便攜式甲烷氣體檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種氣體檢測儀器，具體設及一種便攜式甲燒氣體檢測儀。
【背景技術】
[0002] 在當今隨著采礦技術的不斷發(fā)展，井下作業(yè)工作人員的安全也需要越來越有保 障，但是仍然會有很多采礦企業(yè)的機械化程度低，對現場采礦的工作人員的生命安全造成 一定的潛在的威脅，尤其是針對瓦斯氣體的檢測和報警仍舊存在著安全隱患，每年由于瓦 斯泄露造成的特大事故依然不斷。雖然礦井瓦斯爆炸事故不可避免，但是卻可W通過技術 力量來進行有效的防范，將損失降到最小。如能及時通知井下人員撤離，就會避免了人員的 意外傷亡。而對于礦主而言，則僅僅需要花費很小的投資，就可W為煤礦安裝上保護傘和報 警器，大大降低事故發(fā)生率。因此對瓦斯氣體的檢測和報警是一項必要的工作。 【實用新型內容】
[0003]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種便攜式甲燒氣體檢測儀。
[0004]為達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種便攜式甲燒氣體檢測儀，包 括氣敏傳感器、單片機單元、放大電路、調零電路、參考電壓電路、恒溫控制電路、紅外接收 電路、液晶顯示電路、鍵盤接口電路和聲光報警電路，所述氣敏傳感器分別與調零電路、恒 溫控制電路、參考電壓電路、放大電路連接，所述調零電路與單片機單元連拉，所述放大電 路與單片機單元連接，所述恒溫控制電路與單片機單元連接，所述紅外接收電路、液晶顯示 電路、鍵盤接口電路、聲光報警電路分別與單片機單元連接。
[0005]優(yōu)選的，所述參考電壓電路包括DC-DC升壓電路和參考電源電路，所述DC-DC升壓 電路與參考電源電路，所述參考電源電路與氣敏傳感器連接。
[0006]優(yōu)選的，所述DC-DC升壓電路包括升壓忍片EMH7601，所述升壓忍片EMH7601的LX端經電感L與輸入電壓VIN連接，所述升壓忍片EMH7601的LX端經電容Cl接地，所述升壓 忍片EMH7601的輸出端OUT與SD端連接，所述升壓忍片EMH7601的輸出端分別經電容C2、 電容C3接地，所述升壓忍片EMH7601的FB端、GND端分別接地。
[0007]優(yōu)選的，所述參考電源電路包括電阻Rl~R5、電容Cl和穩(wěn)壓源化431，所述電阻Rl的一端與升壓忍片EMH7601的輸出端連接，電阻Rl的另一端分別與電阻R2的一端、電阻R4 的一端、穩(wěn)壓源化431的陰極連接，所述穩(wěn)壓源化431的陽極接地，所述穩(wěn)壓源化431的參 考端分別與電阻R2的另一端、電阻R3的一端連接，所述電阻R4的另一端與電阻R5的一端 連接，所述電阻R3的另一端、電阻R5的另一端分別接地，所述電阻R4與電阻R5的公共端 經電容Cl接地。
[0008]本實用新型的有益效果在于：
[0009]本實用新型所述的甲燒氣體檢測儀可W實時準確地檢查礦井中甲燒濃度，預防重 大事故發(fā)生，為井下作業(yè)人員提供了安全保障，具有較大的推廣應用價值。
【附圖說明】
[0010] 為了使本實用新型的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本實用新型提供如下 附圖進行說明：
[0011] 圖1為本實用新型原理框圖；
[001引 圖2為DC-DC升壓電路圖；
[0013] 圖3為參考電源電路圖；
[0014] 圖4為放大電路圖；
[0015] 圖5為調零電路圖；
[0016] 圖6為電子開關圖；
[0017]圖7為紅外遙控接收系統(tǒng)框圖；
[001引圖8為紅外接收電路圖；
[0019] 圖9為聲光報警器電路圖；
[0020] 圖10為鍵盤接口電路圖；
[0021] 圖11為液晶顯示電路圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面將結合附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0023] 如圖1所示，一種便攜式甲燒氣體檢測儀，包括氣敏傳感器、單片機單元、放大電 路、調零電路、參考電壓電路、恒溫控制電路、紅外接收電路、液晶顯示電路、鍵盤接口電路 和聲光報警電路，所述氣敏傳感器分別與調零電路、恒溫控制電路、參考電壓電路、放大電 路連接，所述調零電路與單片機單元連拉，所述放大電路與單片機單元連接，所述恒溫控制 電路與單片機單元連接，所述紅外接收電路、液晶顯示電路、鍵盤接口電路、聲光報警電路 分別與單片機單元連接。
[0024]該甲燒檢測儀通過調零電路、恒溫控制電路對氣敏傳感器進行調零和恒溫控制。 調零電路通過紅外遙控器在單片機控制下進行調零；恒溫控制電路用于控制傳感器的工作 溫度，保證傳感器在任何情況下都工作在固定溫度；氣體濃度信號經過放大處理送入單片 機。通過單片機片內的12位A/D轉換器對氣體濃度電壓信號進行模數轉換，把轉換到的數 字信號按線性化數學模型轉換成濃度值并通過液晶顯示電路顯示該濃度值，當檢測到濃度 值超過報警值時，發(fā)出聲光報警。
[00巧]本甲燒氣體檢測儀采用了恒溫工作電路供電，恒溫的工作電路的供電電壓為2V。 工作在恒溫的工作模式下，會使傳感器工作的電路可靠而且穩(wěn)定。傳感器能夠實現零點自 動調校和靈敏度調校等功能。
[0026]恒溫控制電路的基本原理是：當有甲燒氣體進入傳感器后，該氣體就會W傳感器 為界面進行氧化反應，運樣傳感器的溫度會逐漸升高，由于催化燃燒式傳感器在工作電路 中的電阻阻值就會增大到8. 7Q，由于氣體沒有進入傳感器前傳感器的阻值為3Q。由于傳 感器阻值的變化，會引起恒溫電路電橋的不平衡。由于電橋上供電電壓穩(wěn)定，所W輸出電流 就會減小，傳感器的阻值也會下降。通過傳感器工作在恒溫工作狀態(tài)來調節(jié)傳感器電橋電 路的平衡狀態(tài)。由于工作在恒溫電路，并且恒溫控制電路可W控制敏感元件的工作溫度： 敏感元件處于工作溫度（約5000度）時，可燃氣體與之發(fā)生催化燃燒反應；敏感元件處于 非工作（約2000度）時，可燃氣體不與之發(fā)生催化燃燒反應。恒溫控制電路不僅解決了傳 統(tǒng)同類儀器檢測范圍小、響應速度慢、壽命短的問題。而且在恒溫控制電路下，靈敏度的衰 減具有規(guī)律可循，使靈敏度的自動調校成為可能。
[0027] 由于氣敏傳感器輸出的電壓信號比較微弱，所W電壓信號必須經過放大，W滿足 A/D轉換器的電壓輸入范圍。其中的運算放大器采用TI的標準線性運算放大器LM324。該 運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器，可工作在單電源下，它的電壓 范圍為3V~32V;它的輸入端具有靜電保護功能，并且還具有內部補償等功能。根據實驗數 據測得，經過放大電路放大后的輸出端的電壓大約為0. 98V，該數據符合單片機前端A/D轉 換輸入電壓的范圍即可。而經過前端恒溫控制電路后輸出的電壓即A，B點之間的電壓為 0. 0147V。由此可W計算出放大電路的放大倍數為F為：
，放大電路圖如圖4所示。
[0029]MSP430系列單片機是作為新型的、具有高性能模擬信號和數字信號處理電路、面 向手持設備的新一代單片機，其超低的功耗為電池供電測量應用提供了很好的解決方案。 MSP430系列單片機是美國德州儀器公司推出的具有處理能力強、運行速度快、低功耗、指 令簡單等優(yōu)點的16位單片機。片內具有段式液晶驅動模塊的產品主要有MSP430X3XX和 MSP430X4XX系列，其中MSP430X3XX系列單片機是TI最早推出的產品，該系列產品雖然片內 外設豐富，但沒有化A甜型，且價格較高，對于一般應用來說，性價比低于MSP430X1XX系列。 而MSP430X4XX系列既具有某些MSP430X1XX系列具有的化A甜存儲器，又增加了段式液晶 驅動能力，片內外設資源同MSP430X3XX系列一樣豐富，所WMSP430X4XX在系統(tǒng)設計開發(fā)調 試及實際應用上都表現出較明顯的優(yōu)勢。
[0030]TI公司的MSP430是一個特別強調低功耗的單片機系列，尤其適用于采用電池供 電的長時間工作場合，適合在便攜測量應用中實現延長電池壽命。忍片具有強大的16位精 簡指令集，16位寄存器和常數發(fā)生器，可W實現最大的代碼執(zhí)行率。帶數字控制振蕩器的 鎖頻環(huán)DCO提供從低功耗模式到活動模式小于Gus的迅速喚醒。甲燒檢測儀的關鍵部分是 單片機，并且需要對單片機進行外圍電路的擴展，如放大電路、LCD顯示電路、遙控器接收電 路、鍵盤接口電路、紅外接收電路、聲光報警電路等等。
[0031] 如圖5、6所示，零點輸出是指輸入為零時的輸出，對于本實用新型檢測儀是就是 當環(huán)境中可燃氣體為零時的輸出。但是由于檢測儀在工作的時候環(huán)境中可能有可燃氣體， 運時濃度信號和零點漂移混合在一起難W區(qū)分。文中提及的零點自動調校的原理是將催化 燃燒式的傳感器的溫度降下來，即從工作的5000度降到2000度左右，運時就不會發(fā)生催化 燃燒反應，所W輸出中就會沒有濃度信號。調零電路主要是通過單片機電路的I/O口控制 CD4051，通過單片機傳輸給CD4051忍片A，B，C=端口不同電平時，忍片會自動使不同通道 導通。COM口與電橋電路B點相連，運樣就使電阻Rl~R9,9個電阻或多個電阻串聯(lián)后與Rll 并聯(lián)。從而控制B點電位。運樣通過A，B，CS端口高低電平的變化控制B點電位。通過 CD4051實現自動調零，并且節(jié)省了元件的成本。自動調零需要考慮使催化傳感器的溫度從 5000度到2000度降下來，所W采用了模擬開關忍片CD4052。通過對CD4052的控制，進而 控制TTT(5000度），SSS(2000度）端，使氣敏元件阻值在給定的范圍。
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