CN115452757A - 一种基于传感器的co2浓度监测系统 - Google Patents

一种基于传感器的co2浓度监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于传感器的CO2浓度监测系统属于测试控制技术领域。该系统包括电源模块、第一检测模块、第二检测模块、温度检测模块、阈值控制模块、工作控制模块、显示模块、定时模块。本发明采用两个检测模块进行双路红外光检测，通过温度检测模块监测传感器的实时温度，然后通过阈值控制模块和工作控制模块控制两个检测模块的工作状态，保证持续工作的传感器处于正常温度环境，避免传感器持续工作发热带来的误差，从而提高CO2的检测浓度的精度。同时，本发明还设置了定时模块，使两个检测模块定时交替工作输出CO2浓度参考信号，以便判断检测浓度数值的误差大小，缩小检测误差，保证CO2浓度检测的精度。

Description

一种基于传感器的CO2浓度监测系统
技术领域
本发明属于测试控制技术领域，具体涉及一种基于传感器的CO2浓度监测系统。
背景技术
随着人类社会的进步和科学技术的发展，工业生产的规模迅速扩大，车辆的数量不断增加等，导致二氧化碳的排放成倍增长，严重影响并破坏着人类的生存环境。近年来,随着人们环保意识的增强，人们开始对环境进行治理，在治理的过程中需要对二氧化碳进行检测。
目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、气相色谱法、容量滴定法、光谱法等。其中化学法、气相色谱法和容量滴定法普遍存在着价格贵、测量精度低的缺陷。光谱法具体又为红外吸收光谱法，通常采用热释电传感器进行检测，当光通过CO2气体后，CO2吸收谱线处光强就会发生衰减，影响检测的电压变化，继而达到对C02气体浓度的检测，其稳定性好、灵敏度高响应速度快，但是目前光谱法由于长期处于工作中，容易导致传感器发热影响检测精度，并且在外界高温的影响下，检测的误差将变大，影响检测数据。
发明内容
为了解决现有光谱法检测CO2浓度存在的缺陷，本发明提供了一种基于传感器的CO2浓度监测系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，该基于传感器的CO2浓度监测系统包括：电源模块、第一检测模块、第二检测模块、温度检测模块、阈值控制模块、工作控制模块、显示模块。
所述电源模块，用于提供系统所需电能。
所述第一检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第一CO2浓度信号。
所述第二检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第二CO2浓度信号。
所述温度检测模块，用于检测第二检测模块的实时温度，并输出温度信号。
所述阈值控制模块，用于接收所述温度信号并与设定的温度阈值进行比较；当温度大于阈值时，则持续输出的第一开启指令A；当环境温度小于阈值时，则持续输出的第二开启指令C。
所述工作控制模块，用于控制第一检测模块和第二检测模块的工作状态；当所述工作控制模块接收到第一开启指令A，则控制第一检测模块工作，将第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述工作控制模块接收到第二开启指令C，则控制第二检测模块工作，将第二CO2浓度信号发送到显示模块。
所述显示模块，用于接收所述第一CO2浓度信号和第二CO2浓度信号，并显示CO2浓度的检测数据图。
进一步地，该基于传感器的CO2浓度监测系统还包括：定时模块；所述定时模块用于控制第一检测模块和第二检测模块定时交替工作；当第一检测模块持续工作时，第二检测模块定时工作输出的第二CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号；当第二检测模块持续工作时，第一检测模块定时工作输出的第一CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号。
进一步地，所述定时模块，定时交替输出第一开启指令B、第二开启指令D；当所述工作控制模块接收到第一开启指令B，则控制第一检测模块工作，将第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述工作控制模块接收到第二开启指令D，则控制第二检测模块工作，将第二CO2浓度信号发送到显示模块。
进一步地，所述工作控制模块，包括第一逻辑运算器J1、第二逻辑运算器J2、模拟开关U2；其中，所述第一逻辑运算器J1，用于控制第一检测模块的工作状态、模拟开关U2的第一通路的导通状态；所述第二逻辑运算器J2，用于控制第二检测模块的工作状态、模拟开关U2的第二通路的导通状态；当所述第一逻辑运算器J1接收到第一开启指令A、第一开启指令B两者中的至少一个指令，则控制第一检测模块工作，同时控制第一通路导通，使第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述第二逻辑运算器J2接收到第二开启指令C、第二开启指令D两者中的至少一个指令，则控制第二检测模块工作，同时控制第二通路导通，使第二CO2浓度信号发送到显示模块。
进一步地，所述第一检测模块和所述第二检测模块，均由热释电检测模块和信号调理模块组成；其中，所述热释电检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号；所述信号调理模块，用于对红外光信号进行温度补偿和滤波放大处理得到CO2浓度信号。
进一步地，所示信号调理模块，包括温度补充补偿电路和滤波放大电路。
进一步地，所述热释电检测模块，采用LIMI62热释电传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于传感器的CO2浓度监测系统采用两个检测模块进行双路红外光检测，通过温度检测模块监测传感器的实时温度，然后通过阈值控制模块和工作控制模块控制两个检测模块的工作状态，保证持续工作的传感器处于正常温度环境，避免传感器持续工作发热带来的误差，从而提高CO2的检测浓度的精度。同时，本发明还设置了定时模块，使两个检测模块定时交替工作输出CO2浓度参考信号，以便判断检测浓度数值的误差大小，缩小检测误差，保证CO2浓度检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实例提供的基于传感器的CO2浓度监测系统的整体框图。
图2为本发明实例提供的基于传感器的CO2浓度监测系统的电路图。
图3为本发明实例提供的定时模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中的一种基于传感器的CO2浓度监测系统如图1所示，包括：电源模块、第一检测模块、第二检测模块、温度检测模块、阈值控制模块、定时模块、工作控制模块、显示模块。
所述电源模块，用于提供第一检测模块、第二检测模块、温度检测模块、阈值控制模块、工作控制模块、显示模块、定时模块所需的直流电压。
所述第一检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第一CO2浓度信号。
所述第二检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第二CO2浓度信号。
所述温度检测模块，用于检测第一检测模块和第二检测模块所处环境的实时温度，并输出温度信号。
所述阈值控制模块，用于接收所述温度信号并与设定的温度阈值进行比较；当环境温度大于阈值时，则输出的第一开启指令A；当环境温度小于阈值时，则输出的第二开启指令C。
所述定时模块，用于定时交替输出第一开启指令B、第二开启指令D。
所述工作控制模块，用于控制第一检测模块和第二检测模块的工作状态。
所述显示模块，可采用示波器、显示器等数据波形显示装置，用于接收所述第一CO2浓度信号和第二CO2浓度信号，并显示CO2浓度的检测数据图。
具体地，所述第一检测模块和所述第二检测模块，均由热释电检测模块和信号调理模块组成；其中，所述热释电检测模块，采用LIMI62热释电传感器，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号；LIMI62热释电传感器上覆盖中心频率分别为4.26um和3.95um的两块滤光片，用于接收不同波段的红外光信号，由于CO2只吸收中心频率为4.26um和3.95um的红外光，因此LIMI62热释电传感器通过检测光强的比值来检测CO2的浓度情况，能够进一步地验证误差，提高测试精度；所述信号调理模块，用于对红外光信号进行温度补偿和滤波放大处理得到CO2浓度信号。
具体地，如图2所示，本实施例中的信号调理模块，由温度补充补偿电路和滤波放大电路组成。
其中，所述温度补充补偿电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电源VCC1、第二电源VCC2和第一运放OP1。其中，第一运放OP1选用AD8422运算放大器进行偏压自动温度补偿处理；该第一运放OP1的第四端连接热释电检测模块，第一运放OP1的第二端通过第一电阻R1连接第一运放OP1的第三端，第一运放OP1的第一端连接第二电阻R2的一端，并通过第三电阻R3连接地端，第二电阻R2的另一端连接第二电源VCC2，第一运放OP1的第六端连接第五电阻R5的一端，并通过第四电阻R4连接地端，第五电阻R5的另一端连接第一电源VCC1。
所述滤波放大电路，包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第一电容C1、第二电容C2、第二运放OP2、第四电容C4、第六电容C6，其中，第二运放OP2选用AD8629运算放大器。所述第六电阻R6的一端连接所述第一运放OP1的第七端，第六电阻R6的另一端连接第一电容C1的一端，并通过第八电阻R8连接第二电容C2的一端和第二运放OP2的同相端，第二运放OP2的反相端连接第九电阻R9的一端和第三电容C3的一端，并依次通过第七电阻R7和第六电容C6连接地端，第三电容C3的另一端和第九电阻R9的另一端均连接第二运放OP2的输出端和第四电容C4的第一端，第四电容C4的另一端连接所述工作控制模块，第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均接地。
第六电容C6和第四电容C4用于隔直通交，去除直流偏置；第六电阻R6、第一电容C1、第八电阻R8和第二电容C2组成二阶低通滤波电路；第三电容C3用于滤除高频噪声。
具体地，所述温度检测模块，包括温度传感器U1、第三电源VCC3、第五电容C5，其中温度传感器U1可采用DS18B20数字传感器。所述阈值控制模块包括第十电阻R10、第一比较器A1、温度阈值、第十一电阻R11、反相器J3，第一比较器A1可采用LM393 比较器。所述温度传感器U1的电源端连接第三电源VCC3，温度传感器U1的接地端通过第五电容C5连接第三电源VCC3，温度传感器U1的输出端通过第十电阻R10连接第一比较器A1的同相端，第一比较器A1的反相端连接温度阈值，第一比较器A1的输出端通过第十一电阻R11连接反相器J3的输入端，反相器J3的输出端和第一比较器A1的输出端连接所述工作控制模块。
具体地，所述定时模块，包括第十二电阻R12、第一电位器RP1、第四开关管VT4、第七电容C7、第一定时器IC1、第一二极管D1、第十三电阻R13、第一开关管VT1、第一继电器K1、第十四电阻R14、第二电位器RP2、第二开关管VT2、第八电容C8、第二定时器IC2、第二二极管D2、第十五电阻R15、第三开关管VT3和第二继电器K2；其中，所述第一定时器IC1和第二定时器IC2均选用NE555定时器；第一开关管VT1、第二开关管VT2、第三开关管VT3和第四开关管VT4均选用NPN型三极管。
第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端、第十四电阻R14的一端、第十五电阻R15的一端、第一电位器RP1的一端、第二电位器RP2的一端、第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极、第一定时器IC1的第四端和第八端、第二定时器IC2的第四端和第八端，均相互连接并连接电源模块；
第一定时器IC1的第二端连接第十二电阻R12的另一端和第四开关管VT4的集电极；第一电位器RP1的另一端连接第七电容C7、第一定时器IC1的第六端和第七端；
第二定时器IC2的第二端连接第十四电阻R14的另一端和第二开关管VT2的集电极；第二电位器RP2的另一端连接第八电容C8、第二定时器IC2的第六端和第七端；
第一定时器IC1的第一端、第七电容C7的另一端、第四开关管VT4的发射极、第一继电器K1的一端、第一开关管VT1的发射极，第二定时器IC2的第一端、第八电容C8的另一端、第二开关管VT2的发射极、第二继电器K2的一端、第三开关管VT3的发射极，均相互连接并接地端；第一二极管D1的阴极连接第一定时器IC1的第五端；第一定时器IC1的第三端连接第一继电器K1的另一端和第一开关管VT1的基极，第一开关管VT1的集电极连接第十三电阻R13的另一端和第二开关管VT2的基极；第二二极管D2的阴极连接第二定时器IC2的第五端；第二定时器IC2的第三端连接第二继电器K2的另一端和第三开关管VT3的基极；第三开关管VT3的集电极连接第十五电阻R15的另一端和第四开关管VT4的基极；定时模块通过第一继电器K1输出第一开启指令B，通过第二继电器K2输出第二开启指令D。
具体地，所述工作控制模块，包括第一逻辑运算器J1、第二逻辑运算器J2、模拟开关U2；其中，第一逻辑运算器J1和第二逻辑运算器J2均选用或逻辑电路；模拟开关U2选用TC4066芯片或CD40766芯片。其中，所述第一逻辑运算器J1的第一输入端连接所述第一比较器A1的输出端，第一逻辑运算器J1的第二输入端连接定时模块，第一逻辑运算器J1的输出端连接模拟开关U2的第五端；第二逻辑运算器J2的第一输入端连接所述反相器J3的输出端，第二逻辑运算器J2的第二输入端连接定时模块，第二逻辑运算器J2的输出端连接模拟开关U2的第六端；模拟开关U2的第三端和第八端分别连接第一信号调理模块和第二信号调理模块，模拟开关U2的第四端和第九端连接显示模块。
当所述第一逻辑运算器J1接收到第一开启指令A、第一开启指令B两者中的至少一个指令，则控制第一检测模块工作，同时控制第一通路（模拟开关U2的第三端和第四端）导通，使第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述第二逻辑运算器J2接收到第二开启指令C、第二开启指令D两者中的至少一个指令，则控制第二检测模块工作，同时控制第二通路（模拟开关U2的第八端和第九端）导通，使第二CO2浓度信号发送到显示模块。当第一检测模块持续工作时，第二检测模块定时工作输出的第二CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号；当第二检测模块持续工作时，第一检测模块定时工作输出的第一CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号。
本实施例中的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，由温度传感器U1检测第二检测模块的实时温度，当温度低于温度阈值时，第一比较器A1输出低电平，反相器J3输出高电平，持续控制第二逻辑运算器J2输出高电平，使得第二检测模块持续工作，并控制第二通路导通。
同时，定时模块中，当第一定时器IC1的第三端输出高电平时，第一继电器K1工作，控制第一逻辑运算器J1输出高电平，使得第一检测模块定时工作，同时控制第一通路导通。当第一定时器IC1延时时间到后，第一定时器IC1的第三端输出低电平，第一开关管VT1截止，第二开关管VT2将导通，触发第二定时器IC2的定时工作，第二定时器IC2的第三端输出高电平，第二继电器K2工作，控制第二逻辑运算器J2输出高电平，使得第二检测模块定时工作，同时控制第二通路导通，实现第一检测模块和第二检测模块的交替工作。
在第二检测模块持续工作时，第一检测模块定时进入工作，输出参考CO2浓度信号；当第二检测模块由于长期工作，温度上升高于阈值时，此时由第一检测模块持续进行CO2浓度检测，由第二检测模块输出参考CO2浓度信号，以便判断检测浓度数值的误差大小，缩小检测误差，保证CO2浓度检测的精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，该基于传感器的CO2浓度监测系统包括：电源模块、第一检测模块、第二检测模块、温度检测模块、阈值控制模块、工作控制模块、显示模块；
所述电源模块，用于提供系统所需电能；
所述第一检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第一CO2浓度信号；
所述第二检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号，进行温度补偿和滤波放大处理后输出第二CO2浓度信号；
所述温度检测模块，用于检测第二检测模块的实时温度，并输出温度信号；
所述阈值控制模块，用于接收所述温度信号并与设定的温度阈值进行比较；当温度大于阈值时，则持续输出的第一开启指令A；当环境温度小于阈值时，则持续输出的第二开启指令C；
所述工作控制模块，用于控制第一检测模块和第二检测模块的工作状态；当所述工作控制模块接收到第一开启指令A，则控制第一检测模块工作，将第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述工作控制模块接收到第二开启指令C，则控制第二检测模块工作，将第二CO2浓度信号发送到显示模块；
所述显示模块，用于接收所述第一CO2浓度信号和第二CO2浓度信号，并显示CO2浓度的检测数据图。
2.如权利要求1所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，该基于传感器的CO2浓度监测系统还包括：定时模块；所述定时模块用于控制第一检测模块和第二检测模块定时交替工作；当第一检测模块持续工作时，第二检测模块定时工作输出的第二CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号；当第二检测模块持续工作时，第一检测模块定时工作输出的第一CO2浓度信号作为CO2浓度参考信号。
3.如权利要求2所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，所述定时模块，定时交替输出第一开启指令B、第二开启指令D；当所述工作控制模块接收到第一开启指令B，则控制第一检测模块工作，将第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述工作控制模块接收到第二开启指令D，则控制第二检测模块工作，将第二CO2浓度信号发送到显示模块。
4.如权利要求3所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，所述工作控制模块，包括第一逻辑运算器J1、第二逻辑运算器J2、模拟开关U2；其中，所述第一逻辑运算器J1，用于控制第一检测模块的工作状态、模拟开关U2的第一通路的导通状态；所述第二逻辑运算器J2，用于控制第二检测模块的工作状态、模拟开关U2的第二通路的导通状态；当所述第一逻辑运算器J1接收到第一开启指令A、第一开启指令B两者中的至少一个指令，则控制第一检测模块工作，同时控制第一通路导通，使第一CO2浓度信号发送到显示模块；当所述第二逻辑运算器J2接收到第二开启指令C、第二开启指令D两者中的至少一个指令，则控制第二检测模块工作，同时控制第二通路导通，使第二CO2浓度信号发送到显示模块。
5.如权利要求4所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，所述第一检测模块和所述第二检测模块，均由热释电检测模块和信号调理模块组成；其中，所述热释电检测模块，用于接收环境中红外光源发射的红外光信号；所述信号调理模块，用于对红外光信号进行温度补偿和滤波放大处理得到CO2浓度信号。
6.如权利要求5所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，所示信号调理模块，包括温度补充补偿电路和滤波放大电路。
7.如权利要求5所述的一种基于传感器的CO2浓度监测系统，其特征在于，所述热释电检测模块，采用LIMI62热释电传感器。
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