水凝结检测电路及防爆接线箱内部环境检测仪的制作方法

本发明涉及环境检测领域，具体的说，涉及了一种水凝结检测电路及防爆接线箱内部环境检测仪。

背景技术：

沿海石油化工企业现场仪表的电器柜、防爆接线箱等由于阀接线密封不好、温差或其它意外情况下的喷淋而导致进水或凝露现象，导致设备误动作，比如联锁停车或设备误控制、虚假报警等，由于防爆接线箱多数为密封，发生进水或凝露时客户无法及时发现，如果仅靠人力定期维护效率太低，安全管理成本高且被动。

市场目前未发现有针对防爆接线箱内部是否有水凝结进行检测的产品或专利，发现有对防爆接线箱内的温度和湿度进行检测的专利，但经过长期试验和现场工矿模拟，发现湿度与水凝结并不存在线性关系，尤其是意外情况下防爆接线箱受到水的喷淋而进水时，温湿度值并没有实时变化。对于水凝结的检测，目前市场上有凝露检测传感器，经过对凝露传感器的长期试验发现，传感器是利用湿度敏感材料而制作，工矿试验过程中发现进水维护时，擦拭不到百次，湿度敏感材料出现脱附，检测灵敏度大大降低。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种水凝结检测电路和防爆接线箱内部环境检测仪。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种水凝结检测电路，所述水凝结检测电路包括处理器、供电电路、分压电阻、滤波电容以及pcb板m1；

所述pcb板m1上交叉设置有互不导通的上印制线和下印制线，所述上印制线和所述下印制线上未覆阻焊剂；

所述上印制线通过所述分压电阻连接所述供电电源，所述下印制线通过所述滤波电容接地，所述下印制线还连接所述处理器，用于向所述处理器输出水凝检测电压；

所述处理器根据所述水凝检测电压判断是否有存在水凝现象。

基于上述，所述水凝结检测电路包括分压电阻、滤波电容以及可级联的pcb板m1~mn，其中n>1；每个pcb板上均交叉设置有上印制线和下印制线，所述上印制线和所述下印制线上未覆阻焊剂，且所述上印制线和所述下印制线并不连通；

所述pcb板m1的1端通过所述分压电阻连接所述供电电源，所述pcb板m1的2端通过所述滤波电容接地，所述pcb板m1的2端还与所述处理器连接；所述pcb板m1的3端通过级联电阻连接所述pcb板m2的1端或3端，所述pcb板m1的4端通过级联电阻连接所述pcb板m2的2端或4端，依次级联，直至级联至所述pcb板mn。

基于上述，所述pcb板m1~mn上所述上印制线和所述下印制线之间的电阻阻值相同，所述pcb板m1~mn上所述上印制线和所述下印制线之间的间距可以相同也可以不同。

基于上述，所述pcb板m1~mn间的级联电阻可以相同也可以不同。

本发明还提供一种防爆接线箱内部环境检测仪，该防爆接线箱内部环境检测仪包括上述水凝结检测电路、温湿度检测电路、报警电路和无线通信电路，

所述处理器根据所述水凝检测电压判断是否有存在水凝现象；

所述温湿度检测电路与所述处理器连接，用于检测防爆接线箱内部的温湿度数据，并传输给所述处理器；

所述处理器将所述温湿度数据分别与预设温湿度阈值进行对比，在所述温湿度数据大于或等于所述预设温湿度阈值时，或在有水凝现象时控制所述报警电路报警，并将报警信息通过所述无线通信电路上传给外界监控中心；

所述供电电源分别与所述温湿度检测电路、所述报警电路和所述无线通信电路连接，用于向所述温湿度检测电路、所述报警电路和所述无线通信电路供电。

基于上述，所述处理器在无报警时按照第一时间间隔与外界监控中心通信，所述处理器在有报警且报警时长大于或等于预设报警时长阈值时按照第二时间间隔与外界监控中心进行通信。

基于上述，所述防爆接线箱内部环境检测仪还包括壳体，所述壳体一端为透明灯罩，所述壳体另一端设置有密封螺纹头，所述壳体通过所述密封螺纹头安装到所述防爆接线箱内；所述处理器、所述nbiot无线通信电路、所述供电电源和所述报警电路设置在所述壳体内部，所述环境监测单元设置在所述壳体外部，并通过电缆导线与所述处理器和所述供电电源连接。

基于上述，所述防爆接线箱内部环境检测仪还包括与所述处理器连接的时钟单元，所述时钟单元每隔第一预设时长向所述处理器发送触发信号，在所述触发信号的触发下所述处理器运行第二预设时长，控制所述温湿度检测电路实时采集温湿度数据，以及控制所述水凝结检测电路实时输出水凝结检测电压，并根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压进行报警。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用pcb交叉布线的检测方式设计了一种水凝结检测电路，通过上印制线和下印制线之间的电阻变化情况来判断是否有水凝现象，不会随着擦拭次数的变化发生灵敏度的降低，增强产品可维护性，各模块可灵活级联，扩大了产品检测覆盖范围，可以根据安装空间情况，低成本小批量设计更改pcb的形状，使产品更具灵活性。

本发明还基于所述水凝结检测电路设计了一种防爆接线箱内部环境检测仪，该防爆接线箱内部环境检测仪在温度或湿度出现异常或者防爆接线箱内有进水或水凝结现象时，进行本地报警并通过所述无线通信电路将报警信息上传给外界监控中心，外界监控中心也可将报警信息实时推送到相关管理人员或维护人员的手机上，并定位需要维护的防爆接线箱的具体位置，使得相关管理人员或维护人员可以在防爆接线箱内部有异常时能够及时获知异常信息，管理效率高。

附图说明

图1是本发明实施例1中所述水凝结检测电路的电路示意图。

图2是本发明实施例2中所述水凝结检测电路的电路示意图。

图3是本发明实施例3中所述防爆接线箱内部环境检测仪的原理框图。

图4是本发明实施例3中所述防爆接线箱内部环境检测仪的结构示意图。

图5是本发明实施例3中所述供电电源的电路示意图。

图6是本发明实施例3中所述温湿度检测电路的电路示意图。

图7是本发明实施例3中所述报警电路的电路示意图。

图8是本发明实施例3中所述无线通信电路的电路示意图。

图中，1.壳体；2.透明灯罩；3.密封螺纹头；4.温湿度检测电路；5.pcb板。

具体实施方式

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。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种水凝结检测电路，所述水凝结检测电路包括处理器、供电电路、分压电阻r1、滤波电容c5以及pcb板m1；

所述pcb板m1上交叉设置有互不导通的上印制线和下印制线，所述上印制线和所述下印制线上未覆阻焊剂；

所述上印制线通过所述分压电阻r1连接所述供电电源，所述下印制线通过所述滤波电容c5接地，所述下印制线还连接所述处理器，用于向所述处理器输出水凝检测电压；

所述处理器根据所述水凝检测电压判断是否有存在水凝现象。

在使用时将所述pcb板紧贴防爆接线箱底部内壁设置，当有水凝结到所述pcb板m1上时，所述pcb板上的互相交互的上印制线和下印制线之间的电阻阻值会急剧发生变化；正常情况下，在无水凝结时，所述上印制线和下印制线之间的电阻阻值接近无穷大，在有水凝结时，凝结的水滴会连通所述上印制线和所述下印制线，从而使得所述上印制线和下印制线之间的电阻阻值小于100k；急剧变化的电阻阻值会导致输出至所述处理器端的水凝检测电压也急剧变化，所述处理器根据所述水凝检测电压的变化情况即可判断防爆接线箱内存在水凝现象。

与传统的水凝结检测电路相比，该水凝结检测电路在维护过程中，其灵敏度并不会随着擦拭次数的变化而降低。

其中，所述电阻r1在向所述水凝结检测电路提供电压的同时还将所述pcb板m1的阻值变化转化为电压的变化，所述滤波电容c5能够滤除空间和线路的干扰信号；优选的，所述分压电阻r1为2m电阻，所述滤波电容c5为0.47uf电容。

另外，所述pcb板m1上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距可以根据待检测凝结水滴的大小设计成不同的线间距，比如0.2mm,0.3mm,0.4mm,0.6mm，0.7mm,0.8mm,1.0mm等，以实现对特定大小水滴的检测；例如当所述pcb板m1上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距为0.2mm时，即可实现对不小于0.2mm的防爆接线箱内的凝结水滴的检测。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

如图2所示，所述水凝结检测电路包括可级联的pcb板m1~mn，其中n>1；所述pcb板m1的1端所述分压电阻r1连接所述供电电源，所述pcb板m1的2端通过所述滤波电容c5接地，所述pcb板m1的2端还与所述处理器连接，用于向所述处理器输出水凝检测电压信号；所述pcb板m1的3端通过级联电阻r连接所述pcb板m2的1端或3端，所述pcb板m1的4端通过级联电阻r连接所述pcb板m2的2端或4端，依次级联，直至级联至所述pcb板mn。

所述pcb板m1至所述pcb板mn上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距均相同，且所述pcb板m1~mn上所述上印制线和所述下印制线之间的电阻阻值均相同。所述pcb板m1至所述pcb板mn间的每一个级联电阻r的阻值均可以相同，也可以不同，可根据具体应用选0~10k的电阻。

使用时，所述pcb板m1至所述pcb板mn按照不同的高度设置在防爆接线箱内壁上，预先计算任意一个或多个pcb板上存在使该pcb板上所述上印制线和所述下印制线连通的凝结水滴时的水凝结检测电压值，并以表格的形式进行存储；当所述水凝结检测电压急剧变化时，所述处理器可以根据所述水凝结检测电压的电压值通过查表的方式判断是哪一个或哪几个pcb板上存在凝结水滴，从而确定防爆接线箱内的积水高度。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：所述pcb板m1至所述pcb板mn上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距各不相同，所述pcb板m1~mn上所述上印制线和所述下印制线之间的电阻阻值均相同，且所述pcb板m1至所述pcb板mn间的每一个级联电阻r的阻值均不相等。

例如，所述pcb板m1上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距为0.1mm，所述pcb板m2上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距为0.2mm，......所述pcb板mn上所述上印制线和所述下印制线之间的线间距为1mm，所述pcb板m1至所述pcb板mn间的每一个级联电阻的阻值可根据具体应用选0~10k的电阻。

使用时，将所述pcb板m1至所述pcb板mn按照相同高度设置在防爆接线箱内壁上，预先计算任意一个或多个pcb板上存在使该pcb板上所述上印制线和所述下印制线连通的凝结水滴时的水凝结检测电压值，并以表格的形式进行存储；当所述水凝结检测电压急剧变化时，所述处理器可以根据所述水凝结检测电压的电压值通过查表的方式判断是哪一个或哪几个pcb板上存在使该pcb板上所述上印制线和所述下印制线连通的凝结水滴，从而确实现对不同大小水滴的检测。

实施例4

如图3所示，本发明提供一种防爆接线箱内部环境检测仪，所述防爆接线箱内部环境检测仪包括上述水凝结检测电路、温湿度检测电路、报警电路和无线通信电路，

所述处理器根据所述水凝检测电压判断是否有存在水凝现象；

所述温湿度检测电路与所述处理器连接，用于检测防爆接线箱内部的温湿度数据，并传输给所述处理器；

所述处理器将所述温湿度数据分别与预设温湿度阈值进行对比，在所述温湿度数据大于或等于所述预设温湿度阈值时，或在有水凝现象时控制所述报警电路报警，并将报警信息通过所述无线通信电路上传给外界监控中心；

所述供电电源分别与所述温湿度检测电路、所述报警电路和所述无线通信电路连接，用于向所述温湿度检测电路、所述报警电路和所述无线通信电路供电。

在具体应用中，如图4所示，所述防爆接线箱内部环境检测仪还包括壳体1，所述壳体1一端为透明灯罩2，所述壳体1另一端设置有密封螺纹头3，所述壳体1通过所述密封螺纹头3安装到所述防爆接线箱内；所述处理器、所述nbiot无线通信电路、所述供电电源、所述报警电路、所述水凝结检测电路的分压电阻r1和滤波电容c5设置在所述壳体1内部，所述温湿度检测电路4和所述水凝结检测电路的pcb板5设置在所述壳体1外部，并通过电缆导线与所述处理器和所述供电电源连接。

如图5所示，所述供电电源包括电池、mosfet管1、mosfet管2以及dc/dc电源转换芯片，优选的，所述电池为cr123a不可充电锂锰电池，额定电压为3.0v，额定容量为1300mah，所述电池输出电源电压bat-v；所述mosfet管1和所述mosfet管2的栅极分别与所述处理器连接，所述mosfet管1和所述mosfet管2的源极分别连接电源电压bat-v，所述mosfet管2的漏极输出电源电压pow-sensor，所述mosfet管1的漏极与所述dc/dc转换芯片的输入脚连接，所述dc/dc转换芯片的输出引脚输出电源电压v-nbiot。

如图6所示，所述温湿度检测电路包括数字输出温湿度检测芯片u2，优选的，所述数字输出温湿度检测芯片u2为htu21df；所述数字输出温湿度检测芯片u2的scl引脚和所述数字输出温湿度检测芯片u2的sda引脚分别连接所述处理器，用于实现所述数字输出温湿度检测芯片u2和所述处理器之间的通信；所述数字输出温湿度检测芯片u2的vdd引脚连接电源电压pow-sensor，所述数字输出温湿度检测芯片u2的gnd引脚接地，所述数字输出温湿度检测芯片u2的vdd引脚和所述数字输出温湿度检测芯片u2的gnd引脚之间还设置有滤波电容c6。

如图7所示，所述报警电路包括mosfet管t1、电阻r4、电阻r5和报警led灯d2，所述mosfet管t1的栅极通过所述电阻r4连接所述处理器，所述mosfet管t1的源极接地，所述mosfet管t1的漏极通过所述电阻r5、所述报警led灯d2连接电源电压bat-v。

优选的，所述电阻r4的阻值为100k，所述电阻r5的阻值为200k，所述报警led灯d2为红色发光二极管，所述mosfet管t1为n沟通mosfet管nds331n；当有水凝结时，所述处理器周期性输出高电平，触发所述mosfet管t1导通，从而所述报警led灯d2闪亮，提示报警。

如图8所示，所述无线通信电路包括nbiot无线通信模块dl101_nbiot和过压保护tvs管d，所述nbiot无线通信模块dl101_nbiot的vcc3v3引脚连接电源电压v-nbiot，所述nbiot无线通信模块dl101_nbiot的gnd引脚接地，所述nbiot无线通信模块dl101_nbiot的vcc3v3引脚和所述nbiot无线通信模块dl101_nbiot的gnd引脚之间还并联有所述过压保护tvs管d1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；所述nbiot无线通信模块dl101_nbiot的天线插座上还插设有天线。

优选的，所述无线通信电路接收频率为869mhz~894mhz,发射频率为824mhz~849mhz；所述电容c1为钽电解电容，电容值为10uf；所述电容c2、所述电容c3、所述电容c4均为瓷片电容，其中，所述电容c2的电容值为22pf,所述电容c3的电容值为100pf,所述电容c4的电容值为0.1uf；所述电容c1~电容c4用于滤除电源电压v-nbiot的干扰信号；所述过压保护tvs管d1的型号为nspm2051,用以提供nbiot无线通信电路浪涌电压承受能力。

优选的，所述处理器为单片机stm32l031g6u6，所述单片机stm32l031g6u6是基于cortex-m0+的32位超低功耗mcu，具有flash32kb,8kbsram,1kbeeprom,12bitadc,且工作电压范围为1.65~3.6v，工作温度范围为-40~125℃；待机模式下工作电流为0.23ua,停止模式下工作电流为0.35ua。

该防爆接线箱内部环境检测仪通过所述温湿度检测电路实时检测防爆接线箱内部的温度和湿度，通过所述水凝结检测电路实时检测防爆接线箱内是否有进水或水凝结现象，在温度或湿度出现异常或者防爆接线箱内有进水或水凝结现象时，进行本地报警并通过所述无线通信电路将报警信息上传给外界监控中心，外界监控中心也可将报警信息实时推送到相关管理人员或维护人员的手机上，并定位需要维护的防爆接线箱的具体位置，使得相关管理人员或维护人员可以在防爆接线箱内部有异常时能够及时获知异常信息，管理效率高。

实施例5

本实施例与实施例4的区别之处在于：所述处理器在无报警时按照第一时间间隔与外界监控中心通信，所述处理器在有报警且报警时长大于或等于预设报警时长阈值时按照第二时间间隔与外界监控中心进行通信。

本实施例中所述环境检测仪的工作流程设定为：正常情况下，若第一时间时隔结束时，所述处理器根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压判断无报警时，启动所述无线通信电路,将第一时间间隔内温度数据的最大值、湿度信息的最大值以及是否有水凝现象上传给外界监控中心；

若在第一时间间隔内，所述处理器根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压判断有报警时，所述处理器立刻启动所述无线通信电路,将当前时刻的温度数据、湿度数据以及是否有水凝现象上传给外界监控中心，同时开始计时，当在第二时间间隔结束时，所述处理器根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压判断仍然存在报警时，则立刻通过所述无线通信电路,将当前时刻的温度数据、湿度数据以及是否有水凝现象上传给所述外界监控中心，同时重新开始计时，直到根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压判断仍然报警解除时，所述处理器才按照第一时间间隔向外界监控中心上传温度数据、湿度数据以及是否有水凝现象。

优选的，所述第一时间间隔为24h，所述第二时间间隔为30min。

实施例6

本实施例与实施例5的区别之处在于：所述防爆接线箱内部环境检测仪还包括与所述处理器连接的时钟单元，所述时钟单元每隔第一预设时长向所述处理器发送触发信号，在所述触发信号的触发下所述处理器运行第二预设时长，控制所述温湿度检测电路实时采集温湿度数据，以及控制所述水凝结检测电路实时输出水凝结检测电压，并根据所述温湿度数据、所述水凝结检测电压进行报警。

优选的，所述第一预设时间为100s，所述第二预设时间为1s，即所述环境检测仪工作1s,以检测温湿度及水凝结情况，若无异常时则休眠100s,再开始检测，若无异常，则继续休眠，重复此过程。

通过该方式，可以将所述处理器的工作模式设定为运行模式和休眠模式为工作与休眠交替模式，已达到节省能耗的目的，且所述第一预设时间和所述第二预设时间的占空比可根据实际需求进行调整。

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。