CN212340990U - 一种红外气体检测处理芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开了一种红外气体检测处理芯片，包括红外甲烷浓度感应元件、甲烷浓度信号处理单元、温度感应元件、温度信号处理单元、烟雾感应元件、烟雾信号处理单元、阈值比较单元、警报开关元件及警报器，红外甲烷浓度传感器的输出端与甲烷浓度信号处理单元的输入端连接，甲烷浓度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，温度感应元件的输出端与温度信号处理单元的输入端连接，温度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，烟雾感应元件的输出端与烟雾信号处理单元的输入端连接，烟雾信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，警报开关元件串联在外接电源与警报器之间。本实用新型具有提高家居安全性的优点。

Description

一种红外气体检测处理芯片

技术领域

本实用新型涉及气体检测的技术领域，尤其是涉及一种红外气体检测处理芯片。

背景技术

随着经济的发展，生活质量的提高，越来越多的人拥有了温馨舒适的现代化居室。然而，居室安全一直是不容忽视的问题。

天然气必不可少，然而，天然气的事故也是屡见不鲜，需要格外注意，然而传统家居用天然气不具有实时监测的功能，在天然气燃烧不充分会造成天然气的浪费，而且一旦天然气大量泄露，甚至会对使用者的人身、财产安全造成巨大的危害，因此需要对天然气进行实时检测。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种红外气体检测处理芯片，具有对家居室内空气进行自动检测，提高家居安全性的优点。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种红外气体检测处理芯片，包括红外甲烷浓度感应元件、甲烷浓度信号处理单元、温度感应元件、温度信号处理单元、烟雾感应元件、烟雾信号处理单元、阈值比较单元、警报开关元件及警报器，所述红外甲烷浓度传感器的输出端与甲烷浓度信号处理单元的输入端连接，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，所述温度感应元件的输出端与温度信号处理单元的输入端连接，所述温度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，所述烟雾感应元件的输出端与烟雾信号处理单元的输入端连接，所述烟雾信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接；

所述阈值比较单元内设置有甲烷浓度最大阈值、温度最高阈值及烟雾浓度最大阈值，所述阈值比较单元用于在检测的环境甲烷浓度大于甲烷浓度最高阈值或环境温度大于最高温度阈值或环境烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，控制所述警报开关元件处于闭合状态；

所述警报开关元件串联在外接电源与警报器之间。

通过采用上述技术方案，红外甲烷浓度感应元件用于检测空气中甲烷的含量，温度感应元件用于感应空气的温度，烟雾感应元件用于感应空气中的烟雾浓度，阈值比较单元内设置有甲烷浓度最大阈值、温度最高阈值及烟雾浓度最大阈值，阈值比较单元用于在检测的环境甲烷浓度大于甲烷浓度最高阈值或环境温度大于最高温度阈值或环境烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，控制警报开关元件处于闭合状态，使得报警器通电发出报警信息，从而达到对家居室内空气进行自动检测，提高家居安全性的效果。

本实用新型进一步设置为：所述红外甲烷浓度感应元件为MH-440V/D NDIR红外气体传感器，所述甲烷浓度信号处理单元包括第一滤波子单元及第一信号放大子单元，所述MH-440V/D NDIR红外气体传感器的输出端与第一滤波子单元的输入端连接，所述第一滤波子单元的输出端与第一信号放大子单元的输入端连接，所述第一信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

通过采用上述技术方案，MH-440V/D NDIR红外气体传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的甲烷进行探测。MH-440V/D NDIR红外气体传感器的输出电压随空气中甲烷浓度的升高而升高。MH-440V/D NDIR红外气体传感器输出的信号经第一滤波子单元滤除干扰，再经第一信号放大子单元进行放大。

本实用新型进一步设置为：所述温度感应元件为电桥式温度感应电路，所述电桥式温度感应电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及PT100热敏电阻，所述第一电阻R1的一端与外接电源连接，所述第一电阻R1的另一端与PT100热敏电阻的一端连接，所述PT100热敏电阻的另一端接地，所述第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1与外接电源连接的连接节点上，所述第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端连接在PT100热敏电阻接地端连接。

本实用新型进一步设置为：所述温度信号处理单元为差分放大器，所述分别与所述差分放大器的两个输入端连接，所述差分放大器的输出端与阈值比较单元连接。

本实用新型进一步设置为：烟雾感应元件为MQ-2型烟雾传感器，所述烟雾信号处理单元包括第二滤波子单元及第二信号放大子单元，所述MQ-2型烟雾传感器的输出端与第二滤波子单元的输入端连接，所述第二滤波子单元的输出端与第二信号放大子单元的输入端连接，所述第二信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

通过采用上述技术方案，MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。MQ-2型烟雾传感器输出的信号经第二滤波子单元滤除干扰，再经第二信号放大子单元进行放大。

本实用新型进一步设置为：所述阈值比较单元包括第一电压比较器U1、第二电压比较器U2及第三电压比较器U3，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一电压比较器U1的同相端连接，所述第一电压比较器U1的反相端输入有第一基准信号Vref1，所述温度信号处理单元与第二电压比较器U2的同相端连接，所述第二电压比较器U2的反相端输入有第二基准信号Vref2，所述烟雾信号处理单元的输出端与第三电压比较器U3的同相端连接，所述第三电压比较器U3的反相端输入有第一基准信号Vref3，所述第一电压比较器U1的输出端、第二电压比较器U2的输出端及第三电压比较器U3的输出端均与警报开关元件的输入端连接。

通过采用上述技术方案，空气中甲烷浓度超过甲烷浓度最大阈值时，第一电压比较器U1的同相端输入的电压大于第一电压比较器U1反相端的第一基准信号Vref1，第一电压比较器U1输出高电平。空气的温度超过最高温度阈值时，第二电压比较器U2的同相端输入的电压大于第二电压比较器U2反相端的第二基准信号Vref2，第二电压比较器U2输出高电平。空气的烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，第三电压比较器U3的同相端输入的电压大于第三电压比较器U3反相端的第三基准信号Vref3，第三电压比较器U3输出高电平。

本实用新型进一步设置为：所述警报开关元件包括第一或门U4、第二或门U5及NPN型三极管开关Q1，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一或门U4的一个输入端连接，所述温度信号处理单元的输出端与第一或门U4的另一个输入端连接，所述第一或门U4的输出端与第二或门U5的一个输入端连接，所述烟雾信号处理单元的输出端与第二或门U5的另一个输入端连接，所述第二或门U5的输出端与NPN型三极管开关Q1的基极连接，所述NPN型三极管开关Q1的集电极c外接电源，所述NPN型三极管开关Q1的发射极e接地，所述报警器串联在NPN型三极管开关Q1与接地端之间。

通过采用上述技术方案，第一电压比较器U1、第二电压比较器U2及第三电压比较器U3任意一个输出高电平时，第二或门U5输出高电平，NPN型三极管开关Q1导通，报警器通电，发出警示信息。

本实用新型进一步设置为：还包括无线通信单元，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端均与无线通信单元的数据输入端连接。

通过采用上述技术方案，无线通信单元用于将甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端输出的数据发送至移动端。

本实用新型进一步设置为：所述无线通信单元为包括ZigBee无线通信单元，所述ZigBee无线通信单元包括CC2530芯片，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端通过CC2530芯片的数据输入端口至CC2530芯片的ADC模块。

通过采用上述技术方案，甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端输出的模拟信号通过CC2530芯片的数据输入端口至CC2530芯片的ADC模块，转化为数字信号，方便用户查看。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.本实用新型具有自动检测天然气的优点。

附图说明

图1是本实用新型的一种红外气体检测处理芯片的示意图。

图2是本实用新型用于展示红外甲烷浓度感应元件及甲烷浓度信号处理单元的电路示意图。

图3是本实用新型用于展示温度感应元件及温度信号处理单元的电路示意图；

图4是本实用新型用于展示烟雾感应元件及烟雾信号处理单元的电路示意图；

图5是本实用新型用于展示阈值比较单元、警报开关元件及警报器的电路示意图；

图6是本实用新型用于展示无线通信单元的电路示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图1～6，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

参照图1，一种红外气体检测处理芯片，包括红外甲烷浓度感应元件、甲烷浓度信号处理单元、温度感应元件、温度信号处理单元、烟雾感应元件、烟雾信号处理单元、阈值比较单元、警报开关元件及警报器。红外甲烷浓度传感器的输出端与甲烷浓度信号处理单元的输入端连接，甲烷浓度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接。温度感应元件的输出端与温度信号处理单元的输入端连接，温度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接。烟雾感应元件的输出端与烟雾信号处理单元的输入端连接，烟雾信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接。警报开关元件串联在外接电源与警报器之间，值得说明的是，本实施例中，警报器为直流供电的蜂鸣器。

阈值比较单元内设置有甲烷浓度最大阈值、温度最高阈值及烟雾浓度最大阈值，阈值比较单元用于在检测的环境甲烷浓度大于甲烷浓度最高阈值或环境温度大于最高温度阈值或环境烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，控制警报开关元件处于闭合状态。

参照图2，红外甲烷浓度感应元件为MH-440V/D NDIR红外气体传感器，甲烷浓度信号处理单元包括第一滤波子单元及第一信号放大子单元，MH-440V/D NDIR红外气体传感器的输出端与第一滤波子单元的输入端连接，第一滤波子单元的输出端与第一信号放大子单元的输入端连接，第一信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

具体的，MH-440V/D NDIR红外气体传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的甲烷进行探测。MH-440V/D NDIR红外气体传感器的输出电压随空气中甲烷浓度的升高而升高。MH-440V/D NDIR红外气体传感器输出的信号经第一滤波子单元滤除干扰，再经第一信号放大子单元进行放大。

参照图3，温度感应元件为电桥式温度感应电路，电桥式温度感应电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及PT100热敏电阻，第一电阻R1的一端与外接电源连接，第一电阻R1的另一端与PT100热敏电阻的一端连接，所述PT100热敏电阻的另一端接地，第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1与外接电源连接的连接节点上，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端连接在PT100热敏电阻接地端连接。温度信号处理单元为差分放大器，分别与差分放大器的两个输入端连接，差分放大器的输出端与阈值比较单元连接。

参照图4，烟雾感应元件为MQ-2型烟雾传感器，烟雾信号处理单元包括第二滤波子单元及第二信号放大子单元，MQ-2型烟雾传感器的输出端与第二滤波子单元的输入端连接，第二滤波子单元的输出端与第二信号放大子单元的输入端连接，第二信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

具体的，MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。MQ-2型烟雾传感器输出的信号经第二滤波子单元滤除干扰，再经第二信号放大子单元进行放大。

参照图5，阈值比较单元包括第一电压比较器U1、第二电压比较器U2及第三电压比较器U3。甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一电压比较器U1的同相端连接，第一电压比较器U1的反相端输入有第一基准信号Vref1。温度信号处理单元与第二电压比较器U2的同相端连接，第二电压比较器U2的反相端输入有第二基准信号Vref2。烟雾信号处理单元的输出端与第三电压比较器U3的同相端连接，第三电压比较器U3的反相端输入有第一基准信号Vref3。第一电压比较器U1的输出端、第二电压比较器U2的输出端及第三电压比较器U3的输出端均与警报开关元件的输入端连接。警报开关元件包括第一或门U4、第二或门U5及NPN型三极管开关Q1。甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一或门U4的一个输入端连接，温度信号处理单元的输出端与第一或门U4的另一个输入端连接，第一或门U4的输出端与第二或门U5的一个输入端连接，烟雾信号处理单元的输出端与第二或门U5的另一个输入端连接，第二或门U5的输出端与NPN型三极管开关Q1的基极连接，NPN型三极管开关Q1的集电极c外接电源，NPN型三极管开关Q1的发射极e接地，报警器串联在NPN型三极管开关Q1与接地端之间。

具体的，空气中甲烷浓度超过甲烷浓度最大阈值时，第一电压比较器U1的同相端输入的电压大于第一电压比较器U1反相端的第一基准信号Vref1，第一电压比较器U1输出高电平。空气的温度超过最高温度阈值时，第二电压比较器U2的同相端输入的电压大于第二电压比较器U2反相端的第二基准信号Vref2，第二电压比较器U2输出高电平。空气的烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，第三电压比较器U3的同相端输入的电压大于第三电压比较器U3反相端的第三基准信号Vref3，第三电压比较器U3输出高电平。第一电压比较器U1、第二电压比较器U2及第三电压比较器U3任意一个输出高电平时，第二或门U5输出高电平，NPN型三极管开关Q1导通，报警器通电，发出警示信息。

参照图6，本芯片还包括无线通信单元，无线通信单元为包括ZigBee无线通信单元，ZigBee无线通信单元包括CC2530芯片，甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端通过CC2530芯片的P0_0引脚、P0_1引脚、P0_2引脚至CC2530芯片的ADC模块。

具体的，甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端输出的模拟信号通过CC2530芯片的数据输入端口至CC2530芯片的ADC模块，转化为数字信号。用户可通过移动终端，例如手机、平板电脑无线通信单元，方便用户查看空气的甲烷浓度、温度及烟雾浓度。

本实施例的实施原理为：红外甲烷浓度感应元件用于检测空气中甲烷的含量，温度感应元件用于感应空气的温度，烟雾感应元件用于感应空气中的烟雾浓度，阈值比较单元内设置有甲烷浓度最大阈值、温度最高阈值及烟雾浓度最大阈值，阈值比较单元用于在检测的环境甲烷浓度大于甲烷浓度最高阈值或环境温度大于最高温度阈值或环境烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，控制警报开关元件处于闭合状态，使得报警器通电发出报警信息，从而达到对家居室内空气进行自动检测，提高家居安全性的效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种红外气体检测处理芯片，其特征在于，包括红外甲烷浓度感应元件、甲烷浓度信号处理单元、温度感应元件、温度信号处理单元、烟雾感应元件、烟雾信号处理单元、阈值比较单元、警报开关元件及警报器，所述红外甲烷浓度传感器的输出端与甲烷浓度信号处理单元的输入端连接，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，所述温度感应元件的输出端与温度信号处理单元的输入端连接，所述温度信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接，所述烟雾感应元件的输出端与烟雾信号处理单元的输入端连接，所述烟雾信号处理单元的输出端与阈值比较单元的输出端连接；

所述阈值比较单元内设置有甲烷浓度最大阈值、温度最高阈值及烟雾浓度最大阈值，所述阈值比较单元用于在检测的环境甲烷浓度大于甲烷浓度最高阈值或环境温度大于最高温度阈值或环境烟雾浓度大于烟雾浓度最大阈值时，控制所述警报开关元件处于闭合状态；

所述警报开关元件串联在外接电源与警报器之间。

2.根据权利要求1所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述红外甲烷浓度感应元件为MH-440V/D NDIR红外气体传感器，所述甲烷浓度信号处理单元包括第一滤波子单元及第一信号放大子单元，所述MH-440V/D NDIR红外气体传感器的输出端与第一滤波子单元的输入端连接，所述第一滤波子单元的输出端与第一信号放大子单元的输入端连接，所述第一信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述温度感应元件为电桥式温度感应电路，所述电桥式温度感应电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及PT100热敏电阻，所述第一电阻R1的一端与外接电源连接，所述第一电阻R1的另一端与PT100热敏电阻的一端连接，所述PT100热敏电阻的另一端接地，所述第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1与外接电源连接的连接节点上，所述第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端连接在PT100热敏电阻接地端连接，所述第一电阻R1和PT100热敏电阻之间的连接节点、第二电阻R2和第三电阻R3之间的连接节点均与温度信号处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述温度信号处理单元为差分放大器，所述第一电阻R1和PT100热敏电阻之间的连接节点、第二电阻R2和第三电阻R3之间的连接节点分别与所述差分放大器的两个输入端连接，所述差分放大器的输出端与阈值比较单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述烟雾感应元件为MQ-2型烟雾传感器，所述烟雾信号处理单元包括第二滤波子单元及第二信号放大子单元，所述MQ-2型烟雾传感器的输出端与第二滤波子单元的输入端连接，所述第二滤波子单元的输出端与第二信号放大子单元的输入端连接，所述第二信号放大子单元的输出端与阈值比较单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述阈值比较单元包括第一电压比较器U1、第二电压比较器U2及第三电压比较器U3，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一电压比较器U1的同相端连接，所述第一电压比较器U1的反相端输入有第一基准信号Vref1，所述温度信号处理单元与第二电压比较器U2的同相端连接，所述第二电压比较器U2的反相端输入有第二基准信号Vref2，所述烟雾信号处理单元的输出端与第三电压比较器U3的同相端连接，所述第三电压比较器U3的反相端输入有第一基准信号Vref3，所述第一电压比较器U1的输出端、第二电压比较器U2的输出端及第三电压比较器U3的输出端均与警报开关元件的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述警报开关元件包括第一或门U4、第二或门U5及NPN型三极管开关Q1，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端与第一或门U4的一个输入端连接，所述温度信号处理单元的输出端与第一或门U4的另一个输入端连接，所述第一或门U4的输出端与第二或门U5的一个输入端连接，所述烟雾信号处理单元的输出端与第二或门U5的另一个输入端连接，所述第二或门U5的输出端与NPN型三极管开关Q1的基极连接，所述NPN型三极管开关Q1的集电极c外接电源，所述NPN型三极管开关Q1的发射极e接地，所述警报器串联在NPN型三极管开关Q1与接地端之间。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：还包括无线通信单元，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端均与无线通信单元的数据输入端连接。

9.根据权利要求8所述的一种红外气体检测处理芯片，其特征在于：所述无线通信单元为包括ZigBee无线通信单元，所述ZigBee无线通信单元包括CC2530芯片，所述甲烷浓度信号处理单元的输出端、温度信号处理单元的输出端及烟雾信号处理单元的输出端通过CC2530芯片的数据输入端口至CC2530芯片的ADC模块。

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