CN201569637U - 泵吸便携式可燃气体检测报警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种检测易然易爆工业现场的可燃气体检测报警装置。该报警装置，包括便携式探测器DC-DC电源、可燃气体传感器、气泵控制电路、检测处理电路，其结构为：该报警装置利用气泵电路控制气体采样，可燃气体传感器信号采集电路接到A/D转换电路MAX111模拟输入端，其数字输出端连到单片机AT89C52上，单片机还与液晶显示模块LCM、键盘控制电路、照明控制电路、声光报警控制电路相连，另外还有自检驱动电路、电池低电量监测电路和E2PROM及看门狗电路。
Description
技术领域
本实用新型属于一种检测易然易爆工业现场的可燃气体检测报警装置。
背景技术
在石油、化工、冶金、医药等多种易然易爆的工业现场，维护、检修、操作设备时，为防患于未然，防止因有毒有害气体泄漏，对人们的生命安全构成威胁，使用一种操作简单、携带方便、可靠性高的可燃气体检测报警装置就显得十分必要了。因此，根据公安部推出的强制性国家标准GB15322.3-2003《可燃气体探测器第3部分：测量范围为0-100％LEL的便携式可燃气体探测器》，研制了符合新标准的泵吸便携式可燃气体探测器。其必然有着广阔的应用前景。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种便于携带、功能完备、高可靠性、自主取样、符合国家消防标准的仪器技术方案。
本实用新型的技术方案为：这种泵吸便携式可燃气体探测器，包括便携式探测器DC-DC电源、可燃气体传感器、气泵控制电路、检测处理电路。是利用气泵电路控制气体采样，可燃气体传感器信号采集电路接到A/D转换电路MAX111模拟输入端，其数字输出端连到单片机AT89C52上，单片机还连接着液晶显示模块LCM、键盘控制电路、照明控制电路和声光报警控制电路相连，另外还有自检驱动电路、电池低电量监测电路和E2PROM及看门狗电路。
DC-DC电源电路采用两片可调整的输出电压，适用于便携式仪器的线性电源集成芯片MAX883(IC1、IC2)，其电路构成简单，易于调整，输出的电压稳定可靠。每部分由两个电阻和一个电容构成输出电压控制及滤波电路，IC1及外围器件R1、R2、C1组成5V电源为检测处理电路供电，IC2及外围器件R3、R4、C2组成3.9V电源为可燃气体传感器供电。
可燃气体传感器与电阻R5、R6组成桥式电路，将可燃气体浓度信号转换为毫伏电压信号。精密放大器TLC27L2组成的数据放大电路的功能是，把桥式电路产生的微弱毫伏信号通过适当的放大，将电压信号转变为符合A/D转换器工作范围的数据信号。此信号接到A/D转换电路MAX111模拟输入端1脚(IN1+)和16脚(IN1-)，A/D转换器MAX111对数据放大器输出的信号进行采样，将模拟信号转换为14位精度的串行数字信号，由第10脚输出到单片机的P1.1口。采样电路中的F1为自恢复熔断器，在传感器各引线间发生短路时，尤其是传感器供电电源正负间短路时，F1将处于断路状态，使桥式采样电路输出非正常的信号电压，经单片机处理后产生故障报警信号。
探测器选用液晶显示模块LCM(IC8)5×7点阵，2行8列功能，用以显示检测的气体浓度数值和探测器状态(正常、报警和故障)，其数据端与单片机P1口相连。另外此模块带有照明控制引脚K，照明控制电路就是通过三极管Q6对此引脚进行控制实现照明的开闭功能，控制信号由单片机的P0.7口发出，控制信号的状态由单片机P0.6口连接的按键BF进行转换。三极管Q6基极还需接电阻R42，按键BF一端接电阻R43，另一端接5V。
键盘控制电路电阻R44-R47的一端与按键B1-B4和单片机的P0.0-P0.3口接在一起，电阻R44-R47另一端接地，按键B1-B4另一端接5V，实现参数设置、参数确认和上、下调整功能。
声光报警控制电路主要由IC5四运放LM2902和三极管Q3、Q4、Q5以及发光二极管LED1、LED2、LED3组成，实现探测器供电正常、气体浓度超限和探测器故障报警的声光指示，气体浓度超限报警信号由单片机的P0.4口给出，故障报警信号由单片机的P2.7口给出。电阻R21与LED1组成供电状态电路，LED1点亮为供电正常；IC5C、Q4、LED2组成气体浓度超限报警电路，IC5C及外围器件组成可控报警震荡信号发生电路，LED2为报警显示发光二极管；IC5D、Q5、LED3组成故障报警信号发生电路，LED3为故障显示发光二极管；Q3、LS组成声音报警电路，LS为蜂鸣器；IC5A组成电池低电量监测电路；IC5B及外围器件组成低电量声音报警震荡信号发生电路。二极管D6、D7、D8与自检按键BT组成自检驱动电路。
气泵控制电路IC4为双运放LM2904中的一个，与四个电阻R33、R34、R35、R36和一个电容C4组成矩形波发生器，产生的信号通过复合三极管Q1、Q2放大后驱动气泵工作。R38为防过流保护电阻。
E2PROM及看门狗电路IC7选用芯片X5045，用以实现参数断电保存和提高单片机工作的可靠性。
泵吸便携式可燃气体探测器使用过程是：按下电源开关S1，电源指示灯LED1点亮，除气泵驱动电路外，仪器进入工作状态，液晶屏显示仪器型号及欢迎界面，A/D开始采样，并向单片机P1.1口传送数据，如果传感器有故障，如发生引线断路、短路或上一次量程校验时传感器输出没有达到要求，将显示传感器故障或失效，并发出声光报警。数据采集正常，将显示“OK”和具体的气体浓度值，此时可按下气泵开关S2，进入监测状态。待显示稳定后，对仪器可进行参数设置操作。每按下参数设置按钮B 1一次，将循环进入如下选项：零点调整、样气浓度设置、量程校验、报警点设置。进入每一项后，可通过上、下键B3、B4修改参数，按确认键B2进行确认，修改的参数将保存到电路IC7中，即使断电也不会丢失。当检测到有可燃气体存在，液晶屏显示相应的数值，达到报警点设定值后，单片机从P0.4口发出报警信号，报警灯LED2快速闪亮，蜂鸣器快速间断响。电源电压低于一定值时，IC5A将发出欠压报警信号，报警灯LED2将慢速闪亮，蜂鸣器慢速间断响。
附图说明
附图1为本实用新型电路原理框图，
附图2包括电源指示、声光报警及试验电路。LED1为电源指示灯，供电正常此灯点亮；运放IC5D为故障信号产生电路，由IC9的P2.7脚控制，输出信号驱动三极管Q5进行光报警，同时驱动蜂鸣器LS发声；越限报警信号由D3进入控制由运放IC5C组成的震荡电路，驱动三极管Q4进行光报警，同时驱动蜂鸣器LS发声；三极管D6、D7、D8及按键BT组成试验电路，实现声光报警器件的检验。
附图3为欠压报警电路部分。包括一个比较电路和一个振荡电路，由运放IC5A组成比较器，电阻R14、R15取样电源电压，当电压低于设定参考值VR时输出控制信号。运放IC5B组成振荡电路，由前端的比较器控制其工作，输出信号经二极管D2接到图2的电阻R20驱动声报警，同时经二极管D10接到图2的电阻R26驱动光报警。
附图4为本仪器的核心部分。包括IC9单片机AT89C52、液晶显示模块IC8、看门狗电路IC7、按键电路及背光照明控制电路等。单片机AT89C52接收图5中IC6A/D转换器输出的检测数据，进行处理后通过P1口输出到液晶显示模块，如有越限报警通过P0.4脚输出到图2的二极管D3端，P0.0-P0.3、P0.6脚与按键B1-B4、BF和电阻R43-R47组成按键控制电路，实现“菜单”“确认”“↑”“↓”及“照明”键的功能，P0.7脚与三极管Q6为照明控制电路，IC7为看门狗电路，主要实现系统复位、防死机和关键数据的断电保存功能。
附图5为A/D(模数)转换电路。模数转换器IC6的1脚和16脚接收图6传感器接口电路处理好的模拟信号，将模拟数据转换为数字信号，然后通过11脚和10脚与单片机IC9通讯，传输数字数据。
附图6为传感器接口电路，包括取样电路和传感器信号处理电路。电阻R5、R6与传感器组成惠斯登电桥，传感器工作时输出差动信号输入到后面的信号处理电路。信号处理电路由精密微功耗运算放大器TLC27L2(IC3)和外围电阻组成，按数据放大器原理设计，将传感器的差动信号转换为符合模数转换器IC6接收范围的差动数据，由IN+和IN-输出到A/D转换器的输入端。图中F1为可恢复熔断丝，是用于进行消防认证试验。
附图7为取样泵驱动电路。取样泵采用的是交流信号驱动的产品，所以由运放IC4A与相应的电阻、电容组成方波震荡发生器作为信号源。由于取样泵工作电流较大，因此由三极管Q1进行电流扩展，通过端子J3驱动取样泵。
附图8为电池组电路以及整机和取样气泵电源开关。电池组电路包括镍氢电池组BT和限流电阻Ra，其参数符合本安防爆要求，并被密封在电池盒中。S1为整机电源开关，S2为气泵电源开关。
附图9为基准电压电路。由稳压集成电路Z1提供稳定的电压，通过电阻R31、R32进行分压调整，得到基准电压VR，此基准用于A/D转换电路、故障比较器电路和欠压比较器电路中。
附图10、11为主电路供电电路及传感器供电电路，原理是相同的。MAX883为线性DC-DC变换器，适用于电池供电的系统。输入均来自电池组电压VCC，图10输出为主电源5V，图11输出为传感器桥路供电电压3.9V。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式是，如图所示：
实施例1，一种检测易然易爆工业现场的可燃气体检测报警装置，包括便携式探测器DC-DC电源、可燃气体传感器、气泵控制电路、检测处理电路。是利用气泵电路控制气体采样，可燃气体传感器信号采集电路接到A/D转换电路MAX111模拟输入端，其数字输出端连到单片机AT89C52上，单片机还连接着液晶显示模块LCM、键盘控制电路、照明控制电路和声光报警控制电路相连，另外还有自检驱动电路、电池低电量监测电路和E2PROM及看门狗电路。
DC-DC电源电路采用两片可调整的输出电压，适用于便携式仪器的线性电源集成芯片MAX883(IC1、IC2)，其电路构成简单，易于调整，输出的电压稳定可靠。每部分由两个电阻和一个电容构成输出电压控制及滤波电路，IC1及外围器件R1、R2、C1组成5V电源为检测处理电路供电，IC2及外围器件R3、R4、C2组成3.9V电源为可燃气体传感器供电。
可燃气体传感器与电阻R5、R6组成桥式电路，将可燃气体浓度信号转换为毫伏电压信号。精密放大器TLC27L2组成的数据放大电路的功能是，把桥式电路产生的微弱毫伏信号通过适当的放大，将电压信号转变为符合A/D转换器工作范围的数据信号。此信号接到A/D转换电路MAX111模拟输入端1脚(IN1+)和16脚(IN1-)，A/D转换器MAX111对数据放大器输出的信号进行采样，将模拟信号转换为14位精度的串行数字信号，由第10脚输出到单片机的P1.1口。采样电路中的F1为自恢复熔断器，在传感器各引线间发生短路时，尤其是传感器供电电源正负间短路时，F1将处于断路状态，使桥式采样电路输出非正常的信号电压，经单片机处理后产生故障报警信号。
探测器选用液晶显示模块LCM(IC8)5×7点阵，2行8列功能，用以显示检测的气体浓度数值和探测器状态(正常、报警和故障)，其数据端与单片机P1口相连。另外此模块带有照明控制引脚K，照明控制电路就是通过三极管Q6对此引脚进行控制实现照明的开闭功能，控制信号由单片机的P0.7口发出，控制信号的状态由单片机P0.6口连接的按键BF进行转换。三极管Q6基极还需接电阻R42，按键BF一端接电阻R43，另一端接5V。
键盘控制电路电阻R44-R47的一端与按键B1-B4和单片机的P0.0-P0.3口接在一起，电阻R44-R47另一端接地，按键B1-B4另一端接5V，实现参数设置、参数确认和上、下调整功能。
声光报警控制电路主要由IC5四运放LM2902和三极管Q3、Q4、Q5以及发光二极管LED1、LED2、LED3组成，实现探测器供电正常、气体浓度超限和探测器故障报警的声光指示，气体浓度超限报警信号由单片机的P0.4口给出，故障报警信号由单片机的P2.7口给出。电阻R21与LED1组成供电状态电路，LED1点亮为供电正常；IC5C、Q4、LED2组成气体浓度超限报警电路，IC5C及外围器件组成可控报警震荡信号发生电路，LED2为报警显示发光二极管；IC5D、Q5、LED3组成故障报警信号发生电路，LED3为故障显示发光二极管；Q3、LS组成声音报警电路，LS为蜂鸣器；IC5A组成电池低电量监测电路；IC5B及外围器件组成低电量声音报警震荡信号发生电路。二极管D6、D7、D8与自检按键BT组成自检驱动电路。
气泵控制电路IC4为双运放LM2904中的一个，与四个电阻R33、R34、R35、R36和一个电容C4组成矩形波发生器，产生的信号通过复合三极管Q1、Q2放大后驱动气泵工作。R38为防过流保护电阻。
E2PROM及看门狗电路IC7选用芯片X5045，用以实现参数断电保存和提高单片机工作的可靠性。
泵吸便携式可燃气体探测器使用过程是：按下电源开关S1，电源指示灯LED1点亮，除气泵驱动电路外，仪器进入工作状态，液晶屏显示仪器型号及欢迎界面，A/D开始采样，并向单片机P1.1口传送数据，如果传感器有故障，如发生引线断路、短路或上一次量程校验时传感器输出没有达到要求，将显示传感器故障或失效，并发出声光报警。数据采集正常，将显示“OK”和具体的气体浓度值，此时可按下气泵开关S2，进入监测状态。待显示稳定后，对仪器可进行参数设置操作。每按下参数设置按钮B1一次，将循环进入如下选项：零点调整、样气浓度设置、量程校验、报警点设置。进入每一项后，可通过上、下键B3、B4修改参数，按确认键B2进行确认，修改的参数将保存到电路IC7中，即使断电也不会丢失。当检测到有可燃气体存在，液晶屏显示相应的数值，达到报警点设定值后，单片机从P0.4口发出报警信号，报警灯LED2快速闪亮，蜂鸣器快速间断响。电源电压低于一定值时，IC5A将发出欠压报警信号，报警灯LED2将慢速闪亮，蜂鸣器慢速间断响。
Claims (7)
1.一种泵吸便携式可燃气体探测器，包括便携式探测器DC-DC电源，其特征是：探测器DC-DC电源采用两片电压可调整的MAX883集成电路IC1、IC2及外围器件R1、R2、C1，R3、R4、C2组成，每部分由两个电阻和一个电容构成输出电压控制及滤波电路，IC1为检测处理电路供电，IC2为可燃气体传感器供电；可燃气体传感器、气泵控制电路、检测处理电路，其特征是：利用气泵电路控制气体采样，可燃气体传感器信号采集电路接到A/D转换电路MAX111模拟输入端，其数字输出端连到单片机AT89C52上，单片机还连接着液晶显示模块LCM、键盘控制电路、照明控制电路和声光报警控制电路；另外还有自检驱动电路，其由二极管D6、D7、D8与自检按键组成，二极管D6、D7、D8的阳极分别同光报警器件LED2、LED3和声报警器件LS相连；电池低电量监测电路和E2PROM及看门狗电路。
2.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：可燃气体传感器KY-8与匹配电阻R5、R6组成桥式采样电路，差动信号连到由双运放TLC27L2构成的数据放大电路中，放大后的信号接到A/D转换电路；A/D转换电路IC6是由集成电路MAX111构成，MAX111是2通道14位精度串行接口的A/D转换器，两个模拟输入通道，这里只使用第一通道，10脚输出的串行数据连到单片机的P1.1口；采样电路中的F1为自恢复熔断器，它用于实现消防认证时传感器各引线间短路故障报警功能。
3.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：探测器选用5x7点阵的LCM液晶显示模块IC8，模块具有2行8列的字符显示功能，用以显示检测的气体浓度数值和探测器的三种状态：正常、报警和故障，其数据端与单片机P1口相连，另外此模块带有照明控制引脚K，照明控制电路通过三极管Q6对此引脚进行控制实现照明的开闭功能，控制信号由单片机的P0.7口发出，控制信号的状态由单片机P0.6口连接的按键BF进行转换。
4.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：键盘控制电路电阻R44-R47的一端与按键B1-B4和单片机的P0.0-P0.3口连接在一起，电阻R44-R47另一端接地，按键B1-B4另一端接5V，实现参数设置、参数确认和上、下调整功能。
5.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：声光报警控制电路主要由IC5四运放LM2902和三极管Q3、Q4、Q5以及蜂鸣器LS、发光二极管LED1、LED2、LED3组成，实现探测器供电正常、气体浓度超限和探测器故障报警的声光指示，气体浓度超限报警信号由单片机的P0.4口给出，故障报警信号由单片机的P2.7口给出；IC5其中的一个运放IC5A用以实现电池低电量监测电路。
6.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：气泵控制电路IC4为双运放LM2904中的一个，与四个电阻R33、R34、R35、R36和一个电容C4组成矩形波发生器，产生的信号通过复合三极管Q1、Q2放大后驱动气泵工作；R38为防过流保护电阻。
7.根据权利要求1所确定的泵吸便携式可燃气体探测器，其特征是：E2PROM及看门狗电路IC7选用芯片X5045，用以实现参数断电保存和提高单片机工作的可靠性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100901 Termination date: 20170115 |
|
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