CN212514491U - 一种手持式多功能有害气体探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持式多功能有害气体探测器，涉及气体探测领域，该探测器包括：外壳、把手、传感器盒、微控制器、报警蜂鸣器、设置单元、显示屏和通讯单元，传感器盒安装在外壳的前端，把手安装在外壳的后端，微控制器、报警蜂鸣器和通讯单元安装在外壳内部，设置单元和显示屏安装在外壳的外表面上，传感器盒内包括四种传感器，这四种传感器和设置单元分别连接到微控制器上，微控制器连接到显示屏、报警蜂鸣器和通讯单元，通讯单元在外壳表面形成有扩展接口插座，该探测器能够测量空气中甲醛、一氧化碳、二氧化硫以及硫化氢的气体浓度，同时结构轻巧，方便随身携带，应用范围广，同时内置通讯单元，方便与外界进行信息交互。

Description

一种手持式多功能有害气体探测器

技术领域

本实用新型涉及气体探测领域，尤其是一种手持式多功能有害气体探测器。

背景技术

随着生活水平的提高，人们越来越重视周围的空气污染情况，特别是在新装修的房间、新车的车内、工厂车间和地窖等相对封闭的空间，这时候就需要检测各种有害气体的浓度，但是由于需要有害气体较多，如一氧化碳、二氧化硫、硫化氢以及甲醛这些都是构成大气污染的主要成分，目前市面上很多的检测设备只能检测一种气体，这样用户就需要配备多个检测不同气体的气体探测器，设备投资大，在狭小的空间内不方便使用，同时对于家庭用户，更是很少像这样配备多种探测器。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种手持式多功能有害气体探测器，本实用新型的技术方案如下：

一种手持式多功能有害气体探测器，包括外壳、把手、传感器盒、控制单元、报警蜂鸣器、设置单元、显示屏和通讯单元，所述传感器盒安装在所述外壳的前端，所述把手安装在所述外壳的后端，所述控制单元、所述报警蜂鸣器和所述通讯单元安装在所述外壳内部，所述设置单元和所述显示屏安装在所述外壳的外表面上，所述传感器盒内包括甲醛传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器和一氧化碳传感器，所述甲醛传感器、所述二氧化硫传感器、所述硫化氢传感器、所述一氧化碳传感器和所述设置单元分别连接到所述控制单元上，所述控制单元连接到所述显示屏、所述报警蜂鸣器和所述通讯单元，所述通讯单元在所述外壳表面形成有扩展接口插座。

其进一步的技术方案为，所述传感器盒包括格栅，所述格栅安装在所述传感器盒的前端。

其进一步的技术方案为，所述控制单元包括微控制器，所述微控制器采用PLC764单片机。

其进一步的技术方案为，所述通讯单元采用485通讯芯片。

其进一步的技术方案为，所述设置单元包括三个输入按键，所述三个输入按键包括确认按键、光标左移按键和数据增加按键。

其进一步的技术方案为，所述显示屏采用LED显示屏。

其进一步的技术方案为，所述甲醛传感器采用NEHCHO甲醛传感器，所述二氧化硫传感器采用SO2AF二氧化硫传感器，所述硫化氢传感器采用DQ135硫化氢传感器，所述一氧化碳传感器采用MQD7一氧化碳传感器。

本实用新型的有益技术效果是：通过在手持式探测器中安装四种气体传感器，使得该探测器能够测量空气中甲醛、一氧化碳、二氧化硫以及硫化氢的气体浓度，同时该探测器的结构轻巧，方便随身携带，应用范围广，同时内置通讯单元，方便与外界进行信息交互。

附图说明

图1是本申请的探测器的结构图。

图2是本申请的探测器的系统连接图。

图3是本申请的甲醛传感器的电路示意图。

图4是本申请的二氧化硫传感器的电路连接图。

图5是本申请的硫化氢传感器的电路连接图。

图6是本申请的一氧化碳的电路连接图。

图7是本申请的模拟开关的电路连接图。

图8是本申请的A/D转换器的电路连接图。

图9是本申请的微控制器的电路连接图。

图10是本申请的通讯单元的电路连接图。

图11是本申请的设置单元的电路连接图。

图12是本申请的显示屏的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，一种手持式多功能有害气体探测器，包括外壳1、把手2、传感器盒3、控制单元、报警蜂鸣器、设置单元、显示屏4和通讯单元，把手2安装在外壳1的后端，传感器盒3安装外壳1的前端，外壳1的内部安装有控制单元、报警蜂鸣器和通讯单元，外壳1的外表面安装有显示屏和设置单元。传感器盒3内安装有甲醛传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器和一氧化碳传感器，通讯单元在外壳表面形成有扩展接口插座5，传感器盒3的前端安装有格栅6，格栅6一方面能够保护传感器盒内部的传感器，另一方面方便透过气体，便于传感器盒内的传感器探测气体。

如图2所示，甲醛传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器和一氧化碳传感器分别连接到控制单元，控制单元包括模拟开关、A/D转换器和微控制器，模拟开关连接到A/D转换器，A/D转换器和设置单元连接到微控制器，微控制器连接到显示屏、报警蜂鸣器和通讯单元。

如图3所示的甲醛传感器的电路示意图，甲醛传感器使用日本根本(NEMOTO)公司生产的型号为NEHCHO甲醛传感器，测量的范围为1ppm至10ppm，甲醛传感器的引脚R发出的信号用于温度补偿，引脚W输出与甲醛浓度呈正比的微弱电压信号，并输送到运放LM358构成反相放大电路，运放LM358输出电压经过电阻R18与电容C14组成的低通滤波输出到模拟开关上。

如图4所述的二氧化硫传感器的电路示意图，二氧化硫传感器采用SO2AF二氧化硫传感器，测量范围为1ppm至200ppm，二氧化硫传感器的引脚1输出与二氧化硫浓度成正比的微弱电压信号，并输入到运放LM358中由此构成同相放大电路，电位器W1用于调节放大倍数，运放输出电压经过R19与C15组成的低通滤波输出到模拟开关中。

如图5所示的硫化氢传感器的电路示意图，硫化氢传感器采用型号为DQ135硫化氢传感器，测量范围为1ppm至100ppm，硫化氢传感器的引脚2和引脚5之间为加热线圈，工作时需要通电加热。硫化氢传感器内部采用在清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当传感器所处环境中存在硫化氢气体时，传感器的电导率随空气中硫化氢气体浓度的增加而增大，即硫化氢传感器的引脚1和引脚6之间的电阻R0电阻值会随着气体浓度的增加而下降，电阻R0与电阻R6组成串联分压电路，将电阻R0的电阻值变化转换为电压的变化，再输入到运放LM3588中构成同相放大电路，电位器W2用于调节放大倍数，运放LM3588输出电压经过电阻R20与电容C17组成的低通滤波输出到模拟开关中，进一步的，硫化氢传感器不仅对硫化氢非常敏感，对氨气、苯蒸汽、丙醇、烟雾等同样十分敏感，加以调整就可以用来测量氨气、苯蒸汽、烟雾等。

如图6所示的一氧化碳传感器的电路示意图，一氧化碳传感器采用型号为MQD7一氧化碳传感器，测量范围为1ppm至100ppm，一氧化碳传感器的引脚3输出与一氧化碳浓度成正比的电压信号，由于一氧化碳传感器的输出电阻较小，因此在一氧化碳传感器后增加了一个电压跟随器，再输入到运放LM358中构成同相放大电路，运放输出电压经过电阻R21和电容16组成的低通滤波输出到模拟开关中。

如图7所示的模拟开关的电路示意图，模拟开关采用型号4051多路模拟开关，模拟开关有八个信号输入端X0-X7，一个输出端X，开关的选择由三个地址选择端C、B、A的电平决定，当地址选择端C、B、A分别取000～111时，分别将X0～X7的信号传送到输出端X，由于该探测器只有四路信号，因此地址选择端C不使用直接接地，地址选择端A和B分别连接到微控制器，由微控制器决定选择哪路信号。

如图8所示的A/D转换器的电路示意图，目的是将经过放大后的传感器模拟信号转换为微控制器可以接受的数字信号，A/D转换器采用ADS1100转换芯片，ADS1100转换芯片是一款16bit高精度的A/D转换芯片，转换精度高，缺点是速度较慢，但该芯片足够满足本探测器的使用，ADS1100转换芯片通过I2C总线与微控制器相连。

如图9所示的微控制器的电路示意图，使用飞利浦公司的PLC764单片机，PLC764单片机使用8051内核，只有二十个引脚，体积小，成本低。由于PLC764单片机的内部存储空间较小，因此使用一个EEPROM芯片作为存储扩展，EEPROM芯片采用型号为24C08存储芯片，微控制器通过I2C总线接收A/D转换器的数字信号，随后将重要数据传输到EEPROM芯片中保存，同样的可以从EEPROM芯片中读取相关数据。RXD引脚、TXD引脚和引脚P1.4与通讯单元相连接，实现与上位PC机的串口通讯；引脚P0.5、引脚P0.6、引脚P0.7分别连接到设置单元，接受人工操作指令。引脚P0.0、引脚P0.1、引脚P0.2、引脚P0.3、引脚P0.4、引脚P1.5连接显示屏，显示屏用于显示四个传感器的实时数据。

如图10所示的通讯单元的电路连接图，通讯单元采用MAX485通讯芯片，该芯片是一种准双向通讯，通过微控制器的引脚P1.4连接到通讯单元并设定其处于发射或者接收状态，通讯单元具有JB1接口，该JB1接口作为扩展接口插座5，通过扩展接口插座5可以将相关数据发送到上位PC机中，也可以接收上位PC机下达的某些指令，实现实时相互通讯。通过通讯单元一方面可以将传感器数据传输到上位PC机，另一方面可以将探测器组成实时监控系统，实时监控周围空气环境。

如图11所示的设置单元，设置单元包括确认按键SA1、光标左移按键SA2和数据增加按键SA3，用户通过三个按键实现数据的设置，三个按键分别与控制器的引脚P0.5、引脚P0.6和引脚P0.7相连。

如图12所示的显示屏的电路示意图，显示屏采用LED显示屏，可以显示三位整数和一位小数，整个数码显示模块包括74LS164移位寄存器、四位LED数码管和7407驱动器，微控制器向74LS164移位寄存器串行发送LED的字段数据，引脚COM0至引脚COM3是LED数码管的公共段，在微控制器的控制下实现LED的动态扫描。

本申请公开的探测器没有特定的工作方法，以下给出一个实施例进行示例性说明：

该探测器的工作方法主要分为三个部分，第一部分要完成出厂前的相关数据标定工作，保证探测器能够正常工作，第二步在正常工作的使用阶段的工作方法，第三部分是对探测器进行一个功能扩展。

1、标定工作

首先在探测器出厂前，必须对探测器中的每个传感器进行数据标定。首先按下设置单元的确认按键SA1持续3秒以上，进入标定状态。此时显示屏显示数字1111，代表进行甲醛传感器标定；通过光标左移按键SA2和数据增加按键SA3，将显示屏显示数字改成2222，代表进行硫化氢传感器标定；同样的，将显示屏显示数字改成3333和4444，分别代表进行二氧化硫传感器标定和一氧化碳传感器标定。

由于甲醛传感器的检测范围为1ppm至10ppm，先将探测器放入甲醛浓度为1ppm的容器中，等待一段时间后，按下确认按键SA1，微控制器采集此时甲醛传感器的数据，记为数据A，作为最低数据，数据采集完成后，显示屏显示LLLL。

后将探测器放入甲醛浓度为10ppm的容器中，等待一段时间后，按下确认按键SA1，微控制器采集此时传感器的数据，记为数据B，作为最高数据，数据采集完成后，显示屏显示HHHH。

再按一下确认按键SA1，退出标定，这样数据A和数据B构成了一条数据变化直线，微控制器根据实时监测到的数据以及这条直线就可以确定现场的实际浓度数值。

根据相应传感器的测量范围以同样方法完成其他传感器的标定，需要注意的就是二氧化硫传感器的测量范围为1ppm至200ppm，硫化氢传感器的测量范围为1ppm至100ppm。一氧化碳传感器的测量范围为1ppm至100ppm，标定时，需要准备相应浓度的气体。

标定完成后，再通过按键分别输入四种不同气体的预置报警值。

2、正常工作

探测器数据标定完成后，就可以投入正常运行。正常工作时，微控制器通过模拟开关依次采集每个传感器的数据，并在显示屏中实时显示。显示屏每次显示一种传感器的实时数据，三秒后，再显示另一个传感器的数据，4种传感器按照甲醛传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器的顺序依次循环显示。

微控制器在完成了四种传感器的数据采集后，与系统中储存的每种气体的预置报警数值相比较，只要有一种气体的实时数据超过报警值，微控制器就驱动报警蜂鸣器发出报警鸣叫，提醒用户注意当前气体浓度，同时在显示屏上显示报警气体代号，四种气体代号分别是：CHO、H2S、SO2、CO，若有两种或者有两种以上气体报警，则滚动循环显示报警气体代号。

进一步的，可以将该探测器组成实时监控系统，则微控制器在完成了四种传感器的数据采集后，可以通过扩展接口插座，按照约定的通讯协议将数据发送到上位PC机中，实现数据的实时交互。

3、扩展使用

由于硫化氢传感器采用了二氧化锡的气敏材料，不仅对硫化氢非常敏感，对氨气、苯蒸汽、烟雾等同样十分敏感，因此加以调整就可以用来测量氨气、苯蒸汽、丙醇、烟雾等。测量范围与硫化氢相同，为1ppm至100ppm。

例如：如果不需要检测硫化氢，而是利用此传感器来检测氨气，首先先将传感器放入含有氨气浓度为1ppm的容器中，调节放大电路中的电位器W2，使之输出电压大小基本与测量1ppm的硫化氢浓度时相同，然后按照传感器标定方法，对此传感器进行最低数据和最高数据的标定。即可将硫化氢传感器变为氨气传感器，从而很方便地扩大此探测器的测量种类。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，包括外壳、把手、传感器盒、控制单元、报警蜂鸣器、设置单元、显示屏和通讯单元，所述传感器盒安装在所述外壳的前端，所述把手安装在所述外壳的后端，所述控制单元、所述报警蜂鸣器和所述通讯单元安装在所述外壳内部，所述设置单元和所述显示屏安装在所述外壳的外表面上，所述传感器盒内包括甲醛传感器、二氧化硫传感器、硫化氢传感器和一氧化碳传感器，所述甲醛传感器、所述二氧化硫传感器、所述硫化氢传感器、所述一氧化碳传感器和所述设置单元分别连接到所述控制单元上，所述控制单元连接到所述显示屏、所述报警蜂鸣器和所述通讯单元，所述通讯单元在所述外壳表面形成有扩展接口插座。

2.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述传感器盒包括格栅，所述格栅安装在所述传感器盒的前端。

3.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述控制单元包括微控制器，所述微控制器采用PLC764单片机。

4.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述通讯单元采用485通讯芯片。

5.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述设置单元包括三个输入按键，所述三个输入按键包括确认按键、光标左移按键和数据增加按键。

6.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述显示屏采用LED显示屏。

7.根据权利要求1所述的一种手持式多功能有害气体探测器，其特征在于，所述甲醛传感器采用NEHCHO甲醛传感器，所述二氧化硫传感器采用SO2AF二氧化硫传感器，所述硫化氢传感器采用DQ135硫化氢传感器，所述一氧化碳传感器采用MQD7一氧化碳传感器。

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