CN208937939U - 一种基于模拟量输出的tvoc气体变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体检测技术领域，特别涉及一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器。本实用新型包括单片机控制电路，单片机控制电路的信号输入端通过继电器电路与第一供电电路的电源输出端连接，单片机控制电路的信号输入端与AD转换电路的信号输出端相连接，AD转换电路的信号输入端与传感器信号放大电路的信号输出端相连接，传感器信号放大电路的信号输入端连接信号采集电路的信号输出端以及第二供电电路的电源输出端，所述单片机控制电路的信号输出端分别与DA转换电路、显示电路、报警电路的信号输入端相连接。本实用新型能够对微弱的有毒气体进行现场检测，能够将检测到的有毒气体的警示信息进行显示，本实用新型可靠性高、灵敏度高、成本低廉。

Description

一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，特别涉及一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器。

背景技术

有毒气体变送器通常被应用在煤矿、冶金等工业技术领域中，这些工业技术领域中常常由于泄漏而存在大量可燃性气体或有毒害的气体，工作人员长期处于这样的环境中，容易对身体造成伤害，因此有毒气体变送器的灵敏度和可靠性显得尤为重要。

现有的有毒气体变送器容易受到外界环境的干扰，从而导致灵敏度不高，而且成本高，稳定性不好，因此迫切需要提供一种灵敏度高、成本低廉、稳定性好的有毒气体变送器。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种灵敏度高、成本低廉、稳定性好的基于模拟量输出的TVOC气体变送器。

要解决以上所述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器包括单片机控制电路，所述单片机控制电路的信号输入端通过继电器电路与第一供电电路的电源输出端相连接，单片机控制电路的信号输入端与AD转换电路的信号输出端相连接，所述AD转换电路的信号输入端与传感器信号放大电路的信号输出端相连接，所述传感器信号放大电路的信号输入端分别连接信号采集电路的信号输出端以及第二供电电路的电源输出端，所述单片机控制电路的信号输出端分别与DA转换电路、显示电路、报警电路的信号输入端相连接，所述DA转换电路的信号输出端与电压电流转换电路的信号输入端相连接。

优选的，所述单片机控制电路包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STC90C58RD+芯片，所述STC90C58RD+芯片的引脚24、引脚25均与继电器电路相连接，STC90C58RD+芯片的引脚 34、引脚35均与AD转换电路相连接，STC90C58RD+芯片的引脚31、引脚32、引脚33均与DA转换电路相连接。

优选的，所述继电器电路包括电路结构相同的第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与STC90C58RD+芯片的引脚24相连接，所述第八电阻R8的另一端分别连接第一三极管Q1的发射极以及电源，所述第一三极管Q1的基极分别连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接第二三极管Q2的基极，所述第十电阻R10的另一端连接第二三极管Q2的发射极并接地，所述第二三极管Q2的集电极分别连接第一二极管D1的正极、电磁铁的一端，所述第一二极管D1 的负极、电磁铁的另一端均连接电源，所述第一继电器模块还包括与电磁铁相配合的开关，所述开关的活动端与第一供电电路的一个输出端相连接，开关的其中一个固定端与第一供电电路的另一个输出端相连接。

优选的，所述电压电流转换电路包括第四信号放大器A4，所述第四信号放大器A4的正极信号输入端与DA转换电路的信号输出端相连接，第四信号放大器A4的负极信号输入端分别与第十六电容C16的一端、第三十一电阻R31的一端相连接，所述第四信号放大器A4的信号输出端分别与第十六电容C16的另一端、第六三极管Q6的基极相连接，所述第三十一电阻 R31的另一端分别连接第三十二电阻R32的一端以及第六三极管Q6的发射极，所述第三十二电阻R32的另一端接地，第六三极管Q6的集电极分别连接第三十三电阻R33的一端以及第五信号放大器A5的正极信号输入端，所述第三十三电阻R33的另一端分别连接第十八电容C18 的一端、第三十四电阻R34的一端、第三稳压二极管D3的正极，所述第十八电容C18的另一端接地，第三稳压二极管D3的负极连接电源，所述第三十四电阻R34的另一端通过第三十五电阻R35分别与第七三极管Q7的发射极、第三十六电阻R36的一端相连接，所述第三十六电阻R36的另一端分别与第十九电容C19的一端以及第五信号放大器A5的负极信号输入端相连接，所述第五信号放大器A5的信号输出端分别连接第十九电容C19的另一端、第七三极管 Q7的基极，所述第七三极管Q7的集电极连接第四二极管D4的正极，所述第四二极管D4的负极输出电流信号。

优选的，所述AD转换电路包括AD转换芯片，所述AD转换芯片的型号为ADS1112芯片，所述ADS1112芯片的引脚7、引脚8分别连接STC90C58RD+芯片的引脚35、引脚34。

进一步的，所述DA转换电路包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为DAC7512芯片，所述DAC7512芯片的引脚4、引脚5、引脚6分别连接STC90C58RD+芯片的引脚33、引脚32、引脚31。

进一步的，所述第四信号放大器A4、第五信号放大器A5的型号均为LM224。

进一步的，本TVOC气体变送器还包括外部设备，所述电压电流转换电路的信号输出端与外部设备相连接。

进一步的，所述外部设备包括手机或电脑。

进一步的，所述显示电路为液晶显示屏，所述报警电路为闪灯和/或蜂鸣器。

本实用新型的有益效果为：

(1)、本实用新型包括单片机控制电路、继电器电路、传感器信号放大电路、电压电流转换电路、AD转换电路、DA转换电路、显示电路、报警电路，本实用新型能够对微弱的有毒气体进行现场检测，并且能够将检测到的有毒气体的警示信息进行显示和报警，而且本实用新型可靠性高、灵敏度高、成本低廉、稳定性好。

(2)、所述单片机控制电路包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STC90C58RD+芯片， STC90C58RD+芯片处理信号速度快，成本低，STC90C58RD+芯片以及其外围电路即AD转换电路、 DA转换电路、传感器信号放大电路、电压电流转换电路的结构简单，易于搭建。

(3)、所述电压电流转换电路的信号输出端与外部设备相连接，能够将检测到的有毒气体的警示信息通过短信的方式通知用户，起到了双重报警的作用。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的结构原理图；

图2为本实用新型的单片机控制电路的原理图；

图3为本实用新型的继电器电路的原理图；

图4为本实用新型的传感器信号放大电路的原理图；

图5为本实用新型的电压电流转换电路的原理图；

图6为本实用新型的AD转换电路的原理图；

图7为本实用新型的DA转换电路的原理图。

图中的附图标记含义如下：

10—单片机控制电路 20—继电器电路

30—传感器信号放大电路 40—电压电流转换电路

50—显示电路 60—报警电路

70—AD转换电路 80—DA转换电路

90—第一供电电路 100—第二供电电路

具体实施方式

下面对照附图，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器包括单片机控制电路10，所述单片机控制电路10的信号输入端通过继电器电路20与第一供电电路90的电源输出端相连接，单片机控制电路10的信号输入端与AD转换电路70的信号输出端相连接，所述AD转换电路 70的信号输入端与传感器信号放大电路30的信号输出端相连接，所述传感器信号放大电路 30的信号输入端分别连接信号采集电路的信号输出端以及第二供电电路100的电源输出端，所述单片机控制电路10的信号输出端分别与DA转换电路80、显示电路50、报警电路60的信号输入端相连接，所述DA转换电路80的信号输出端与电压电流转换电路40的信号输入端相连接。

进一步的，所述显示电路50为液晶显示屏，所述报警电路60为闪灯。

具体的，所述信号采集电路为气敏传感器，用于采集煤矿中的有毒气体，所述有毒气体包括一氧化碳、氧气、硫化氢、氯化氢、二氧化硫以及可燃气等，并将采集到的有毒气体发送至信号传感器信号放大电路30进行放大。

所述电压电流转换电路40将电压转换后输出4mA～20mA的电流信号，以便将检测到的有毒气体的警示信息传输至用户手机。

如图2所示，所述单片机控制电路10包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STC90C58RD+ 芯片，所述STC90C58RD+芯片的引脚24、引脚25均与继电器电路20相连接，STC90C58RD+ 芯片的引脚34、引脚35均与AD转换电路70相连接，STC90C58RD+芯片的引脚31、引脚32、引脚33均与DA转换电路80相连接，STC90C58RD+芯片还与液晶显示屏和闪灯相连接。

如图3所示，所述继电器电路20包括电路结构相同的第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与STC90C58RD+芯片的引脚24相连接，所述第八电阻R8的另一端分别连接第一三极管Q1的发射极以及电源，所述第一三极管Q1的基极分别连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接第二三极管Q2的基极，所述第十电阻R10的另一端连接第二三极管Q2的发射极并接地，所述第二三极管Q2的集电极分别连接第一二极管D1的正极、电磁铁的一端，所述第一二极管D1的负极、电磁铁的另一端均连接电源，所述第一继电器模块还包括与电磁铁相配合的开关，所述开关的活动端与第一供电电路90的一个输出端相连接，开关的其中一个固定端与第一供电电路90的另一个输出端相连接。

如图4所示，所述传感器信号放大电路30包括两级信号放大，共包括3个信号放大器，当第十八电阻R18的电阻值等于第十九电阻R19的电阻值时，传感器信号放大电路30放大的倍数为二十二电阻R22的电阻值，当第二十电阻R20的电阻值等于二十二电阻R22的电阻值，传感器信号放大电路30放大的倍数为第十八电阻R18的电阻值。

如图5所示，所述电压电流转换电路40包括第四信号放大器A4，所述第四信号放大器 A4的正极信号输入端与DA转换电路80的信号输出端相连接，第四信号放大器A4的负极信号输入端分别与第十六电容C16的一端、第三十一电阻R31的一端相连接，所述第四信号放大器A4的信号输出端分别与第十六电容C16的另一端、第六三极管Q6的基极相连接，所述第三十一电阻R31的另一端分别连接第三十二电阻R32的一端以及第六三极管Q6的发射极，所述第三十二电阻R32的另一端接地，第六三极管Q6的集电极分别连接第三十三电阻R33的一端以及第五信号放大器A5的正极信号输入端，所述第三十三电阻R33的另一端分别连接第十八电容C18的一端、第三十四电阻R34的一端、第三稳压二极管D3的正极，所述第十八电容C18的另一端接地，第三稳压二极管D3的负极连接电源，所述第三十四电阻R34的另一端通过第三十五电阻R35分别与第七三极管Q7的发射极、第三十六电阻R36的一端相连接，所述第三十六电阻R36的另一端分别与第十九电容C19的一端以及第五信号放大器A5的负极信号输入端相连接，所述第五信号放大器A5的信号输出端分别连接第十九电容C19的另一端、第七三极管Q7的基极，所述第七三极管Q7的集电极连接第四二极管D4的正极，所述第四二极管D4的负极输出电流信号。

如图6所示，所述AD转换电路70包括AD转换芯片，所述AD转换芯片的型号为ADS1112 芯片，所述ADS1112芯片的引脚7、引脚8分别连接STC90C58RD+芯片的引脚35、引脚34。

ADS1112芯片的引脚1、引脚4分别与传感器信号放大电路30相连接，引脚1用于接收气体的浓度信号，引脚4用于接收气体的电流信号。

如图7所示，所述DA转换电路80包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为DAC7512 芯片，所述DAC7512芯片的引脚4、引脚5、引脚6分别连接STC90C58RD+芯片的引脚33、引脚32、引脚31。

所述DA转换电路80用于输出0～5V电压信号。

所述第二供电电路100包括MC34063芯片，用于提供2.6V电源。

所述第一供电电路90用于提供+24V电源。

为使本实用新型技术方案更加清楚明了，以下通过一具体实施例对本实用新型的工作过程进行说明。

如图1所示，所述继电器电路20的信号输入端接入电源后，开关接通，单片机控制电路10上电，本TVOC气体变送器开始工作，所述信号采集电路实时采集煤矿中的有毒气体，并将有毒气体信号通过传感器信号放大电路30进行信号放大，传感器信号放大电路30将放大后的信号发送至ADS1112芯片，ADS1112芯片的引脚1接收气体的浓度信号，引脚4接收气体的电流信号，并将模拟信号转换为数字信号发送至单片机控制电路10的输入端，所述单片机控制电路10判断数字信号是否大于内部预先设置的阈值，如果超过阈值，则控制液晶显示屏显示气体信息，控制闪灯或蜂鸣器报警，从而提醒井下作业人员当前气体超过阈值，同时，控制电压电流转换电路40将电压转换后输出电流信号，例如，当电压为0V时对应输出4mA 电流，当电压为3V时对应输出20mA电流，电压电流转换电路40通过信号转换设备将电流信号进行转换，最终将转换的信息通过短信传输至用户手机。

综上所述，本实用新型能够对微弱的有毒气体进行现场检测，并且能够将检测到的有毒气体的警示信息进行显示和报警，而且本实用新型可靠性高、灵敏度高、成本低廉、稳定性好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：包括单片机控制电路(10)，所述单片机控制电路(10)的信号输入端通过继电器电路(20)与第一供电电路(90)的电源输出端相连接，单片机控制电路(10)的信号输入端与AD转换电路(70)的信号输出端相连接，所述AD转换电路(70)的信号输入端与传感器信号放大电路(30)的信号输出端相连接，所述传感器信号放大电路(30)的信号输入端分别连接信号采集电路的信号输出端以及第二供电电路(100)的电源输出端，所述单片机控制电路(10)的信号输出端分别与DA转换电路(80)、显示电路(50)、报警电路(60)的信号输入端相连接，所述DA转换电路(80)的信号输出端与电压电流转换电路(40)的信号输入端相连接，所述电压电流转换电路(40)包括第四信号放大器A4，所述第四信号放大器A4的正极信号输入端与DA转换电路(80)的信号输出端相连接，第四信号放大器A4的负极信号输入端分别与第十六电容C16的一端、第三十一电阻R31的一端相连接，所述第四信号放大器A4的信号输出端分别与第十六电容C16的另一端、第六三极管Q6的基极相连接，所述第三十一电阻R31的另一端分别连接第三十二电阻R32的一端以及第六三极管Q6的发射极，所述第三十二电阻R32的另一端接地，第六三极管Q6的集电极分别连接第三十三电阻R33的一端以及第五信号放大器A5的正极信号输入端，所述第三十三电阻R33的另一端分别连接第十八电容C18的一端、第三十四电阻R34的一端、第三稳压二极管D3的正极，所述第十八电容C18的另一端接地，第三稳压二极管D3的负极连接电源，所述第三十四电阻R34的另一端通过第三十五电阻R35分别与第七三极管Q7的发射极、第三十六电阻R36的一端相连接，所述第三十六电阻R36的另一端分别与第十九电容C19的一端以及第五信号放大器A5的负极信号输入端相连接，所述第五信号放大器A5的信号输出端分别连接第十九电容C19的另一端、第七三极管Q7的基极，所述第七三极管Q7的集电极连接第四二极管D4的正极，所述第四二极管D4的负极输出电流信号。

2.如权利要求1所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述单片机控制电路(10)包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STC90C58RD+芯片，所述STC90C58RD+芯片的引脚24、引脚25均与继电器电路(20)相连接，STC90C58RD+芯片的引脚34、引脚35均与AD转换电路(70)相连接，STC90C58RD+芯片的引脚31、引脚32、引脚33均与DA转换电路(80)相连接。

3.如权利要求2所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述继电器电路(20)包括电路结构相同的第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与STC90C58RD+芯片的引脚24相连接，所述第八电阻R8的另一端分别连接第一三极管Q1的发射极以及电源，所述第一三极管Q1的基极分别连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接第二三极管Q2的基极，所述第十电阻R10的另一端连接第二三极管Q2的发射极并接地，所述第二三极管Q2的集电极分别连接第一二极管D1的正极、电磁铁的一端，所述第一二极管D1的负极、电磁铁的另一端均连接电源，所述第一继电器模块还包括与电磁铁相配合的开关，所述开关的活动端与第一供电电路(90)的一个输出端相连接，开关的其中一个固定端与第一供电电路(90)的另一个输出端相连接。

4.如权利要求1所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述AD转换电路(70)包括AD转换芯片，所述AD转换芯片的型号为ADS1112芯片，所述ADS1112芯片的引脚7、引脚8分别连接STC90C58RD+芯片的引脚35、引脚34。

5.如权利要求1所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述DA转换电路(80)包括DA转换芯片，所述DA转换芯片的型号为DAC7512芯片，所述DAC7512芯片的引脚4、引脚5、引脚6分别连接STC90C58RD+芯片的引脚33、引脚32、引脚31。

6.如权利要求1所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述第四信号放大器A4、第五信号放大器A5的型号均为LM224。

7.如权利要求1～6任意一项所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：本TVOC气体变送器还包括外部设备，所述电压电流转换电路(40)的信号输出端与外部设备相连接。

8.如权利要求7所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述外部设备包括手机或电脑。

9.如权利要求8所述的一种基于模拟量输出的TVOC气体变送器，其特征在于：所述显示电路(50)为液晶显示屏，所述报警电路(60)为闪灯和/或蜂鸣器。