CN205210605U - 一种有害气体数据采集器及其构成的监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有害气体数据采集器及其构成的监测系统，数据采集器包括Atmega128单片机，均与该Atmega128单片机连接的气体传感器、温度传感器、湿度传感器、显示模块和5V电源模块，以及同时与气体传感器和5V电源模块连接的3V电源模块；监测系统则包括数据采集器、以太网控制器、电平转换器、PC机和3.3V电源模块；以太网控制器和电平转换器均与Atmega128单片机连接，3.3V电源模块和电平转换器均与5V电源模块连接；PC机同时与以太网控制器和电平转换器连接。本实用新型设计合理、使用方便，能够在生产过程中对有害气体状态进行全面、实时的监测，从而消除安全隐患，避免安全事故的发生。

Description

一种有害气体数据采集器及其构成的监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种有害气体数据采集器及其构成的监测系统。

背景技术

随着国民经济的发展、生活水平逐步提高，人们对生活的质量和安全意识的要求也越来越迫切。但在生产过程中某些情况下若使用不当或装置失灵，就会发生有害气体泄漏的现象，如果泄漏浓度超过安全界限，就会引起火灾、中毒、爆炸等事故的发生，严重危害人身财产安全。因此必须及时可靠对气体浓度进行检测、监控，一旦发现有害气体浓度过高，应立刻采取有效的措施，减少泄漏事故的发生，将损失降到最低。智能有害气体监控系统可在泄漏气体尚未达到安全界限之前，(即泄漏气体量对人身害处不大、也不会引起火灾的情况下)发出预警，即报警信号，起到安全防范的作用。

然而，现有的智能有害气体监控系统大多采用单一参数的检测方式对有害气体进行监测，即只检测气体浓度，对其他环境参数没有涉及。这种检测方式并不能全面反映被测气体在特定环境中所显示的特性，范围较窄，因而其并不能很好地消除安全隐患，安全系数仍然不够高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种有害气体数据采集器及其构成的监测系统，可以解决现有的有害气体监控系统不能很好消除安全隐患的问题。

为实现上述目的，本实用新型解决问题的技术方案如下：

一种有害气体数据采集器，包括Atmega128单片机，均与该Atmega128单片机连接的气体传感器、温度传感器、湿度传感器、显示模块和5V电源模块，以及同时与气体传感器和5V电源模块连接、用于向气体传感器提供工作电源的3V电源模块；所述温度传感器、湿度传感器和显示模块均与5V电源模块连接。

进一步地，本实用新型还包括均与Atmega128单片机连接的报警模块和状态指示灯。

作为一种优选，所述气体传感器型号为MC101。

作为一种优选，所述温度传感器型号为DS18B20。

作为一种优选，所述湿度传感器型号为HS1101。

作为一种优选，所述显示模块型号为LCD1602。

基于上述硬件结构，本实用新型基于一个总的发明构思下，还提供了由该有害气体数据采集器构成的监测系统，包括数据采集器，以及以太网控制器、电平转换器、PC机和用于向以太网控制器提供工作电源的3.3V电源模块；所述以太网控制器和电平转换器均与数据采集器中的Atmega128单片机连接，并且3.3V电源模块和电平转换器还均与数据采集器中的5V电源模块连接；所述PC机同时与以太网控制器和电平转换器连接。

作为一种优选，所述以太网控制器型号为ENC28J60。

作为一种优选，所述电平转换器型号为MAX232n。

进一步地，所述数据采集器、以太网控制器、电平转换器和3.3V电源模块均至少为两个，并且一一对应连接。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型设计合理、使用方便，其以Atmega128单片机作为主控芯片，并集成了气体传感器、温度传感器和湿度传感器，可以全面监测有害气体的浓度、温度和湿度，然后将采集的数据进行显示和处理，本实用新型可以准确、动态、及时地采集当前环境的特定气体(如一氧化碳、硫化氢、甲醛、氨气、氧气等)浓度、温度和湿度情况，为及时采取安全措施、消除安全隐患提、提高安全系数供了良好的铺垫。

(2)本实用新型设置了报警模块和状态指示灯，可在有害气体发生异常时自动报警，并迅速通知相关人员进行处理，进一步避免事故的发生或防止事故扩散。

(3)本实用新型中的气体传感器型号选用MC101，其可以对可燃性气体进行检测，并具有响应速度快、使用寿命长的优点，可以很好地对有害气体的浓度进行检测。

(4)本实用新型可将多个数据采集器同时与PC机实现通信，从而同时对多处环境的有害气体状态进行监测，扩大监测范围，并最大限度确保环境的安全性。

(5)本实用新型性价比高、实时性强、应用范围广泛，其可以实现对整个生产安全性的有效管理，从而实现一台PC机完成对整个现场有害气体参数的智能监测，因此，本实用新型具有较高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图。

图2为本实用新型部分元器件的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种可在安全生产过程中实现有害气体的浓度、环境温度和湿度监测的系统，该系统主要由三大部分组成，即：数据采集、数据处理通信、人机交互。而具体来说，这三大部分主要包括Atmega128单片机、气体传感器、温度传感器、湿度传感器、显示模块、以太网控制器、电平转换器、5V电源模块、3V电源模块、3.3V电源模块以及PC机。

所述的Atmega128单片机、气体传感器、温度传感器、湿度传感器、显示模块、5V电源模块和3V电源模块构成了一个有害气体数据采集器，如图1所示，该数据采集器以Atmega128单片机作为主控芯片，可以实现单处环境的有害气体状态监测。Atmega128单片机采用了RICS结构(ReducedInstructionSetComputing，精简指令集)，是一种CPU(中央处理器)，其指令格式和长度固定，指令及寻址方式少而简单，跟同等的CISC(复杂指令集计算机)相比，该种单片机的处理器快了50％以上，而且更容易设计和纠错。

而在上述数据采集器中，所述的5V电源模块与Atmega128单片机的VCC端口(引脚21、22)连接，其用于向整个数据采集器提供工作电源，该5V电源模块外接9V电源，然后通过三端稳压芯片LM7805输出+5V电压给整个系统电路。

所述的气体传感器同时与Atmega128单片机的ADC0端口(引脚61)和3V电源模块连接，其用于检测有害气体的浓度，本实施例中，该气体传感器的型号为MC101，其为催化燃烧式传感器，电路结构如图2所示，本实施例中，MC101将采集到模拟信号经过AD623仪用放大器后接入单片机Atmega128，从将模拟信号转化成数字信号。催化燃烧式传感器属于高温气体传感器，利用催化燃烧产生的热效应原理制成。对铂丝通以电流，使检测元件保持高温(200～400℃)，此时若与可燃气体如甲烷接触，甲烷就会在催化剂层上燃烧，利用元件在其表面测量甲烷燃烧反应放出的热量，即燃烧使铂丝线圈的温度升高，线圈的电阻值就上升。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。因此只要测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的浓度。

所述的3V电源模块同时与5V电源模块和气体传感器连接，用于向气体传感器提供工作电源，该3V电源模块利用其中的AMS1117-ADJ稳压器将5V电压变为3.0V电源供给气体传感器使用。

所述的温度传感器与Atmega128单片机的PD5端口(引脚30)连接，用于检测有害气体的温度，本实施例中，该温度传感器的型号为DS18B20，测量范围从-55℃到125℃，精度为±0.5℃，该种温度传感器是美国DSLLAS公司推出的一种支持单总线接口的数字温度传感器，即单片机与DS18B20只需一根数据线即可实现通信，并且该数据线还可以直接向DS18B20供电。

所述的湿度传感器与Atmega128单片机的PD7端口(引脚32)连接，用于检测有害气体的湿度，本实施例中，该湿度传感器的型号为HS1101，如图2所示，其是一种电容式湿度传感器，湿度量程为0～100％RH，具有可靠性好、稳定性高、响应时间短的特点。

所述的显示模块与Atmega128单片机的PC端口连接，用于显示检测到的有害气体浓度、温度和湿度，本实施例中，该显示模块的型号为LCD1602。

此外，本实用新型还设置了报警模块和状态指示灯，二者均与Atmega128单片机连接(报警模块连接单片机引脚17，状态指示灯连接单片机引脚4、5)，在配合Atmega128单片机后，可以用来指示有害气体的状态，例如，如果当前浓度值低于设定的浓度值则绿LED亮，蜂鸣器不响；如果当前浓度值超过设定的浓度值则红LED亮，蜂鸣器响，来警告有害气体超过设定的值，提示相关人们应做出相应的处理。

还是如图1所示，为了实现同时对多处环境的有害气体状态监测，本实用新型将多个数据采集器同时与PC机之间实现通信，具体设置为：以太网控制器和电平转换器均与数据采集器中的Atmega128单片机(以太网控制器连接单片机引脚12、13，电平转换器连接单片机引脚2，并接入单片机内部的复位电路上)连接，3.3V电源模块和电平转换器还均与数据采集器中的5V电源模块连接，以太网控制器、电平转换器和3.3V电源模块均与数据采集器数量相同，并且一一对应连接。而PC机则同时与所有的以太网控制器和电平转换器连接。

在上述监测系统中，所述的以太网控制器用于实现单片机和PC机之间的通信，本实施例中，该以太网控制器的型号为ENC28J60，其带有SPI接口，并按照IEEE802.3协议进行数据传输。

所述的3.3V电源模块用于向以太网控制器提供工作电源，该3.3V电源模块通过稳压芯片AMS1117-3.3将5V电压转换，并输出3.3V电源给以太网控制器。

所述的电平转换器则用于将PC机输出的电压进行电平转换，然后输出至Atmega128单片机，本实施例中，该电平转换器的型号为MAX232n。

本实用新型工作时，气体传感器将检测到的有害气体浓度数据信号传送到Atmega128单片机内部，在进行A/D转换后，采集有害气体的浓度数据，同时，温度传感器采集温度数据，而湿度传感器则采集湿度数据信息。采集到的所有数据在由Atmega128单片机处理后，相关信息(浓度、温度和湿度)会在显示模块上显示，同时数据会通过以太网控制器发送给PC机，PC机则将多个数据采集器传输的信息同时，将动态图形化显示给相关人员查看。

本实用新型将现有成熟的控制技术和设备进行组合，很好地实现了对有害气体的全面检测，并且根据检测的数据，还可以同时建立数据库，存储相关检测数据，进而实现有害气体浓度数据的在线检测和分析处理，为有效避免有害气体危害提供了很好的保障。因此，本实用新型与现有技术相比，具有实质性的特点和进步。

Claims (10)

1.一种有害气体数据采集器，其特征是：包括Atmega128单片机，均与该Atmega128单片机连接的气体传感器、温度传感器、湿度传感器、显示模块和5V电源模块，以及同时与气体传感器和5V电源模块连接、用于向气体传感器提供工作电源的3V电源模块；所述温度传感器、湿度传感器和显示模块均与5V电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种有害气体数据采集器，其特征是：还包括均同时与Atmega128单片机和5V电源模块连接的报警模块和状态指示灯。

3.根据权利要求1或2所述的一种有害气体数据采集器，其特征是：所述气体传感器型号为MC101。

4.根据权利要求3所述的一种有害气体数据采集器，其特征是：所述温度传感器型号为DS18B20。

5.根据权利要求4所述的一种有害气体数据采集器，其特征是：所述湿度传感器型号为HS1101。

6.根据权利要求5所述的一种有害气体数据采集器，其特征是：所述显示模块型号为LCD1602。

7.一种有害气体监测系统，其特征是：包括如权利要求1～6任一项所述的数据采集器，以及以太网控制器、电平转换器、PC机和用于向以太网控制器提供工作电源的3.3V电源模块；所述以太网控制器和电平转换器均与数据采集器中的Atmega128单片机连接，并且3.3V电源模块和电平转换器还均与数据采集器中的5V电源模块连接；所述PC机同时与以太网控制器和电平转换器连接。

8.根据权利要求7所述的一种有害气体监测系统，其特征是：所述以太网控制器型号为ENC28J60。

9.根据权利要求8所述的一种有害气体监测系统，其特征是：所述电平转换器型号为MAX232n。

10.根据权利要求7～9任一项所述的一种有害气体监测系统，其特征是：所述数据采集器、以太网控制器、电平转换器和3.3V电源模块均至少为两个，并且一一对应连接。