADAM1<ADAM2<ADAM3或ADAM3<ADAM2<ADAM1，则触发第二采样信号ADAM2所在的电路支路的三极管饱和。

如果ADAM2<ADAM1<ADAM3或ADAM3<ADAM1<ADAM2，则触发第一采样信号ADAM1所在的电路支路的三极管饱和。

如果ADAM2<ADAM3<ADAM1或ADAM1<ADAM3<ADAM2，则触发第三采样信号ADAM3所在的电路支路的三极管饱和。

本申请实施例提供兼容多种传感器的自适应接线探测系统，一方面，自适应接线模块的三相整流电路能够从无序接入的第一电源线、第二电源线和电流环信号输出端中自动提取出电源部分，输出一直流电压，电压调制电路将该直流电压调制为供电电压，为系统供电，使系统进入工作状态；电压采样电路对三个电路支路的电压进行采样，并通过第一单片机比较大小，根据比较结果触发驱动电路中的三极管达到饱和，使得继电器开关导通，以形成供电流环信号输出的信号输出通路，接线时无需参照功能标识和说明书，专业度要求不高，简化了操作步骤，提高了工作效率，实现无序连接，有利于保护系统不受损坏。

另一方面，通过兼容设置模块能够将检测值计算公式中的原配置参数替换为目标配置参数，实现了一种探测器电路能够接入多种接口类型相同的不同种类传感器，兼容性较好，针对不同的使用需求，只需进入参数配置菜单设置目标配置参数即可，而无需整体更换，极大削减了生产和维护成本。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，包括：传感器探头、变送器和兼容设置模块，所述变送器包括至少三个输入端子、至少一个输出端子和自适应接线模块；所述自适应接线模块包括三相整流电路、电压调制电路、电压采样电路、第一单片机、至少三个继电器开关以及与所述继电器开关一一对应的驱动电路；至少三个所述输入端子的一端无序接入第一电源线、第二电源线和所述传感器探头的电流环信号输出端，至少三个所述输入端子的另一端连接至所述三相整流电路的三个输入端，所述三相整流电路的输出端连接至所述电压调制电路的输入端，所述电压调制电路的输出端连接至所述第一单片机；所述第一单片机的三个输出引脚分别连接至三个所述驱动电路的三极管的基极，每一个所述三极管的集电极连接至对应的所述继电器开关的输入端，至少三个所述继电器开关的输出端连接至所述输出端子，至少三个所述输入端子和至少一个所述输出端子之间构成至少三个电路支路；所述电压采样电路对至少三个电路支路的电压进行采样，得到第一采样信号ADAM1、第二采样信号ADAM2和第三采样信号ADAM3；所述第一单片机被配置为比较所述第一采样信号ADAM1、所述第二采样信号ADAM2和所述第三采样信号ADAM3的大小，并根据比较结果触发其中一个电路支路中的所述驱动电路的三极管饱和，导通对应的所述继电器开关，以形成信号输出通路；

所述兼容设置模块被配置为：

采集所述传感器探头的模拟电压输出信号；

确定接收到兼容设置指令，生成参数配置菜单；

接收输入的目标配置参数；

将检测值计算公式中的原配置参数替换为所述目标配置参数，生成目标公式；

根据所述目标公式和所述模拟电压输出信号计算出更新值；

输出所述更新值。

2.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述兼容设置模块还被配置为：

判断是否接收到所述兼容设置指令；

如果没有接收到所述兼容设置指令，则根据所述模拟电压输出信号和所述检测值计算公式计算出检测值；

输出所述检测值。

3.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述目标配置参数包括类型值、量程值、零点值和增益值。

4.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM1<ADAM2<ADAM3或ADAM3<ADAM2<ADAM1，则触发所述第二采样信号ADAM2所在的电路支路的所述三极管饱和。

5.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM2<ADAM1<ADAM3或ADAM3<ADAM1<ADAM2，则触发所述第一采样信号ADAM1所在的电路支路的所述三极管饱和。

6.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述第一单片机被配置为：

如果ADAM2<ADAM3<ADAM1或ADAM1<ADAM3<ADAM2，则触发所述第三采样信号ADAM3所在的电路支路的所述三极管饱和。

7.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述检测值计算公式为：

检测值＝|ADCn-ADC0|/Gain，其中，

ADCn为所述兼容设置模块采集的当前所述传感器探头的所述模拟电压输出信号的第一ADC转换数字量；

ADC0为检测浓度为零时，所述传感器探头对应输出的第二ADC转换数字量；

Gain为标准浓度下，所述传感器探头计算得到的增益值。

8.根据权利要求1所述的兼容多种传感器的自适应接线探测系统，其特征在于，所述兼容设置模块包括按键输入模块和红外遥控输入模块。

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