一种甲烷传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种甲烷传感器。
【背景技术】
[0002]煤炭产业是我国国民经济发展的支柱性产业，为了促进煤炭企业的健康有序发展，就必须有效防止煤矿瓦斯爆炸事故的发生。而甲烷是瓦斯气体的主要成分，而瓦斯气体是煤矿瓦斯爆炸的主要物质，所以要及时避免事故发生，就要能够准确地检测到甲烷的存在和精确含量。
【发明内容】
[0003]本发明就是针对上述问题，提供一种精度高，对环境适应性强的甲烷传感器。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括PC机、外接显示设备、控制器、光源驱动部分、带通放大部分、光源、甲烷探测器、温度传感器，其结构要点控制器端口分别与PC机端口、外接显示设备输入端口、光源驱动部分输入端口、带通放大部分输出端口、温度传感器输出端口相连。
[0005]所述控制器通过串口将浓度等信息发送到上位机PC上，并通过模拟输出端口外接显示电路进行浓度值显示。
[0006]所述甲烷探测器的输出信号首先经过一个由AD8629组成的带通放大电路，进行滤波放大，然后将放大器输出的信号以及温度传感器输出的信号输入控制器的AD端口，将模拟信号转为数字信号最后在控制器上进行校零、校准、温度补偿、浓度计算滤波后，通过串口输出。
[0007]作为一种优选方案，本发明所述主芯片采用S3C2440芯片。
[0008]作为另一种优选方案，本发明所述光源驱动部分采用LAMP-ENABLE，LAMP-ENABLE与S3C2440芯片的引脚相连，调制信号的频率为4HZ。
[0009]本发明有益效果。
[0010]本发明选用了 STM32L151MCU实现了整个传感器系统的微功耗。在信号滤波上采用的是带通滤波放大，有效地滤除了红外甲烷探测器信号中的杂波信号。软件方面，采用了平均值滤波，限幅滤波等软件信号处理技术使输出的信号更加稳定，并可直接与上位机软件进行数据通信，可通过上位机软件进行实时监测浓度变化情况，也可在上位机上进行校零校准。对红外甲烷传感器的输出数据进行了温度补偿使得红外甲烷传感器的输出值不再随着温度变化而变化，从而显著提高了红外甲烷传感器对环境的适应性以及稳定性。最后通过对传感器的输出实验数据进行分析，我们发现该传感器具有灵敏度高，精度高，对环境适应性强，体积小，重量轻等优点，是一款实用性较强的红外甲烷传感器。
【附图说明】
[0011]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0012]图1是本发明程序流程图。
【具体实施方式】
[0013]如图所示，本传感器主要是以STM32L151MCU为核心，它既可以通过串口将浓度等信息发送到上位机PC上，也可以通过模拟输出端口外接显示电路进行浓度值显示。红外甲烷探测器的输出信号首先经过一个由AD8629组成的带通放大电路，进行滤波放大。然后将放大器输出的信号以及温度传感器输出的信号输入单片机的AD端口，将模拟信号转为数字信号最后在单片机上进行相应软件校零，校准，温度补偿，浓度计算滤波等算法后，通过串口输出。也可通过模拟输出端口进行输出。
[0014]为了降低整个甲烷传感器系统的功耗，外接电源电压为3.3V，整个传感器系统主要是给三部分供电:即MCU，光源，还有传感器和信号调理电路。
[0015]光源供电是通过TC1185-3.0来实现的，因为如果直接外接电源电压则电压波动较大，经过多次试验得出加电源芯片以后的输出信号要比没加电源芯片稳定，这样输出的浓度值才会更稳定。MCU模块以及信号调理和传感器所用电源电压都是3V，其中MCU是TC1185-3.0将电源电压3.3V转换为3V，而信号调理则是通过REF3130将3.3V电压转换为3V。由于放大电路板要求元器件的体积必须尽量小，故选用了 REF3130。
[0016]传统方式通常采用切光片对光源进行调制。因此需要一个同步电机带动切光片旋转，其缺点在于存在机械转动，抗振性差，功耗大，不适合于便携设备；其次为保证调制的频率，还需要严格同步的电机以及驱动电路，使得系统复杂化，成本也大大增加。本设计避免了复杂的调制电路，直接通过单片机来控制光源的调制电压。
[0017]LAMP-ENABLE与MCU的弓丨脚相连，调制信号的频率为4HZ。LAMP-ENABLE为低时，PM0S导通，红外光源被点亮，Lamp Drive为1，但是由于光源，电路延时等原因，信号调理电路输出的正弦信号的最大值要经过一段延时Delay Time才可以取得。所以AD采样要在光源熄灭一段时间后才可开始采样。当LAMP-ENABLE为高时，反之。Lamp Drive，放大后的信号，AD采样点三者之间的时序关系。
[0018]本发明中的系统软件程序主要是通过C代码编写，采用模块化结构程序设计方法。程序包括主程序，eeprom模块，串口模块，AD模块，浓度计算模块五部分组成。主程序中主要包括时钟，中断，GP10,串口，看门狗，EEPROM等的初始化。
[0019]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
【主权项】
1.一种甲烷传感器，包括PC机、外接显示设备、控制器、光源驱动部分、带通放大部分、光源、甲烷探测器、温度传感器，其特征在于控制器端口分别与PC机端口、外接显示设备输入端口、光源驱动部分输入端口、带通放大部分输出端口、温度传感器输出端口相连； 所述控制器通过串口将浓度等信息发送到上位机PC上，并通过模拟输出端口外接显示电路进行浓度值显示； 所述甲烷探测器的输出信号首先经过一个由AD8629组成的带通放大电路，进行滤波放大，然后将放大器输出的信号以及温度传感器输出的信号输入控制器的AD端口，将模拟信号转为数字信号最后在控制器上进行校零、校准、温度补偿、浓度计算滤波后，通过串口输出。2.根据权利要求1所述一种甲烷传感器，其特征在于所述主芯片采用S3C2440芯片。3.根据权利要求2所述一种甲烷传感器，其特征在于所述光源驱动部分采用LAMP-ENABLE, LAMP-ENABLE与S3C2440芯片的引脚相连，调制信号的频率为4HZ。
【专利摘要】<b>一种甲烷传感器属于传感器技术领域，尤其涉及一种甲烷传感器。本发明提供一种精度高，对环境适应性强的甲烷传感器。本发明包括</b><b>PC</b><b>机、外接显示设备、控制器、光源驱动部分、带通放大部分、光源、甲烷探测器、温度传感器，其结构要点控制器端口分别与</b><b>PC</b><b>机端口、外接显示设备输入端口、光源驱动部分输入端口、带通放大部分输出端口、温度传感器输出端口相连。</b>
【IPC分类】G01N21/3504, G01N21/01
【公开号】CN105319177
【申请号】CN201410365709
【发明人】富强
【申请人】富强
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月30日