CN217521502U - 一种城市沼气检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种城市沼气检测控制系统，包括检测模块、控制单元、警报模块与收集控制模块，检测模块、警报模块和收集控制模块分别与控制单元连接，检测模块包括设置在相邻两个位置的第一传感器和第二传感器，第一传感器和第二传感器将分别检测到的第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据传输给控制单元，控制单元根据第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据的大小分别发出警报指令和收集指令给警报模块和收集控制模块，警报模块用于发出警报信号，收集控制模块用于控制沼气收集装置收集沼气。采用相邻位置的两个传感器，使检测结果更加准确，实时传递警报信息给终端，使得警报更加及时。沼气可收集，减少下水道爆炸的风险，将沼气投入生活中再利用。

Description

一种城市沼气检测控制系统

技术领域

本实用新型涉及沼气检测预警领域，具体涉及一种城市沼气检测控制系统。

背景技术

随着国家城镇化水平持续提升，城市体量不断扩大。下水道系统作为城市排水系统中的重要组成成分，其中的污水携带着大量的生活垃圾何淤泥。在流动过程中它们被微生物分解产生具有毒性、易燃易爆的气体，如CH4、H2S、NH3、CO等。这些有害气体在下水道系统中不断扩散，存在极大的安全隐患。爆炸的很大一部分原因就是因为沼气浓度过高导致爆炸(当空气中含有8.6％～20.8％(按体积计)的沼气时，就会形成爆炸性的混合气体)。城市下水道爆炸事故的不断发生，时刻提醒着我们要关注城市下水道的安全，及时对城市下水道的可燃气体进行实时监测与疏散。

目前的沼气检测警报系统存在准确度差，容易误报警，警报不及时，无法对及时对城市下水道的可燃气体进行实时监测与疏散等问题。

有鉴于此，设计出一种检测更加准确并能及时报警和收集沼气的城市沼气检测控制系统是至关重要的。

实用新型内容

针对上述提到的存在准确度差，容易误报警，警报不及时，无法对及时对城市下水道的可燃气体进行实时监测与疏散的问题。本申请的实施例的目的在于提出了一种城市沼气检测控制系统来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：

一种城市沼气检测控制系统，包括检测模块、控制单元、警报模块与收集控制模块，所述检测模块、警报模块和收集控制模块分别与所述控制单元连接，所述检测模块包括设置在相邻两个位置的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器将分别检测到的第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据传输给所述控制单元，所述控制单元根据所述第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据的大小分别发出警报指令和收集指令给所述警报模块和收集控制模块，所述警报模块用于根据所述警报指令发出警报信号，所述收集控制模块用于根据所述收集指令控制沼气收集装置收集沼气。

作为优选，所述控制单元采用89s52单片机，包括数据转换模块、MCU模块和显示模块，所述数据转换模块分别与所述检测模块、所述MCU模块和显示模块连接，通过所述数据转换模块将接收到的所述第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据转换为第一电信号和第二电信号，所述MCU模块用于比较所述第一电信号和第二电信号，当所述第一电信号和第二电信号相差超过阈值，则在检查所述检测模块是否存在故障或更换检测位置后重新检测，当所述第一电信号和第二电信号相差未超过阈值，则将所述第一电信号和第二电信号的平均值通过所述数据转换模块转换为沼气浓度数值并在所述显示模块进行显示，当所述沼气浓度数值超过浓度阈值，所述MCU模块发出所述警报指令和收集指令。

作为优选，所述数据转换模块采用AD0809芯片，所述MCU模块采用CMOS8位微控制器STC89C52。

作为优选，所述第一传感器和第二传感器均采用双通道的MQ-2传感器，所述MQ-2传感器还能够检测到沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度。

作为优选，所述MQ-2传感器与所述AD0809芯片之间采用杜邦线连接。

作为优选，所述检测模块将检测到的沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度发送至所述控制单元，并在所述显示模块中进行显示。

作为优选，所述沼气收集装置包括抽气泵和储气罐，所述抽气泵与所述储气罐连接，所述抽气泵包括真空泵、抽气管和排气管，当所述沼气浓度数值达到浓度阈值时，所述收集控制模块根据所述控制单元发出的收集指令控制所述真空泵的阀门打开，所述真空泵开始运转，将沼气经过所述抽气管抽入所述真空泵中，再经过所述排气管运输到所述储气罐中。

作为优选，所述警报模块包括LED灯和蜂鸣器，所述警报模块根据接收到的所述警报指令控制所述LED灯的显示以及蜂鸣器的开启。

作为优选，所述警报模块还包括蓝牙模块，所述警报模块根据接收到的所述警报指令将警报信号通过所述蓝牙模块发送到终端。

作为优选，还包括电源模块，所述电源模块采用USB转TTL模块供电，为所述检测模块、控制单元、警报模块和收集控制模块提供5V的电源。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型的城市沼气检测控制系统的检测模块采用相邻位置的两个传感器，可以使检测结果更加准确，并且采用蓝牙模块实时传递警报信息给终端，使得警报更加及时。

(2)本实用新型的城市沼气检测控制系统基于单片机操控，当检测模块感应沼气浓度超过阈值时单片机便控制警报模块进行显示并发出声响，控制抽气泵开关将沼气吸入沼气收集装置。沼气经过沼气收集装置得到较高浓度的沼气气体，既减少了下水道爆炸的风险，又可以将城市生活产出的沼气投入生活中再利用。

(3)本实用新型的城市沼气检测控制系统小巧轻便，具备实现简单、易于维护的特点。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的模块连接示意图；

图2示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的检测模块的电路图；

图3示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的数据转换模块的电路图；

图4示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的控制单元的电路图；

图5示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的抽气泵的结构示意图；

图6示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的沼气收集装置的示意图；

图7示出了本申请的实施例的城市沼气检测控制系统的电源模块的电路图；

附图标记：1、检测模块；2、控制单元；21、数据转换模块；22、MCU模块；23、显示模块；3、警报模块；4、收集控制模块；5、沼气收集装置；6、抽气泵；61、真空泵；62、抽气管；63、排气管；7、储气罐；8、电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。应当注意到，附图中的部件的尺寸以及大小并不是按照比例的，可能会为了明显示出的原因突出显示了某些部件的大小。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参考图1，本申请的实施例提出了一种城市沼气检测控制系统，包括检测模块1、控制单元2、警报模块3与收集控制模块4，检测模块1、警报模块3和收集控制模块4分别与控制单元2连接，检测模块1包括设置在相邻两个位置的第一传感器和第二传感器，第一传感器和第二传感器均采用双通道的MQ-2传感器，MQ-2传感器不仅能够检测到沼气浓度，还能够检测到沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度，如图2所示为检测模块1的电路图。第一传感器和第二传感器将分别检测到的第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据传输给控制单元2，控制单元2根据第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据的大小分别发出警报指令和收集指令给警报模块3和收集控制模块4，警报模块3用于根据警报指令发出警报信号，收集控制模块4用于根据收集指令控制沼气收集装置5收集沼气。采用两个传感器检测城市下水道相邻两个地方的沼气浓度，当控制单元2接收到的数据相差较大，则需要检查下第一传感器和第二传感器是否存在故障，或者更新检测位置，调整后重新进行检测，如果第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据相差不大，则取第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据的平均值作为最终的沼气浓度数值输出，当沼气浓度数值超过浓度阈值，MCU模块22发出警报指令和收集指令。使用两个传感器在两个相邻的位置对沼气进行检测，当其中一个传感器出现故障时，能及时发现，当出现相邻两个位置沼气浓度相差过大的情况，可以及时调整，避免误差，提高检测的准确率。警报模块3主要负责当沼气浓度达到一定的危害程度时立即控制发出报警；收集控制模块4用于当沼气浓度达到一定的危害程度时立即启动沼气收集装置5，使其开始工作，并利用双传感器同时工作，能够进一步检测下水道沼气是否被收集，最终使城市下水道中的沼气控制在合理范围内，避免发生爆炸。

在具体的实施例中，控制单元2采用89s52单片机，控制单元2包括数据转换模块21、MCU模块22和显示模块23，具体的，如图3所示为数据转换模块21的电路图，数据转换模块21采用AD0809芯片，MQ-2传感器与AD0809芯片之间采用杜邦线连接。如图4所示为MCU模块22的电路图，MCU模块22采用低功耗、高性能的CMOS8位微控制器STC89C52。数据转换模块21分别与检测模块1、MCU模块22和显示模块23连接，数据转换模块21可以将检测模块1发送的沼气浓度数据转换为电信号，并将MCU模块22处理得到的电信号转换为沼气浓度数值在显示模块23中进行显示。通过数据转换模块21将接收到的第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据转换为第一电信号和第二电信号，MCU模块22用于比较第一电信号和第二电信号，若第一电信号和第二电信号相差超过阈值，则在检查检测模块1是否存在故障或更换检测位置后重新检测，若第一电信号和第二电信号相差未超过阈值，则将第一电信号和第二电信号的平均值通过数据转换模块21转换为沼气浓度数值并在显示模块23进行显示。除此以外，检测模块1还将检测到的沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度发送至控制单元2，并在显示模块23中进行显示。城市沼气检测的步骤主要分为对各个点初始化、建立检测网络、分析双通道检测数据、数模转换、显示输出等功能。系统开始后，首先对两个传感器进行初始化，之后建立检测网络进行检测下水道中沼气浓度，然后对双通道传感器输出的数据进行比较，当差距不大时，利用AD0809芯片将模拟信号转化成数字信号，并用显示模块23显示出来；当二者差距较大时，进行相应校正后在重新进行双通道传感器检测。

在具体的实施例中，参考图5和6，沼气收集装置5包括抽气泵6和储气罐7，抽气泵6与储气罐7连接，抽气泵6包括真空泵61、抽气管62和排气管63，当沼气浓度数值达到阈值时，根据控制单元2发出的收集指令打开真空泵61的阀门，真空泵61开始运转，将沼气从抽气管62抽入真空泵61中，真空泵61内部的隔膜做往复式运动从而对固定容积的真空泵61的腔体内的空气进行压缩、拉伸形成负压，在真空泵61的抽气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体压入真空泵61的腔体，再从排气管63排出，由排气管63运输到储气罐7中。具体的，储气罐7还设有进气口/出气口71，抽气泵6内还设有叶轮611、直流无刷电机612、气嘴613和自攻螺丝安装孔614，直流无刷电机612驱动叶轮611转动，气嘴613与进气口/出气口71连接，通过自攻螺丝安装孔614将抽气泵6固定安装。通过沼气收集装置5将城市下水道中的过量的沼气收集、回收利用，在降低沼气爆炸危险的同时还可以起到节能减排的效果。

在其中一个实施例中，警报模块3包括LED灯和蜂鸣器，警报模块3根据接收到的警报指令控制LED灯的显示以及蜂鸣器的开启。当沼气浓度数值超过浓度阈值，MCU模块22会发出警报指令给警报模块3，警报模块3控制LED灯进行显示报警或者开启蜂鸣器使蜂鸣器发出声音报警。在另一个实施例中，警报模块3还包括蓝牙模块，警报模块3根据接收到的警报指令将警报信号通过蓝牙模块发送到终端。作为示例，终端可为手机，蓝牙模块采用了C语言在Keil uVision5软件平台上完成编译和调试，首先系统初始化让HC-05蓝牙模块进入命令响应工作模式，利用串口调试助手进行蓝牙调试以获得串口参数，手机连接蓝牙模块进行调整，最终完成手机与蓝牙模块的调试。接着将蓝牙与单片机对应接口连接起来，实现手机和单片机的双向通信。因此当当沼气浓度数值超过浓度阈值，MCU模块22会发出警报指令给警报模块3，警报模块3控制蓝牙模块将警报信号发送给手机终端，并在手机终端上实时进行显示，提高警报的及时性。

在具体的实施例中，还包括电源模块8，参考图7，电源模块8采用USB转TTL模块供电，为检测模块1、控制单元2、警报模块3和收集控制模块4提供5V的电源。电源模块8负责给整个电路提供5V的直流稳压电源。

需要说明的是，本申请所述的城市沼气检测控制系统中的各个模块及电子器件均是采用硬件电路或者芯片的形式，均为实体器件，本申请通过设计各个模块及电子器件之间的电连接关系，以达到实现本申请的方案的目的。本申请所述的城市沼气检测控制系统中的各个模块及电子器件的功能各个实体器件本身可实现的功能。本申请中出现的城市沼气检测控制系统中的各个模块及电子器件并非是虚拟架构的，不应当认为本申请中出现的城市沼气检测控制系统中的各个模块及电子器件不是专利法中实用新型保护的客体。

在本申请的描述中，需要理解的是，措词“包括”并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。

本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种城市沼气检测控制系统，其特征在于，包括检测模块、控制单元、警报模块与收集控制模块，所述检测模块、警报模块和收集控制模块分别与所述控制单元连接，所述检测模块包括设置在相邻两个位置的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器将分别检测到的第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据传输给所述控制单元，所述控制单元根据所述第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据的大小分别发出警报指令和收集指令给所述警报模块和收集控制模块，所述警报模块用于根据所述警报指令发出警报信号，所述收集控制模块用于根据所述收集指令控制沼气收集装置收集沼气。

2.根据权利要求1所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述控制单元采用89s52单片机，包括数据转换模块、MCU模块和显示模块，所述数据转换模块分别与所述检测模块、所述MCU模块和显示模块连接，通过所述数据转换模块将接收到的所述第一沼气浓度数据和第二沼气浓度数据转换为第一电信号和第二电信号，所述MCU模块用于比较所述第一电信号和第二电信号，当所述第一电信号和第二电信号相差超过阈值，则在检查所述检测模块是否存在故障或更换检测位置后重新检测，当所述第一电信号和第二电信号相差未超过阈值，则将所述第一电信号和第二电信号的平均值通过所述数据转换模块转换为沼气浓度数值并在所述显示模块进行显示，当所述沼气浓度数值超过浓度阈值，所述MCU模块发出所述警报指令和收集指令。

3.根据权利要求2所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述数据转换模块采用AD0809芯片，所述MCU模块采用CMOS8位微控制器STC89C52。

4.根据权利要求3所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器均采用双通道的MQ-2传感器，所述MQ-2传感器还能够检测到沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度。

5.根据权利要求4所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述MQ-2传感器与所述AD0809芯片之间采用杜邦线连接。

6.根据权利要求4所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述检测模块将检测到的沼气的温度、沼气中不同气体成分及其对应的浓度发送至所述控制单元，并在所述显示模块中进行显示。

7.根据权利要求2所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述沼气收集装置包括抽气泵和储气罐，所述抽气泵与所述储气罐连接，所述抽气泵包括真空泵、抽气管和排气管，当所述沼气浓度数值达到浓度阈值时，所述收集控制模块根据所述控制单元发出的收集指令控制所述真空泵的阀门打开，所述真空泵开始运转，将沼气经过所述抽气管抽入所述真空泵中，再经过所述排气管运输到所述储气罐中。

8.根据权利要求1所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述警报模块包括LED灯和蜂鸣器，所述警报模块根据接收到的所述警报指令控制所述LED灯的显示以及蜂鸣器的开启。

9.根据权利要求1所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，所述警报模块还包括蓝牙模块，所述警报模块根据接收到的所述警报指令将警报信号通过所述蓝牙模块发送到终端。

10.根据权利要求1所述的城市沼气检测控制系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块采用USB转TTL模块供电，为所述检测模块、控制单元、警报模块和收集控制模块提供5V的电源。

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