用于天然气气体传感器的信号处理电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于天然气气体传感器的信号处理电路，其中包括气体传感器信号输出电路、参考电压产生电路、电平比较及反相电路和振荡电路，所述参考电压产生电路输出的参考电压V1和所述气体传感器的输出信号V2同时送给电平比较及反相电路，经电平比较及反相电路处理得到控制信号V4，最后将所述控制信号V4送给所述振荡电路，经所述振荡电路处理后输出驱动声音及报警灯的频率信号V5。本实用新型通过对天然气气体传感器信号的参考电压的设置、电平反相处理和振荡处理，将气体传感器输出的小信号变换为频率信号，增强了信号的驱动能力，也有效的提高了天然气气体传感器输出信号的应用方式，且该电路简单、稳定可靠、所用分离元器件少、成本低，便于市场推广利用。
【专利说明】
用于天然气气体传感器的信号处理电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于气体检测领域，设及一种气体信号处理电路，特别设及一种用于 天然气气体传感器的信号处理电路。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步和社会的发展，人类对能源需求量的增加，使得人们开始寻找新 的优质能源。天然气由于自身的优势特点，目前已经成为城镇生活使用的最主要燃料之一， 需求量迅猛增加。与此同时，国家针对天然气的安全使用，制定了一系列的标准，W此来保 证人民的人身安全。天然气气体主要成分为甲烧，甲烧气体易燃易爆，在使用过程中，如果 出现泄露等情况将会对生命造成严重的威胁，因此，天然气气体的检测成为生活用气安全 预防的重要因素。天然气气体传感器的检测难点在于天然气气体传感器输出信号很小驱动 能力弱，为此，国内外很多专家学者提出了不同的处理方法，包括利用冗余W及高可靠性的 MCU，但是其成本较高，较难W低成本实现，使得使用该方法的设备较难在日常生活中推广 使用。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本实用新型的目的是提出一种用于天然气气体传感器的信号处理电 路。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型采用W下技术方案：
[000引一种用于天然气气体传感器的信号处理电路，其中包括气体传感器信号输出电 路、参考电压产生电路、电平比较及反相电路和振荡电路，所述参考电压产生电路输出的参 考电压VI和所述天然气气体传感器信号输出电路的输出信号V2同时送给所述电平比较及 反相电路，经所述电平比较及反相电路得到控制信号V4,最后将所述控制信号V4送给所述 振荡电路，经所述振荡电路处理后输出驱动声音及报警灯的频率信号V5。
[0006] 作为优选，所述振荡电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电容C1和集成忍 片U1A，电阻R6与电阻R9、电阻R10的阻值相等；电源电压VCC通过电阻R9与集成忍片U1A的正 输入端相连，控制信号V4通过电阻R10也与集成忍片U1A的正输入端相连，同时集成忍片U1A 的正输入端通过电阻R6连接集成忍片U1A的输出端，集成忍片U1A的输出端通过电阻R3连接 集成忍片U1A的负输入端，集成忍片U1A的负输入端则通过电容C1连接地，驱动信号V5由集 成忍片U1A输出端输出。
[0007] 作为优选，所述参考电压产生电路包括电位器RV1和电阻R11;电源电压VCC依次经 过电位器RV1和电阻R11连接地，经电位器RV1和电阻R11的分压作用后在电位器RV1和电阻 R11相连的一端输出参考电压信号VI。
[0008] 作为优选，所述天然气气体传感器信号输出电路包括气体传感器MQ-K4、电阻R2、 电阻R4、电阻R7和极性电容C2;所述气体传感器MQ-K4的1-3端连接电源电压VCC，5端与地相 连，同时5端通过电阻R2与4端相连，6端直接与4端连接，4端依次经过电阻R4、电阻R7W及极 性电容C2与地相连，气体传感器输出信号V2由电阻R4和电阻R7的连接点引出。
[0009] 作为优选，所述电平比较及反相电路包括集成忍片υ?Β、Ξ极管Q1、电阻R1和电阻 R5;参考电压信号VI连接集成忍片U1B的负输入端，天然气气体传感器输出信号V2连接集成 忍片U1B的正输入端，集成忍片U1B的输出端通过电阻R5连接Ξ极管Q1的基极，Ξ极管Q1的 发射极接地，Ξ极管Q1的集电极通过电阻R1与电源电压VCC连接，Ξ极管Q1的集电极引出控 制?目号V4。
[0010] 作为优选，所述Ξ极管Q1为9014;所述U1A、U1B采用LM324忍片。
[0011] 本实用新型的有益效果是：
[0012] 本实用新型通过对天然气气体传感器信号的采样、参考电压的设置、电平反相处 理和振荡处理，将气体传感器输出的小信号变换为频率信号，增强了信号的驱动能力，也有 效的提高了天然气气体传感器输出信号的应用方式，且该电路简单、所用分离元器件少、成 本低、稳定可靠，便于市场推广利用。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的整体电路图。
[0014] 图2为本实用新型的参考电压产生及天然气气体传感器信号输出电路图。
[0015] 图3为本实用新型的电平比较及反相电路图。
[0016] 图4为本实用新型的自振荡电路图。
[0017] 图5为本实用新型的一个具体实施电路图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0019] 如图1所示，一种用于天然气气体传感器的信号处理电路，包括参考电压产生电 路、天然气气体传感器信号输出电路、电平比较及反相电路和振荡电路，所述参考电压产生 电路输出的参考信号VI和所述天然气气体传感器信号输出电路的输出信号V2,送入到所述 电平比较及反相电路中得到控制信号V4来控制振荡电路的振荡，最后输出一个频率信号V5 用于驱动声音W及报警灯电路。
[0020] 具体的，如图2-4所示，参考电压产生电路包括电位器RV1和电阻R11;电源电压VCC 依次经过电位器RV1和电阻R11连接地，经电位器RV1和电阻R11的分压作用后在电位器RV1 和电阻R11的连接点输出参考电压信号VI。
[0021 ]天然气气体传感器信号输出电路包括气体传感器MQ-K4、电阻R2、电阻R4、电阻R7 和极性电容C2;所述气体传感器MQ-K4的1-3端连接电源电压VCC，5端与地相连，同时5端通 过电阻R2与4端相连，6端直接与4端连接，4端依次经过电阻R4、电阻R7W及极性电容C2与地 相连，气体传感器输出信号V2由电阻R4和电阻R7的连接点引出。
[0022] 电平比较及反相电路包括集成忍片υ?Β、Ξ极管Q1、电阻R1和电阻R5;参考电压信 号VI连接集成忍片U1B的负输入端，天然气气体传感器输出信号V2连接集成忍片U1B的正输 入端，集成忍片U1B的输出端通过电阻R5连接Ξ极管Q1的基极，Ξ极管Q1的发射极接地，Ξ 极管Q1的集电极通过电阻R1与电源电压VCC连接，Ξ极管Q1的集电极引出控制信号V4。
[0023] 振荡电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电容C1和集成忍片U1A，电阻R6与 电阻R9、电阻RIO的阻值相等；电源电压VCC通过电阻R9与集成忍片UlA的正输入端相连，控 制信号V4通过电阻R10也与集成忍片U1A的正输入端相连，同时集成忍片U1A的正输入端还 通过电阻R6连接集成忍片U1A的输出端，集成忍片U1A的输出端通过电阻R3连接集成忍片 U1A的负输入端，集成忍片U1A的负输入端则通过电容C1连接地，驱动信号V5由集成忍片U1A 输出端输出。其中，电阻R6、电阻R9和电阻R10组成的电路决定了电路中两个不同的比较电 压，根据上面的描述及电路基础知识可W计算出U1A的两个不同参考电平分别为：
电阻R3、电容C1、电阻R6、电阻R9 W及电阻R10共同决定了电路的振 荡频率，依据Ξ要素法求得电路的振荡频率周期为
V4点的电位 为控制电位，当V4为高电平(VCC)时，振荡器无法起振;V4为低电平时(0V)，振荡器才可W振 荡输出。
[0024] 图5是本实用新型的一个具体实施电路，图中具体给出了每个元器件的值，但所有 元器件并不局限于此值。参考电压产生电路包括阻值为10K的电位器RV1和阻值为化的电阻 R11。天然气气体传感器信号输出电路包括MQ-K4天然气气体传感器、阻值为10K的电阻R2、 阻值为10R的电阻R7、阻值为100K的电阻R4和电容值为化7/100V的极性电容C2。电平比较及 反相电路包括LM324低功耗运放忍片υ?Β、9014Ξ极管Q1、阻值为5化的电阻R1和阻值为100K 的电阻R5。振荡电路包括阻值为100Κ的电阻R6、电阻R9和电阻R10，阻值为3Μ的电阻R13，电 容值为l(K)nF的电容C1和LM324低功耗运放忍片U1A。电源电压VCC为5V。该应用电路还在U1A 的输出端和天然气气体传感器信号输出电路之间串联了阻值为560R的电阻R8和发光二极 管D1。
[0025] 当设备检测到天然气时，天然气气体传感器输出信号V2的电平将高于参考电压信 号VI的电平，此时U1B将输出一个高电平信号V3，V3经Ξ极管Q1的反相后，输出一个0V的低 电平信号V4使得振荡电路开始振荡，并在振荡电路的输出端输出频率信号V5来驱动声音报 警的装置，同时发光二极管D1开始一闪一闪的发出报警信号。同理，当未检测到天然气时， 天然气气体传感器输出信号V2的电平将低于参考电压信号VI的电平，经过电压比较及反相 电路后输出一个5V的高电平信号，使得振荡电路无法起振，发光二极管D1也不亮。
[0026] 根据图5所示元器件的值及上面的描述，可得电路振荡的周期为即反 馈电阻R3的阻值和充电电容C1的电容值决定着振荡周期T。
[0027] 最后说明的是，W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域 普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用 新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种用于天然气气体传感器的信号处理电路，其特征在于：该信号处理电路包括天 然气气体传感器信号输出电路、参考电压产生电路、电平比较及反相电路和振荡电路，所述 参考电压产生电路输出的参考电压VI和所述天然气气体传感器信号输出电路的输出信号 V2同时送给所述电平比较及反相电路，经所述电平比较及反相电路得到控制信号V4,最后 将所述控制信号V4送给所述振荡电路，经所述振荡电路处理后输出驱动声音及报警灯的频 率信号V5。2. 根据权利要求1所述的用于天然气气体传感器的信号处理电路，其特征在于:所述振 荡电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电容C1和集成芯片U1A，电阻R6与电阻R9、电 阻R10的阻值相等； 电源电压VCC通过电阻R9与集成芯片U1A的正输入端相连，控制信号V4通过电阻R10也 与集成芯片U1A的正输入端相连，同时集成芯片U1A的正输入端还通过电阻R6连接集成芯片 U1A的输出端，集成芯片U1A的输出端通过电阻R3连接集成芯片U1A的负输入端，集成芯片 U1A的负输入端则通过电容C1连接地，驱动信号V5由集成芯片U1A输出端输出。3. 根据权利要求1所述的用于天然气气体传感器的信号处理电路，其特征在于:所述参 考电压产生电路包括电位器RV1和电阻R11;电源电压VCC依次经过电位器RV1和电阻R11连 接地，经电位器RV1和电阻R11的分压作用后在电位器RV1和电阻R11相连的一端输出参考电 压信号VI。4. 根据权利要求1所述的用于天然气气体传感器的信号处理电路，其特征在于:所述天 然气气体传感器信号输出电路包括气体传感器MQ-K4、电阻R2、电阻R4、电阻R7和极性电容 C2； 所述气体传感器MQ-K4的1-3端连接电源电压VCC，5端与地相连，同时5端通过电阻R2与 4端相连，6端直接与4端连接，4端依次经过电阻R4、电阻R7以及极性电容C2与地相连，气体 传感器输出信号V2由电阻R4和电阻R7的连接点引出。5. 根据权利要求1所述的用于天然气气体传感器的信号处理电路，其特征在于:所述电 平比较及反相电路包括集成芯片U1B、三极管Q1、电阻R1和电阻R5;参考电压信号VI连接集 成芯片U1B的负输入端，天然气气体传感器输出信号V2连接集成芯片U1B的正输入端，集成 芯片U1B的输出端通过电阻R5连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集 电极通过电阻R1与电源电压VCC连接，三极管Q1的集电极引出控制信号V4。
【文档编号】G05B19/042GK205450642SQ201520990718
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月3日
【发明人】李敬波, 任春红, 栗建彬, 高伟峰, 沈强, 王婷, 郭照锋
【申请人】河南汉威智慧安全科技有限公司