CN203217348U

CN203217348U - 煤气监控系统

Info

Publication number: CN203217348U
Application number: CN2013201985266U
Authority: CN
Inventors: 黄诚; 贺波; 秦守文; 李格格; 许伟明; 左小五
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-04-19

Abstract

本实用新型提供了一种可控制煤气管道和排气装置的煤气监控系统，其特征在于，包括：信号采集单元，包含采集煤气浓度的传感器、第一变送器、低通滤波器、模数转换器以及电压隔离器；执行单元，包含数模转换器、电磁阀启闭电路和排气电路；输入显示单元；存储单元；控制单元，与信号采集单元、执行单元、输入显示单元以及存储单元相连接，用于当煤气浓度超出煤气浓度阈值时控制执行单元和发出报警命令；声光报警单元，用于根据报警命令发出报警；以及电源，用于连接供电，其中，电磁阀启闭电路包含第二变送器、电磁驱动器以及控制煤气管道进行开启闭合的电磁阀，排气电路包含排气装置、用于控制排气装置的继电器以及驱动器。

Description

煤气监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种煤气监控系统，特别涉及一种可控制煤气管道和排气装置的煤气监控系统。

背景技术

如今煤气已在人们的日常生活中被广泛使用，然而由于设备及人为的因素，煤气泄漏事故屡有发生，给人们的生命和财产带来巨大损失。目前，广大的农村居民大多使用的是煤气罐供气的煤气灶，煤气灶开关和煤气罐的阀门需要手动复位。由于种种原因，忘记关闭煤气灶开关和煤气罐阀门，会给生命和财产造成隐患。为了更放心地使用煤气，研究煤气灶开关和煤气罐阀门在未被及时关闭的情况下能够实现自动关闭就显得尤为有意义。国内外现有的对煤气监控系统的研究比较广泛，研究一种针对煤气灶开关和煤气灶阀门未能被及时关闭时能实现自动关闭并且进行排气的煤气监控就显得很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能实时监控煤气浓度来控制煤气管道的开启闭合和排气装置进行排气的煤气监控系统，本发明提供的煤气监控系统能报警并且具有高精度、安装位置灵活度大的特点。

本实用新型提供的一种用于通过监测煤气浓度来控制煤气管道的开启闭合和排气装置进行排气的煤气监控系统,具有这样的特征：包括：信号采集单元，包含采集煤气浓度的传感器、第一变送器、低通滤波器、将模拟信号转换为输入数字信号的模数转换器以及用于隔离模拟信号和输入数字信号的电压隔离器；执行单元，包含数模转换器、并联在数模转换器上的电磁阀启闭电路和排气电路；输入显示单元，用于设定煤气浓度阈值并且显示煤气浓度阈值和实时的煤气浓度；存储单元，用于存储煤气浓度阈值；控制单元，与信号采集单元、执行单元、输入显示单元以及存储单元相连接，用于当煤气浓度超出煤气浓度阈值时控制执行单元和发出报警命令；声光报警单元，用于根据报警命令发出报警；以及电源，与信号采集单元、执行单元、输入显示单元、控制单元以及声光报警单元连接供电，其中，电磁阀启闭电路包含第二变送器、电磁驱动器以及控制煤气管道进行开启闭合的电磁阀，排气电路包含排气装置、用于控制排气装置的继电器以及驱动继电器的驱动器。

在本实用新型中的煤气监控系统中,还可以具有这样的特征：其中，控制单元包含上位PC机和采用AT89C51 的单片机，存储单元为非易失存储器（EPROM），单片机通过RS232 通信接口与上位PC 机远距离串行通信。

在本实用新型中的煤气监控系统中,还可以具有这样的特征：其中，声光报警单元包含振荡器、采用4069式的门电路、采用MC275驱动器、音乐芯片及报警指示灯。

在本实用新型中的煤气监控系统中,还可以具有这样的特征：其中，电源包含4NIC - X215 式电池组和UPS式不间断电源，用于当正常时通过不间断电源由交流电网供电同时电池组处于浮充状态或者当交流电网中断时由电池组供电。

在本实用新型中的煤气监控系统中,还可以具有这样的特征：其中，传感器采用NAP-505型电化学一氧化碳气体传感器。

在本实用新型中的煤气监控系统中,还可以具有这样的特征：其中，电磁阀采用直动式二位二通节能型燃气电磁阀。

本实用新型的效果在于：

本实用新型提供的煤气监控系统可实现对煤气浓度的实时动态监控,精度高，通过电磁阀控制煤气管道的开启闭合，克服了现有技术中必须手动复位的缺陷。当煤气浓度高时不仅能够控制煤气管道的闭合，而且能够控制排气装置进行排气，降低危险安全可靠。当煤气浓度高时声光报警单元可发出报警，声响和灯光相结合提醒效果明显。在实际使用中,不同的应用场合有着应报警的不同的煤气浓度阈值，受温度、环境和电源电压的影响,应报警浓度阈值也存在一定的变化范围，可通过从显示输入部输入设定不同范围的煤气浓度阈值，安装位置、环境灵敏度高。本发明提供煤气监控系统中采用的电压隔离器可将数字信号与模拟信号隔开, 消除了共模干扰。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中煤气监控系统的硬件系统框图；

图2是本实用新型的实施例中煤气监控系统的电磁阀启闭电路示意图；

图3是本实用新型的实施例中煤气监控系统的流程图；

图4是本实用新型的实施例中煤气监控系统的中断服务的流程图。

具体实施案例

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的实施例中煤气监控系统的硬件系统框图。

如图1所示，本实施例提供的煤气监控系统100包括用于实时动态采集煤气浓度的信号采集单元1、用于开启或者闭合煤气管道并且启动排气的执行单元2、输入显示单元3、存储单元4、控制单元5、声光报警单元6以及用于供电的电源7。

信号采集单元1包含采集煤气浓度的传感器8、第一变送器9、低通滤波器10、将模拟信号转换为输入数字信号的模数转换器11以及用于隔离模拟信号和输入数字信号的电压隔离器12，其中第一变送器9、低通滤波器10以及数模转换器11连接在传感器8与电压隔离器12之间，以消除共模干扰。模数转换器11采用逐次逼近式ADC0809。传感器8采用CS- 2000 型电化学一氧化碳气体传感器, 具有高精度和高分辨率、电压/ 电流线性输出、量程宽、零功耗、不受湿度影响、寿命长的特点，主要性能参数如下述表1所示:

测量精度	2 %
		分辨率	1 ppm
测量浓度	0～1 000 ppm
		输出信号	2～10 MV/ 4000 ppm (5kΩ负载电阻)
反应时间	< 20 s
		恢复时间	< 1 min
工作温度	0～60 ℃
		工作湿度	0RH%～95RH% (无凝结)

表1

执行单元2包含DAC0832式数模转换器13、并联在数模转换器13上电磁阀启闭电路14和排气电路15。数模转换器13将数字信号转换为控制模拟信号，可分别被输送至电磁阀启闭电路14和排气电路15，其中，电磁阀启闭电路14包含第二变送器16、电磁驱动器21以及控制煤气管道进行开启闭合的电磁阀17，排气电路15包含排气装置20、可控制排气装置20启动进行排气的电磁继电器19、驱动电磁继电器19的SN75452式驱动器18。鉴于工作环境的特殊性，电磁阀启闭电路14中的电磁阀17采用了直动式二位二通节能型燃气电磁阀，具有电压低、能耗小特点。排气电路15中采用普通的家用排风机作为排气装置20。执行单元2还包含了图1中未显示的TPL 式光电隔离器，用于将现场环境中的信号与控制单元5实现完全电隔离，提高了系统的抗干扰性。

输入显示单元3用于设定煤气浓度阈值，实时显示煤气浓度阈值和环境中的煤气浓度，存储单元4用于存储从输入显示单元3设定的煤气浓度阈值4a。输入显示单元3包含键盘3a与显示器3b，键盘3a的图1中未显示的接口采用8279 芯片, 来完成键盘3a与显示器3b的扫描。键盘3a包含0至9 数字键、报警的浓度阈值的设定键、时钟设定键、左移位键、确认键、阀门开启键、运行键等图1中未显示的16个按键，可以通过该16个键盘完成人机接口的各种操作。键盘3a以中断方式工作，即、当有按键输入时, 键盘3a的核心8279芯片可申请中断，控制单元5响应后转入键盘3a的监控处理程序。显示器3b采用2 组LED 数码管, 检测到的煤气浓度数据经处理后通过图1中未显示的I/ O 接口送至执行单元2,LED 可显示出现场实时的煤气浓度和时钟。

控制单元5与信号采集单元1、执行单元2、输入显示单元3以及存储单元4相连接，通过信号采集单元1采集的煤气浓度，当超出设定后被存储的煤气浓度阈值时，控制单元5控制执行单元2中电磁阀17来关闭煤气管道和控制排气装置20进行排气以降低煤气浓度，并且发出声光报警命令。考虑系统的程序空间和数据的运算空间较宽,控制单元5包含图1中未显示的 TMEL 公司的AT89C51式单片机为核心和上位PC机，将AT89C51 单片机的非易失存储器（EPROM）作为煤气监控系统的存储单位4，单片机通过RS232 通信接口与上位PC 机进行远距离串行通信。

声光报警单元6与控制单元5相连接，可根据控制单元5发出的报警命令来发出报警提示注意。声光报警单元6包含振荡器6a、4069式门电路6b、MC275式驱动器6c、音乐芯片6d及报警指示灯6e，其中，音乐芯片6d采用ISD1200 系列中的20s 单片语音录放芯片，工作电压为5V、静态电流为15 mA 、录放电流为15mA , 内含EPROM式存储器, 使集语音处理和存储于一体, 具有掉电信息保存、手动控制或者单片机控制均可、使用方便的特点。报警指示灯6e采用发光二极管LED，可实现音响报警和指示灯报警。报警状态可设置为指示灯显示红灯，而正常状态设置为指示灯显示绿灯。

电源7与信号采集单元1、执行单元2、输入显示单元3、控制单元5以及声光报警单元6连接并供电。电源7包含4NIC - X215式电源电池组7a和UPS式不间断电源7b，用于当正常时通过不间断电源7b由交流电网供电同时电池组7a处于浮充状态或者中断时由电池组7a供电。

另外，本实施例中的煤气监控系统100还采用了图1中未显示的Max813看门狗电路作为运行监控器,保证当运行正常时, 每隔一定的时间,由控制单位向看门狗电路发出一个复位信号, 使看门狗电路的复位端保持无效,当运行失效时,由Max813看门狗电路发出一个复位信号, 使能尽快复位并恢复正常工作。

图2是本实用新型的实施例中煤气监控系统的电磁阀启闭电路示意图。

如图2所示，电磁阀启闭电路14中电磁阀17采用在线圈17a处配置永久性磁钢17b, 线圈17b由正、负极脉冲供电。控制单元5中的AT89C51单片机5a与DAC0832数模转换器13连接，根据控制单5元的控制，在单缓冲方式下工作的DAC0832 式数模转换器13来作为波形发生器，可提供正负脉冲。该正负脉冲通过具有LM324式放大器16a的第二变送器16放大后被输送至SN75452式电磁驱动器21，电磁阀17需由电磁驱动器21的脉冲信号来驱动，当正向脉冲供电时阀门22开启并保持, 此时电源切断阀门22为开启位置；当反向脉冲供电时阀门22关闭并保持，此时电源切断阀门22为关闭位置，实现了电磁阀17的自动启闭，也就使安装位置具有较高灵活度。

图3是本实用新型的实施例中煤气监控系统的流程图。

如图3所示，本实施例中的煤气监控系统的控制单元采用汇编语言编制的程序200，包括主程序201和中断服务子程序202。主程序201用于完成初始化、信号采集及处理、误差校正、时钟和信息显示、浓度超限报警、阀门关闭、启动排气装置及与上位机通信。根据工作特点, 程序采用结构化的软件设计方法。其中，初始化包括设置堆栈指针、分配内存空间、设置中断控制字以及设定出初始变量。本实施例中的煤气监控系统默认报警的煤气浓度值为8 ppm，数据采样程序根据定时时钟的要求对模拟信号转换后的数字信号进行采集，报警/控制子程序具有实时判别实时测量的煤气浓度值, 当煤气浓度值超限时, 控制电磁阀将煤气管道关闭,并且进行光电报警，提醒人员进行处理。

如图4所示，本实施例中的中断服务子程序202用于完成人机对话、数据处理、远程控制、报警消音、时钟锁定、时钟复位、时钟调整等功能, 使系统按照设定来完成指定作业。中断服务子程序202能够对键盘操进行解释, 并调用相应的功能子模块, 完成预定的任务, 并显示出执行结果。

另外，针对测量精度问题, 本实施例中的煤气监控系统增加了图中未显示的系统误差自动校正功能模块，原理为气敏传感器老化曲线, 可将其在某些特定时刻点的标准参数存放在存储单位中，数字调零后测出的数据设为XR 和X , 则可按下式来计算Y :Y = X *( YR/XR) 。在校准时, 计算并存放YR/ XR 的值, 则测量校准时,只需进行一次乘法即可。当系统运行一个月后, 系统自动用标准参数对实时测量值进行校正, 在下一个特定时刻到来之前, 系统将自动用该标准参数来校准以后的测量值, 使其保持具有恒定的报警灵敏度。

实用新型的作用与效果

综上所述，本实用新型的作用和效果在于：

本实用新型提供的煤气监控系统中采用的8051系列AT89C51单片机拥有强大功能和可扩充性为后盾，可实现对煤气监控系统的控制前端采集信号时的实时、有效、多功能的各种操作。

本实用新型提供的煤气监控系统通过误差自动校正功能提高了系统的测量精度,运行稳定可靠，实现了对煤气浓度状况的动态监控。

本实用新型提供的煤气监控系统中采用的CS - 2000 型电化学一氧化碳气体传感器, 具有高精度和高分辨率、电压/ 电流线性输出、量程宽、零功耗、不受湿度影响、寿命长的特点。采用的光电隔离器，可将现场环境中信号与控制单元实现完全电隔离，提高了系统的抗干扰性。考虑到能不间断式供电，电源采用4NIC - X215式电池组电源和UPS式不间断电源，当正常时通过不间断电源由交流电网供电同时电池组处于浮充状态，当交流电网中断时由电池组继续不间断供电，使煤气监控系统整体稳定性更佳，避免了断电所带来的风险。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种用于通过监测煤气浓度来控制煤气管道的开启闭合和排气装置进行排气的煤气监控系统，其特征在于，包括：

信号采集单元，包含采集所述煤气浓度的传感器、第一变送器、低通滤波器、将模拟信号转换为输入数字信号的模数转换器以及用于隔离所述模拟信号和所述输入数字信号的电压隔离器；

执行单元，包含数模转换器、并联在所述数模转换器上的电磁阀启闭电路和排气电路；

输入显示单元，用于设定煤气浓度阈值并且显示所述煤气浓度阈值和实时的所述煤气浓度；

存储单元，用于存储所述煤气浓度阈值；

控制单元，与所述信号采集单元、所述执行单元、所述输入显示单元以及所述存储单元相连接，用于当所述煤气浓度超出所述煤气浓度阈值时控制所述执行单元和发出报警命令；

声光报警单元，用于根据所述报警命令发出报警；以及

电源，与所述信号采集单元、所述执行单元、所述输入显示单元、所述控制单元以及所述声光报警单元连接供电，

其中，所述电磁阀启闭电路包含第二变送器、电磁驱动器以及控制所述煤气管道进行开启闭合的电磁阀，

所述排气电路包含排气装置、用于控制所述排气装置的继电器、驱动所述继电器的驱动器。

2.根据权利要求1中所述的煤气监控系统，其特征在于：

其中，所述控制单元包含上位PC机和采用AT89C51 的单片机，所述存储单元为非易失存储器（EPROM），所述单片机通过RS232 通信接口与所述上位PC 机远距离串行通信。

3.根据权利要求1中所述的煤气监控系统，其特征在于：

其中，所述声光报警单元包含振荡器、采用4069式的门电路、采用MC275驱动器、音乐芯片及报警指示灯。

4.根据权利要求1中所述的煤气监控系统，其特征在于：

其中，所述电源包含4NIC - X215 式电池组和UPS式不间断电源，用于当正常时通过所述不间断电源由交流电网供电同时所述电池组处于浮充状态或者当所述交流电网中断时由所述电池组供电。

5.根据权利要求1中所述的煤气监控系统，其特征在于：

其中，所述传感器采用NAP-505型电化学一氧化碳气体传感器。

6.根据权利要求1中所述的煤气监控系统，其特征在于：

其中，所述电磁阀采用直动式二位二通节能型燃气电磁阀。