CN206177360U

CN206177360U - 一种多功能低功耗气体检测仪

Info

Publication number: CN206177360U
Application number: CN201621175074.XU
Authority: CN
Inventors: 唐明军; 周杰; 尤子鹃
Original assignee: Yangzhou Polytechnic Institute
Current assignee: Yangzhou Polytechnic Institute
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2026-10-26

Abstract

本实用新型涉及一种气体检测仪，具体地说，涉及一种多功能低功耗气体检测仪，属于电子技术领域。本实用新型多功能低功耗气体检测仪，实现了气体检测多功能化，解决市面上绝大多数气体检测仪采用单气体检测模式的局限性，不再每测量一种气体需要携带一种测量仪表，本产品功能多样，适用范围广，且携带方便，便于广泛推广使用；本实用新型将数据采集和数据处理分开进行，利用超低功耗的MSP430进行采集，ARM进行数据处理，降低了功耗，延长了蓄电池的使用寿命，降低使用成本；本实用新型数据采集模块预留有气体浓度检测接口，以便系统功能的拓展和仪器的升级，扩展性强，便于广泛推广使用。

Description

一种多功能低功耗气体检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种气体检测仪，具体地说，涉及一种多功能低功耗气体检测仪，属于电子技术领域。

背景技术

气体检测是环境检测的重要组成部分，随着科技的发展，在工业燃烧尤其是化石燃料的燃烧过程中，伴随着大量的有毒有害气体排入大气，从而造成大气污染、气候变暖、海平面抬升等一系列问题。为了提高燃烧效率、节约能源、减少大气污染以及控制燃烧过程的燃料空气比，必须对烟气中各成份的含量进行有效的检测。气体检测仪要在便携式的基础上更加袖珍化、微型化，具有操作简便、便于携带、低功耗、超强的数据处理能力和直观的液晶显示功能，用于工业烟气分析，还可应用于生物、医疗、食品分析等场合，但是目前，市面上绝大多数气体检测仪采用单气体检测模式，即每测量一种气体需要携带一种测量仪表，功能单一，局限性强，使用起来不方便。因此，研发一种新型的手持式气体检测仪器，具有广泛的应用前景和实践意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种使用方便且使用成本较小的多功能低功耗气体检测仪。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种多功能低功耗气体检测仪，包括数据采集模块、数据处理模块、O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器、气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块和PC机；所述O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器分别与数据采集模块连接，所述气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块以及PC机分别与数据处理模块连接。

在多功能低功耗气体检测仪组成结构上，硬件电路采用模块化设计，由主数据处理模块和采集模块构成。数据处理模块采用32位ARM微处理器作为主控制器，180MHz的主频，16KB SRAM，128KB ROM，它内部集成了4个标准异步通信口UART、1个USB HOST、1个USBDevice接口等。数据采集模块采用超低功耗的MSP430，该芯片16KB的RAM，256Flash，4个标准异步通信口UART等。MSP430把采集到的数据直接通过USB发送给ARM，不影响原有传感器的运行。

优选的，所述数据采集模块为MSP430单片机。

优选的，所述数据处理模块为ARM单片机。

优选的，所述数据采集模块与数据处理模块之间通过USB接口连接。

优选的，所述数据处理模块与PC机之间通过RS232接口传输。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型多功能低功耗气体检测仪，实现了气体检测多功能化，解决市面上绝大多数气体检测仪采用单气体检测模式的局限性，不再每测量一种气体需要携带一种测量仪表，本产品功能多样，适用范围广，且携带方便，便于广泛推广使用；

2、本实用新型多功能低功耗气体检测仪，将数据采集和数据处理分开进行，利用超低功耗的MSP430进行采集，ARM进行数据处理，降低了功耗，延长了蓄电池的使用寿命，降低使用成本；

3、本实用新型多功能低功耗气体检测仪，通过按键操作可对气体检测的各个参数以及时间、日期进行设置和切换，同时气体检测结果会实时显示到液晶显示器上，包括气体压力、温度、流速和流量，以及检测时间和日期；

4、本实用新型多功能低功耗气体检测仪的。

5、本实用新型多功能低功耗气体检测仪，预留串口通信接口以便将气体检测仪检测的数据上传至机，利用计算机强大的数据处理能力完成数据的处理和存储，在上位机上，也可根据实际需要可对各组分参数值数据进行打印存档。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构框图；

图2是图1中数据采集模块的USART转USB的PL2303外围器件连接图。

具体实施方式

如图1所示的本实用新型多功能低功耗气体检测仪包括：数据采集模块MSP430、数据处理模块ARM、O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器、气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块、PC机；所述数据采集模块MSP430与数据处理模块ARM连接，所述O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器分别与数据采集模块MSP430连接，所述气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块、PC机分别与数据处理模块ARM连接。

本实用新型多功能低功耗气体检测仪的工作流程为：各传感器对被检测气体中的气体成分进行采集，每一分钟采集完成后，数据采集模块MSP430将采集得到的数据打包存入内部FLASH中，然后继续采集，采集接口采集到的数据根据16选1的多通道输入选择模拟开关对各传感器所采集的模拟数据进行转换；与此同时数据处理模块ARM每分钟就会与MSP430通过USB接口通讯一次，发送命令获取MSP430存储的分钟数据，开始处理数据，进行数据质量的控制、存储数据，整个任务完成后ARM再次进入休眠状态，除非人为操作将其唤醒。气体压力传感器和气体温度传感器分别对被检测气体的压力和温度进行检测，预留的气体浓度检测接口可用来拓展对气体浓度信号进行采集，检测到的压力、温度信号直接送入ARM中进行处理，预留的气体浓度传感器采集到的微弱的模拟信号通过信号的滤波、放大以及转换处理后也送入各数值在中进行数据的进一步处理，再通过LCD显示模块显示出被测气体的各个参数值。还可以通过键盘输入模块来触发外部中断，控制对应的按键来完成对应的操作，这样更有利于操作人员的操作和查看相应数据。仪器设计有片外存储芯片来扩充数据存储容量，还可与上位机通过串口通讯的方式连接，以此实现数据的实时存储和监控。

如图2所示，本实用新型多功能低功耗气体检测仪的数据采集模块MSP430与数据处理模块ARM之间采用USB接口通讯，MSP430没有内置的USB模块，只有USART模块，因此需要实现USART转USB。传统上，USB接口的开发较为复杂，因此在设计USB设备的时候要根据不同的实际应用需求慎重的选择USB Slave芯片。如果接口通讯数据量很小，就可以选用串口转USB的芯片，比如PL2303、CP2101、FT232BM等，这样可以避免繁琐的USB协议和USB驱动，完全可以按照串口的设计方案来设计；如果通讯数量可以由USB1.1协议的12Mbps承载(满负载大概按1Mbytes就算)，那样就可以用PDIUSBD12这样类似的USB接口芯片或者EZ-USB系列的单片机；如果通讯数据量必须要使用USB2.0协议才能达到，那就要使用带USB2.0接口的嵌入式处理器芯片，否则CPU的处理速度难以胜任。经分析，本实用新型多功能低功耗气体检测仪通讯数据量用USB1.1协议完全可以胜任，考虑到MSP430单片机接口非常方便，并且有两个内置的串口模块，本实用新型采用串口UART转USB桥接控制器PL2303，而在数据采集系统一方全完是对串口RS232的操作，因此使用USB通信接口变得十分容易。

在Linux系统中，有一个叫做“USB核心”的子系统，它的作用是提供支持USB设备驱动程序的API(Application Interface，应用程序接口)和USB主控制器驱动程序。它提供了许多数据结构，宏定义和功能函数来对硬件或设备进行支持。开发板附带的源代码(包括内核源代码)都已经内置了控制驱动程序和USB芯片驱动程序了，因此本实用新型只需要注重于符合要求的设备驱动程序即可，在linux下编写USB设备的驱动程序从严格意义上讲就是使用这些USB设备核心的子系统定义的数据结构，宏和函数来编写数据的处理功能。

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

Claims

1.一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器、气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块和PC机；所述O₂气体传感器、CO气体传感器、SO₂气体传感器、NO气体传感器、CH₄气体传感器、CO₂气体传感器分别与数据采集模块连接，所述气体压力传感器、气体温度传感器、键盘输入模块、LCD显示模块、数据存储模块、时钟模块、复位模块以及PC机分别与数据处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：所述数据采集模块为MSP430单片机。

3.根据权利要求1所述的一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：所述数据处理模块为ARM单片机。

4.根据权利要求1所述的一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：所述数据采集模块与数据处理模块之间通过USB接口连接。

5.根据权利要求1所述的一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：所述数据处理模块与PC机之间通过RS232接口传输。

6.根据权利要求2所述的一种多功能低功耗气体检测仪，其特征在于：所述数据采集模块MSP430单片机预留有气体浓度检测接口。