CN205158574U - 石化气体泄漏立体光标示装置 - Google Patents

Abstract

石化气体泄漏立体光标示装置，设置有气体泄漏报警显示机构、石化气体传感器采集机构、基板和微机控制机构。气体泄漏报警显示机构包括有由8×8×8个LED发光二极管按照矩阵排列构成的3D立体显示结构和扬声器报警单元。石化气体传感器采集机构包括有一氧化碳气敏传感器报警模块、烟雾气敏传感器检测模块、温湿度检测模块和火焰传感器探测模块。微机控制机构设置有STC12C5A60S2主控核心，74HC573锁存阵列和八重达林顿管输出驱动控制单元。通过控制LED的亮灭，最终展现出多角度可观测的各种气体泄漏报警立体动态图案。在工作状态时具有通透性好、多角度显示报警的特点，是一种应用于石化生产安全保障下的多角度可观测的立体显示警报系统。

Description

石化气体泄漏立体光标示装置

技术领域

本实用新型涉及3D立体点阵模型控制和LED显示技术，特别是嵌入式传感器技术、环境数据采集与交互技术。

背景技术

在工业信息化的背景下，有效的报警显示系统已经从工业和消费类多媒体应用领域渗透。数字化的立体式交互体验与显示技术将为工业信息化服务。本实用新型基于石油化工生产过程中的气体泄漏为报警触发点，通过立体光标示显示设备为厂区人员提供气体泄漏信息。

与传统工业生产上应用的报警显示设备相比，本实用新型采用发光二极管作为显示设备的基本构成元素，特有的8×8×8立体式显示结构能满足多角度、全方位的石化气体泄漏和环境参数的信息直观获取。立体的LED报警显示系统设计能明显体现出在空间全方位、多角度的显示优越性和良好的应用前景。

现有的报警LED显示机构一般分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成，存在着生产使用过程复杂，显示方向单一等问题。显示效果受空间维度的限制，仅能在二维平面上传播显示的信息，满足不了全方位、多角度获取报警信息的需求，不能在石化厂区气体泄漏事故发生时为事故现场抢救和人员撤离提供有效的信息和争取抢救时间。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种8×8×8立体式LED显示矩阵单元，通过嵌入式传感器技术采集石化厂区检测气体的浓度和相关环境参数，经过数据融合处理后判断气体浓度是否超标，再进行显示动作的决策。解决了单一方向不能多角度、全方位获取显示石化气体泄漏信息与警报提示，且不能同时满足厂区环境美化与照明标示的缺点。

为实现上述目的的，本实用新型的技术方案如下：

石化气体泄漏立体光标示装置，其特征在于包括：气体泄漏报警立体显示机构；2)石化气体传感器采集机构；3)微机控制机构；4)基板与电路桥接基本外设，其中：

所述气体泄漏报警立体显示机构，为8×8×8立体式矩阵模型，构成“前”、“后”、“左”、“右”、“上”五个方向可观测的3D立体式的显示光标示，能多角度、全方位获取石化气体泄漏信息，并设置有扬声器；

所述石化气体传感器采集机构，包括有一氧化碳气敏传感器报警模块、烟雾气敏传感器检测模块、温湿度检测模块和火焰传感器探测模块；

所述基板与微机控制机构，采用的主控为STC12C5A60S2单片机芯片，驱动电路为74HC573数字芯片为锁存驱动的8列并排的排列方式，同时用ULN2803达林顿晶体管阵列对光标示的LED层进行输入放大与驱动控制；

所述基板与电路桥接基本外设，为带有纵横8×8矩阵排孔阵列组合、芯片插槽、排针接口和传感器接口，基本外设电路基载与相对应LED引脚接口。

所述传感器基本外设包括有一氧化碳气敏传感器报警模块、烟雾气敏传感器检测模块、温湿度检测模块和火焰传感器探测模块。

本实用新型设置有扬声器报警单元，所述扬声器报警单元当检测到有石化气体泄漏且超过规定浓度时，扬声器就会做出相应的报警声音警示播报。

光标示涉及嵌入式传感器技术和环境数据采集技术，采用8×8×8立体式矩阵的模型构成“前”、“后”、“左”、“右”、“上”五个方向可观测的3D立体式的显示光标示。采用的主控芯片为STC12C5A60S2单片机芯片，驱动电路为74HC573数字芯片为锁存驱动的8列并排的排列方式，同时用ULN2803达林顿晶体管阵列对光标示的LED层进行输入放大与驱动控制。利用STC12C5A60S2单片机芯片控制LED的亮灭，采用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立体展现不同紧急报警的造型和图案，产生一种三维立体式的多角度可观测的动态效果。

优选的，所述STC12C5A60S2单片机芯片为宽电压：5.5～3.3V，2.2～3.6V(STC12LE5A60S2系列)；设置有外部掉电检测电路，可在掉电时将数据保存进EEPROM；有空闲模式和掉电模式的低功耗设计；8通道数据宽度，10位高速ADC，2路PWM；2通道比较单元；有可编程时钟输出功能。

优选的，所述74HC573八位三态输出寄存器，用来驱动512个LED发光二极管，有8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

优选的，所述ULN2803达林顿晶体管，驱动能力为500MA\50V。应用时9脚接地，10脚接负载电源VCC，输入的电平信号为0或5V。输入0是输出达林顿管截止，输入为5V电平时，输出达林顿饱和。输出负载加在电源V+和输出口上，当输入为高电平时，输出负载工作，该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。

优选的，所述一氧化碳气敏传感器报警模块为采用宽电压LM393比较器、具有双路信号输出(模拟量输出及TTL电平输出)和气敏材料为二氧化锡(SnO2)的MQ-7气体传感器。

优选的，所述烟雾气敏传感器检测模块，特点是具有DO开关信号(TTL)输出和AO模拟信号输出，对液化气、丙烷、氢气的可燃性气体的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测亦能达到理想的水平的MQ-2气体传感器。

优选的，所述温湿度检测模块为湿度测量范围在20％-95％，湿度测量误差：±5％，温度测量范围在0-80℃，温度测量误差：±2℃，工作电压为3.3V-5V的DHT11温湿度传感器模块。

优选的，所述火焰传感器探测模块为可以检测火焰波长范围在760nm～1100nm的光源，采用宽电压LM393比较器，探测角度范围为-60°～60°，对火焰光谱灵敏的4线制火源探测传感器。

本实用新型设置有基板，所述基板为带有横纵8×8矩阵排孔阵列组合、芯片插槽与相对应排针接口、传感器接口，基本外设电路基载与相对应排针接口。所述芯片插槽与相对应排针接口如说明书附图图2所示，74HC573芯片8位输出口自上而下分别连接对应LED纵列自上而下的8个共阳极排孔，8个74HC573芯片都依此规律进行连接上64个排孔阵列。如说明书附图图3所示，主控芯片P0^0～P0^7I/O口分别与74HC573芯片D0～D7输入口相对应连接并且与剩余7个74HC573芯片D0～D7输入口相并联串行输入连接。如说明书附图图1所示，主控芯片P1^0～P1^7I/O口分别与ULN2803的IN1～IN8输入口相对应连接，ULN1803的OUT1～OUT8输出口分别与光标示的LED层自上而下的8层共阴极端相连接。

本实用新型的光标示显示图案与动画分别对应于不同石化气体泄漏情形与对应不同气体浓度，气体浓度越高，LED的亮度越高，标示3D立体图案闪动与变换得越快。

为了使本实用新型的技术方案和应用过程表述得更加清楚，下面结合具体实施方式和说明书附图，对本实用新型做出进一步的详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但不作为对本实用新型的技术限定。

下面结合附图进行说明。

附图说明

图1是本实用新型的全景模型概况外观示意图。

图2是本实用新型的俯视图外观示意图。

图3是本实用新型的74HC573芯片串行输出输入连接示意图。

图4是本实用新型的ULN2803晶体管集成芯片串行输出输入连接示意图。

如图1、图2所示，标注101、201为LED发光二极管；标注102、210为74HC573八位三态输出芯片；标注103、204为火焰传感器探测模块；标注104、202为扬声器；标注105、203为STC12C5A60S2单片机芯片；标注106、205为温湿度检测传感器；标注107、206为功能按键；标注108、207为MQ-2气敏传感器；标注109、208为MQ-7气体传感器；标注110、209为ULN2803晶体管集成芯片；标注111、211为LED桥接引脚。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的原理结构、基本用途与改进创新之处，现在结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，然而所述实施例仅为提供说明与解释之用，不能用来限制本实用新型的专利保护范围。

本实用新型的LED灯桥接为八阶八层立体式的组合方式，在空间维度的水平方向为层，在空间维度的重力方向为阶。如图2所示，在LED层面上，8×8排列的64个LED灯构成了一个层面。一排LED，有：第一LED灯的阴极引脚与第二LED灯的阴极引脚相焊接；第二LED灯的阴极引脚与第三LED灯的阴极引脚相焊接；第三LED灯的阴极引脚与第四LED灯的阴极引脚相焊接；第四LED灯的阴极引脚与第五LED灯的阴极引脚相焊接；第五LED灯的阴极引脚与第六LED灯的阴极引脚相焊接；第六LED灯的阴极引脚与第七LED灯的阴极引脚相焊接；第七LED灯的阴极引脚与第八LED灯的阴极引脚相焊接。

在阶面上，有：第一排的LED阳极引脚与第二排的LED阳极引脚相对齐焊接；第二排的LED阳极引脚与第三排的LED阳极引脚相对齐焊接；第三排的LED阳极引脚与第四排的LED阳极引脚相对齐焊接；第四排的LED阳极引脚与第五排的LED阳极引脚相对齐焊接；第五排的LED阳极引脚与第六排的LED阳极引脚相对齐焊接；第六排的LED阳极引脚与第七排的LED阳极引脚相对齐焊接；第七排的LED阳极引脚与第八排的LED阳极引脚相对齐焊接。构成一阶面。

在水平方向上，第一个阶面引出的8个阴极引脚与第二个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第二个阶面引出的8个阴极引脚与第三个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第三个阶面引出的8个阴极引脚与第四个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第四个阶面引出的8个阴极引脚与第五个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第五个阶面引出的8个阴极引脚与第六个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第六个阶面引出的8个阴极引脚与第七个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第七个阶面引出的8个阴极引脚与第八个阶面引出的8个阴极引脚相焊接；第八个阶面引出的8个阴极引脚与ULN2803的8个输出口相连。

优选的，当检测到有石化气体的浓度超过规定值时，扬声器发出急促的警报声，在单片机程序中定义气体浓度模数转换的预警标度值的大小。

优选的，石化气体泄漏光标示应该选择放置在环境温度不超过80℃的物理环境中。在距离石化气体泄漏光标示80cm以内的空间无不可透光障碍物。

优选的，本实用新型所选用的LED灯为雾面高亮发散性柔光，可在一般或略有模糊的空气能见度下进行工作。

优选的，本实用新型可实施任意姿态的吊、挂、贴等放置方法。物理环境需求与说明书[0032]段表述相同。

优选的，本实用新型可实施外加5～7.4V的工作直流电源，或直接使用光标示自带电源。

优选的，本实用新型可实施多个光标示联动显示，视觉效果更佳、更直观。

优选的，本实用新型设置有按键，有：按键1、按键2、按键3。所述按键1，按下“键1”：进入正常光标示图案动作循环播放阶段。所述按键2，按下“键2”：实现开/关电源，光标示停止工作。所述按键3，按下“键3”：终止程序进行，复位程序重新开始，进入正常光标示图案动作循环播放阶段，并实时检测石化气体浓度。

Claims (4)

1.石化气体泄漏立体光标示装置，其特征在于包括：1)气体泄漏报警立体显示机构；2)石化气体传感器采集机构；3)微机控制机构；4)基板与电路桥接基本外设，其中：

所述气体泄漏报警立体显示机构，为8×8×8立体式矩阵模型，构成“前”、“后”、“左”、“右”、“上”五个方向可观测的3D立体式的显示光标示，能多角度、全方位获取石化气体泄漏信息，并设置有扬声器；

所述石化气体传感器采集机构，包括有一氧化碳气敏传感器报警模块、烟雾气敏传感器检测模块、温湿度检测模块和火焰传感器探测模块；

所述微机控制机构，采用的主控为STC12C5A60S2单片机芯片，驱动电路为74HC573数字芯片为锁存驱动的8列并排的排列方式，同时用ULN2803达林顿晶体管阵列对光标示的LED层进行输入放大与驱动控制；

所述基板与电路桥接基本外设，为带有纵横8×8矩阵排孔阵列组合、芯片插槽、排针接口和传感器接口，基本外设电路基载与相对应LED引脚接口。

2.根据权利要求1所述的石化气体泄漏立体光标示装置，其特征在于：具有宽电压LM393比较器、具有双路信号输出和气敏材料为二氧化锡的MQ-7一氧化碳气敏传感器；具有双路信号输出、对液化气、丙烷、氢气、天然气和其它可燃性气体灵敏度高的MQ-2气体烟雾传感器；具有湿度测量范围在20％-95％，湿度测量误差在±5％，温度测量范围在0-80℃，温度测量误差：±2℃，工作电压为3.3V-5V的DHT11温湿度传感器模块；具有可检测火焰波长范围在760nm～1100nm的光源、设置宽电压LM393比较器、探测角度范围在-60°～60°的4线制火源探测传感器。

3.根据权利要求2所述的石化气体泄漏立体光标示装置，其特征在于：74HC573芯片8位输出口自上而下分别连接对应LED纵列自上而下的8个共阳极排孔，8个74HC573芯片都依此规律进行连接上64个排孔阵列；主控芯片P0^0～P0^7I/O口分别与74HC573芯片D0～D7输入口相对应连接并且与剩余7个74HC573芯片D0～D7输入口相并联串行输入连接；主控芯片P1^0～P1^7I/O口分别与ULN2803的IN1～IN8输入口相对应连接，ULN1803的OUT1～OUT8输出口分别与光标示的LED层自上而下的8层共阴极端相连接。

4.根据权利要求1至2任意一项所述的石化气体泄漏立体光标示装置，其特征在于：采用5～7.4V的工作直流电源。