CN220207373U - 一种烟雾浓度监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种烟雾浓度监测装置，该装置包括梳状壳体和控制模块，所述梳状壳体相邻两个梳齿上成对设置有红外发光二极管和红外接收光敏三极管，形成多路对管检测结构；所述控制模块分别与红外发光二极管和红外接收光敏三极管连接，用于控制红外光的发射和接收，并处理红外信号得到多通道烟雾浓度值。与现有技术相比，本实用新型具有烟雾浓度监测精度高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟雾浓度监测技术领域，尤其是涉及一种烟雾浓度监测装置。
背景技术
目前，市面上的烟雾检测方法主要有气体传感器和单对管检测方式，仍存在以下缺陷：
气体传感器由片式厚膜半导体气敏元件组成，有3min左右预热的判断，方向性差，动态响应差，容易受到其他气味的干扰，导致测量值误差偏大。
单对红外对管方式检测，环境光干扰差，检测范围小，动态响应相对差，容易受到烟雾附着物影响测量值，导致的监测的效果不佳，安装在内部比较复杂。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监测精度高的烟雾浓度监测装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型给出了一种烟雾浓度监测装置，该装置包括梳状壳体和控制模块，所述梳状壳体相邻两个梳齿上成对设置有红外发光二极管和红外接收光敏三极管，形成多路对管检测结构；所述控制模块分别与红外发光二极管和红外接收光敏三极管连接，用于控制红外光的发射和接收，并处理红外信号得到多通道烟雾浓度值。
优选地，所述控制模块包括微控制器、以及分别于微控制器连接的多路红外LED发射灯控制电路和多路红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路。
优选地，单路的红外LED发射灯控制电路具体为：
直流电压电源依次经过第一电阻R1、第二电阻R2、红外发光二极管、NPN三极管的集电极、NPN三极管的发射极后接地；所述第一电阻R1、第二电阻R2中间引出电压经过滤波电容C1后接地；所述NPN三极管的基极分两路，一路经过下拉电阻R4后接地，另一路经过第三电阻R3后接至微控制器的输出端；
所述微控制器输出的PWM波形，经第三电阻R3后，控制红外发光二极管发出红外光。
优选地，红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路具体为：
经LC滤波电路后的直流电源，依次经过红外接收光敏三极管，分为两路，一路经过第五电阻R5后接地，另一路接至低通滤波电路；
红外接收光敏三极管接收红外发光二极管发射灯的PWM信号时，红外接收光敏三极管内部产生光电流，经第五电阻R5转成PWM的电压信号，经低通滤波电路处理后作为采样信号接至微控制器的输入端。
优选地，所述控制模块还包括微控制器供电电源LDO降压电路，具体为：
外接12V直流电压，输入电压经电容滤波后，送入LDO第1脚VIN，第2脚接电源地，第3脚为Vout输出3.3V直流电压，经电容滤波后，得到滤波后的DC3.3V电压，通过LC滤波电路，得到模拟电路电压，用于控制模块内部的模拟量电路供电。
优选地，所述装置还设置有NTC温度检测采样电路，用于检测环境温度以对红外接收信号进行温度补偿。
优选地，所述NTC温度检测采样电路，具体为：
模拟电路电压依次经过NTC热敏电阻、第七电阻R7后接地；NTC热敏电阻两端并联有滤波电容；串联信号低通滤波电路后，作为采样信号传输到微控制器的输入端。
优选地，所述多路对管检测结构为高低位交错检测设置。
优选地，所述梳齿端部为三角形设置。
优选地，所述监测装置为单侧安装在电机排风口前。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)梳状壳体设置，采用多路对管和高低位检测方式，提高烟雾检测范围及实时烟雾动态检测灵敏度更强、精度更高，抗环境光能力更强；
2)静态测量值抖动小、响应速度快，发射电流电小，寿命长；
3)对环境温度实时监测，通内部补偿减少红外接收灯因环境温变化，从而影响测量变大或变小，提高监测精度；
4)梳齿端部(烟雾进出部位)采用三角形设计，减少风阻及减少烟雾颗粒附着；
5)安装位置在电机排风口前，可根据当前烟雾变化，提供变化量相对值和相对升或降变化信号；
6)装置控制电路优化结合独特外壳结构，降低生产成本，单侧安装使维护拆装更为简便。
附图说明
图1为本实用新型装置正面的结构示意图；
图2为本实用新型装置背面的结构示意图；
图3为本实用新型装置俯视的结构示意图；
图4为PCBA正面示意图；
图5为开盖示意图；
图6为控制模块结构示意图；
图7为红外LED发射灯控制电路示意图
图8为红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路示意图
图9为NTC温度检测采样电路示意图
图10为MCU控制处理系统示意图；
图11为MCU供电电源LDO降压电路的示意图；
图12为本实用新型装置安装烟雾浓度监测装置的结构示意图；
图13为本实用新型装置电气连接的示意图；
图14为本实用新型装置在没有烟雾状态下的接收信号波形框图；
图15为本实用新型装置在有烟雾状态下的接收信号波形框图；
图16为本实用新型装置PCBA结构的框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例给出了一种烟雾浓度监测装置，该监测装置包括梳状壳体1和控制模块2，梳状壳体1相邻两个梳齿上成对设置有红外发光二极管3和红外接收光敏三极管4，形成多路对管检测结构；控制模块2分别与红外发光二极管3和红外接收光敏三极管4连接，用于控制红外光的发射和接收，并处理红外信号得到多通道烟雾浓度值。
控制模块2包括微控制器21、以及分别于微控制器21连接的多路红外LED发射灯控制电路22和多路红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路22。
单路的红外LED发射灯控制电路22具体为：
直流电压电源依次经过第一电阻R1、第二电阻R2、红外发光二极管3、NPN三极管的集电极、NPN三极管的发射极后接地；所述第一电阻R1、第二电阻R2中间引出电压经过滤波电容C1后接地；NPN三极管的基极分两路，一路经过下拉电阻R4后接地，另一路经过第三电阻R3后接至微控制器21的输出端；
微控制器21输出的PWM波形，经第三电阻R3后，控制红外发光二极管发出红外光。
红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路22具体为：
经LC滤波电路后的直流电源，依次经过红外接收光敏三极管4，分为两路，一路经过第五电阻R5后接地，另一路接至低通滤波电路；
红外接收光敏三极管4接收红外发光二极管3发射灯的PWM信号时，红外接收光敏三极管4内部产生光电流，经第五电阻R5转成PWM的电压信号，经低通滤波电路处理后作为采样信号接至微控制器的输入端。
控制模块2还包括微控制器供电电源LDO降压电路23，具体为：
外接12V直流电压，输入电压经电容滤波后，送入LDO第1脚VIN，第2脚接电源地，第3脚为Vout输出3.3V直流电压，经电容滤波后，得到滤波后的DC3.3V电压，通过LC滤波电路，得到模拟电路电压，用于控制模块2内部的模拟量电路供电。
装置还设置有NTC温度检测采样电路，用于检测环境温度以对红外接收信号进行温度补偿。NTC温度检测采样电路，具体为：
模拟电路电压依次经过NTC热敏电阻、第七电阻R7后接地；NTC热敏电阻两端并联有滤波电容；串联信号低通滤波电路后，作为采样信号传输到微控制器(21)的输入端。
多路对管检测结构为高低位交错检测设置。梳齿端部为三角形设置。
监测装置为单侧安装在电机排风口前。
实施例2
PCBA部分主要由多路红外LED发射灯控制电路、红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路、MCU供电电源LDO降压电路、NTC温度检测采样电路、MCU控制处理系统电路等电路组成。
红外LED发射灯控制电路：共有多路控制电路，第一路红外LED发射灯控制电路是由发射控制电路(如图7所示)，红外发光二极管(RLED1)、NPN三极管(Q1)、限流电阻(R1、R2)、限流电阻(R3)、下拉电路(R4)构成发射控制电路。其中R1、R2采用高精度，低温漂电阻，为RLED1限流作用，防损坏RLED1。C1为电容有滤波作用。MCU(IC1)通过的18引脚输出PWM波形，连接到R3电阻上控制RLED1的灯珠发出红外光。其它红外LED发射灯控制电路控制原理相同。
红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路：(如图8所示)共有多路。PT1为红外接收光敏三极管。L1和C3组成LC滤波电路，当PT1接收发射灯的PWM信号时，PT1内部产生光电流，经R5转成PWM的电压信号。R6与C4组成低通滤波电路，到IC1的9脚进行采样。其余7路红外接收放大电路原理一样。
NTC温度检测采样电路：(如图9所示)主要由RT1(NTC)和R7组成，C5为电容有滤波作用，RTC为NTC热敏电阻，NTC和定值电阻R7串联，当环境温度发生变化后，NTC的电阻值随之发生变化，从而导致NTC两端的电压发生变化。通过R8与RC组成低通滤波电路后，传输到IC1的12脚进行电压采样。这是一种实用性强、低成本的实时测温电路。对环境温度实时监测，通内部补偿减少红外接收灯因环境温变化，从而影响测量变大或变小。
MCU控制处理系统电路：(图10所示)IC1提供多路LED发射控制通道，多路红外接收控制通道。MCU集成了64kB Flash，8kB SRAM和8kB SysROM，其主频为72MHz。提供1个URAT和1个IIC通讯接口。电阻(R11)和电容(C10)构成MCU的上电复位电路。C9为3.3V模拟电源滤波电容。C7和C8为MCU输入电源滤波电容。
MCU供电电源LDO降压电路：(如图11所示)外接供电电压为DC12V，输入电压经C11、C12电容滤波后，送入LDO第1脚VIN，第2脚接电源地，第3脚为Vout输出DC 3.3V，经C14、C13电源滤波后，得到干净的DC3.3V电压，通过L1、L2、C15、C16的滤波，得到干净的模拟电路电压(A3V3)，用于IC1内部的模拟量电路供电、NTC温度检测信号电路、红外LED接收灯电流信号转电压信号电路等模拟量电路。LDO电路可输出500mA电流。
装置工作原理：
外部电源可输入(DC12V)直流电压电源，1路供到发射驱动电路；另1路DC12V经过串联电阻消耗部分电压后转入电源LDO电路降压，输出3.3V直流电压，供到MCU电路、红外接收电路、NTC测温电路。上电后IC1的MCU控制单元从LED1引脚发出200HZ的“PWM”控制信号驱动发射电路，使得红外发射灯RLED1发出红外光。同时打开PT1红外接收灯的信号接收通道。当没有烟雾通过时，接收到红外信号经MCU内部代码算法处理后得到抖动值为5左右其波形(如图14所示)。当烟雾通过时，接收到红信号经MCU内部代码算法处理后得到抖动值为会大于10其波形(如图15所示)，这是第1通道处理过程。同理，第1个通道发收处理完成后，发收第2通道……直到第N通道发收完成。所有通道处理完成后，通过IIC信号或Uart信号或TTL信号，将多通道烟雾浓度的平均值、最大值和升或降变化信号输出。
安装位置在电机排风口前，可根据当前烟雾变化，通过UART或IIC通讯提供变化量相对值和相对升或降变化信号。
装置控制电路优化结合独特外壳结构，降低生产成本，单侧安装使维护拆装更为简便。红外检测外壳部分为透明状，透红光达到90％以上，烟雾进出部位采用三角形设计，减少风阻及减少烟雾颗粒附着。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，该监测装置包括梳状壳体(1)和控制模块(2)，所述梳状壳体(1)相邻两个梳齿上分别设置有红外发光二极管(3)和红外接收光敏三极管(4)，形成多路对管检测结构；所述控制模块(2)分别与红外发光二极管(3)和红外接收光敏三极管(4)连接，用于控制红外光的发射和接收，并处理红外信号得到多通道烟雾浓度值。
2.根据权利要求1所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述控制模块(2)包括微控制器(21)、以及分别与微控制器(21)连接的多路红外LED发射灯控制电路(22)和多路红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路(23)。
3.根据权利要求2所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，单路的红外LED发射灯控制电路(22)具体为：
直流电压电源依次经过第一电阻R1、第二电阻R2、红外发光二极管(3)、NPN三极管的集电极、NPN三极管的发射极后接地；所述第一电阻R1、第二电阻R2中间引出电压经过滤波电容C1后接地；所述NPN三极管的基极分两路，一路经过下拉电阻R4后接地，另一路经过第三电阻R3后接至微控制器(21)的输出端；
所述微控制器(21)输出的PWM波形，经第三电阻R3后，控制红外发光二极管(3)发出红外光。
4.根据权利要求2所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，红外LED接收灯电流信号转电压信号采样电路(22)具体为：
经LC滤波电路后的直流电源，依次经过红外接收光敏三极管(4)，分为两路，一路经过第五电阻R5后接地，另一路接至低通滤波电路；
红外接收光敏三极管(4)接收红外发光二极管(3)发射灯的PWM信号时，红外接收光敏三极管(4)内部产生光电流，经第五电阻R5转成PWM的电压信号，经低通滤波电路处理后作为采样信号接至微控制器的输入端。
5.根据权利要求2所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述控制模块(2)还包括微控制器供电电源LDO降压电路(23)，具体为：
外接12V直流电压，输入电压经电容滤波后，送入LDO第1脚VIN，第2脚接电源地，第3脚为Vout输出3.3V直流电压，经电容滤波后，得到滤波后的DC3.3V电压，通过LC滤波电路，得到模拟电路电压，用于控制模块(2)内部的模拟量电路供电。
6.根据权利要求2所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述装置还设置有NTC温度检测采样电路，用于检测环境温度以对红外接收信号进行温度补偿。
7.根据权利要求6所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述NTC温度检测采样电路，具体为：
模拟电路电压依次经过NTC热敏电阻、第七电阻R7后接地；NTC热敏电阻两端并联有滤波电容；串联信号低通滤波电路后，作为采样信号传输到微控制器(21)的输入端。
8.根据权利要求1所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述多路对管检测结构为高低位交错检测设置。
9.根据权利要求1所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述梳齿端部为三角形设置。
10.根据权利要求1所述的一种烟雾浓度监测装置，其特征在于，所述监测装置为单侧安装在电机排风口前。
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