CN215297321U - 一种通用型气体探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通用型气体探测器，包括：外壳和采样装置；外壳内安装有控制单元；控制单元包括拨码开关、微控制器MCU、数字信号处理电路，数字信号处理电路的输出端与微控制器MCU的IO接口电连接；采样装置包括气体采样池和气体传感器；气体传感器分别与气体采样池和外壳可拆卸连接；拨码开关的一端与气体传感器的信号输出端电连接，拨码开关的另一端通过拨码选择与微控制器MCU的IO接口电连接或与数字信号处理电路的输入端电连接。气体传感器分别与气体采样池和外壳可拆卸连接，可以根据需求不同随时更换不同的传感器，然后通过选择对应的气体检测程序，从而不用为了适应新场景需求而进行新的产品开发。

Description

一种通用型气体探测器

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，具体涉及一种通用型气体探测器。

背景技术

由于之前的气体探测器是一对一的开发模式，一套气体探测器只能接入一种气体传感器，不同的气体传感器工作原理不一样，检测出气体的种类、精度、灵敏度、价格都不一。所以一套气体探测器设备能测得气体种类少，适用的场景有限。面对新的场景需求时，必须重新针对新场景选择新种类的气体传感器重新开发，软件硬件都要重新开发，这样开发成本高，周期长。这样导致产品型号过多，售后成本也很大。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种通用型气体探测器，可适配多种不同的气体传感器，检测时，通过选择不同的传感器从而实现不同气体的检测。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种通用型气体探测器，包括：外壳和采样装置；

所述外壳内安装有控制单元；所述控制单元包括拨码开关、微控制器MCU、数字信号处理电路，所述数字信号处理电路的输出端与所述微控制器MCU的 IO接口电连接；

所述采样装置包括气体采样池和气体传感器；所述气体传感器分别与所述气体采样池和外壳可拆卸连接；

所述拨码开关的一端与所述气体传感器的信号输出端电连接，拨码开关的另一端通过拨码选择与所述微控制器MCU的IO接口电连接或与所述数字信号处理电路的输入端电连接。

进一步的，所述气体传感器按输出模式划分包括数字气体传感器和模拟气体传感器；所述模拟气体传感器通过拨码开关接入所述微控制器的IO接口，所述数字气体传感器通过拨码开关接入所述数字信号处理电路的输入端。

进一步的，所述控制单元还包括供电电路、数据上传单元；

所述供电电路的输入接外部DC电源，并将外部DC电源电压转换为5V及 3.3V工作电压为气体探测器内的用电器件供电；

所述数据上传单元包括4-20mA信号输出模块和485通讯模块；所述 4-20mA信号输出模块的信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述485通讯模块的读写引脚均与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述 4-20mA信号输出模块和所述485通讯模块的信号输出端均与上位机电连接。

进一步的，所述4-20mA信号输出模块基于AD4510芯片实现；所述485 通讯模块基于MAX3485E芯片实现。

进一步的，还包括报警器单元，所述报警器单元的控制端与所述微控制器 MCU的IO接口电连接。

进一步的，所述报警器单元包括声光报警模块、气体浓度报警模块、故障报警模块以及继电器驱动电路；

所述继电器驱动电路的控制信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接，所述继电器驱动电路的控制信号输出端与所述声光报警模块、气体浓度报警模块、故障报警模块的控制端电连接。

进一步的，所述气体浓度报警模块包括低浓度报警模块和高浓度报警模块，所述低浓度报警模块和高浓度报警模块以及故障报警模块均基于可编程继电器电路实现。

进一步的，所述继电器驱动电路采用高速CMOS器件和复合晶体管阵列组合实现。

进一步的，还包括OLED显示单元以及磁性按键模块，所述OLED显示单元以及磁性按键模块均与所述微控制器MCU的IO接口连接。

进一步的，还包括红外通讯电路，所述红外通讯电路的信号输出端与所述微控制器MCU的IO接口连接。

本实用新型的有益效果是：

1、该气体探测器采用STM32F05C8T6芯片实现，STM32 F0 MCU集实时性能、低功耗运算和STM32平台的先进架构及外设于一身，STM32F05C8T6 芯片拥有64KB大小的FLSH以及8KB大小的RAM，可以存储与多种气体传感器相匹配的气体检测程序。在本技术方案中，气体传感器分别与所述气体采样池和外壳可拆卸连接，可以根据需求不同随时更换不同的传感器，然后通过选择对应的气体检测程序，从而不用为了适应新场景需求而进行新的产品开发。

2、由于常见的气体传感器根据输出模式不同可以分为模拟输出气体传感器和数字输出气体传感器，该气体探测器为了适应不同类型的传感器，在其内部集成了数字信号处理电路，模拟输出气体传感器的输出可以直接接入微控制器 MCU的IO接口，数字输出气体传感器则通过数字信号处理电路处理后接入微控制器MCU的IO接口，在安装好气体传感器和气体采样池后，根据传感器的输出类型通过拨码开关选择对应的方式接入微控制器MCU。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的通用型气体探测器的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的通用型气体探测器的功能框架结构图；

图3为本实用新型实施例提供的通用型气体探测器的主板电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的通用型气体探测器的底板电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的传感器电路、拨码开关及数字信号处理电路结构图；

图6为本实用新型实施例提供的供电电路结构图；

图7为本实用新型实施例提供的4-20mA输出以及485通讯电路结构图；

图8为本实用新型实施例提供的驱动电路结构图；

图9为本实用新型实施例提供的报警器单元电路结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、磁性按键，2、声光报警器，3、气体采样池，4、液晶显示屏，5、电源线进口，6、4-20ma信号和RS485通信进线口，7、气体传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-9所示，本实用新型提供一种通用型气体探测器。该气体探测器包括外壳，外壳材质为铝合金，防爆等级为Ex d IIC T6；外壳内安装有控制单元，外壳的一侧安装有气体采样装置，采样装置包括可拆卸连接的气体采样池3和气体传感器7，气体传感器7与外壳可拆卸连接，并与外壳内部所设的控制单元电连接；外壳上还设置有均与控制单元电连接的磁性按键1、声光报警器2、液晶显示屏4、电源线进口5、和4-20ma信号以及RS485通信进线口6。

在该实施例中，所述控制单元包括控制主板和控制底板，控制主板和控制底板分别安装不同的电路器件，并通过分别安装在控制主板和控制底板上的两个电路连接器(图3图4中的J4)进行信号通信。

其中控制主板上设有微控制器MCU、传感器接口电路、拨码开关、数字信号处理电路，如图3、图5所示。外壳上安装的气体传感器7与传感器接口电路连接。由于常见的气体传感器按输出模式划分包括数字气体传感器和模拟气体传感器；当连接的气体传感器输出模式为模拟输出时，则气体传感器通过拨码开关接入所述微控制器的IO接口，当连接的气体传感器输出模式为数字输出时，则气体传感器通过拨码开关接入所述数字信号处理电路的输入端。电路图中未显示拨码开关，在实际应用中拨码开关安装在电阻R9、R10、R53、R54 的位置。所述数字信号处理电路的输出端与所述微控制器MCU的IO接口电连接。

微控制器MCU采用STM32F05C8T6芯片及其外围电路实现，STM32 F0 MCU集实时性能、低功耗运算和STM32平台的先进架构及外设于一身， STM32F05C8T6芯片拥有64KB大小的FLSH以及8KB大小的RAM，可以存储与多种气体传感器相匹配的气体检测程序。在本技术方案中，气体传感器分别与所述气体采样池和外壳可拆卸连接，可以根据需求不同随时更换不同的传感器，然后通过选择对应的气体检测程序，从而不用为了适应新场景需求而进行新的产品开发。这里应当理解的是，现有技术中，针对每种气体传感器所采集的信号，在进行数据处理分析时，需要采用与其所对应的气体检测程序，才能进行有效检测。而在本技术方案中，STM32F05C8T6芯片拥有64KB大小的 FLSH以及8KB大小的RAM，因此可以在设备出厂时，即向STM32F05C8T6 芯片中烧录可能需要的不同的气体检测程序，是本领域技术人员应当具备的基本常识。

在控制底板上，设置有供电电路、数据上传单元，其与其他元器件的连接关系如图4所示。

所述供电电路(如图6所示)的输入接外部DC电源，并将外部DC电源电压转换为5V及3.3V工作电压为气体探测器内的用电器件供电；

所述数据上传单元(如图7所示)包括4-20mA信号输出模块和485通讯模块；所述4-20mA信号输出模块的信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述485通讯模块的读写引脚均与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述4-20mA信号输出模块和所述485通讯模块的信号输出端均与上位机电连接。所述4-20mA信号输出模块基于AD4510芯片实现；所述485通讯模块基于MAX3485E芯片实现。

进一步的，该气体探测器除了包含图1中所示的声光报警器外还包括3路可编程继电器输出模块，分别连接三个报警器，上述4个报警器共同构成该气体探测器的报警器单元(如图9所示)，所述报警器单元的控制端与所述微控制器MCU的IO接口电连接。

具体的，声光报警器以及3路可编程继电器输出模块均由图8所示的驱动电路进行驱动。3路可编程继电器输出模块在本实施例中设置为气体浓度一级报警、气体浓度二级报警以及气体探测器故障报警。在实际使用过程中，声光报警器在有低保或者高报的时候都会触发工作，气体浓度的检测报警一般都会设置两个等级浓度的报警，25％lel是低报，50％lel是高报，当气体探测器进行自检时，若传感器未正常接入或4-20mA、485通讯故障等情况出现时，则气体探测器故障报警触发工作。

所述继电器驱动电路的控制信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接，所述继电器驱动电路的控制信号输出端与所述声光报警器、气体浓度报警模块、故障报警模块的控制端电连接。

所述继电器驱动电路采用高速CMOS器件和复合晶体管阵列组合实现。本实施例中高速CMOS器件采用74HC14芯片实现，而复合晶体管阵列采用 UNL2003A实现。

本技术方案中，外壳上所设的液晶显示屏采用OLED实现，所述OLED显示单元以及磁性按键均与所述微控制器MCU的IO接口连接。控制主板上主板上还设有红外通讯电路(如图2、3所示)，所述红外通讯电路的信号输出端与所述微控制器MCU的IO接口连接。具体的红外通讯电路由感光三极管Q61、三极管Q62、电阻R61、R62、R63以及电容C61连接组成。

在实际使用过程中，操作人员首先将采集完样本气体的气体采样池以及气体传感器装配好后安装在气体探测器外壳上，根据气体传感器的输出类型调整拨码开关，例如采用的数字输出的气体传感器，则调整拨码开关，使得气体传感器接口电路的输入接入到数字信号处理电路中。然后启动设备自检。如果出现机器故障，则微控制器MCU通过控制主板和控制底板上的两个接线器J4控制继电器驱动电路工作，进而驱动声光报警器和故障报警模块的继电器工作，进行声光报警和故障报警。自检完成后，根据气体探测器上的气体传感器型号不同，操作人员通过磁性按键或红外通讯方式，选择微控制器MCU中预先存储的与气体传感器相对应的气体检测程序。液晶显示屏上显示微控制器MCU 中存储的气体检测程序列表。微控制器MCU接收数字信号处理电路上传信号，进行分析后通过控制主板和控制底板上的两个接线器J4、4-20mA信号输出模块或485通讯模块将检测结果上传至上位机，并根据实际检测结果驱动气体浓度报警器报警。

本技术方案能够接入4种工作原理的多个气体传感器，分别是TDLAS原理1个、电化学原理4个、红外检测原理的14个、催化燃烧原理的1个。检测气体种类的范围基本覆盖了常见于工业生产中出现的危险气体。(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、正乙烷、环氧乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲苯、一氧化碳、硫化氢、氨气、二氧化硫、二氧化碳包括各种可燃气体)。这么多种类的传感器数据输出模式分为模拟输出和数字输出，模拟输出的信号有电压信号和电流信号，数字信号输出为TTL串口通讯模式。在电路板上为了能够接入这两种数据输出模式的气体传感器，模拟输出的电流电压信号都经过电路板上电路处理为电压信号输入给单片机。在电路中加入拨码开关设置，来确定探测器接入的气体传感器是使用模拟信号还是数字信号接口。使用红外遥控器设置探测器的参数等操作，这样在现场不用开盖的情况下就能设置，保证了设备密封性、防爆性不受影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通用型气体探测器，其特征在于，包括：外壳和采样装置；

所述外壳内安装有控制单元；所述控制单元包括拨码开关、微控制器MCU、数字信号处理电路，所述数字信号处理电路的输出端与所述微控制器MCU的IO接口电连接；

所述采样装置包括气体采样池和气体传感器；所述气体传感器分别与所述气体采样池和外壳可拆卸连接；

所述拨码开关的一端与所述气体传感器的信号输出端电连接，拨码开关的另一端通过拨码选择与所述微控制器MCU的IO接口电连接或与所述数字信号处理电路的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述气体传感器按输出模式划分包括数字气体传感器和模拟气体传感器；所述模拟气体传感器通过拨码开关接入所述微控制器的IO接口，所述数字气体传感器通过拨码开关接入所述数字信号处理电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述控制单元还包括供电电路、数据上传单元；

所述供电电路的输入接外部DC电源，并将外部DC电源电压转换为5V及3.3V工作电压为气体探测器内的用电器件供电；

所述数据上传单元包括4-20mA信号输出模块和485通讯模块；所述4-20mA信号输出模块的信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述485通讯模块的读写引脚均与所述微控制器MCU的IO接口电连接；所述4-20mA信号输出模块和所述485通讯模块的信号输出端均与上位机电连接。

4.根据权利要求3所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述4-20mA信号输出模块基于AD4510芯片实现；所述485通讯模块基于MAX3485E芯片实现。

5.根据权利要求1所述的通用型气体探测器，其特征在于，还包括报警器单元，所述报警器单元的控制端与所述微控制器MCU的IO接口电连接。

6.根据权利要求5所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述报警器单元包括声光报警模块、气体浓度报警模块、故障报警模块以及继电器驱动电路；

所述继电器驱动电路的控制信号输入端与所述微控制器MCU的IO接口电连接，所述继电器驱动电路的控制信号输出端与所述声光报警模块、气体浓度报警模块、故障报警模块的控制端电连接。

7.根据权利要求6所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述气体浓度报警模块包括低浓度报警模块和高浓度报警模块，所述低浓度报警模块和高浓度报警模块以及故障报警模块均基于可编程继电器电路实现。

8.根据权利要求6所述的通用型气体探测器，其特征在于，所述继电器驱动电路采用高速CMOS器件和复合晶体管阵列组合实现。

9.根据权利要求1所述的通用型气体探测器，其特征在于，还包括OLED显示单元以及磁性按键模块，所述OLED显示单元以及磁性按键模块均与所述微控制器MCU的IO接口连接。

10.根据权利要求1所述的通用型气体探测器，其特征在于，还包括红外通讯电路，所述红外通讯电路的信号输出端与所述微控制器MCU的IO接口连接。

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