专利名称：沼气检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测电路，具体地说，涉及一种沼气检测电路。
背景技术：
根据《全国农村沼气工程建设规划(2006-2010)》以及《全国农村沼气服务体系建 设方案(试行)》，国家要求按照400户沼气用户建立一个沼气技术服务网点，并要求每个网 点配备一个沼气成分检测仪器；目前，沼气检测的方法主要有催化方法和化学吸收的方法， 但该类方法检测精度低，寿命短，且主要测量CH4，而不能对C02进行检测；另外，沼气生产
实际是个发酵过程，在整个发酵过程中，沼液ra值和沼液温度是一个特别重要的指标，而
且，在实际应用中，为了提高沼气的生产效率，通常需要采用太阳能为沼液加温，因此，采集 沼液的K1值及温度值也是一个很重要的监控指标，然而，现有检测设备却没有沼液K1检测 和沼液温度检测功能。 为此，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种实用性强、功能完善、实时监控、多气体 检测、检测精度高、电路性能稳定的沼气检测电路。 本发明所采用的技术方案如下一种沼气检测电路，包括单片机电路、电源电路、 基准电压电路、红外光源、红外光源监控电路、沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路 低通滤波放大电路、三路高通滤波放大电路、沼气吸入气泵、气泵启停监控电路、键盘电路 和显示电路； 其中，所述单片机电路连接所述红外光源监控电路，所述红外光源监控电路连接 所述红外光源的供电回路；所述沼气红外传感器连接所述传感器温度放大电路的信号输入 端，所述传感器温度放大电路的信号输出端连接所述单片机电路；所述沼气红外传感器分 别连接三路低通滤波放大电路的信号输入端，三路低通滤波放大电路的信号输出端分别连 接三路高通滤波放大电路的信号输入端，三路高通滤波放大电路的信号输出端分别连接所 述单片机电路；所述单片机电路连接所述气泵启停监控电路，所述气泵启停监控电路连接 所述沼气吸入气泵的供电回路； 所述键盘电路和所述显示电路分别连接所述单片机电路；所述电源电路分别连接 单片机电路、基准电压电路、红外光源监控电路、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大 电路、三路高通滤波放大电路、气泵启停监控电路、键盘电路和显示电路以提供工作电源； 所述基准电压电路的基准电压输出端分别连接沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三 路低通滤波放大电路和三路高通滤波放大电路。 本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体地说，该沼气检测 电路根据传感器的特性采用精度高、性能稳定的二级放大电路，使其具有实用性强、功能完 善、实时监控、多气体检测、检测精度高、电路性能稳定的优点。
图l是本发明的结构框图；图2是所述单片机电路的电路原理图；图3是所述沼气信号采集电路的电路原理图；图4是所述沼液信号采集电路的电路原理图；图5是所述红外光源监控电路的电路原理图；图6是所述气泵启停监控电路的电路原理图；图7是所述键盘电路的电路原理图；图8是所述警示报警电路的电路原理图；图9是所述显示电路的电路原理图；图10是所述基准电压电路的电路原理图；图11是所述电源电路的电路原理图。
具体实施例方式
下面通过具体实施方式
，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 如图l所示，一种沼气检测电路，包括单片机电路、电源电路、基准电压电路、红外
光源、红外光源监控电路、沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路、
三路高通滤波放大电路、沼气吸入气泵、气泵启停监控电路、沼液ra及温度传感器、信号放
大电路、键盘电路和显示电路；其中，所述单片机电路连接所述红外光源监控电路，所述红 外光源监控电路连接所述红外光源的供电回路；所述沼气红外传感器连接所述传感器温度 放大电路的信号输入端，所述传感器温度放大电路的信号输出端连接所述单片机电路；所 述沼气红外传感器分别连接三路低通滤波放大电路的信号输入端，三路低通滤波放大电路 的信号输出端分别连接三路高通滤波放大电路的信号输入端，三路高通滤波放大电路的信 号输出端分别连接所述单片机电路；所述单片机电路连接所述气泵启停监控电路，所述气
泵启停监控电路连接所述沼气吸入气泵的供电回路；所述沼液ra及温度传感器连接所述
信号放大电路的信号输入端，所述信号放大电路的信号输出端连接所述单片机电路；所述 键盘电路和所述显示电路分别连接所述单片机电路；所述电源电路分别连接单片机电路、 基准电压电路、红外光源监控电路、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路、三路高 通滤波放大电路、气泵启停监控电路、信号放大电路、键盘电路和显示电路以提供工作电 源；所述基准电压电路的基准电压输出端分别连接沼气红外传感器、传感器温度放大电路、 三路低通滤波放大电路、三路高通滤波放大电路、信号放大电路的零电位接入端，以便于抬 高零电位接入端的电压，利于电路性能的稳定，更利于信号采集的准确和放大电路的工作 性能。 基于上述，如图2所示，单片机电路包括单片机MSP1和连接在单片机外围的晶振 Yl、电容C38、电容C165、电阻R37、电阻R38、存储芯片U7。 基于上述，如图3所示，所述低通滤波放大电路包括增益电阻、放大增益电阻、补 偿电容、运算放大器、匹配电阻、滤波电容和滤波器，其中，所述增益电阻一端连接所述放大 增益电阻一端，所述放大增益电阻并联在所述运算放大器的负输入端和输出端之间，所述
6补偿电容并联在所述放大增益电阻两端，所述匹配电阻一端分别连接所述滤波电容一端和 所述滤波器的信号输入端，所述滤波器的信号输出端连接所述运算放大器的正输入端；所 述匹配电阻用于连接所述沼气红外传感器，所述增益电阻另一端、所述滤波电容另一端和 所述滤波器的零电位接入端分别用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所述运算 放大器的供电端用于连接所述电源电路，所述运算放大器的输出端用作低通滤波放大电路 的信号输出端； 所述高通滤波放大电路包括调整增益电阻、调整放大增益电阻、超前补偿电容、运 算放大芯片、电阻和电容，其中，所述调整增益电阻一端连接所述调整放大增益电阻一端， 所述调整放大增益电阻并联在所述运算放大芯片的负输入端和输出端之间，所述超前补偿 电容并联在所述调整放大增益电阻两端，所述电容一端分别连接所述电阻一端和所述运算 放大芯片的正输入端；所述电容用于连接所述低通滤波放大电路的信号输出端，所述调整 增益电阻另一端和所述电阻另一端分别用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所 述运算放大芯片的供电端用于连接所述电源电路，所述运算放大芯片的输出端用于高通滤 波放大电路的信号输出端； 具体地说，第一路低通滤波放大电路和第一路高通滤波放大电路是用于C02气体 的信号放大电路，其中，由增益电阻Rl、放大增益电阻R9、补偿电容Cl、运算放大器U1D、匹 配电阻R2、滤波电容C16和滤波器N1组成第一路低通滤波放大电路，由调整增益电阻RIO、 调整放大增益电阻R16、超前补偿电容C6、运算放大芯片U2C、电阻R13和电容C13组成第一 路高通滤波放大电路；第二路低通滤波放大电路和第二路高通滤波放大电路是用于CH4气 体的信号放大电路，其中，由增益电阻R3、放大增益电阻R8、补偿电容C3、运算放大器U1B、 匹配电阻R4、滤波电容C17和滤波器N2组成第二路低通滤波放大电路，由调整增益电阻 Rll、调整放大增益电阻R17、超前补偿电容C8、运算放大芯片U2A、电阻R14和电容C14组成 第二路高通滤波放大电路；第三路低通滤波放大电路和第三路高通滤波放大电路是用于沼 气红外传感器的基准信号放大电路，其中，由增益电阻R5、放大增益电阻R7、补偿电容C4、 运算放大器U1A、匹配电阻R6、滤波电容C18和滤波器N3组成第三路低通滤波放大电路，由 调整增益电阻R12、调整放大增益电阻R18、超前补偿电容C9、运算放大芯片U2B、电阻R15 和电容C15组成第三路高通滤波放大电路。 基于上述，如图3所示，所述传感器温度放大电路包括电阻R19、电容C5和运算放 大器U1C，其中，所述电阻R19—端分别连接所述电容C5 —端和所述运算放大器U1C的正 输入端，所述运算放大器U1C的负输入端连接所述运算放大器U1C的输出端；所述电阻R19 一端用于连接所述沼气红外传感器NDIR，所述电阻R19另一端用于连接所述电源电路，所 述电容C5另一端用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所述运算放大器U1C的输 出端用作传感器温度放大电路的信号输出端；电阻R19、电容C5和运算放大器U1C组成跟 随运算放大器电路； 其中，沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路和三路高通 滤波放大电路组成沼气信号采集电路。
基于上述，如图4所示，所述信号放大电路包括沼液温度信号放大电路和沼液ra
信号放大电路；其中，所述沼液ra信号放大电路包括高阻运算放大芯片U4、高阻运算放大 芯片跟随电阻R20、电阻21、电阻22、电阻23、电阻24和运算放大器U2D，其中，所述电阻23
7一端连接所述电阻24 —端，所述电阻23另一端接地，所述电阻24两端并联在所述运算放 大器U2D的负输入端和输出端之间，所述电阻21—端、所述电阻22 —端分别连接所述运 算放大器U2D的正输入端，所述高阻运算放大芯片U4的信号输出端连接所述电阻21另一 端；所述电阻22另一端用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所述高阻运算放大 芯片U4和所述运算放大器U2D的供电端用于连接所述电源电路，所述高阻运算放大芯片U4 的信号输入端用于连接所述沼液^及温度传感器PHNTC，所述运算放大器U2D的输出端连 接单片机电路以输出沼液ra信号；其中，高阻运算放大芯片U4和高阻运算放大芯片跟随电 阻R20组成ra —级放大电路，电阻21、电阻22、电阻23、电阻24和运算放大器U2D组成ffl 二级差分放大电路； 所述沼液温度信号放大电路包括滤波电容C69、滤波电容C49、分压电阻R43、电阻 R44和电容C68，其中，所述滤波电容C69 —端分别连接所述分压电阻R43、滤波电容C49和 所述电阻R44 —端，所述电阻R44另 一端连接所述电容C68 —端，所述滤波电容C69 、滤波电 容C49和所述电容C68的另一端接地；所述分压电阻R43另一端用于连接所述基准电压电 路的基准电压输出端，所述电阻R44另一端连接所述单片机电路以输出沼液温度信号，所 述滤波电容C69另一端用于连接所述沼液ra及温度传感器PHNTC ; 所述沼液ra信号放大电路还包括由电容C20、电容C21和电压反转芯片U3组成 的电压反转电路，以及由电阻R47和电容C70组成的RC滤波电路；反转电压经RC滤波电路 滤波后输出给高阻运算放大芯片U4 ; 其中，沼液ra及温度传感器、沼液温度信号放大电路和沼液ra信号放大电路组成
沼液信号采集电路。 在本发明中，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、运算放大器U1D是 采用的四路集成运算放大器芯片Ul，运算放大芯片U2A、运算放大芯片U2B、运算放大芯片 U2C、运算放大器U2D是采用的四路集成运算放大器芯片U2。 基于上述，如图5所示，所述红外光源监控电路包括电源管理芯片Ul 1 、释放电阻 R65、滤波电容C29、电阻R41、电阻R42、电容C40、电容C45和发光二极管D13 ;其中，所述释 放电阻R65 —端连接所述电源管理芯片Ull的控制信号输入端，所述释放电阻R65另一端 接地；所述电源管理芯片Ull的电压输出端分别连接所述滤波电容C29、电阻R41、电阻R42 一端，所述滤波电容C29另一端接地；所述电阻R41另一端连接发光二极管D13后接地，所 述电阻R42另一端分别连接电容C40、电容C45后接地；所述电源管理芯片Ull的电压输出 端用于连接所述红外光源GY—端，所述红外光源GY另一端接地；所述电源管理芯片Ull的 控制信号输入端连接所述单片机电路以获取控制信号，所述电源管理芯片Ull的电压输入 端连接所述电源电路以获得工作电源。 基于上述，如图6所示，所述气泵启停监控电路包括电源管理芯片U8、释放电阻 R67、滤波电容C30、滤波电容C42、取样电阻R32、二极管D1、电阻R33和电容C35 ;其中，所述 释放电阻R67—端连接所述电源管理芯片U8的控制信号输入端，所述释放电阻R67另一端 接地；所述电源管理芯片U8的电压输出端分别连接所述滤波电容C30和所述滤波电容C42 一端，所述滤波电容C30和滤波电容C42另一端接地；所述取样电阻R32 —端连接所述电阻 R33 —端，所述电阻R33另一端连接所述电容C35 —端，所述取样电阻R32另一端和所述电 容C35另一端分别接地，其中，电阻R33和电容C35组成RC滤波电路；所述电源管理芯片U8
8的电压输出端用于连接所述沼气吸入气泵的供电一端，所述取样电阻R32 —端用于连接所 述沼气吸入气泵的供电另一端，二极管D1并联在沼气吸入气泵电机MOTOR的供电两端；所 述电阻R33另一端连接所述单片机电路以输出监控信号，所述电源管理芯片U8的控制信号 输入端连接所述单片机电路以获取控制信号，所述电源管理芯片U8的电压输入端连接所 述电源电路以获得工作电源。 基于上述，如图7所示，所述键盘电路包括按键Sl、按键S2、按键S3、按键S4、电阻 R29、电阻R30、电阻R31、电阻R48、电容C47、电容C33、电容C34、电容C41。
基于上述，如图8所示，该沼气检测电路还包括警示报警电路，所述警示报警电路 分别连接所述单片机电路和所述电源电路；所述警示报警电路包括电阻R34、电阻R35、电 阻R36、蜂鸣器B1和三极管Q1。 基于上述，如图9所示，所述显示电路包括液晶显示屏J400、电阻R72、电阻R73、三 极管Q2和背光灯LED1。 基于上述，如图10所示，所述基准电压电路包括基准电压芯片U5和电阻R26、电容 Cll和电容C19。 基于上述，如图11所示，所述电源电路包括电池BT1、电池控制电路、电池升压电 路、滤波电路、电池电压监控电路、外部电源接口电路和电源管理电路。
该沼气检测电路用于检测沼气生产过程中产生的CH4、 C02的浓度以及用于检测沼 液ra值和沼液温度值；在本发明中，采用MSP430F24X单片机作为电路的主控元件，为沼气 红外传感器提供一个特定频率的红外调制信号，同时，沼气红外传感器通过红外光的照射，
产生同频率的信号，再经过放大，送入主控元件；所述沼液ra和温度传感器的输出信号经
放大后送入主控元件；主控元件通过对采集到的信号进行计算和处理，从而计算出当前样 气中CH4、C02的百分比浓度和沼液PH值及当前沼液的温度值，并由显示屏显示出来，同时， 可通过按键键盘进行人机互动；在本发明中，样气采用气泵主动吸入的方式送入沼气红外 传感器，在沼气红外传感器检测后排出。 最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然 可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发 明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
一种沼气检测电路，其特征在于该沼气检测电路包括单片机电路、电源电路、基准电压电路、红外光源、红外光源监控电路、沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路、三路高通滤波放大电路、沼气吸入气泵、气泵启停监控电路、键盘电路和显示电路；其中，所述单片机电路连接所述红外光源监控电路，所述红外光源监控电路连接所述红外光源的供电回路；所述沼气红外传感器连接所述传感器温度放大电路的信号输入端，所述传感器温度放大电路的信号输出端连接所述单片机电路；所述沼气红外传感器分别连接三路低通滤波放大电路的信号输入端，三路低通滤波放大电路的信号输出端分别连接三路高通滤波放大电路的信号输入端，三路高通滤波放大电路的信号输出端分别连接所述单片机电路；所述单片机电路连接所述气泵启停监控电路，所述气泵启停监控电路连接所述沼气吸入气泵的供电回路；所述键盘电路和所述显示电路分别连接所述单片机电路；所述电源电路分别连接单片机电路、基准电压电路、红外光源监控电路、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路、三路高通滤波放大电路、气泵启停监控电路、键盘电路和显示电路以提供工作电源；所述基准电压电路的基准电压输出端分别连接沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路和三路高通滤波放大电路。
2. 根据权利要求i所述的沼气检测电路，其特征在于该沼气检测电路还包括沼液ra 及温度传感器和信号放大电路，其中，所述沼液ra及温度传感器连接所述信号放大电路的信号输入端，所述信号放大电路的信号输出端连接所述单片机电路；所述电源电路连接所 述信号放大电路以提供工作电源，所述基准电压电路的基准电压输出端连接所述信号放大 电路。
3. 根据权利要求2所述的沼气检测电路，其特征在于所述信号放大电路包括沼液温度信号放大电路和沼液ra信号放大电路；其中，所述沼液ra信号放大电路包括高阻运算放大芯片(U4)、电阻(21)、电阻(22)、电 阻(23)、电阻(24)和运算放大器(U2D)，其中，所述电阻(23) —端连接所述电阻(24) —端， 所述电阻(23)另一端接地，所述电阻(24)两端并联在所述运算放大器(U2D)的负输入端 和输出端之间，所述电阻(21) —端、所述电阻(22) —端分别连接所述运算放大器(U2D)的 正输入端，所述高阻运算放大芯片(U4)的信号输出端连接所述电阻(21)另一端；所述电阻 (22)另一端用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所述高阻运算放大芯片(U4) 和所述运算放大器(U2D)的供电端用于连接所述电源电路，所述高阻运算放大芯片(U4)的 信号输入端用于连接所述沼液K1及温度传感器，所述运算放大器(U2D)的输出端连接所述 单片机电路；所述沼液温度信号放大电路包括滤波电容(C69)、分压电阻(R43)、电阻(R44)和电容 (C68)，其中，所述滤波电容(C69) —端分别连接所述分压电阻(R43) —端和所述电阻(R44) 一端，所述电阻(R44)另一端连接所述电容(C68) —端，所述滤波电容(C69)另一端和所述 电容(C68)另一端接地；所述分压电阻(R43)另一端用于连接所述基准电压电路的基准电 压输出端，所述电阻(R44)另一端用于连接所述单片机电路，所述滤波电容(C69)另一端用 于连接所述沼液PH及温度传感器。
4. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于该沼气检测电路还包括警示报警电路，所述警示报警电路分别连接所述单片机电路和所述电源电路。
5. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于所述低通滤波放大电路包括增 益电阻、放大增益电阻、补偿电容、运算放大器、匹配电阻、滤波电容和滤波器，其中，所述增 益电阻一端连接所述放大增益电阻一端，所述放大增益电阻并联在所述运算放大器的负输 入端和输出端之间，所述补偿电容并联在所述放大增益电阻两端，所述匹配电阻一端分别 连接所述滤波电容一端和所述滤波器的信号输入端，所述滤波器的信号输出端连接所述运 算放大器的正输入端；所述匹配电阻用于连接所述沼气红外传感器，所述增益电阻另一端、 所述滤波电容另一端和所述滤波器的零电位接入端分别用于连接所述基准电压电路的基 准电压输出端，所述运算放大器的供电端用于连接所述电源电路，所述运算放大器的输出 端用作低通滤波放大电路的信号输出端。
6. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于所述高通滤波放大电路包括调 整增益电阻、调整放大增益电阻、超前补偿电容、运算放大芯片、电阻和电容，其中，所述调 整增益电阻一端连接所述调整放大增益电阻一端，所述调整放大增益电阻并联在所述运算 放大芯片的负输入端和输出端之间，所述超前补偿电容并联在所述调整放大增益电阻两 端，所述电容一端分别连接所述电阻一端和所述运算放大芯片的正输入端；所述电容用于 连接所述低通滤波放大电路的信号输出端，所述调整增益电阻另一端和所述电阻另一端分 别用于连接所述基准电压电路的基准电压输出端，所述运算放大芯片的供电端用于连接所 述电源电路，所述运算放大芯片的输出端用于高通滤波放大电路的信号输出端。
7. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于所述传感器温度放大电路包括 电阻(R19)、电容(C5)和运算放大器(U1C)，其中，所述电阻(R19) —端分别连接所述电容 (C5) —端和所述运算放大器(U1C)的正输入端，所述运算放大器(U1C)的负输入端连接所 述运算放大器(U1C)的输出端；所述电阻(R19) —端用于连接所述沼气红外传感器，所述电 阻(R19)另一端用于连接所述电源电路，所述电容(C5)另一端用于连接所述基准电压电路 的基准电压输出端，所述运算放大器(U1C)的输出端用作传感器温度放大电路的信号输出丄山顺。
8. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于所述红外光源监控电路包括电源管理芯片(Ull)、释放电阻(R65)和滤波电容(C29)，其中，所述释放电阻(R65) —端连接 所述电源管理芯片(U11)的控制信号输入端，所述释放电阻(R65)另一端接地，所述电源管 理芯片(U11)的电压输出端连接所述滤波电容(C29) —端，所述滤波电容(C29)另一端接 地；所述电源管理芯片(U11)的电压输出端用于连接所述红外光源一端，所述红外光源另 一端接地，所述电源管理芯片(U11)的控制信号输入端用于连接所述单片机电路，所述电 源管理芯片(U11)的电压输入端用于连接所述电源电路。
9. 根据权利要求1所述的沼气检测电路，其特征在于所述气泵启停监控电路包括电 源管理芯片(U8)、释放电阻(R67)、滤波电容(C30)、取样电阻(R32)、电阻(R33)和电容 (C35)，其中，所述释放电阻(R67) —端连接所述电源管理芯片(U8)的控制信号输入端， 所述释放电阻(R67)另一端接地，所述电源管理芯片(U8)的电压输出端连接所述滤波电 容(C30) —端，所述滤波电容(C30)另一端接地，所述取样电阻(R32) —端连接所述电阻 (R33) —端，所述电阻(R33)另一端连接所述电容(C35) —端，所述取样电阻(R32)另一端 和所述电容(C35)另一端分别接地；所述电源管理芯片(U8)的电压输出端用于连接所述沼气吸入气泵的供电一端，所述取样电阻(R32) —端用于连接所述沼气吸入气泵的供电另一 端，所述电阻(R33)另一端用于连接所述单片机电路，所述电源管理芯片(U8)的控制信号 输入端用于连接所述单片机电路，所述电源管理芯片(U8)的电压输入端用于连接所述电 源电路。
全文摘要
本发明提供一种沼气检测电路，它包括单片机电路、电源电路、基准电压电路、红外光源、红外光源监控电路、沼气红外传感器、传感器温度放大电路、三路低通滤波放大电路、三路高通滤波放大电路、沼气吸入气泵、气泵启停监控电路、键盘电路和显示电路；所述单片机电路连接红外光源监控电路和气泵启停监控电路；所述沼气红外传感器分别连接传感器温度放大电路和三路低通滤波放大电路的信号输入端，三路低通滤波放大电路的信号输出端分别连接三路高通滤波放大电路的信号输入端，所述传感器温度放大电路和三路高通滤波放大电路的信号输出端分别连接单片机电路。该检测电路具有功能完善、实时监控、多气体检测、检测精度高、电路性能稳定的优点。
文档编号G01N21/35GK101788467SQ20101010141
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者俎伟明, 尚中锋, 李明辉, 王耀奎 申请人:河南汉威电子股份有限公司