CN205484171U - 一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，涉及一种可燃气体检测装置，包括M通道模块、LCD模块、电流通道、电压通道；M通道模块分别与电池电压检测传感器、湿度检测传感器、光强检测相连接传感器相连，LCD模块连接有LCD液晶，电流通道（1）、电流通道（2）及电压通道分别与可燃气体检测传感器相连；检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，R17，R72组成电桥的另两个臂，桥路输出端接V9801S的全差动输入电流测量通道IA端口的IAP、IAN引脚。该装置具有温度湿度检测、光强检测、人体感应、应急照明、定时和时钟功能。对可燃气体浓度进行检查，如果超出报警设置值，进行报警警、自动关闭电磁阀，防止发生可燃气体爆炸。

Description

一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测 装置

技术领域

本实用新型涉及一种可燃气体检测装置，特别是涉及一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置。

背景技术

天然气泄漏时，在空中的浓度达到15%以上时，可导致人体缺氧而造成神经系统损害，严重时可表现呼吸麻痹、昏迷、甚至死亡。泄漏天然气遇到火源即可发生燃烧和爆炸，将对人们的生命财产安全带来更大的灾害。目前，市场上的大多数的天然气检测装置，检测精度低且功能单一，一般只是起到监测的作用，部分装置带有报警功能，并不具有自动关断功能和检测其他参数的功能。大部分检测装置通过气敏元件将天然气体浓度信号转换成电信号，然后通过通用型单片机自带的A/D转换芯片再将电信号转换成数字信号进行实时处理，判断检测到的天然气体浓度数据是否超限并自动报警。但是用通用型单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强，开发周期长，所形成的产品检测精度并不理想，所以性价比不高。还有部分产品采用将气体浓度及系统信息转变为电信号，并输给PLC/DCS 控制系统，进行识别、显示及处理，实现对天然气体进行自动监测和控制的目的，但是对于采用PLC/DCS系统控制的设备成本相对较高并能耗较大，而且同样并不具备检测其它参数及应急等功能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，该装置具有温度湿度检测功能，光强检测功能，人体感应功能，应急照明功能，定时功能和时钟功能。对可燃气体浓度进行检查，如果超出报警设置值，进行报警警、自动关闭电磁阀，防止发生可燃气体爆炸。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，所述装置包括M通道模块、LCD模块、电流通道、电压通道；M通道模块分别与电池电压检测传感器、湿度检测传感器、光强检测相连接传感器相连，LCD模块连接有LCD液晶，电流通道一、电流通道二及电压通道分别与可燃气体检测传感器相连；检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，R17，R72组成电桥的另两个臂，桥路输出端接V9801S的全差动输入电流测量通道IA端口的IAP、IAN 引脚；湿度测量采用湿敏电阻型高分子湿度传感器， CD1和CD2接V9801S的IO脚，WET接到V9801S的M通道M0脚。R75接在Vcc端，探测移动人体使用双元件热释电红外传感器，传感器内部设有两个敏感元件反向链接， V9801S内部配置LCD驱动电路。

所述的一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，所述装置采用电阻分压方式连接 V9801S的BAT脚。

所述的一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，所述装置采用锂电池作为后备电池供电方式。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型多功能可燃气体检测装置是一种民用的可燃气体检测、报警及自动关断装置。该装置对可燃气体浓度进行检查，如果超出报警设置值，进行报警警；如果检测超出泄漏设置值，装置将自动关闭电磁阀，防止发生可燃气体爆炸事件；该检测装置还具有温度湿度检测功能，光强检测功能，人体感应功能，应急照明功能，定时功能和时钟功能。

2. 本实用新型多功能可燃气体检测装置CPU采用V9801S，它是一款高性能、低功耗的单相电能计量 SoC （System-on-a-chip ，系统级芯片）芯片，集成4 路独立的过采样∑/∆ ADC、增强型 8052 内核、RTC、WDT、Flash、SRAM 和 LCD驱动等功能模块。该芯片为单相多功能电能表提供单芯片解决方案，出货量巨大，所以价格便宜，性价比高。

3. 本实用新型V9801S 的4 路独立的过采样∑/∆ ADC，包括1 路电压、2 路电流和 1 路多功能测量通道。利用V9801S的1 路电压通道采集人体感应器的模拟输出，利用V9801S的1 路电流通道采集可燃气体浓度，利用另1 路电流通道测量光强检测 ，利用 1路多功能M测量通道循环检测温度、电池电压和空气湿度。V9801S 芯片具有强大的LCD驱动模块，可支持4×40/6×38/8×36 段液晶显示。

附图说明

图1多功能可燃气体检测装置组成结构示意图；

图2催化燃烧式气敏元件MC105 检测电路图；

图3 V9801S片内M通道连接图；

图4 HR202湿度检测电路图；

图5 光强检测电路图；

图6热释电红外传感电路图；

图7晶振频率和温度的关系曲线图；

图8 LCD驱动电路内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

装置的结构组成包括有M通道模块、LCD模块、电流通道、电压通道；M通道模块分别与电池电压检测传感器、湿度检测传感器、光强检测相连接传感器相连，LCD模块连接有LCD液晶，电流通道1、电流通道2及电压通道分别与可燃气体检测传感器相连。

可燃气体检测报警功能实现：MC105 型催化元件根据催化燃烧效应的检测原理工作，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，R17，R72组成电桥的另两个臂，如图2所示。电位器DW22可以对电桥输出电压进行校准微调。遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大。MC105采用2.5V供电，桥路输出端接V9801S的全差动输入电流测量通道IA端口的 IAP、IAN 引脚。

温度检测实现：V9801S内部有M通道，可配置成测量温度、电池电压和外部电压信号。M通道的外部电压信号用于测量湿度。如图3所示，当MEAS[2：0]切换成000，M通道测量芯片内部温度。测量范围为-40~+85°C，典型测量误差为±1°。

电池电压测量实现：在 V9801S中，引脚 BAT 可用于电池电压输入，其允许输入的待测电压信号（V）的范围为-200mV~3.8V；装置采用3.7V锂电池作为后备电池供电，所以采用电阻分压方式接 V9801S的BAT脚。如图3所示，当MEAS[2：0]切换成010，M通道测量芯片内部温度。

湿度测量实现：本实用新型采用HR202湿敏电阻实现。该产品为电阻型高分子湿度传感器，具有感湿范围宽，响应速度快，灵敏度高，性能稳定可靠，产品一致性好等特点。如图4所示，CD1和CD2接V9801S的IO脚，WET接到V9801S的M通道M0脚。 湿度测量方法是将CD1和CD2接口IO设置为 推挽输出，然后输出频率为1KHz的方波，两个方波相位相反（即CD1高电平时CD2低电平，CD1低电平时CD2高电平）。M通道M0脚模拟AC输入。然后在CD1接的IO口置位1的时候检测AI输入（在高电平中间时间采样比较准确），因为这时候相当于R75与R76串联，R75接在Vcc端，中间采集到的AD对应电压就是R76分压Vf。所以R76/(R75+R76) = Vf/Vcc，可以求得此时湿敏电阻的阻抗值，然后根据阻值与温度偏移转换为湿度值。

应急照明功能实现：具有光强检测和人体感应功能可以实现应急照明功能。如图5所示,光强检测是通过采集光敏电阻R38和标准电阻R37的电阻分压，分压信号LIGHTSEN接V9801S的第2 路电流通道，进行A/D转换，这样光强信号变成数字信号。人体感应采用热释电红外传感器KP500B，它是一种新型高灵敏探测元件，它能以非接触形式探测人体辐射的红外线能量变化，并将其转化为电压信号输出。如图6所示，将这个电压信号经过BISS0001红外感应控制芯片加以放大，输出信号供V9801S的1 路电压通道采集。为了探测移动人体，通常使用双元件热释电红外传感器，这种传感器内部，两个敏感元件反向链接，当人体静止时两元件极化程度相同，相互抵消。但是人体移动时，元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到探测移动人体的目的。

定时功能和时钟功能实现：V9801S 具有支持温度补偿的RTC功能，全温度范围内计时误差小于 5ppm，普通的单片机和ARM都不具备此功能。如果使用外置RTC, 并且计时误差小于 5ppm，将大大增加物料成本。 V9801S使用内部独立的 32.768kHz 的 OSC 时钟，提供实时时钟和日历，而且，能自动对闰年闰月及各大小月进行判断，对其进行自动调整。通过内部温度测量，可据温度值查表配置的校正值自动进行计时校正；由于温度和离散性的影响，不同芯片正常运行时外接的 32768Hz 晶振的频率在不同的时间会有不同的实际振荡频率。RTC 的校正寄存器可以对 RTC 计时进行校正，减小这种差异对最终实际计时带来的影响。如图 7 所示，晶振频率与温度之间成抛物线关系。可在不同温度下测得晶振频率，并根据以下方法计算得到相应温度下的 RTC 校正寄存器的值，再通过查表法得到不同温度下的 RTC 校正寄存器的值。

LCD显示功能实现：V9801S 的 LCD 驱动电路内部结构图如图8所示， V9801S内部配置高性能的LCD驱动电路，可支持最多 4×40/6×38/8×36 段 LCD。由片内32.768kHz的 OSC 时钟产生 LCD 扫描时序； 由 LDO33 供电；最高直流电平在 2.7V~3.3V 范围内可调整，调整步长 100mV；支持内部分压电阻网络产生直流分压电平。本实用新型采用 4×40段 LCD，直接采用V9801S片内的LCD驱动电路驱动。

Claims (3)

1.一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，其特征在于，所述装置包括M通道模块、LCD模块、电流通道、电压通道；M通道模块分别与电池电压检测传感器、湿度检测传感器、光强检测相连接传感器相连，LCD模块连接有LCD液晶，电流通道一、电流通道二及电压通道分别与可燃气体检测传感器相连；检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，R17，R72组成电桥的另两个臂，桥路输出端接V9801S的全差动输入电流测量通道IA端口的 IAP、IAN 引脚；湿度测量采用湿敏电阻型高分子湿度传感器， CD1和CD2接V9801S的IO脚，WET接到V9801S的M通道M0脚；R75接在Vcc端，探测移动人体使用双元件热释电红外传感器，传感器内部设有两个敏感元件反向链接， V9801S内部配置LCD驱动电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，其特征在于，所述装置采用电阻分压方式连接 V9801S的BAT脚。

3.根据权利要求1所述的一种基于单相电能计量系统级芯片的多功能可燃气体检测装置，其特征在于，所述装置采用锂电池作为后备电池供电方式。