CN220399376U - 一种基于二总线通信技术的气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于二总线通信技术的气体检测系统，包括：气体监控主机和至少两个气体检测分机，气体监控主机通过二总线与各个气体检测分机相连接，气体监控主机包括主控制器、显示屏和人机交互界面，主控制器与显示屏和人机交互界面相连接，气体检测分机包括气体传感器模组和分控制器，气体传感器模组与分控制器相连接。采用二总线的方式，只需要两根线缆就可以同时实现供电和信号传输，无需专门布设供电线路和通信线路，降低施工难度以及线缆成本，而且也便于现场施工以及后期维护。

Description

一种基于二总线通信技术的气体检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于二总线通信技术的气体检测系统。

背景技术

气体检测在工业生产中的应用十分广泛，比如：对生产车间中的有害气体浓度进行检测，能够保证工业生产的安全进行。在气体检测系统中，气体数据的可靠稳定传输至关重要，即便是目前无线通信技术的应用十分广泛，但是其通信可靠性和稳定性仍旧与有线通信无法相比。现有的气体检测系统中的相关器件之间的有线连接方式为：设置多条供电线路以及多条通信线路，供电线路用于为各个用电器件提供供电电源，通信线路实现数据通信。但是，这种有线通信方式需要专门布设供电线路和通信线路，施工难度较大，线缆成本较高，给现场施工以及后期维护带来较大不便。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于二总线通信技术的气体检测系统，用于解决现有的气体检测方式需要专门布设供电线路和通信线路，施工难度较大的技术问题。

一种基于二总线通信技术的气体检测系统，包括：一个气体监控主机和至少两个气体检测分机，所述气体监控主机通过二总线与各个气体检测分机相连接；

所述气体监控主机包括主控制器、显示屏和人机交互界面，所述主控制器与所述显示屏和所述人机交互界面相连接，所述气体检测分机包括气体传感器模组和分控制器，所述气体传感器模组与所述分控制器相连接。

可选地，所述气体监控主机还包括电源过流保护电路，所述电源过流保护电路包括电流采样电阻、第一P型开关管、第一充电电容、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述电流采样电阻设置在所述二总线中，所述电流采样电阻的高压侧连接所述第一P型开关管的输入端，所述电流采样电阻的电压检测端通过第二电阻连接所述第一P型开关管的控制端，所述第一P型开关管的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端通过所述第一充电电容接地，所述第一充电电容与所述第四电阻并联，所述第三电阻与所述第一充电电容之间的连接点为过流检测点。

可选地，所述气体检测系统还包括与各气体检测分机一一对应的投切开关，所述气体检测分机通过对应的投切开关连接所述二总线。

可选地，所述气体传感器模组包括第一气体传感器和第二气体传感器。

可选地，所述气体检测分机还包括第一选通开关、气体浓度比较器和报警器，所述第一选通开关包括第一动端、第一不动端和第二不动端，所述第一气体传感器连接所述第一不动端，所述第二气体传感器连接所述第二不动端，所述第一动端连接所述气体浓度比较器，所述气体浓度比较器连接所述报警器。

可选地，所述气体检测分机还包括气体浓度平均值计算器和第二选通开关，所述第二选通开关包括第二动端、第三不动端和第四不动端，所述第一气体传感器和第二气体传感器连接所述气体浓度平均值计算器；

所述第一动端连接所述气体浓度比较器，具体为：所述气体浓度平均值计算器连接所述第三不动端，所述第一动端连接所述第四不动端，所述第二动端连接所述气体浓度比较器。

本实用新型的技术效果包括：本实用新型提供的基于二总线通信技术的气体检测系统，包括气体监控主机和至少两个气体检测分机，气体监控主机通过二总线与各个气体检测分机相连接，采用二总线的方式，只需要两根线缆就可以同时实现供电和信号传输，无需专门布设供电线路和通信线路，降低施工难度以及线缆成本，而且也便于现场施工以及后期维护。

附图说明

图1是基于二总线通信技术的气体检测系统的整体结构示意图；

图2是气体监控主机的结构原理图；

图3是电源过流保护电路的电路图；

图4是气体检测分机的结构图。

具体实施方式

本实施例提供一种基于二总线通信技术的气体检测系统，如图1所示，包括一个气体监控主机和至少两个气体检测分机。气体检测分机的数量由实际应用场景进行确定，比如：应用场景对应的区域较大，则设置较多的气体检测分机。气体监控主机通过二总线与各个气体检测分机相连接。二总线包括两条线缆，分别是L+和L-，同时实现供电和数据传输。气体监控主机可以设置在监控室，各气体检测分机设置在需要进行气体检测的位置。

如图2所示，气体监控主机包括主控制器、显示屏和人机交互界面，主控制器与显示屏和人机交互界面相连接。主控制器可以为常规的控制芯片，比如常规的单片机、微控制单元、中央控制器等等。应当理解，主控制器与二总线相连接。应当理解，气体监控主机除了上述三部分之外，还可以根据实际监控需要，增设其他的组成。

本实施例中，气体监控主机还包括电源过流保护电路，如图3所示，电源过流保护电路包括电流采样电阻、第一P型开关管(图3中的开关管Q16)、第一充电电容(图3中的电容C31)、第二电阻(图3中的电阻R46)、第三电阻(图3中的电阻R50)和第四电阻(图3中的电阻R55)。电流采样电阻设置在二总线中，本实施例中，电流采样电阻由电阻R44、电阻R45、电阻R48和电阻R51并联构成，这四个电阻均为0.1欧姆3瓦的功率电阻。本实施例中，二总线中还设置有熔断丝F7。电流采样电阻的高压侧(即电流采样电阻的连接电源36V的一侧)连接开关管Q16的输入端，电流采样电阻的电压检测端(即电流采样电阻的非连接电源36V的一侧，相对于上述中的高压侧，电压检测端为低压侧)通过电阻R46连接开关管Q16的控制端，开关管Q16的输出端连接电阻R50的一端，电阻R50的另一端通过电容C31接地，电容C31与电阻R55并联，电阻R50与电容C31之间的连接点为过流检测点Short_INT(即T10端口)。本实施例中，过流检测点Short_INT连接二极管D28的阳极，二极管D28的阴极接3.3V。图3中的T8端口根据实际需要连接到相关设备。电源过流保护电路的各器件的电气参数具体见图3。

当负载电流超过28安培时，电阻R44、电阻R45、电阻R48和电阻R51两端电压会升高到0.7伏，此时开关管Q16会导通，由于电容C31两端电压不会发生突变，所以当过载电流持续大于一定时间(有效防止上电瞬间电流过大导致误保护)，在过流检测点Short_INT处会出现高电平。而过流检测点Short_INT接主控制器的外部中断口，此时主控制器会立即进入中断服务函数，可以控制二总线上的相关开关断开，也可以控制相关报警装置报警，从而实现过流保护的目的。

本实施例中，如图1所示，气体检测系统还包括与各气体检测分机一一对应的投切开关S1，投切开关S1具有导通和断开两个状态，可以为常规的手动开关，比如按钮开关，也可以为电控型开关，受控于控制信号。气体检测分机通过对应的投切开关S1连接二总线，通过投切开关S1可以实现对应气体检测分机的投入或者退出。那么，当出现气体检测分机故障时，通过投切开关S1将故障的气体检测分机切除，便于维修和更换。

如图4所示，气体检测分机包括气体传感器模组和分控制器，气体传感器模组与分控制器相连接。应当理解，分控制器与二总线相连接。

本实施例中，气体传感器模组包括第一气体传感器和第二气体传感器。应当理解，第一气体传感器和第二气体传感器为用于检测同一种气体的传感器，比如均为二氧化碳传感器。而且第一气体传感器和第二气体传感器的具体型号可以相同，也可以不同。

进一步地，气体检测分机还包括第一选通开关(图4中的选通开关S2)、气体浓度比较器和报警器，选通开关S2包括第一动端、第一不动端和第二不动端，实现其中一个不动端与动端之间的选通。选通开关S2可以为常规的单刀双掷开关，也可以为其他的选通开关，比如旋钮开关，具有两个不同的档位，每一个档位对应其中一个不动端与动端的连接。第一气体传感器连接选通开关S2的第一不动端，第二气体传感器连接选通开关S2的第二不动端，选通开关S2的第一动端连接气体浓度比较器，气体浓度比较器连接报警器。设置两个气体传感器，通过操作选通开关S2，可以根据实际需要投入其中一个气体传感器，实现当其中一个气体传感器故障时，投入另外一个气体传感器，提升气体检测的可靠性。

气体浓度比较器可以为常规的比较器，实现输入信号与基准信号的比较。由于输入信号本质上为电信号，即电压信号，基准信号也为对应的电压信号，因此，气体浓度比较器为常规的电压比较器。比较器包括两个输入端和一个输出端。对于气体浓度比较器而言，其中一个输入端输入检测到的气体浓度信号，另一个输入端输入基准气体浓度对应的电压信号。当检测的气体浓度大于基准气体浓度时，气体浓度比较器输出高电平信号，否则输出低电平信号。作为其他的实施方式，气体浓度比较器还可以为常规的处理器芯片，通过内部软件策略的方式实现比较功能。当检测的气体浓度大于基准气体浓度时，表示气体浓度过高异常。报警器可以为常规的报警设备，比如声光报警器、蜂鸣器、警示灯等等。报警器受控于高电平信号，当接收到高电平信号时报警。

进一步地，气体检测分机还包括气体浓度平均值计算器和第二选通开关(图4中的选通开关S3)，与选通开关S2同理，选通开关S3包括第二动端、第三不动端和第四不动端，实现其中一个不动端与动端之间的选通。之所以将选通开关S3中的各个端口称为：第二动端、第三不动端和第四不动端，是为了与选通开关S2中的各个端口相区分开，便于说明。

气体浓度平均值计算器用于计算并输出第一气体传感器和第二气体传感器检测到的两个气体浓度的平均值，气体浓度平均值计算器可以为常规的用于计算两个数值平均值的硬件电路，或者通过数据处理芯片，平均值计算器为现有技术，比如授权公告号为CN213616023U的实用新型专利中公开的用于计算电压均值的均值计算单元，或者CN208069887U的实用新型专利中公开的用于计算平均速度的平均值运算电路。利用两个气体传感器检测两个气体浓度值，并通过计算平均值的方式得到气体浓度平均值。

第一气体传感器和第二气体传感器连接气体浓度平均值计算器，根据计算得到的气体浓度平均值进行后续处理，能够提升检测精度，使得到的数据更加客观。

相应地，选通开关S2的第一动端连接气体浓度比较器，具体为：气体浓度平均值计算器连接选通开关S3的第三不动端，选通开关S2的第一动端连接选通开关S3的第四不动端，选通开关S3的第二动端连接气体浓度比较器。设置选通开关S3，实现两种数据处理过程的选择，第一种：选取任意一个气体传感器检测的气体浓度参与气体浓度比较，第二种：将两个气体传感器检测到的气体浓度做平均后参与气体浓度比较，根据实际需要选择其中一个处理方式，提升气体浓度检测和监控的可靠性和灵活性。

Claims (6)

1.一种基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，包括：一个气体监控主机和至少两个气体检测分机，所述气体监控主机通过二总线与各个气体检测分机相连接；

所述气体监控主机包括主控制器、显示屏和人机交互界面，所述主控制器与所述显示屏和所述人机交互界面相连接，所述气体检测分机包括气体传感器模组和分控制器，所述气体传感器模组与所述分控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，所述气体监控主机还包括电源过流保护电路，所述电源过流保护电路包括电流采样电阻、第一P型开关管、第一充电电容、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述电流采样电阻设置在所述二总线中，所述电流采样电阻的高压侧连接所述第一P型开关管的输入端，所述电流采样电阻的电压检测端通过第二电阻连接所述第一P型开关管的控制端，所述第一P型开关管的输出端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端通过所述第一充电电容接地，所述第一充电电容与所述第四电阻并联，所述第三电阻与所述第一充电电容之间的连接点为过流检测点。

3.根据权利要求1所述的基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统还包括与各气体检测分机一一对应的投切开关，所述气体检测分机通过对应的投切开关连接所述二总线。

4.根据权利要求1所述的基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，所述气体传感器模组包括第一气体传感器和第二气体传感器。

5.根据权利要求4所述的基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测分机还包括第一选通开关、气体浓度比较器和报警器，所述第一选通开关包括第一动端、第一不动端和第二不动端，所述第一气体传感器连接所述第一不动端，所述第二气体传感器连接所述第二不动端，所述第一动端连接所述气体浓度比较器，所述气体浓度比较器连接所述报警器。

6.根据权利要求5所述的基于二总线通信技术的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测分机还包括气体浓度平均值计算器和第二选通开关，所述第二选通开关包括第二动端、第三不动端和第四不动端，所述第一气体传感器和第二气体传感器连接所述气体浓度平均值计算器；

所述第一动端连接所述气体浓度比较器，具体为：所述气体浓度平均值计算器连接所述第三不动端，所述第一动端连接所述第四不动端，所述第二动端连接所述气体浓度比较器。