CN201166661Y

CN201166661Y - 化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪

Info

Publication number: CN201166661Y
Application number: CNU2008200784979U
Authority: CN
Inventors: 吴宗之; 魏利军; 桑海泉; 刘骥; 多英全; 关磊; 方来华; 康荣学; 聂剑红
Original assignee: China Academy of Safety Science and Technology CASST
Current assignee: China Academy of Safety Science and Technology CASST
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-01-11

Abstract

本实用新型涉及一种化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪，属于安全生产监控与应急救援技术领域，它包括风向、风速传感器、至少一种以上的毒性气体传感器及其放大电路、单片机及其外围电路、GPS模块、无线发送模块及其天线、ID设置开关、电源及电源转换电路；各毒性气体传感器输出端与其放大电路输入端相连，各放大电路输出端与所述单片机的AD转换接口连接，风速风向传感器的风速、风向输出端口分别与单片机连接，GPS模块、无线发送模块以及电源转换电路均与单片机相连，电源与电源转换电路相连。本实用新型可以实现化学品泄漏事故应急救援现场风向、风速及多种毒性气体的浓度检测，并将检测结果定时发送到远端的应急指挥中心，更好地保障人民的生命与财产安全。

Description

化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪

技术领域

本实用新型属于安全生产监控与应急救援技术领域，特别涉及用于检测化学品泄漏事故现场风向风速与毒性气体浓度，并通过无线自动向应急救援指挥中心发送这些信息的气体检测仪。

技术背景

随着石油化学工业的发展，易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都得到了增加。这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，扩大危害区域。在化学品泄漏事故发生后，事故处置将围绕采样检测、确定警戒区域、组织危险区域内群众撤离、抢救中毒人员、堵漏、洗消等方面展开。进行处置的第一个方面应该是利用气体检测设备快速建立应急监测系统，迅速准确识别泄漏气体种类、泄漏气体浓度及现场风向风速，为确定人员疏散范围和疏散路径提供依据。但是，目前虽然已有用于气体浓度监测的便携式检测设备，但大多只能对单一气体进行检测，用于化学品泄漏事故现场风向风速和多种气体浓度监测的复合检测设备基本处于空白状态，事故发生以后也无法及时获取事故现场的相关信息，严重影响应急救援工作的顺利开展，容易造成重大财产损失和人员伤亡事故。

发明内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪，可对化学品泄漏事故现场气体浓度分布、风向风速进行检测，为确定人员疏散范围和疏散路径提供依据，大大提高化学品泄漏事故处置的工作效率和安全性。

本实用新型提出的化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪，其特征在于：它包括风向、风速传感器、至少一种以上的毒性气体传感器及其放大电路、单片机及其外围电路、GPS模块、无线发送模块及其天线、ID设置开关、电源及电源转换电路；其连接关系为：所述各毒性气体传感器输出端与其放大电路输入端相连，各放大电路输出端与所述单片机的AD转换接口连接，所述风速风向传感器的风速、风向输出端口分别与单片机的PB和PC口连接，所述GPS模块、无线发送模块以及电源转换电路均与单片机相连，所述电源与电源转换电路相连。

所述该单片机外围电路包括；风速检测电路、风向检测电路、GPS模块电路、ID设置电路、单片机晶振电路、AD转换基准电压电路。

所述电源采用12V电池，所述电源转换电路与电源输出端相并将连转换成5V和3.3V电源；单片机及其时钟电路采用5V电源供电，GPS模块采用3.3V电源供电，无线发送模块、传感器及其放大电路采用12V供电。

所述毒性气体传感器可包括NH₃气体传感器、CL₂气体传感器、CO气体传感器、H₂S气体传感器、HCL气体传感器、SO₂气体传感器。

本实用新型的工作过程为：

使用本实用新型时，首先打开ID设置开关，设置本检测仪的ID号，然后打开电源开关，GPS指示灯闪烁；GPS指示灯熄灭后，表示GPS模块定位成功，工作正常。本实用新型的时钟电路为系统提供时间信息；12V充电电池为设备提供电源；风向风速传感器用于检测现场风向风速；气体传感器(NH₃、CL₂、CO、H₂S、HCL、SO₂)及其放大电路用于检测六种气体的浓度，传感器输出信号与其周围的气体含量成正比，放大电路对传感器的输出信号进行放大，并将其转化成标准的4～20mA信号，单片机定时对这些信号进行采集，经运算后转换成与所测相对应的值；单片机将风向风速、气体浓度、GPS定位信息及机器ID号编码后，通过无线发送模块发送到应急救援中心。

本实用新型的特点及效果：

本检测仪适合于对化学品泄漏事故现场的风向风速和气体浓度进行实时监测，并无线发送到应急救援中心；且可将多个上述检测仪布置于事故现场，组成无线网络，对事故现场各点的浓度和风向风速进行实时监测，为确定人员疏散范围和疏散路径提供依据，大大提高化学品泄漏事故处置的工作效率和安全性，对于控制事故损失具有重要的作用。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构框图。

图2为本实用新型的实施例的电路图；其中，

图2(a)为5V电源转换电路图；

图2(b)为3.3V电源转换电路图，

图2(c)为单片机外围电路图。

图3为本实用新型的实施例的工作流程图。

具体实施方式

本实用新型设计的应急无线气体检测仪结合附图及实施例详细描述如下：

本实用新型实施例的总体结构如图1所示，本检测仪包括风向风速传感器、六种毒性气体传感器(NH₃、CL₂、CO、H₂S、HCL、SO₂)及其放大电路、单片机及其外围电路、GPS模块及其GPS天线、无线发送模块及其天线、ID设置开关、12V电池电源、5V电源转换电路及3.3V电源转换电路；其连接关系为：所述各毒性气体传感器输出端与其放大电路输入端相连，各放大电路输出端与所述单片机的AD转换接口连接，所述风速风向传感器的风速、风向输出端口分别与单片机的PB和PC口连接，所述GPS模块、无线发送模块以及电源转换电路均与单片机相连，所述电源与电源转换电路相连。

本实施例检测仪各部件的功能分别说明如下：

本实施例总电源采用深圳市威智达光电科技有限公司12V镍氢充电电池，主要技术参数：输出电压，12V；容量，10000mAh；体积，2.5″H ×2.5″W ×6.3″L；重量，3.5Lb。

通过电源转换电路转换成5V和3.3V电源；单片机及其时钟电路采用5V电源供电，GPS模块采用3.3V电源供电，无线发送模块、传感器及其放大电路采用12V供电。

本实施例的5V电源转换电路如图2(a)所示，采用7805芯片及分别与该7805芯片的输入端、输出端相连的12V电源稳压、滤波电路单元和+5V信号滤波电路单元，该7805芯片将总电源12V电压转换成5V电压，为单片机供电；该电源稳压、滤波电路单元由依次相连的二极管D1、保险丝D2、电感L1及电容C1、C2和C3组成，对12V信号进行稳压、滤波后送给7805芯片进行转换；该+5V信号滤波电路单元由依次相连的电容C4、C5、电阻R2、LED D3、电感L2及电容C6、C7组成，对7805芯片输出的+5V信号进行滤波。

本实施例的3.3V电源转换电路如图2(b)所示，采用3002芯片及与其输出端相连的电容C41、C42组成；该电源转换电路将5V电压转换成3.3V电压，为GPS模块供电。其中，3002芯片将输入的+5V信号转换成3.3V信号，其输出端OUT的电容C41、C42组成的电路对3002芯片输出的3.3V信号进行滤波。

本实施例的风向风速传感器采用辽宁锦州阳光的EC-9X(S)风速风向传感器，主要技术参数：工作电压，DC12V；启动风速，≤0.4m/s；风速输出信号形式，脉冲(频率)信号；风速精确度，±(0.3+0.03V)m/s；风速测量范围，0～70m/s；风向测量范围，0～360°；风向测量精度，±3°；风向输出信号形式，七位格雷码。

本实施例的六种毒性气体传感器(NH₃、CL₂、CO、H₂S、HCL、SO₂)及其放大电路：采用深圳市富安达智能科技有限公司的membrapor电化学气体传感器，放大电路输出4～20mA标准信号；传感器主要技术参数如下：

NH₃传感器：测量范围，0～1000ppm；最大负载，2000ppm；工作寿命，空气中2年；输出信号：25±8nA/ppm；分辨率：4ppm。

CL2、传感器：测量范围：0～20ppm；最大负载：200ppm；工作寿命，空气中2年；输出信号，-1000±250nA/ppm；分辨率，0.1ppm。

CO传感器：测量范围，0～1000ppm；最大负载，2000ppm；工作寿命，空气中2年；输出信号，70±15nA/ppm；分辨率，1ppm。

H₂S传感器：测量范围，0-200ppm；最大负荷，500ppm；工作寿命，空气中2年；输出，370±80nA/ppm；分辨率，0.25ppm。

HCL传感器：测量范围，0～20ppm；工作寿命，空气中2年；输出信号，450±150nA/ppm；分辨率：0.2ppm。

SO₂传感器：测量范围，0～100ppm；最大负载，500ppm；工作寿命，空气中2年；输出信号，370±70nA/ppm；分辨率：0.5ppm。

(4)GPS模块：采用SkyNav GM25，主要技术参数：频率，L1，1575.42MHz；C/A码，1.023MHz；通道，12Channels；跟踪灵敏度，-160dBm；捕获灵敏度，-148dBm；定位准确性，10m@2DRMS；数据刷新率，1Hz。

本实施例的无线发送模块采用深圳市华奥通通信技术有限公司的HAC-HN数传模块，主要技术参数：电源，12V；波特率，1200/2400/4800/9600/19200/38400bps可选；视距距离，6000m@2400bps，3000m@19200bps；输出功率，37dBm(5w)；频率稳定度，±2.5PPM；网络拓扑，点对点，点对多点。

本实施例的ID设置开关采用慈溪市网通电子有限公司4位DIP开关WT11-SMT-04，可以设置ID范围为0～15，主要技术参数：操作力，最大1000g；推钮行程：2.0mm；电器寿命，每个开关在电压24VDC与电流25mA之下测试，可来回拨动2000次。

本实施例的单片机，以及单片机通过外围电路与各部件的连接关系如图2(c)分别说明如下：

单片机：为本实用新型的核心器件，在它的控制下，完成数据采样、编码和发送等，本实施例采用Atmel公司的AVR ATmega16单片机，主要技术参数：工作电压，2.7-5.5V；数据吞吐率，1MIPS/MHz；系统内可编程Flash，16K字节；EEPROM，512字节；擦写寿命，100000次；片内SRAM，1K字节；两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器；一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器；8路10位ADC；两个可编程的串行USART；6种睡眠模式，空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。

风速检测电路：由电感L6、电容C31、C32、C50、电阻R20及J11接口组成，其中，电感L6的一端与5V电源相连，另一端与电容C31、C32的一端同连接在J11接口的节点2上，电容C31的另一端接地；电容C32的另一端连接在J11接口的节点1上，电容C50一端通过电阻R20连接在J11接口的节点3上，电容C50的另一端接地；风速检测电路通过J11接口与风速风向传感器连接，并与单片机PB0和PB1端口连接。

风向检测电路：由电阻R21～R28、电容C28、C29、C33～C40、电感L5及J10接口组成，其中，各电阻R21～R28的一端和各电容C33～C40的一端分别与单片机的19～26端口相连，各电阻R21～R28的另一端与J10接口的1～8节点相连，各电容C33～C40的另一端接地；电容C28、C29和电感L5的一端均与J10接口的1节点相连，电容C28、C29的另一端与J10接口的9接地节点相连，电感L5的另一端接+5V电源。风速风向传感器通过J10接口与风速检测电路连接。

单片机晶振电路：由晶振X1，7.3728MHz和分别连在其两端的电容C8、C9构成，通过XTAL1和过XTAL2端口与单片机连接，为单片机提供震荡信号。

AD转换基准电压电路：由电容C10、C11和电感L3、L4构成，分别与单片机的AREF、GND、AVCC端口连接，该电路提供AD转换所需的基准电压信号。

无线发射模块接口：无线发射模块通过J12接口(DB9型串口)与单片机PD2端口连接，单片机通过PD2端口将待发送信息传往无线发送模块。

ISP在线编程接口：J16是在线编程接口，该接口与单片机的PB5～PB7及RESET端口连接，实现单片机程序的下载和在线调试。

GPS模块电路：由电阻R29、R30和接口J13构成，该接口的4、5节点与3.3V电源相连，1节点通过电阻R29与单片机的PD0和PD1端口与单片机连接，电阻R30一端接地，另一端与1节点相连；GPS模块通过接口与单片机相连，该电路为单片机提供GPS定位信号。

④ID设置电路：电阻R33～R36构成，其中，各电阻R33～R36的一端与四位ID设置开关相连，另一端与单片机的PD2～PD5端口相连，通过该电路可以对检测仪的ID号进行设置。

本实用新型的单片机的工作流程如图3所示，包括以下步骤：

(1)单片机上电，GPS模块、Flash、SRAM、EEPROM及存储器各变量初始化(信息数n＝0)；

(2)等待GPS模块定位；

(3)判断GPS信号是否有效，如果GPS信号有效，则转(4)，如果GPS信号无效，则转(3)；

(4)读取GPS数据，转换纬度、经度、海拔高度及时间信息；校正时间参数，同步定时。

(5)读取风速、风向、气体浓度信息；对信息进行编码；

(6)计算发射起始时间，定时等待；如果定时时间到，则转(7)；

(7)发送信息，信息计数n＝n+1；如果n＞256，则n＝0，转(3)；如果n＜256，则转(5)。

Claims

1、一种化学品泄漏事故应急无线毒性气体检测仪，其特征在于：它包括风向、风速传感器、至少一种以上的毒性气体传感器及其放大电路、单片机及其外围电路、GPS模块、无线发送模块及其天线、ID设置开关、电源及电源转换电路；其连接关系为：所述各毒性气体传感器输出端与其放大电路输入端相连，各放大电路输出端与所述单片机的AD转换接口连接，所述风速风向传感器的风速、风向输出端口分别与单片机的PB和PC口连接，所述GPS模块、无线发送模块以及电源转换电路均与单片机相连，所述电源与电源转换电路相连。

2、如权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述单片机外围电路包括：风速检测电路、风向检测电路、GPS模块电路、ID设置电路、单片机晶振电路、AD转换基准电压电路，其中，风速检测电路与所述风速传感器相连，风向检测电路与所述风向传感器相连，GPS模块电路与GPS模块相连，ID设置电路与、ID设置开关相连。

3、如权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述电源采用12V电池，所述电源转换电路与电源输出端相连并将其转换成5V和3.3V电源；所述单片机及其时钟电路与5V电源相连，所述GPS模块与3.3V电源相连，所述无线发送模块、传感器及其放大电路与12V相连。

4、如权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述毒性气体传感器包括：NH₃气体传感器、CL₂气体传感器、CO气体传感器、H₂S气体传感器、HCL气体传感器、SO₂气体传感器之中一种以上任意组合。

5、如权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述单片机采用AVR ATmega16。

6、如权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述GPS模块采用SkyNav GM25。