CN207525842U - 厕所废气防爆控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种厕所废气防爆控制系统，包括消毒除臭箱、真空泵，真空泵的进气端通过气管连通蓄粪池，真空泵的出气端通过气管连通消毒除臭箱底部的进气孔，蓄粪池内设有沼气浓度传感器和气压传感器，智能控制器用于通过沼气浓度传感器和气压传感器实时监测蓄粪池内的沼气浓度和气压，并根据监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压输出相应的控制信号给真空泵、电磁阀，控制真空泵、电磁阀的工作状态，智能控制器用于将沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据上传到上位机，实现厕所废气远程监控、管理。其将设备与传感器配合从而实现产品的自动控制，从而避免了不必要的能源消耗，实现节能、环保的目的。

Description

厕所废气防爆控制系统

技术领域

本实用新型涉及厕所的废气排放控制领域，特别涉及一种厕所废气防爆控制系统。

背景技术

通常公共厕所的废气都是采用直接排放的方式，使蓄粪池所产生的废气通过与之连通的排气管道直接排向大气，这样排放的厕所废气对厕所周边环境的空气造成严重污染。为了解决厕所直接排放的废气导致厕所及周边环境臭气熏天的状况，专利号为200420067248.1的名为《负压净化除臭装置》的专利公开了一种厕内气体负压净化除臭的装置，该装置包括一个消毒箱和一个抽气泵，

消毒箱底部放里多个多孔石，多孔石上部依次等距离覆盖有多层空气分化罩，

消毒箱内装有净化消毒液将多孔石及空气分化罩淹住，抽气泵一端通过输气管

与多孔石连接，另一端通过抽气管与化粪池相连。该装置工作时，抽气泵通过

导线通电，日夜不停地工作，将化粪池的臭气抽出通过输气管打入多孔石，多孔石将抽出的臭气化成无数微小气泡后，再通过空气分化罩消毒、净化、除臭，使气泡在净化消毒液整合被消毒液净化成无臭气体，然后从消毒箱的出气口排出厕外。该装置由于气体必须从净化液经过才能得到净化、除臭，因此就需要抽气泵日夜不停地抽气，在一定的气压下，厕所化粪池的臭气才能从多孔石及消毒液经过向大气排放。抽气泵日夜不停地抽气，不仅使用寿命降低，且能源消耗极大。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种厕所废气防爆控制系统，其采用自动控制理论，将设备与传感器配合从而实现产品的自动控制，从而避免了不必要的能源消耗，实现节能、环保的目的。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种厕所废气防爆控制系统，包括消毒除臭箱、真空泵，所述真空泵的进气端通过气管连通蓄粪池，真空泵的出气端通过气管连通消毒除臭箱底部的进气孔，所述消毒除臭箱内分设有干区消毒除臭部和湿区消毒部，干区消毒除臭部位于消毒除臭箱内上部，所述干区消毒除臭部设有间隔开的多层消毒除臭层，所述湿区消毒部位于消毒除臭箱内下部，由注入箱内的消毒液和消毒除臭箱底部设有的多孔石构成，所述多孔石罩在消毒除臭箱底部的进气孔上，湿区消毒部的消毒液的液面高于多孔石且与干区消毒除臭部之间留有空间，该空间通过气管与电磁阀的下游端连接，电磁阀的上游端通过气管与蓄粪池连通，消毒除臭箱的上部设有出气口，下部设有换液口，所述蓄粪池内设有沼气浓度传感器和气压传感器，所述沼气浓度传感器、气压传感器分别与智能控制器的输入端电连接，所述智能控制器的输出端分别与真空泵、电磁阀电连接，所述智能控制器用于通过安装在蓄粪池内的沼气浓度传感器和气压传感器实时监测蓄粪池内的沼气浓度和气压，并根据监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压输出相应的控制信号给真空泵、电磁阀，控制真空泵、电磁阀的工作状态，所述智能控制器用于将沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据上传到上位机，实现厕所废气远程监控、管理。

所述智能控制器包括MCU模块、电源电路、信号采集电路、RS485接口电路、负载驱动电路，所述电源电路用于给整个智能控制器供电，所述信号采集电路的输入端分别与沼气浓度传感器、气压传感器的输出端电连接，用于分别采集沼气浓度传感器、气压传感器输出的沼气浓度信号和气压信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块的输出端分别与负载驱动电路电连接，所述负载驱动电路的输出端分别与真空泵、电磁阀电连接，用于控制真空泵、电磁阀，所述MCU模块通过RS485接口电路与上位机进行通讯。MCU模块、电源电路、信号采集电路、RS485接口电路、负载驱动电路均设置在一个盒子内。

所述信号采集电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放的同相输入端与气压传感器的输出端电连接，所述第一运放的反相输入端与第一运放的输出端电连接，所述第一运放的输出端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与电容C1的一端、MCU模块的ADC端口（AD0）连接，电容C1的另一端接地，所述第二运放的同相输入端与沼气浓度传感器的输出端电连接，所述第二运放的反相输入端与第二运放的输出端电连接，所述第二运放的输出端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端分别与电容C4的一端、MCU模块的ADC端口（AD1）连接，电容C4的另一端接地。

所述RS485接口电路包括RS485芯片U10和MOS管，RS485芯片U10的RO端口、DI端口分别与智能控制器的RX串口和TX串口连接，所述RS485芯片U10的RO端口经电阻R23与一电源正极连接，所述RS485芯片U10的端口、DE端口均与MOS管的漏极连接，MOS管的漏极经电阻R14与电源正极连接，MOS管的源极接地，MOS管的栅极经电阻R15与RS485芯片U10的DI端口连接，RS485芯片U10的VCC端口与电源正极连接，RS485芯片U10的GND端口接地，RS485芯片U10的A端口、B端口分别与连接器电连接。RS485芯片U10的A端口、B端口与连接器之间设有保护电路。

RS485芯片（U10）的B端口分别与电阻R16的一端、TVS管D4的一端、电阻R20的一端连接，电阻R16的另一端、TVS管D4的另一端接地，电阻R20的另一端与连接器的RS485_-B端口连接，RS485芯片（U10）的A端口分别与电阻R17的一端、TVS管D2的一端、电阻R19的一端连接，电阻R17的另一端、TVS管D2的另一端与电源正极连接，电阻R19的另一端与连接器的RS485_-A端口连接，RS485芯片（U10）的A端口与B端口之间连接有TVS管D3，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电阻R21，RS485芯片（U10）的B端口与电容C12的一端连接，电容C12的另一端接地，RS485芯片（U10）的A端口与电容C14的一端连接，电容C14的另一端接地，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电容C13。

所述负载驱动电路与MCU模块之间设有手动/自动切换控制电路，所述负载驱动电路包括外部手动开关J1和电控开关U4，所述电控开关U4的控制端与MCU模块的输出端连接，所述MCU模块用于输出控制信号给电控开关U4，控制电控开关U4的通断，通过控制电控开关U4实现真空泵、电磁阀的自动控制，所述电控开关U4与电控开关U3串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部手动开关J1与电控开关U2串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部负载接入端口J2的第一端口与负载电源的第二输出端连接，所述电控开关U3、电控开关U2的控制端与手动/自动切换控制电路的输出端连接，所述手动/自动切换控制电路的输入端与MCU模块的IO口连接，所述MCU模块的IO口用于输出电平信号给手动/自动切换控制电路，所述手动/自动切换控制电路用于接收MCU模块的IO口输出的电平信号，并根据接收的电平信号输出对应的控制信号给电控开关U3、电控开关U2，控制电控开关U3、电控开关U2的通断，实现当MCU模块工作正常时，电控开关U3导通，电控开关U2断开，当MCU模块工作异常时，电控开关U2导通，电控开关U3断开。

如果控制器可以直接与电控开关U4电连接来控制电控开关U4的通断时，则将控制器与电控开关U4直接电连接，如电控开关U4采用场效应管，则直接将控制器的输出端与场效应管U4的控制端连接。如果控制器不可以直接与电控开关U4电连接来电控开关U4的通断时，则在控制器与电控开关U4之间设置相应的驱动电路，如电控开关U4采用继电器，则在控制器与继电器U4之间设置相应的继电器驱动电路。

所述手动/自动切换控制电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3，所述场效应管Q1的栅极经过电阻R4与MCU模块的第二IO口电连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极经电阻R9与场效应管Q3的栅极电连接，所述场效应管Q2的栅极经电阻R5与MCU模块的第四IO口电连接，场效应管Q2的源极接地，场效应管Q2的漏极经过电阻R8与场效应管Q3的栅极电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R3与MCU模块的第一IO口电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R2与MCU模块的第三IO口电连接，场效应管Q3的栅极与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与一电源正极电连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极分别与电控开关U3、电控开关U2的控制端电连接，所述场效应管Q3的漏极与电阻R6的一端、电阻R7的一端电连接，电阻R6的另一端与一电源正极电连接，电阻R7的另一端接地，场效应管Q3的栅极与电容C1的一端电连接，电容C1的另一端接地。

所述场效应管Q3的漏极与外部手动强制介入开关K1的一端电连接，外部手动强制介入开关K1的另一端接地。

所述电控开关U2、电控开关U4采用N沟道场效应管，电控开关U3采用P沟道场效应管，场效应管U2的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U2的源极经电阻R11接地，场效应管U2的漏极分别与电阻R10的一端、外部手动开关J1的一端电连接，电阻R10的另一端、外部手动开关J1的另一端与外部负载接入端口的第二端口电连接，外部负载接入端口的第一端口与负载电源的正极电连接，场效应管U3的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U3的漏极与外部负载接入端口的第二端口电连接，场效应管U3的源极与场效应管U4的漏极电连接，场效应管U4的源极经电阻R11接地，场效应管U4的栅极与MCU模块的输出端电连接。

所述MCU模块与电控开关U4之间设有N沟道场效应管Q5，场效应管Q5的栅极与MCU模块连接，场效应管Q5的源极接地，场效应管Q5的漏极分别与电控开关U4的控制端以及电阻R57的一端连接，电阻R57的另一端与电源正极（电压VCC）连接。

所述智能控制器还包括输出保护电路，所述输出保护电路用于采集外部负载的电压、电流信号，并将采集的外部负载的电压、电流信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块用于AD采样外部负载的电压、电流信号，并将采样的电压和电流分别与预设的电压和电流进行比较，实现外部负载异常检测以及控制器异常检测，并控制自动关闭对外部负载的电源输出，所述外部负载包括真空泵、电磁阀。

所述输出保护电路包括放大器、电压跟随器，所述放大器的输入端与电流采集电路连接，所述电流采集电路用于采集负载电流，并传递给放大器进行信号放大，所述放大器的输出端与滤波电路连接，所述滤波电路用于将放大器输出的信号进行滤波后传递给MCU模块的ADC端口，进行模数转换，所述MCU模块用于通过判断负载电流值实现对外部负载的短路、过流保护，所述电压跟随器的输入端与电压采集电路连接，所述电压采集电路用于采集负载电压（本实施例为12V电压），并传递给电压跟随器进行电压跟随，所述电压跟随器的输出端与滤波电路连接，所述滤波电路用于将电压跟随器输出的电压信号进行滤波后传递给MCU模块的ADC端口，进行模数转换，所述MCU模块用于通过判断该电压信号与负载电流实现外部负载开/短路检测以及控制器开/短路检测，所述外部负载包括真空泵、电磁阀。

本实用新型具有的优点是：由于本实用新型的智能控制器通过安装在蓄粪池内的沼气浓度传感器和气压传感器实时监测蓄粪池内的沼气浓度和气压，并根据监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压输出相应的控制信号给真空泵、电磁阀，控制真空泵、电磁阀的工作状态，根据蓄粪池内的沼气浓度和气压自动识别是否需要排放，当沼气浓度超过5%（沼气可燃浓度为7%以上）或气压超过1个大气压后，控制器自动控制真空泵工作，自动将蓄粪池内的沼气直接送到消毒除臭箱内，进行过滤排放到大气中，当蓄粪池内沼气浓度低于2%并且气压低于1个标准大气压后，控制器自动停止工作从而保证蓄粪池内的沼气含量不会超过安全值，从而实现防爆的目的。本实用新型根据蓄粪池内的沼气浓度和气压自动识别是否需要排放，从而避免了不必要的能源消耗，进一步实现节能的目的，且增加真空泵的使用寿命。

且本实用新型通过设有的干区消毒除臭部和湿区消毒部,能够在真空泵工作或真空泵不能工作的情况下,通过打开电磁阀均能将蓄粪池的废气直接从另一排气支道经过干区消毒除臭部除臭消毒后排放（即不经过湿区消毒部），防止沼气爆炸。

本实用新型的负载驱动电路与MCU模块之间设有手动/自动切换控制电路，其能根据控制器状态实现自动模式与手动模式之间的转换，且符合节能环保的要求。当控制器工作异常（损坏）后，可以通过手动/自动切换控制电路将负载控制从自动控制状态自动切换到手动控制状态，从而保证卫生间的正常使用，在基本上保证卫生间的基本功能的基础上，为设备的维护与维修提供了一定的时间缓冲，避免发生沼气爆炸，且当控制器工作正常时，手动/自动切换控制电路使负载控制为自动控制状态，符合节能环保的要求。

本实用新型还可以设置报警装置，当沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据超过报警阈值后可以报警提示。

所述智能控制器用于将沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据上传到上位机，实现厕所废气远程监控、管理，为系统提供数据支持。

附图说明

图1为本实用新型的厕所废气防爆控制系统的示意图；

图2为本实用新型的智能控制器的原理框图；

图3为本实用新型的智能控制器的手动/自动切换控制电路的电路图；

图4为本实用新型的智能控制器的RS485接口电路的电路图；

图5为本实用新型的智能控制器的MCU最小系统原理图；

图6为本实用新型的智能控制器的电源电路的电路图；

图7为本实用新型的智能控制器的输出保护电路的电路图；

图8为实用新型的智能控制器的信号采集电路的电路图。

附图中，1为蓄粪池，2A,2B,2C为气管，3为电机，4为真空泵，5为多孔石，6为三通，7为电磁阀，8为空间，9为出气口，10为消毒除臭箱，11为活性炭层，12为硅胶层，13为纤维棉层，14为隔网，15为液面，16为消毒液，17为换液口，18为液位观察窗，19为电磁阀控制线，20为真空泵控制线，21为智能控制器，22为气压传感器，23为沼气浓度传感器。

具体实施方式

参见图1至图8，一种厕所废气防爆控制系统，包括消毒除臭箱、真空泵，所述真空泵4的进气端通过气管连通蓄粪池1，真空泵的出气端通过气管连通消毒除臭箱底部的进气孔，进气孔上罩有多孔石5，该气管伸入多孔石下端面的凹腔中，真空泵4由电机3带动而工作。所述消毒除臭箱内分设有干区消毒除臭部和湿区消毒部，干区消毒除臭部位于消毒除臭箱内上部，所述干区消毒除臭部设有间隔开的多层消毒除臭层。所述干区消毒除臭部的多层消毒除臭层由下而上分为纤维棉层13、硅胶层12以及两层活性炭层11，每一消毒除臭层的下端分别由隔网14支撑。所述纤维棉层13、硅胶层12以及每一层活性炭层11的厚度均为40～60mm，干区消毒除臭部的各层之间留有一定的层间间隙空间，有利于废气的通过。硅胶层和活性炭层均为散状颖粒，颗粒可为细小的微粒，使这些消毒除臭层具有更多粒间间隙而增大消毒除臭的吸附面积。最上面一层的活性炭层的上端面与消毒除臭箱10的顶部之间留有一定空间，以保证足够的气体通过空间。隔网14采用不锈钢丝网，以防止锈蚀，保证其使用寿命；或者隔网14采用塑料网，也能达到同样效果。如果隔网14的面积较大，刚性不够，可在隔网14增设横支撑，以增强刚性。所述湿区消毒部位于消毒除臭箱内下部，由注入箱内的消毒液和消毒除臭箱底部设有的多孔石构成，所述多孔石罩在消毒除臭箱底部的进气孔上。湿区消毒部的消毒液的液面高于多孔石且与干区消毒除臭部之间留有空间。其消毒液16采用浓度为27%的过氧化氢消毒液效果较好。湿区消毒部的消毒液的液面15高于多孔石5上端面120～150mm，使经多孔石5均匀分散的废气能够在该段距离的消毒液中被充分消毒。消毒液16的液面15与干区消毒除臭部最下面的纤维棉层13之间留有一定空间8，既可以避免消毒液16打湿纤维棉层13,影响纤维棉层的透气除湿效果，又可以在该空间8的消毒除臭箱的壁上连接一个排气支管。该空间8通过气管2C与电滋阀7的下游端连接，气管2C位于湿区消毒部的消毒液16的液面15上方和干区消毒除臭部的纤维棉层13下方。电磁阀的上游端通过气管与蓄粪池连通。所述电磁阀7的上游端通过一个三通6与真空泵4出气端的气管2B连通，或者与真空泵4进气端的气管2A连通，或者通过气管直接与蓄粪池1连通。消毒除臭箱的上部设有出气口9，下部设有换液口17。换液口17设于消毒除臭箱10底部，通过三通分别连接进、排水管，使换消毒液时，可以通过打开排水管的阀门，从换液口17排放失效的消毒液，排放完后，关闭排水管的阀门，再打开进水管的阀门，从换液口17注入新的消毒液，这种一口两用的方式，可以简化消毒除臭箱10结构，有利于安装。所述消毒除臭箱的壁上设有液位现察窗18，通过观察湿区消毒部的消毒液的液面的高低，及时为湿区消毒部添加消毒液。当然，也可以设置液位传感器进行液位检测，并传递给控制器。控制器可以将液位通过显示装置显示，也可以上传给上位机。所述蓄粪池内设有沼气浓度传感器和气压传感器，所述沼气浓度传感器23、气压传感器22分别与智能控制器21的输入端电连接，所述智能控制器的输出端分别与真空泵4、电磁阀7电连接，所述智能控制器用于通过安装在蓄粪池内的沼气浓度传感器和气压传感器实时监测蓄粪池内的沼气浓度和气压，并根据监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压输出相应的控制信号给真空泵、电磁阀，控制真空泵、电磁阀的工作状态，所述智能控制器用于将沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据上传到上位机，实现厕所废气远程监控、管理。智能控制器通过真空泵控制线20与真空泵电连接。智能控制器通过电磁阀控制线19与电磁阀电连接。

所述智能控制器包括MCU模块、电源电路、信号采集电路、RS485接口电路、负载驱动电路，所述电源电路用于给整个智能控制器供电，所述信号采集电路的输入端分别与沼气浓度传感器、气压传感器的输出端电连接，用于分别采集沼气浓度传感器、气压传感器输出的沼气浓度信号和气压信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块的输出端分别与负载驱动电路电连接，所述负载驱动电路的输出端分别与真空泵、电磁阀电连接，用于控制真空泵、电磁阀，所述MCU模块通过RS485接口电路与上位机进行通讯。所述负载驱动电路包括真空泵驱动电路、电磁阀驱动电路。

所述电源电路采用以TI公司设计开发的TPS5430为核心进行处理，该芯片支持8-28V输入，输出电压通过编程设定，额定输出电流为3A。二极管D6用于防反接，当输入电源正负极反接后，该二极管自动切断回路，从而实现对后面的电路进行保护。

所述信号采集电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放的同相输入端与气压传感器的输出端电连接，所述第一运放的反相输入端与第一运放的输出端电连接，所述第一运放的输出端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与电容C1的一端、MCU模块的ADC端口（AD0）连接，电容C1的另一端接地，所述第二运放的同相输入端与沼气浓度传感器的输出端电连接，所述第二运放的反相输入端与第二运放的输出端电连接，所述第二运放的输出端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端分别与电容C4的一端、MCU模块的ADC端口（AD1）连接，电容C4的另一端接地。第一运放和第二运放均为电压跟随器。电阻R1和电容C1组成滤波电路。电阻R14和电容C5组成滤波电路。

所述RS485接口电路包括RS485芯片U10和MOS管，RS485芯片U10的RO端口、DI端口分别与智能控制器的RX串口和TX串口连接，所述RS485芯片U10的RO端口经电阻R23与一电源正极连接，所述RS485芯片U10的端口、DE端口均与MOS管的漏极连接，MOS管的漏极经电阻R14与电源正极连接，MOS管的源极接地，MOS管的栅极经电阻R15与RS485芯片U10的DI端口连接，RS485芯片U10的VCC端口与电源正极连接，RS485芯片U10的GND端口接地，RS485芯片U10的A端口、B端口分别与连接器电连接。RS485芯片U10的A端口、B端口与连接器之间设有保护电路。

RS485芯片（U10）的B端口分别与电阻R16的一端、TVS管D4的一端、电阻R20的一端连接，电阻R16的另一端、TVS管D4的另一端接地，电阻R20的另一端与连接器的RS485_-B端口连接，RS485芯片（U10）的A端口分别与电阻R17的一端、TVS管D2的一端、电阻R19的一端连接，电阻R17的另一端、TVS管D2的另一端与电源正极连接，电阻R19的另一端与连接器的RS485_-A端口连接，RS485芯片（U10）的A端口与B端口之间连接有TVS管D3，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电阻R21，RS485芯片（U10）的B端口与电容C12的一端连接，电容C12的另一端接地，RS485芯片（U10）的A端口与电容C14的一端连接，电容C14的另一端接地，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电容C13。

本发明的RS485接口电路是以RS485为核心元件进行的TTL串口到RS485总线转换。RX和TX连接到MCU的串口，通过U10转换后，变成RS485电平对外传输。在本设计中通过一个MOS（Q4）实现收发自动切换，从而避免了发送与接收的程序控制过程，使程序同时兼任RS232总线和RS485总线。TVS管D2，D3，D4为保护二极管，避免总线过长导致外部强干扰或雷击损坏器件。电阻R19和R20为限流保护电阻，与TVS管配合实现雷击和浪涌保护。

所述真空泵驱动电路、电磁阀控制电路与MCU模块之间分别设有手动/自动切换控制电路，所述真空泵驱动电路、电磁阀控制电路均包括外部手动开关J1和电控开关U4，所述电控开关U4的控制端与MCU模块的输出端连接，所述MCU模块用于输出控制信号给电控开关U4，控制电控开关U4的通断，通过控制电控开关U4实现真空泵、电磁阀的自动控制，所述电控开关U4与电控开关U3串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部手动开关J1与电控开关U2串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部负载接入端口J2的第一端口与负载电源的第二输出端连接，所述电控开关U3、电控开关U2的控制端与手动/自动切换控制电路的输出端连接，所述手动/自动切换控制电路的输入端与MCU模块的IO口连接，所述MCU模块的IO口用于输出电平信号给手动/自动切换控制电路，所述手动/自动切换控制电路用于接收MCU模块的IO口输出的电平信号，并根据接收的电平信号输出对应的控制信号给电控开关U3、电控开关U2，控制电控开关U3、电控开关U2的通断，实现当MCU模块工作正常时，电控开关U3导通，电控开关U2断开，当MCU模块工作异常时，电控开关U2导通，电控开关U3断开。

所述手动/自动切换控制电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3，所述场效应管Q1的栅极经过电阻R4与MCU模块的第二IO口电连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极经电阻R9与场效应管Q3的栅极电连接，所述场效应管Q2的栅极经电阻R5与MCU模块的第四IO口电连接，场效应管Q2的源极接地，场效应管Q2的漏极经过电阻R8与场效应管Q3的栅极电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R3与MCU模块的第一IO口电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R2与MCU模块的第三IO口电连接，场效应管Q3的栅极与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与一电源正极电连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极分别与电控开关U3、电控开关U2的控制端电连接，所述场效应管Q3的漏极与电阻R6的一端、电阻R7的一端电连接，电阻R6的另一端与一电源正极电连接，电阻R7的另一端接地，场效应管Q3的栅极与电容C1的一端电连接，电容C1的另一端接地。Q1，Q2，Q3为N沟道MOSFET。所述场效应管Q3的漏极与外部手动强制介入开关K1的一端电连接，外部手动强制介入开关K1的另一端接地。

所述电控开关U2、电控开关U4采用N沟道场效应管，电控开关U3采用P沟道场效应管，场效应管U2的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U2的源极经电阻R11接地，场效应管U2的漏极分别与电阻R10的一端、外部手动开关J1的一端电连接，电阻R10的另一端、外部手动开关J1的另一端与外部负载接入端口的第二端口电连接，外部负载接入端口的第一端口与负载电源的正极电连接，场效应管U3的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U3的漏极与外部负载接入端口的第二端口电连接，场效应管U3的源极与场效应管U4的漏极电连接，场效应管U4的源极经电阻R11接地，场效应管U4的栅极与MCU模块的输出端电连接。所述MCU模块与电控开关U4之间设有N沟道场效应管Q5，场效应管Q5的栅极与MCU模块连接，场效应管Q5的源极接地，场效应管Q5的漏极分别与电控开关U4的控制端以及电阻R57的一端连接，电阻R57的另一端与电源正极（电压VCC）连接。

本实施例的负载电源的第一输出端为负载电源的正极，负载电源的第二输出端为负载电源的负极。当然，也可以将负载电源的第一输出端替换为负载电源的负极，负载电源的第二输出端替换为负载电源的正极，然后，将电控开关U2、U4、U3的类型及连接关系作相应调整。当然，本发明的电控开关U2、电控开关U4、电控开关U3除了场效应管还可以采用其他形式的电控开关，如继电器等。

手动/自动切换的工作原理介绍：

NO_CON1：连接到MCU的IO口上，开漏极输出，正常输出高电平；

NO_CON2：连接到CPU的IO口上，上拉输出，正常输出低电平；

NO_CON3：连接到CPU的IO口上，开漏极输出，正常输出高电平；

NO_CON4：连接到CPU的IO口上，上拉输出，正常输出低电平；

在正常工作时，

NO_CON1输出高电平，该控制线不会将CON_AUX电压拉低；

NO_CON2输出低电平，经过Q1反向后，输出高电平，不会拉低CON_AUX电压；

NO_CON3输出高电平，该控制线不会将CON_AUX电压拉低；

NO_CON4输出低电平，经过Q2反向后，输出高电平，不会拉低CON_AUX电压；

CON_AUX点通过上拉电阻R1将该点电压拉成高电平，导致Q3导通，使NO_GATE点变为低电平。该电平直接控制U3导通，U2关断，从而使手动控制失效，此时开关J1（外部手动开关J1）无论处于何种状态都无效。

当控制器工作异常（损坏）后，4根控制线无法维持预设状态（高电平、低电平、高电平、低电平），当NO_CON1或NO_CON3输出低电平时，导致CON_AUX直接为低电平，Q3关断，NO_GATE为高电平，U2导通U3关断，从而实现手自动的自动切换。

当设备工作异常导致NO_CON1、NO_CON2、NO_CON3、NO_CON4符合正常逻辑，但实际上系统工作已经异常，在这种情况下，可以通过KEY1接口短路，强制设备进入手动控制模式。

在系统上电瞬间，核心控制器的所有IO输出为高电平，由于NO_CON2和NO_CON4上电时为高电平，触发MOS管Q1和Q2，导致NO_GATE为低电平，U2关断，U3导通，但是由于U4是IO通过N沟道MOS管Q5驱动，所以LOAD_ON为低电平，U4关断，从而两个回路都处于关断状态，该电路有效避免了上电瞬间设备误动作，从而导致上电瞬间电流冲击使系统工作不稳定。

所述智能控制器还包括输出保护电路，所述输出保护电路用于采集外部负载的电压、电流信号，并将采集的外部负载的电压、电流信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块用于AD采样外部负载的电压、电流信号，并将采样的电压和电流分别与预设的电压和电流进行比较，实现外部负载异常检测以及控制器异常检测，并控制自动关闭对外部负载的电源输出，所述外部负载包括真空泵、电磁阀。所述输出保护电路包括放大器、电压跟随器，所述放大器的输入端与电流采集电路连接，所述电流采集电路用于采集负载电流，并传递给放大器进行信号放大，所述放大器的输出端与滤波电路连接，所述滤波电路用于将放大器输出的信号进行滤波后传递给MCU模块的ADC端口，进行模数转换，所述MCU模块用于通过判断负载电流值实现对输出设备的短路、过流保护，所述电压跟随器的输入端与电压采集电路连接，所述电压采集电路用于采集负载电压，并传递给电压跟随器进行电压跟随，所述电压跟随器的输出端与滤波电路连接，所述滤波电路用于将电压跟随器输出的电压信号进行滤波后传递给MCU模块的ADC端口，进行模数转换，所述MCU模块用于通过判断该电压信号与负载电流实现输出设备（（真空泵、电磁阀）开/短路检测以及控制器开/短路检测，输出设备指真空泵、电磁阀。所述电流采集电路包括电阻R48、电阻R49和电容C29，所述电阻R48的一端与负载（真空泵、电磁阀）连接，用于采集负载电流，所述电阻R48的另一端与电阻R49的一端、电容C29的一端、放大器U16B的输入端连接，电阻R49的另一端接地，电容C29的另一端接地。所述电压采集电路包括电阻R45、电阻R46和电容C27，所述电阻R45的一端与负载电源的正极（12V）连接，用于采集负载电压，所述电阻R45的另一端与电阻R46的一端、电容C27的一端、电压跟随器U16A的输入端连接，电阻R45的另一端接地，电容C27的另一端接地。

本发明的输出保护电路通过采集负载的电流大小和负载电压（本实施例为12V电压）的状态来判断负载是否正常，如果有电压无电流，则负载开路，如果电流超过最大限定值（最大限定值根据设备不同而不同）则负载短路。如果控制负载停止工作，那么如果还能检测到输出电流，则判断控制器短路；如果控制负载工作，而无输出电压和电流则断定控制器开路。当12V电压下降或消失的时候，可以判断外部负载短路。当控制器检测到有故障，则控制关闭对应的外部设备，且记录故障信息，并传递给上位机。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种厕所废气防爆控制系统，包括消毒除臭箱、真空泵，所述真空泵的进气端通过气管连通蓄粪池，真空泵的出气端通过气管连通消毒除臭箱底部的进气孔，所述消毒除臭箱内分设有干区消毒除臭部和湿区消毒部，干区消毒除臭部位于消毒除臭箱内上部，所述干区消毒除臭部设有间隔开的多层消毒除臭层，所述湿区消毒部位于消毒除臭箱内下部，由注入箱内的消毒液和消毒除臭箱底部设有的多孔石构成，所述多孔石罩在消毒除臭箱底部的进气孔上，湿区消毒部的消毒液的液面高于多孔石且与干区消毒除臭部之间留有空间，该空间通过气管与电磁阀的下游端连接，电磁阀的上游端通过气管与蓄粪池连通，消毒除臭箱的上部设有出气口，下部设有换液口，其特征在于：所述蓄粪池内设有沼气浓度传感器和气压传感器，所述沼气浓度传感器、气压传感器分别与智能控制器的输入端电连接，所述智能控制器的输出端分别与真空泵、电磁阀电连接，所述智能控制器用于通过安装在蓄粪池内的沼气浓度传感器和气压传感器实时监测蓄粪池内的沼气浓度和气压，并根据监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压输出相应的控制信号给真空泵、电磁阀，控制真空泵、电磁阀的工作状态，所述智能控制器用于将沼气浓度传感器和气压传感器实时监测的蓄粪池内的沼气浓度和气压数据上传到上位机，实现厕所废气远程监控、管理。

2.根据权利要求1所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述智能控制器包括MCU模块、电源电路、信号采集电路、RS485接口电路、负载驱动电路，所述电源电路用于给整个智能控制器供电，所述信号采集电路的输入端分别与沼气浓度传感器、气压传感器的输出端电连接，用于分别采集沼气浓度传感器、气压传感器输出的沼气浓度信号和气压信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块的输出端分别与负载驱动电路电连接，所述负载驱动电路的输出端分别与真空泵、电磁阀电连接，用于控制真空泵、电磁阀，所述MCU模块通过RS485接口电路与上位机进行通讯。

3.根据权利要求2所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述信号采集电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放的同相输入端与气压传感器的输出端电连接，所述第一运放的反相输入端与第一运放的输出端电连接，所述第一运放的输出端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与电容C1的一端、MCU模块的ADC端口AD0连接，电容C1的另一端接地，所述第二运放的同相输入端与沼气浓度传感器的输出端电连接，所述第二运放的反相输入端与第二运放的输出端电连接，所述第二运放的输出端与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端分别与电容C4的一端、MCU模块的ADC端口AD1连接，电容C4的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述RS485接口电路包括RS485芯片U10和MOS管，RS485芯片U10的RO端口、DI端口分别与智能控制器的RX串口和TX串口连接，所述RS485芯片U10的RO端口经电阻R23与一电源正极连接，所述RS485芯片U10的端口、DE端口均与MOS管的漏极连接，MOS管的漏极经电阻R14与电源正极连接，MOS管的源极接地，MOS管的栅极经电阻R15与RS485芯片U10的DI端口连接，RS485芯片U10的VCC端口与电源正极连接，RS485芯片U10的GND端口接地，RS485芯片U10的A端口、B端口分别与连接器电连接。

5.根据权利要求4所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：RS485芯片U10的B端口分别与电阻R16的一端、TVS管D4的一端、电阻R20的一端连接，电阻R16的另一端、TVS管D4的另一端接地，电阻R20的另一端与连接器的RS485_-B端口连接，RS485芯片U10的A端口分别与电阻R17的一端、TVS管D2的一端、电阻R19的一端连接，电阻R17的另一端、TVS管D2的另一端与电源正极连接，电阻R19的另一端与连接器的RS485_-A端口连接，RS485芯片U10的A端口与B端口之间连接有TVS管D3，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电阻R21，RS485芯片U10的B端口与电容C12的一端连接，电容C12的另一端接地，RS485芯片U10的A端口与电容C14的一端连接，电容C14的另一端接地，连接器的RS485_-A端口与RS485_-B端口之间连接有电容C13。

6.根据权利要求2所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述负载驱动电路与MCU模块之间设有手动/自动切换控制电路，所述负载驱动电路包括外部手动开关J1和电控开关U4，所述电控开关U4的控制端与MCU模块的输出端连接，所述MCU模块用于输出控制信号给电控开关U4，控制电控开关U4的通断，通过控制电控开关U4实现真空泵、电磁阀的自动控制，所述电控开关U4与电控开关U3串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部手动开关J1与电控开关U2串联后连接在负载电源的第一输出端与外部负载接入端口J2的第二端口之间，所述外部负载接入端口J2的第一端口与负载电源的第二输出端连接，所述电控开关U3、电控开关U2的控制端与手动/自动切换控制电路的输出端连接，所述手动/自动切换控制电路的输入端与MCU模块的IO口连接，所述MCU模块的IO口用于输出电平信号给手动/自动切换控制电路，所述手动/自动切换控制电路用于接收MCU模块的IO口输出的电平信号，并根据接收的电平信号输出对应的控制信号给电控开关U3、电控开关U2，控制电控开关U3、电控开关U2的通断，实现当MCU模块工作正常时，电控开关U3导通，电控开关U2断开，当MCU模块工作异常时，电控开关U2导通，电控开关U3断开。

7.根据权利要求6所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述手动/自动切换控制电路包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3，所述场效应管Q1的栅极经过电阻R4与MCU模块的第二IO口电连接，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的漏极经电阻R9与场效应管Q3的栅极电连接，所述场效应管Q2的栅极经电阻R5与MCU模块的第四IO口电连接，场效应管Q2的源极接地，场效应管Q2的漏极经过电阻R8与场效应管Q3的栅极电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R3与MCU模块的第一IO口电连接，场效应管Q3的栅极经电阻R2与MCU模块的第三IO口电连接，场效应管Q3的栅极与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与一电源正极电连接，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q3的漏极分别与电控开关U3、电控开关U2的控制端电连接，所述场效应管Q3的漏极与电阻R6的一端、电阻R7的一端电连接，电阻R6的另一端与一电源正极电连接，电阻R7的另一端接地，场效应管Q3的栅极与电容C1的一端电连接，电容C1的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述场效应管Q3的漏极与外部手动强制介入开关K1的一端电连接，外部手动强制介入开关K1的另一端接地。

9.根据权利要求6所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述电控开关U2、电控开关U4采用N沟道场效应管，电控开关U3采用P沟道场效应管，场效应管U2的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U2的源极经电阻R11接地，场效应管U2的漏极分别与电阻R10的一端、外部手动开关J1的一端电连接，电阻R10的另一端、外部手动开关J1的另一端与外部负载接入端口的第二端口电连接，外部负载接入端口的第一端口与负载电源的正极电连接，场效应管U3的栅极与手动/自动切换控制电路的输出端NO_GATE电连接，场效应管U3的漏极与外部负载接入端口的第二端口电连接，场效应管U3的源极与场效应管U4的漏极电连接，场效应管U4的源极经电阻R11接地，场效应管U4的栅极与MCU模块的输出端电连接。

10.根据权利要求2所述的厕所废气防爆控制系统，其特征在于：所述智能控制器还包括输出保护电路，所述输出保护电路用于采集外部负载的电压、电流信号，并将采集的外部负载的电压、电流信号进行处理后传递给MCU模块，所述MCU模块用于AD采样外部负载的电压、电流信号，并将采样的电压和电流分别与预设的电压和电流进行比较，实现外部负载异常检测以及控制器异常检测，并控制自动关闭对外部负载的电源输出，所述外部负载包括真空泵、电磁阀。