一种基于stm32lmcu的红外甲烷传感器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种用在煤矿领域中检测瓦斯的装置，具体地涉及一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统。
【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。
[0003]目前，运用在煤矿中检测瓦斯气体的检测装置也是有很多种，但是几乎都存在着检测精度不高，抗干扰能力弱的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述问题，提出了一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统；本发明具有体积小，精度高，抗干扰能力强等特点；可外接不同的显示电路来实现浓度显示和声光报警。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，包括放大电路板和控制电路板；其结构要点是:所述放大电路板包括带通放大模块、光源、温度传感器模块、甲烷探测器模块，所述甲烷探测器连接带通放大模块；所述控制电路板包括MCU控制器、外接显示设备模块、PC机；所述带通放大模块和温度传感器模块的输出端均连接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的输出端口 GP1连接光驱动模块，所述光驱动模块连接光源；所述MCU控制器的输出端口 DA连接外接显示设备模块，所述MCU控制器的输出端口 UART和PC机连接通信。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述MCU控制器采用STM32L151单片机。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述MCU控制器、带通放大模块和温度传感器模块均采用电源电压3V供电。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述放大电路板的光源是通过TC1185-3.0来供电。
[0010]作为本发明的另一种优选方案，所述光驱动模块米用单片机STM32L151来控制光源的调制电压。
[0011]作为本发明的另一种优选方案，所述带通放大模块由放大器AD8629和一系列电阻电容所组成。
[0012]另外，本发明所述放大器AD8629是一种单电源双通道的放大器，它具有高精度，低噪声，超低失调、漂移、偏置电流特性。
[0013]本发明的有益效果是。
[0014]本发明为了促进煤炭企业的健康有序发展，有效防止煤矿瓦斯爆炸事故的发生。提出了一种基于STM32L151MCU的红外甲烷传感器系统，采用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模块，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】
[0015]图1是本发明一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统的硬件框图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，为本发明一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统的硬件框图。其中包括放大电路板和控制电路板；其结构要点是:所述放大电路板包括带通放大模块、光源、温度传感器模块、甲烷探测器模块，所述甲烷探测器连接带通放大模块；所述控制电路板包括MCU控制器、外接显示设备模块、PC机；所述带通放大模块和温度传感器模块的输出端均连接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的输出端口 GP1连接光驱动模块，所述光驱动模块连接光源；所述MCU控制器的输出端口 DA连接外接显示设备模块，所述MCU控制器的输出端口 UART和PC机连接通信。
[0017]本发明所述传感器系统是以MCU控制器为核心，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。
[0018]本发明所述MCU控制器采用STM32L151单片机。所述MCU控制器、带通放大模块和温度传感器模块均采用电源电压3V供电。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控制器，光源，还有传感器和带通放大模块。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TCl 185-3.0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，故采用了 REF3130。
[0019]本发明所述的带通放大模块由放大器AD8629和一系列电阻电容所组成；所述放大器AD8629是一种单电源双通道的放大器，它具有高精度，低噪声，超低失调、漂移、偏置电流特性。
[0020]所述光驱动模块的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。本发明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。
【主权项】
1.一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，包括放大电路板和控制电路板；其特征在于:所述放大电路板包括带通放大模块、光源、温度传感器模块、甲烷探测器模块，所述甲烷探测器连接带通放大模块；所述控制电路板包括MCU控制器、外接显示设备模块、PC机；所述带通放大模块和温度传感器模块的输出端均连接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的输出端口 GP1连接光驱动模块，所述光驱动模块连接光源；所述MCU控制器的输出端口 DA连接外接显示设备模块，所述MCU控制器的输出端口 UART和PC机连接通信。2.根据权利要求1所述的一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，其特征在于:所述MCU控制器采用STM32L151单片机。3.根据权利要求1所述的一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，其特征在于:所述MCU控制器、带通放大模块和温度传感器模块均采用电源电压3V供电。4.根据权利要求3所述的一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，其特征在于:所述放大电路板的光源是通过TCl 185-3.0来供电。5.根据权利要求1所述的一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统，其特征在于:所述光驱动模块采用单片机STM32L151来控制光源的调制电压。6.根据权利要求1所述的一种基于STM32LMCU的红外甲烧传感器系统,其特征在于:所述带通放大模块由放大器AD8629和一系列电阻电容所组成。
【专利摘要】一种基于STM32LMCU的红外甲烷传感器系统。本发明具有体积小，精度高，抗干扰能力强等特点；可外接不同的显示电路来实现浓度显示和声光报警。本发明包括放大电路板和控制电路板；其结构要点是：所述放大电路板包括带通放大模块、光源、温度传感器模块、甲烷探测器模块，所述甲烷探测器连接带通放大模块；所述控制电路板包括MCU控制器、外接显示设备模块、PC机；所述带通放大模块和温度传感器模块的输出端均连接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的输出端口GPIO连接光驱动模块，所述光驱动模块连接光源；所述MCU控制器的输出端口DA连接外接显示设备模块，所述MCU控制器的输出端口UART和PC机连接通信。
【IPC分类】G01N21/3504, G01N35/00, G05B19/042
【公开号】CN105588946
【申请号】CN201410565596
【发明人】祁艳
【申请人】祁艳
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月22日