专利名称：微型煤矿甲烷氧气检测报警仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤矿井下气体检测报警仪，特别是一种微型煤矿甲烷氧气检 测报警仪。
背景技术：
目前，在煤矿井下由于环境的原因，自然有甲烷气体生成，当甲烷浓度超限，将会 发生爆炸，氧气浓度低限时，会危及人们的生命安全。人们使用一种便携式甲烷-氧气两用 检测报警仪，该报警仪能检测出煤矿井下甲烷、氧气气体浓度，并当甲烷浓度超限，氧气浓 度低限时，自动发出声光报警讯号，提醒工作面人员及时采取措施，有效预防安全事故。国内甲烷-氧气两用检测报警仪生产厂家较多，一般多采用单片机控制电路，仪 器结构复杂，体积大，不便于随身携带。
实用新型内容本实用新型的目的是要提供一种结构简单，体积小，便于随身携带的微型煤矿甲 烷氧气检测报警仪。本实用新型的目的是这样实现的该报警仪包括电源、微处理器、甲烷检测器、氧 气检测器、控制器、显示装置和声光报警器，电源与微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控 制器、显示装置和声光报警器连接，甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警 器均与微处理器连接。所述的电源包括有稳压集成电路(IC1)和本安电池组，IC1构成稳压及电源开关 模块；本安电池组是充电电池(E)与限流电阻(R0)串联，充电电池(E)的正极为本安电池 组的正极，限流电阻(R0)的另一端为本安电池组的接地端；本安电池组的正极与稳压集成 电路(IC1)的1脚连接，本安电池组的负极与稳压集成电路(IC1)的2脚连接，在稳压集成 电路的2脚和4脚、2脚和5脚之间分别连接有电容(C2)和电容(Cl)，5脚为正电源输出 端，3脚通过电阻(R3)与微处理器(IC2)的RA5脚连接。所述的微处理器有微控制器(IC2)，微控制器(IC2)的1脚为空脚；2脚连接在电 阻(1)和按钮(MCLR)之间，按钮(MCLR)的另一端与本安电池组的接地端连接，微控制器 (IC2)的3脚与甲烷检测器的电位器(W2)的中心点连接，并通过电容(C10)接地；4脚连接 在电阻(R4)和电阻(R5)之间，电阻(R4)和电阻(R5)串联后与本安电池组并联；微控制 器(IC2)的5脚通过二极管(D2)的正极与甲烷检测器的放大器(IC4-1)的正输入端连接； 6脚同时与甲烷检测器的电阻(R17)和电阻(R18)连接；7脚与电位器(W3)的滑动接点连 接；8脚通过电阻(R3)与稳压集成电路(IC1)的3脚连接；9脚、10脚、11脚为空脚；12脚 接电源正输出端(VCC) ；13脚接电源负输出端(VSS) ；14脚和15脚与晶振电路连接；17脚 为空脚；16脚和18脚、19脚、20脚分别通过电阻(R6)、(R7)、(R8)和(R9)与显示装置的三 极管(Ql)、(Q2)、(Q3)和(Q4)的基极连接；21脚、22脚和23脚分别与时钟电路(IC3)的 7脚、6脚和5脚对应连接，同时还分别通过电阻(RIO)、(R11)和(R12)与本安电池组的正极连接；24脚为空脚；微控制器的25脚、26脚和27脚与控制器对应连接；28脚和29脚为 空脚；30脚通过二极管(D1)的负极与声光报警器三极管(U5)的基极连接；31脚、32脚和 33脚为空脚；34脚接电源负输出端(VSS) ；35脚接本安电池组正极，同时通过电容(C3)接 地；36脚、37脚、38脚、39脚、41脚、42脚、43脚和44脚与显示装置的LED显示器连接；40 脚为空脚。所述的甲烷检测器包括为甲烷传感器(r)和(rO)、信号转换器(IC4)和电压基准 器，电压基准包括集成电路(U8)、电阻(R17)、(R18)和(R19)电阻(R18)和(R19)串联后 与集成电路(U8)并联，同时电阻(R18)与集成电路连接的一端通过电阻(R17)接电源正输 出端(VCC)，集成电路(U8)的与电阻(R19)的连接端接地；电阻(R18)和(R19)的连接端 与信号转换器(IC4-1)的负输入端连接，信号转换器(IC4-1)的输出端与三极管(U7)的基 极连接，三极管(U7)的发射极接电源正极(VCC)；集电极电解电容(C9)的正极接地；在电 解电容上并联有串联的电阻(R20)和(R21)、并联有甲烷传感器(r)和(rO)、并联有顺序串 联的电阻(R22)、电位器(W1)和电阻(R23)甲烷传感器(r)和(rO)串联连接，在甲烷传感 器(r)和(rO)的连接点处通过电阻(R25)与信号转换器(IC4-2)的正输入端连接，电位器 (W1)的滑动接点通过电阻(R24)与负输入端连接，信号转换器(IC4-2)负输入端通过电阻 (R26)与(IC4-2)输出端，信号转换器(IC4-2)的输出端通过电位器(W2)接地；正输入端 通过电阻(R27)接地。所述的声光报警器，包括有三极管(U5)和⑴6)、发光二极管(D1)、电阻(R16)和 蜂鸣器(HA)，发光二极管(D1)的负极与微处理器(IC2)的RD4脚连接；正极与三极管(U5) 的基极连接，三极管(U5)的集电极通过电阻(R16)与三极管(U6)的基极连接，三极管(U6) 的发射极接地；集电极与蜂鸣器的一端连接，三极管(U5)的发射极和蜂鸣器的另一端同时 接正电源。所述的显示装置包括LED显示器和三极管(Ql)、(Q2)、(Q3)和(Q4)，LED显示器 与微处理器的(RB6)、(RB5)、(RB4)、(RB3)、(RB2)、(RB1)和(RB0)对应连接，LED显示器还 通过三极管(Ql)、(Q2)、(Q3)和(Q4)接电源正极。所述的控制器包括控制按键(SI)、(S2)和(S3)，控制按键(SI)、(S2)和(S3)的一 端均接地；另一端均通过电阻(R13)、(R14)和(R15)与本安电池正极连接，控制按键(S1)、 (S2)和(S3)分别与电阻(R13)、(R14)和(R15)，在控制按键和串联的电阻之间分别与微处 理器的25脚、26脚和27脚对应连接。所述的氧气检测器包括氧气传感元件(N)和(Rt)，氧气传感元件(N)和(Rt)与电 位器(W3)并联，电位器(W3)的动点与微处理器的RA2脚连接。有益效果由于采用了上述方案，采用低功耗多功能嵌入式微控制器，内部集成有 多个功能模块，与相应少量外围元件组成优化的硬件电路，在应用程序作用下，仪器即可正 常工作，完成仪器的各种控制与运算功能，使得仪器结构优化，成本降低，功能完善，使用方 便；仪器采用低功耗高精度基准稳压电源管组成电压基准电路，产生1. 25V和2. 5V电压基 准分别供给控制器和传感器单元电路使用，从而提高了检测的精度；由于采用本安电池组， 仪器可用于煤矿井下等防爆场所的检测；通过甲烷检测器和氧气检测器可以连续测量出环 境中的甲烷和氧气的浓度，并当甲烷浓度超限，氧气浓度低限时，自动发出声光报警讯号， 报警点可以在测量范围内进行设置；采用本安电池组，仪器可用于煤矿井下等防爆场所的检测；结构简单，体积小，便于随身携带，达到了本实用新型的目的。优点本甲烷氧气检测报警仪采用低功耗多功能嵌入式微控制器组成硬件电路， 优化和简化电路设计，配合应用软件程序，使得仪器结构优化、体积超小，功能完善、使用方 便；仪器设置有低电压指示、欠电压自动关机，高瓦斯保护等电路，延长仪器使用寿命；采 用全表面贴装技术，仪器结构合理，体积超小，便于携带。
图1为微型煤矿甲烷氧气检测报警仪电路结构图.图2为微型煤矿甲烷氧气检测报警仪结构安装示意图。图2中1、为甲烷传感器；2、为LED显示器；3、为机壳；4、为电源开关；5、为零点/
报警点设置键；6、为满度调整/显示切换键；7为氧气传感器。
具体实施方式
实施例1 该报警仪包括电源、微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示 装置和声光报警器，电源与微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报 警器连接，甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器均与微处理器连接。所述的电源包括有稳压集成电路IC1和本安电池组，IC1构成稳压及电源开关模 块；本安电池组是充电电池E与限流电阻R0串联，充电电池E的正极为本安电池组的正极， 限流电阻R0的另一端为本安电池组的接地端；本安电池组的正极与稳压集成电路IC1的1 脚连接，本安电池组的负极与稳压集成电路IC1的2脚连接，在稳压集成电路的2脚和4脚、 2脚和5脚之间分别连接有电容C2和电容C1，5脚为正电源输出端，3脚通过电阻R3与微 处理器IC2的RA5脚连接，本安电池组将充电电池E与限流电阻R0串联后，用环氧树脂胶 封，构成本安电池组。所述的微处理器有微控制器IC2，微控制器IC2的1脚为空脚；2脚连接在电阻R1 和按钮MCLR之间，按钮MCLR的另一端与本安电池组的接地端连接，微控制器IC2的3脚与 甲烷检测器的电位器W2的中心点连接，并通过电容C10接地；4脚连接在电阻R4和电阻R5 之间，电阻R4和电阻R5串联后与本安电池组并联；微控制器IC2的5脚通过二极管D2的 正极与甲烷检测器的放大器IC4-1的正输入端连接；6脚同时与甲烷检测器的电阻R17和 电阻R18连接；7脚与电位器W3的滑动接点连接；8脚通过电阻R3与稳压集成电路IC1的 3脚连接；9脚、10脚、为空脚；11脚接电源正输出端VCC ;12脚接电源负输出端VSS ;13脚、 14脚和15脚与晶振电路连接；17脚为空脚；16脚和18脚、19脚、20脚分别通过电阻R6、 R7、R8和R9与显示装置的三极管Ql、Q2、Q3和Q4的基极连接；21脚、22脚和23脚分别与 时钟电路IC3的7脚、6脚和5脚对应连接，同时还分别通过电阻R10、R11和R12与本安电 池组的正极连接；24脚为空脚；微控制器的25脚、26脚和27脚与控制器对应连接；28脚和 29脚为空脚；30脚通过二极管D1的负极与声光报警器三极管U5的基极连接；31脚、32脚 和33脚为空脚；34脚接电源正极；35脚接本安电池组正极，同时通过电容C3接地；36脚、 37脚、38脚、39脚、41脚、42脚、43脚和44脚与显示装置的LED显示器连接；40脚为空脚。IC2为低功耗多功能嵌入式微控制器，内部集成有A/D模块、TMR模块、EEPR0M数据 存储器FLASN程序存储器等功能模块，与相应外围元件组成硬件电路，配合应用软件程序，完成仪器的各种控制与运算功能；IC3为时钟电路。所述的甲烷检测器包括为甲烷传感器r和r0、信号转换器IC4和电压基准器，电压 基准包括集成电路U8、电阻R17、R18和R19电阻R18和R19串联后与集成电路U8并联，同 时电阻R18与集成电路连接的一端通过电阻R17接电源正输出端VCC，集成电路U8的与电 阻R19的连接端接地；电阻R18和R19的连接端与信号转换器IC4-1的负输入端连接，信号 转换器IC4-1的输出端与三极管U7的基极连接，三极管U7的发射极接电源正极VCC ；集电 极电解电容C9的正极接地；在电解电容上并联有串联的电阻R20和R21、并联有甲烷传感 器r和rO、并联有顺序串联的电阻R22、电位器W1和电阻R23，甲烷传感器r和rO串联连 接，在甲烷传感器r和rO的连接点处通过电阻R25与信号转换器IC4-2的正输入端连接， 电位器W1的滑动接点通过电阻R24与负输入端连接，信号转换器IC4-2负输入端通过电阻 R26与IC4-2输出端，信号转换器IC4-2的输出端通过电位器W2接地；正输入端通过电阻 R27接地。U8与R17、R18和R19组成电压基准电路，产生1. 25V和2. 5V电压基准分别供给 控制器和传感器单元电路使用。r、rO为甲烷传感元件，所述的声光报警器，包括有三极管U5和TO、发光二极管D1、电阻R16和蜂鸣器HA， 发光二极管D1的负极与微处理器IC2的RD4脚连接；正极与三极管U5的基极连接，三极管 U5的集电极通过电阻R16与三极管U6的基极连接，三极管U6的发射极接地；集电极与蜂 鸣器的一端连接，三极管U5的发射极和蜂鸣器的另一端同时接正电源。所述的显示装置包括LED显示器和三极管Ql、Q2、Q3和Q4，LED显示器与微处理 器的RB6、RB5、RB4、RB3、RB2、RB1和RB0对应连接，LED显示器还通过三极管Ql、Q2、Q3和 Q4接电源正极。所述的控制器包括控制按键S1、S2和S3，控制按键S1、S2和S3的一端均接地 ’另 一端均通过电阻R13、R14和R15与本安电池正极连接，控制按键SI、S2和S3分别与电阻 R13、R14和R15，在控制按键和串联的电阻之间分别与微处理器的25脚、26脚和27脚对应 连接。其中S1为开关，S2为零点调整和报警点设置按键，S3为满度调整和甲烷、氧气显示 切换按键。所述的氧气检测器包括氧气传感元件N和Rt，氧气传感元件N和Rt与电位器W3 并联，电位器W3的动点与微处理器的RA2脚连接。N、Rt为氧气传感元件。检测报警仪有机壳3，在机壳3的面板上布置有甲烷传感器1、LED显示器2、电源 开关4、零点/报警点设置键5、满度调整/显示切换键6和氧气传感器7。检测报警仪中使用的元器件为:IC1型号:LP3985/3. 3V ；IC2型号:PIC16LF871 ； IC3型号:DS1302 ；IC4型号:LM358 ；U8型号LM385/2. 5V ；甲烷传感器型号:LX_7 ；氧气传 感器型号40X-2。
权利要求一种微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是该报警仪包括电源、微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器，电源与微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器连接，甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器均与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的电源包括 有稳压集成电路(ICl)和本安电池组，稳压集成电路(ICl)构成稳压及电源开关模块；本安 电池组是充电电池(E)与限流电阻(RO)串联，充电电池(E)的正极为本安电池组的正极， 限流电阻(RO)的另一端为本安电池组的接地端；本安电池组的正极与稳压集成电路(ICl) 的1脚连接，本安电池组的负极与稳压集成电路(ICl)的2脚连接，在稳压集成电路的2脚 和4脚、2脚和5脚之间分别连接有电容(C2)和电容(Cl)，5脚为正电源输出端，3脚通过 电阻(R3)与微处理器(IC2)的RA5脚连接。
3.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的微处理器 有微控制器(IC2)，微控制器(IC2)的1脚为空脚；2脚连接在电阻(1)和按钮(MCLR)之 间，按钮(MCLR)的另一端与本安电池组的接地端连接，微控制器(IC2)的3脚与甲烷检测 器的电位器(W2)的中心点连接，并通过电容(ClO)接地；4脚连接在电阻(R4)和电阻(R5) 之间，电阻(R4)和电阻(R5)串联后与本安电池组并联；微控制器(IC2)的5脚通过二极管 (D2)的正极与甲烷检测器的放大器(IC4-1)的正输入端连接；6脚同时与甲烷检测器的电 阻(R17)和电阻(R18)连接；7脚与电位器(W3)的滑动接点连接；8脚通过电阻(R3)与稳 压集成电路(ICl)的3脚连接；9脚、10脚、11脚为空脚；12脚接电源正输出端(VCC) ；13脚 接电源负输出端(VSS) ；14脚和15脚与晶振电路连接；17脚为空脚；16脚和18脚、19脚、 20脚分别通过电阻(R6)、(R7)、(R8)和(R9)与显示装置的三极管(Ql)、(Q2)、(Q3)和(Q4) 的基极连接；21脚、22脚和23脚分别与时钟电路(IC3)的7脚、6脚和5脚对应连接，同时 还分别通过电阻(RlO)、(Rll)和(R12)与本安电池组的正极连接；24脚为空脚；微控制器 的25脚、26脚和27脚与控制器对应连接；28脚和29脚为空脚；30脚通过二极管(Dl)的 负极与声光报警器三极管(U5)的基极连接；31脚、32脚和33脚为空脚；34脚接电源负输 出端(VSS) ；35脚接本安电池组正极，同时通过电容(C3)接地；36脚、37脚、38脚、39脚、41 脚、42脚、43脚和44脚与显示装置的LED显示器连接；40脚为空脚。
4.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的甲烷检测 器包括为甲烷传感器(r)和(r0)、信号转换器(IC4)和电压基准器，电压基准包括集成电路 (U8)、电阻(R17)、(R18)和(R19)电阻(R18)和(R19)串联后与集成电路(U8)并联，同时 电阻(R18)与集成电路连接的一端通过电阻(R17)接电源正输出端(VCC)，集成电路(U8) 的与电阻(R19)的连接端接地；电阻(R18)和(R19)的连接端与信号转换器(IC4-1)的负 输入端连接，信号转换器(IC4-1)的输出端与三极管(U7)的基极连接，三极管(U7)的发 射极接电源正极(VCC)；集电极电解电容(C9)的正极接地；在电解电容上并联有串联的电 阻(R20)和(R21)、并联有甲烷传感器(r)和(rO)、并联有顺序串联的电阻(R22)、电位器 (Wl)和电阻(R23)，甲烷传感器(r)和(r0)串联连接，在甲烷传感器(r)和(r0)的连接点 处通过电阻(R25)与信号转换器(IC4-2)的正输入端连接，电位器(Wl)的滑动接点通过电 阻(R24)与负输入端连接，信号转换器(IC4-2)负输入端通过电阻(R26)与(IC4-2)输出 端，信号转换器(IC4-2)的输出端通过电位器(W2)接地；正输入端通过电阻(R27)接地。
5.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的声光报警 器，包括有三极管(U5)和⑴6)、发光二极管(Dl)、电阻(R16)和蜂鸣器(HA)，发光二极管 (Dl)的负极与微处理器(IC2)的RD4脚连接；正极与三极管(U5)的基极连接，三极管(U5) 的集电极通过电阻(R16)与三极管(U6)的基极连接，三极管(U6)的发射极接地；集电极与 蜂鸣器的一端连接，三极管(U5)的发射极和蜂鸣器的另一端同时接正电源。
6.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的显示装置 包括LED显示器和三极管(Ql)、(Q2)、(Q3)和(Q4)，LED显示器与微处理器的(RB6)、(RB5)、 (RB4)、(RB3)、(RB2)、(RBl)和(RBO)对应连接，LED 显示器还通过三极管(Ql)、(Q2)、(Q3) 和(Q4)接电源正极。
7.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的控制器包 括控制按键(Si)、(S2)和(S3)，控制按键(Si)、(S2)和(S3)的一端均接地；另一端均通过 电阻(R13)、(R14)和(R15)与本安电池正极连接，控制按键(Si)、(S2)和(S3)分别与电阻 (R13)、(R14)和(R15)，在控制按键和串联的电阻之间分别与微处理器的25脚、26脚和27 脚对应连接。
8.根据权利要求1所述的微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，其特征是所述的氧气检测 器包括氧气传感元件(N)和(Rt)，氧气传感元件(N)和(Rt)与电位器(W3)并联，电位器 (W3)的动点与微处理器的RA2脚连接。
专利摘要一种微型煤矿甲烷氧气检测报警仪，属于煤矿井下气体检测报警仪。该报警仪包括电源、微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器，电源与微处理器、甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器连接，甲烷检测器、氧气检测器、控制器、显示装置和声光报警器均与微处理器连接。优点本甲烷氧气检测报警仪采用低功耗多功能嵌入式微控制器组成硬件电路，优化和简化电路设计，配合应用软件程序，使得仪器结构优化、体积超小，功能完善、使用方便；仪器设置有低电压指示、欠电压自动关机，高瓦斯保护等电路，延长仪器使用寿命；采用全表面贴装技术，仪器结构合理，体积超小，便于携带。
文档编号E21F17/18GK201705394SQ201020243210
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者尹加平 申请人:尹加平