CN213302113U - 一种甲烷氧气报警仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种甲烷氧气报警仪，包括：催化甲烷探测电路，催化甲烷探头电源电路，氧气探测电路，STM32L0主控制器，存储模块，隔离串口输出电路；所述催化甲烷探头电源电路与催化甲烷探测电路连接，所述系统电源电路、电池电量采样电路、实时时钟电路、程序载入电路、按键和开关机电路、数码管驱动电路、催化甲烷探测电路、氧气探测电路、声光报警电路、存储模块、隔离串口输出电路均与STM32L0主控制器连接。是一种低耗能、高性能，能支持两参数报警仪对数据进行存储以便于技术人员进行分析处理的新型甲烷氧气报警仪。
Description
技术领域
本实用新型涉及探测报警仪领域，更具体涉及一种甲烷氧气报警仪。
背景技术
由于煤矿井下环境所限，会生成以甲烷气体为主的矿井瓦斯。瓦斯能燃烧，易爆炸，造成煤矿灾害众多，国内外已有很多瓦斯造成的人员伤亡和矿井破坏案例，人们必须采取有效的措施时刻防范和监控井下空气环境，避免发生瓦斯事故。而且在矿井内氧气浓度较稀，人可能会难以呼吸甚至因缺氧而窒息死亡。
目前在矿井作业中必须都使用气体报警仪，其中甲烷氧气两参数报警仪的应用范围巨大。现在的设备多追求检测速率，除显示气体浓度和达到预设值后发出警报之外功能较少，为电量和MCU性价比所限导致不能记录历史数据进行数据存储、曲线分析、故障探测等，不利于规律寻找和危险预测。
发明内容
如背景技术所述，目前井下作业需要一种低耗能、高性能，能支持两参数报警仪对数据进行存储以便于技术人员进行分析处理的新型甲烷氧气报警仪。
为解决上述问题，本实用新型提出以下技术方案。
一种甲烷氧气报警仪，包括系统电源电路，电池电量采样电路，电池充电电路，实时时钟电路，程序载入电路，按键和开关机电路，数码管驱动电路，声光报警电路，其特征在于，还包括：催化甲烷探测电路，催化甲烷探头电源电路，氧气探测电路，STM32L0主控制器，存储模块，隔离串口输出电路；所述催化甲烷探头电源电路与催化甲烷探测电路连接，所述系统电源电路、电池电量采样电路、实时时钟电路、程序载入电路、按键和开关机电路、数码管驱动电路、催化甲烷探测电路、氧气探测电路、声光报警电路、存储模块、隔离串口输出电路均与STM32L0主控制器连接。
为保证更低耗能，所述STM32L0主控制器使用单片机STM32L051C8T6，脚11连接催化甲烷探测电路，脚12连接氧气探测电路，脚20接声光报警电路，脚25-27接存储模块，脚脚30-31接隔离串口输出电路。
优选的，所述存储模块使用存储器M24C64-RMN6TP，所述存储器脚1-4接地，脚5-7与STM32L0主控制器相连，脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C8接地。
所述隔离串口输出电路包括光耦U10和U11；U10脚1接5V电源，脚2串联R26接TTL串口与外接读取设备相连，脚3接地，脚4与STM32L0主控制器相接，二者节点串联R20接地；U11脚1接+3V电源，脚2串联电阻R36与STM32L0主控制器相连，脚3接地，脚4与TTL串口相连，二者节点串联R46接5V电源。
所述氧气探测电路包括氧气探头和两级运放U5A和U5B；氧气探头脚1接地，脚2串联电阻R11与运放U5A同相输入端脚3相接，脚2与电阻R11节点串联电阻R19接地；运放U5A正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C11接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚2串联电阻R27与输出端相接，输出端脚1串联电阻R24与运放U5B同相输入端相接；运放U5B反相输入端脚6串联电阻R21接地，同时脚6并联电容C13、电阻R22与输出端脚7相接，输出端脚7串联电阻R23后连接STM32L0主控制器，电阻R23与STM32L0主控制器节点串联电容C12接地。
所述催化甲烷探测电路包括催化甲烷探头和两级运放U7B和U7A；运放U7B同相输入端脚5分别串联R29接地、串联R33接催化甲烷探头电源电路，正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C22接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚6接输出端脚7，输出端脚7串联电阻R34接运放U7A反相输入端脚2；催化甲烷探头脚1接地，脚4接催化甲烷探头电源电路，脚2脚3相接，脚3串联R31与运放U7A同相输入端脚3相接；运放U7A反相输入端脚2并联电阻R35和电容C23与输出端脚1相接，输出端脚1串联电阻R45与STM32L0主控制器相连，二者节点串联电容C24接地。
本实用新型实现待机仅时钟供电，其他部分全部断电，使用了STM32L0系列高性能，低功耗，高性价比的32位单片机，降低设备功耗。
同时，M24C64系列存储器为报警仪提供了配置与数据存储功能，实现了测量数据的保存。测量数据还可利用TTL串口功能连接 PC，与上位机程序通信，输出配置信息，历史记录等内部数据。
通过传感器数据的采集，实现传感器状态的判断，便于及时发现传感器的工作状态，通过批量传感器的测试，总结传感器的特性曲线，在后期使用中根据特性曲线动态的调整测量值，减小测量误差。
附图说明
图1为STM32L0主控制器芯片引脚及其外围电路图；
图2为存储模块芯片引脚及其外围电路图；
图3为隔离串口输出电路原理图；
图4为氧气探测电路原理图；
图5为催化甲烷探测电路原理图；
图6为催化甲烷探头电源芯片引脚及其外围电路图；
图7为系统电源电路、电池充电电路、实时时钟电路原理图；
图8为电池电量采样电路、数码管驱动电路和声光报警电路原理图；
图9为程序载入电路、按键和开关机电路。
具体实施方式
为更好地理解本实用新型，提出一种实施例如下。
一种甲烷氧气报警仪，包括系统电源电路，电池电量采样电路，电池充电电路，实时时钟电路，程序载入电路，按键和开关机电路，数码管驱动电路，声光报警电路，其特征在于，还包括：催化甲烷探测电路，催化甲烷探头电源电路，氧气探测电路，STM32L0主控制器，存储模块，隔离串口输出电路；所述催化甲烷探头电源电路与催化甲烷探测电路连接，所述系统电源电路、电池电量采样电路、实时时钟电路、程序载入电路、按键和开关机电路、数码管驱动电路、催化甲烷探测电路、氧气探测电路、声光报警电路、存储模块、隔离串口输出电路均与主控制器连接。
所述STM32L0主控制器使用单片机STM32L051C8T6。
所述存储模块使用存储器M24C64-RMN6TP，所述存储器脚1-4接地，脚5与单片机脚27相接，脚6与单片机脚26相接，脚7与单片机脚25相接，脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C8接地。
所述隔离串口输出电路包括光耦U10和U11；U10脚1接5V电源，脚2串联R26接TTL串口与外接读取设备相连，脚3接地，脚4与单片机脚31相接，二者节点串联R20接地；U11脚1接+3V电源，脚2串联电阻R36与单片机脚30相连，脚3接地，脚4与TTL串口相连，二者节点串联R46接5V电源。
所述氧气探测电路包括氧气探头和两级运放U5A和U5B；氧气探头脚1接地，脚2串联电阻R11与运放U5A同相输入端脚3相接，脚2与电阻R11节点串联电阻R19接地；运放U5A正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C11接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚2串联电阻R27与输出端相接，输出端脚1串联电阻R24与运放U5B同相输入端相接；运放U5B反相输入端脚6串联电阻R21接地，同时脚6并联电容C13、电阻R22与输出端脚7相接，输出端脚7串联电阻R23后与单片机脚12相连，二者节点串联电容C12接地。
所述催化甲烷探测电路包括催化甲烷探头和两级运放U7B和U7A；运放U7B同相输入端脚5分别串联R29接地、串联R33接催化甲烷探头电源电路，正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C22接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚6接输出端脚7，输出端脚7串联电阻R34接运放U7A反相输入端脚2；催化甲烷探头脚1接地，脚4接催化甲烷探头电源电路，脚2脚3相接，脚3串联R31与运放U7A同相输入端脚3相接；运放U7A反相输入端脚2并联电阻R35和电容C23与输出端脚1相接，输出端脚1串联电阻R45与单片机脚11相连，二者节点串联电容C24接地。
上述甲烷氧气报警仪的氧气探头输出电流信号经过I/V转换为电压信号，在经过运放放大200倍，送于MCU内置ADC进行电压采样；甲烷探头经过惠斯通电桥输出电压信号，在经过运放放大10倍，送于MCU内置ADC进行电压采样，保证电压的实时监测实现对探头故障的判断。
实时记录矿井下催化甲烷和氧气浓度，通过数码管显示在屏幕上，并将数据存入存储器，所采用的存储器可存储不低于200条的数据。技术人员再通过TTL串口将设备接入电脑，通过简单操作即可将数据通过串口输出，进行数据分析和设备优化。
当催化甲烷探头检测到甲烷浓度过高或氧气探头检测到氧气浓度过低时，触发声光报警。
Claims (6)
1.一种甲烷氧气报警仪，包括系统电源电路，电池电量采样电路，电池充电电路，实时时钟电路，程序载入电路，按键和开关机电路，数码管驱动电路，声光报警电路，其特征在于，还包括：催化甲烷探测电路，催化甲烷探头电源电路，氧气探测电路，STM32L0主控制器，存储模块，隔离串口输出电路；所述催化甲烷探头电源电路与催化甲烷探测电路连接，所述系统电源电路、电池电量采样电路、实时时钟电路、程序载入电路、按键和开关机电路、数码管驱动电路、催化甲烷探测电路、氧气探测电路、声光报警电路、存储模块、隔离串口输出电路均与STM32L0主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的甲烷氧气报警仪，其特征在于，所述STM32L0主控制器使用单片机STM32L051C8T6，脚11连接催化甲烷探测电路，脚12连接氧气探测电路，脚20接声光报警电路，脚25-27接存储模块，脚脚30-31接隔离串口输出电路。
3.根据权利要求1所述的甲烷氧气报警仪，其特征在于，所述存储模块使用存储器M24C64-RMN6TP，所述存储器脚1-4接地，脚5-7与STM32L0主控制器相连，脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C8接地。
4.根据权利要求1所述的甲烷氧气报警仪，其特征在于，所述隔离串口输出电路包括光耦U10和U11；U10脚1接5V电源，脚2串联R26接TTL串口与外接读取设备相连，脚3接地，脚4与STM32L0主控制器相接，二者节点串联R20接地；U11脚1接+3V电源，脚2串联电阻R36与STM32L0主控制器相连，脚3接地，脚4与TTL串口相连，二者节点串联R46接5V电源。
5.根据权利要求1所述的甲烷氧气报警仪，其特征在于，所述氧气探测电路包括氧气探头和两级运放U5A和U5B；氧气探头脚1接地，脚2串联电阻R11与运放U5A同相输入端脚3相接，脚2与电阻R11节点串联电阻R19接地；运放U5A正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C11接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚2串联电阻R27与输出端相接，输出端脚1串联电阻R24与运放U5B同相输入端相接；运放U5B反相输入端脚6串联电阻R21接地，同时脚6并联电容C13、电阻R22与输出端脚7相接，输出端脚7串联电阻R23后连接STM32L0主控制器，电阻R23与STM32L0主控制器节点串联电容C12接地。
6.根据权利要求1所述的甲烷氧气报警仪，其特征在于，所述催化甲烷探测电路包括催化甲烷探头和两级运放U7B和U7A；运放U7B同相输入端脚5分别串联R29接地、串联R33接催化甲烷探头电源电路，正电源端脚8接+3V电源，同时脚8串联电容C22接地，负电源端脚4接地，反相输入端脚6接输出端脚7，输出端脚7串联电阻R34接运放U7A反相输入端脚2；催化甲烷探头脚1接地，脚4接催化甲烷探头电源电路，脚2脚3相接，脚3串联R31与运放U7A同相输入端脚3相接；运放U7A反相输入端脚2并联电阻R35和电容C23与输出端脚1相接，输出端脚1串联电阻R45与STM32L0主控制器相连，二者节点串联电容C24接地。
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