一种甲烷浓度检测报警仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种甲烷浓度检测报警仪，包括外壳、布设在外壳内的电子线路板以及安装在外壳上的显示器、输入键盘和对所监测区域的甲烷浓度进行实时检测的气敏传感器，电子线路板上设置有与气敏传感器相接的A/D转换电路、与A/D转换电路相接的微控制器以及分别与微控制器相接的串行通信电路和报警电路；输入键盘和显示器均与微控制器相接；微控制器为STC89C52单片机，A/D转换电路为芯片ADC0809，报警电路包括扬声器Z1和发光二极管LED2。本实用新型电路简单、设计合理、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本大、占用空间较大、不便于携带等缺陷和不足。
【专利说明】一种甲烷浓度检测报警仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于甲烷浓度检测【技术领域】，尤其是涉及一种甲烷浓度检测报警仪。【背景技术】
[0002]随着采矿技术的不断发展，煤矿井下作业的安全性越来越有保障，但仍有许多采矿企业的机械化程度较低，因而对现场采矿工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在许多隐患，每年由于瓦斯泄漏造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存于煤层之中的气体，它是煤矿井下危害最大的气体。由于瓦斯气体(主要成分是甲烷)本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对甲烷气体的检测和报警是一项必要的工作。甲烷气体报警是指利用甲烷传感器技术，将检测到的甲烷气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。
[0003]众所周知，引起瓦斯爆炸的三要素是足够量的瓦斯(主要成分是甲烷)、足够量的空气和引爆火源。三要素中足够量的瓦斯应该是最重要的因素。井下作业场所瓦斯达不到爆炸浓度，再有足够的空气和引爆火源也不会引起爆炸。所以，为了防止煤矿井下作业场所的瓦斯爆炸，首先应该监控作业场所瓦斯的浓度。在多次煤矿重特大瓦斯事故中可体会到，造成煤矿井下作业场所瓦斯积聚和超限的原因和条件是非常复杂的，不仅要通过通风管理进行预防，更重要的是要对瓦斯(主要成分是甲烷)浓度进行检测报警。现如今，为了预防瓦斯爆炸事故，各煤矿企业采取了种种措施，如煤矿安全监控系统，其原理是在井下各个工作面设置瓦斯传感器，并通过电缆传输到地面，再通过地面中心站计算机进行数据采集处理，显示到各个终端显示器上，生产调度人员根据这些实时数据监控瓦斯浓度变化情况。目前，中国将瓦斯监测系统发展到了集计算机、通讯与传感技术于一身的多参数多功能的监控系统，这类系统具有瓦斯浓度检测和浓度超标报警功能，从技术手段上很好地避免了瓦斯超限作业，消除了由此产生的隐患。但实际使用时，上述瓦斯监测系统存在投入成本大、占用空间较大、不便于携带等缺陷和不足。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种甲烷浓度检测报警仪，其电路简单、设计合理、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本大、占用空间较大、不便于携带等缺陷和不足。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的显示器、输入键盘和对所监测区域的甲烷浓度进行实时检测的气敏传感器，所述电子线路板上设置有与气敏传感器相接的A/D转换电路、与A/D转换电路相接的微控制器以及分别与微控制器相接的串行通信电路和报警电路，所述显示器和报警电路均由微控制器进行控制；所述输入键盘和显示器均与微控制器相接；所述微控制器为STC89C52单片机，所述A/D转换电路为芯片ADC0809，所述气敏传感器与芯片ADC0809的INO引脚相接，芯片ADC0809的OUTO、OUTU 0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 和 0UT7 引脚分别与 STC89C52 单片机的 Pl.0、Pl.1、Pl.2,Pl.3,Pl.4,Pl.5,Pl.6 和 Pl.7 引脚相接，芯片 ADC0809 的 START、EOC、OUTEN 和 CLOCK
引脚分别与 STC89C52 单片机的 P3.0/RXD、P3.1/TXD P3 2/?^-- 和P3.3/?^Ι 引脚相接；所述报警电路包括扬声器Zl和发光二极管LED2，STC89C52单片机的Ρ3.4/Τ0接线端经电阻Rl后与三极管Ql的基极相接，扬声器Zl的正电源端接VCC电源端且其负电源端与三极管Ql的集电极相接，三极管Ql的发射极经发光二极管LED2和电阻R3后接地。
[0006]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述气敏传感器为MQ-3气体传感器。
[0007]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述串行通信电路包括芯片ΜΑΧ232，芯片ΜΑΧ232的RlOUT和TlIN引脚分别与STC89C52单片机的Ρ3.0/RXD和Ρ3.1/TXD引脚相接。
[0008]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述输入键盘为4X4键盘；所述4X4键盘的 8 个接线端分别与 STC89C52 单片机的 Ρ2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10、P2.3/A1UP2.4/Α12、Ρ2.5/Α13、Ρ2.6/Α14 和 Ρ2.7/Α15 引脚相接。
[0009]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:STC89C52单片机的XTALl和XTAL2引脚分别与晶振XTAL的两个接线端相接，且晶振XTAL的两个接线端分别经电容Cl和C2后接地；STC89C52单片机的RST引脚分三路，一路经电阻R2后接地，另一路经电容C3后接VCC电源端，第三路经电阻R4和按钮开关S后接VCC电源端。 [0010]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述串行通信电路还包括D型连接器，D型连接器的第5引脚接地，D型连接器的第3引脚与芯片MAX232的RlIN引脚相接，D型连接器的第2引脚与芯片MAX232的TlOUT引脚相接。
[0011]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述显示器为IXD显示器，所述IXD显示器的Vdd引脚接VCC电源端且其Nss和No引脚均接地，所述IXD显示器的RS引脚
与STC89C52单片机的P3.7/互万引脚相接，所述IXD显示器的R/W引脚和E引脚分别与51^8%52单片机的？3.6/W瓦引脚和P3.5/T1相接；所述1^0)显示器的080、081、082、083、
DB4、DB5、DB6 和 DB7 引脚分别与 STC89C52 单片机的 P0.0/AD0.P0.1/ADUP0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6 和 P0.7/AD7 相接，所述 LCD 显示器的 DBO、DBl、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别经排阻Rp后接VCC电源端。
[0012]上述一种甲烷浓度检测报警仪，其特征是:所述MQ-3气体传感器的一个B引脚为UL端，所述UL端与芯片ADC0809的INO输入端相接；所述MQ-3气体传感器的两个H引脚分别接至直流电源一的两个电源输出端上，所述MQ-3气体传感器的与UL端相配合使用的A输入端接直流电源二的正电源输出端，所述直流电源二的负电源输出端与滑动电阻器RL的滑动端相接，且所述直流电源二的负电源输出端接地；所述滑动电阻器RL的一个接线端与UL端相接。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、电路简单、接线方便且投入成本较低。
[0015]2、体积小，结构轻巧且便于携带。[0016]3、电路设计合理，主要包括微控制器、气敏传感器、A/D转换电路、显示器、输入键盘、报警电路和串行通信电路，以STC89C52单片机为控制核心，能够对气敏传感器采集的数字信号进行处理和判断，检测出气体成分中的甲烷浓度并送到LCD显示器显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。其中，气敏传感器选用MQ-3气体传感器，其输出信号为O~5V的电压值且电压值稳定,外部干扰小；A/D转换电路选用芯片ADC0809,芯片ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A / D转换；所选用的LCD显示器具有体积小、重量轻、低电压、低功耗等特点；所采用的报警电路成本十分低廉，且功能运行十分稳定；串行通信电路选用芯片MAX232，通过串行通信电路能实现本实用新型与上位机之间的双向通讯。
[0017]4、使用操作简便且使用效果好，能对甲烷浓度进行实时检测，并能对检测结果进行同步显示，在检测值超出报警阈值时通过报警电路发出报警信息。
[0018]5、推广应用前景广泛，能有效适用于煤矿井下、石油化工等需进行甲烷浓度检测的领域。
[0019]综上所述，本实用新型电路简单、设计合理、便于携带且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本大、占用空间较大、不便于携带等缺陷和不足。
[0020]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0022]图2为本实用新型的电路原理图。
[0023]附图标记说明:
[0024]I一气敏传感器；2 —A/D转换电路；3—显不器；
[0025]4 一输入键盘； 5—串行通信电路；6—报警电路；
[0026]7—微控制器。
【具体实施方式】
[0027]如图1、图2所示，本实用新型包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的显示器3、输入键盘4和对所监测区域的甲烷浓度进行实时检测的气敏传感器I，所述电子线路板上设置有与气敏传感器I相接的A/D转换电路2、与A/D转换电路2相接的微控制器7以及分别与微控制器7相接的串行通信电路5和报警电路6，所述显示器3和报警电路6均由微控制器7进行控制。所述输入键盘4和显示器3均与微控制器7相接。所述微控制器7为STC89C52单片机，所述A/D转换电路2为芯片ADC0809，所述气敏传感器 I 与芯片 ADC0809 的 INO 引脚相接，芯片 ADC0809 的 0UT0、0UT1、0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 和 0UT7 引脚分别与 STC89C52 单片机的 Pl.0,PL UPl.2,Pl.3,Pl.4,Pl.5,Pl.6和Pl.7引脚相接，芯片ADC0809的START、EOC、OUTEN和CLOCK引脚分别与STC89C52单片机的P3.0/RXD、P3.1/TXD、P3.2./]^和P3.3/?ΝτΤ引脚相接。所述报警电路6包括扬声器Zl和发光二极管LED2，STC89C52单片机的Ρ3.4/Τ0接线端经电阻Rl后与三极管Ql的基极相接，扬声器Zl的正电源端接VCC电源端且其负电源端与三极管Ql的集电极相接，三极管Ql的发射极经发光二极管LED2和电阻R3后接地。
[0028]本实施例中，芯片ADC0809的Vcc和vref (+)引脚均与VCC电源端相接，芯片ADC0809的A、B、C和vref(-)引脚均接地。
[0029]本实施例中，所述气敏传感器I为MQ-3气体传感器。
[0030]实际使用时，也可以采用其它类型的气体传感器。
[0031]本实施例中，所述MQ-3气体传感器的一个B引脚为UL端，所述UL端与芯片ADC0809的INO输入端相接；所述MQ-3气体传感器的两个H引脚分别接至直流电源一的两个电源输出端上，所述MQ-3气体传感器的与UL端相配合使用的A输入端接直流电源二的正电源输出端，所述直流电源二的负电源输出端与滑动电阻器RL的滑动端相接，且所述直流电源二的负电源输出端接地；所述滑动电阻器RL的一个接线端与UL端相接。
[0032]本实施例中，所述直流电源一和所述直流电源二均为+5V电源。
[0033]本实施例中，所述串行通信电路5包括芯片MAX232，芯片MAX232的RlOUT和TlIN引脚分别与STC89C52单片机的P3.0/RXD和P3.1/TXD引脚相接。
[0034]实际接线时，芯片MAX232的Cl+和Cl-引脚之间接有电容C30，芯片MAX232的C2+和C2-引脚之间接有电容C32，芯片MAX232的V+引脚经电容C31后接VCC电源端，芯片MAX232的V-引脚经电容C33后接地。
[0035]同时，所述串行通信电路5还包括D型连接器，D型连接器的第5引脚接地，D型连接器的第3引脚与芯片MAX232的RlIN引脚相接，D型连接器的第2引脚与芯片MAX232的TlOUT引脚相接。所述D型连接器为包含9个引脚的D型连接器，即芯片Jl。芯片MAX232的VCC引脚接VCC电源端且其GND引脚接地。STC89C52单片机的Vcc引脚接VCC电源端。
[0036]本实施例中，所述输入键盘4为4X4键盘。
[0037]实际接线时，所述4X4键盘的8个接线端分别与STC89C52单片机的P2.0/A8、P2.1/Α9、Ρ2.2/Α10、Ρ2.3/Α11、Ρ2.4/Α12、Ρ2.5/Α13、Ρ2.6/Α14 和 Ρ2.7/Α15 引脚相接。
[0038]本实施例中，所述4X4键盘的Κ2按键用于输入报警阈值且其Κ4按键为开启检测控制按键。
[0039]本实施例中，所述显示器3为IXD显示器，所述IXD显示器的Vdd引脚接VCC电源端且其Vss和Vo引脚均接地，所述IXD显示器的RS引脚与STC89C52单片机的Ρ3.7/@
弓丨脚相接，所述IXD显示器的R/W引脚和E引脚分别与STC89C52单片机的Ρ3.6/W瓦引脚和Ρ3.5/Τ1相接。所述LCD显示器的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别与STC89C52 单片机的 P0.0/AD0.P0.1/ADUP0.2/AD2.P0.3/AD3.P0.4/AD4.P0.5/AD5.P0.6/AD6 和 P0.7/AD7 相接，所述 LCD 显示器的 DBO、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6 和 DB7 引脚分别经排阻Rp后接VCC电源端。
[0040]本实施例中，所述VCC电源端为+5V电源端。STC89C52单片机的XTALl和XTAL2引脚分别与晶振XTAL的两个接线端相接，且晶振XTAL的两个接线端分别经电容Cl和C2后接地。STC89C52单片机的RST引脚分三路，一路经电阻R2后接地，另一路经电容C3后接VCC电源端，第三路经电阻R4和按钮开关S后接VCC电源端。
[0041]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的显示器(3)、输入键盘(4)和对所监测区域的甲烷浓度进行实时检测的气敏传感器(1)，所述电子线路板上设置有与气敏传感器(1)相接的A/D转换电路(2)、与A/D转换电路⑵相接的微控制器(7)以及分别与微控制器(7)相接的串行通信电路(5)和报警电路(6)，所述显示器(3)和报警电路(6)均由微控制器(7)进行控制；所述输入键盘(4)和显示器(3)均与微控制器(7)相接；所述微控制器(7)为STC89C52单片机，所述A/D转换电路(2)为芯片ADC0809，所述气敏传感器(1)与芯片ADC0809的INO 引脚相接，芯片 ADC0809 的 OUTO, OUTU 0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6 和 0UT7 引脚分别与 STC89C52 单片机的 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3、Pl.4、Pl.5、Pl.6 和 Pl.7 引脚相接，芯片ADC0809 的 START、EOC、OUTEN 和 CLOCK 引脚分别与 STC89C52 单片机的 P3.0/RXD、P3.1/TXD、P3.2/ __和P3.3/--^?引脚相接；所述报警电路(6)包括扬声器Zl和发光二极管LED2，STC89C52单片机的P3.4/T0接线端经电阻Rl后与三极管Ql的基极相接，扬声器Zl的正电源端接VCC电源端且其负电源端与三极管Ql的集电极相接，三极管Ql的发射极经发光二极管LED2和电阻R3后接地。
2.按照权利要求1所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述气敏传感器(I)为MQ-3气体传感器。
3.按照权利要求1或2所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述串行通信电路(5)包括芯片MAX232，芯片MAX232的RlOUT和TlIN引脚分别与STC89C52单片机的P3.0/RXD 和 P3.1/TXD 引脚相接。
4.按照权利要求1或2所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述输入键盘(4)为4X4键盘；所述4X4键盘的8个接线端分别与STC89C52单片机的P2.0/A8、P2.1/Α9、Ρ2.2/Α10、Ρ2.3/Α11、Ρ2.4/Α12、Ρ2.5/Α13、Ρ2.6/Α14 和 Ρ2.7/Α15 引脚相接。
5.按照权利要求1或2所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:STC89C52单片机的XTALl和XTAL2引脚分别与晶振XTAL的两个接线端相接，且晶振XTAL的两个接线端分别经电容Cl和C2后接地；STC89C52单片机的RST引脚分三路，一路经电阻R2后接地，另一路经电容C3后接VCC电源端，第三路经电阻R4和按钮开关S后接VCC电源端。
6.按照权利要求3所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述串行通信电路(5)还包括D型连接器，D型连接器的第5引脚接地，D型连接器的第3引脚与芯片MAX232的RlIN引脚相接，D型连接器的第2引脚与芯片MAX232的TlOUT引脚相接。
7.按照权利要求1或2所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述显示器(3)为IXD显示器，所述IXD显示器的Vdd引脚接VCC电源端且其Nss和No引脚均接地，所述IXD显示器的RS引脚与STC89C52单片机的P3.7/互?引脚相接，所述IXD显示器的R/W引脚和E引脚分别与STC89C52单片机的Ρ3.6/?引脚和Ρ3.5/Τ1相接；所述IXD显示器的DBO、DBU DB2、DB3、DB4、DB5、DB6 和 DB7 引脚分别与 STC89C52 单片机的 P0.0/AD0、P0.1/ADl、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6 和 P0.7/AD7 相接，所述 LCD 显示器的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别经排阻Rp后接VCC电源端。
8.按照权利要求2所述的一种甲烷浓度检测报警仪，其特征在于:所述MQ-3气体传感器的一个B引脚为UL端，所述UL端与芯片ADC0809的INO输入端相接；所述MQ-3气体传感器的两个H引脚分别接至直流电源一的两个电源输出端上，所述MQ-3气体传感器的与UL端相配合使用的A输入端接直流电源二的正电源输出端，所述直流电源二的负电源输出端与滑动电阻器RL的滑动 端相接，且所述直流电源二的负电源输出端接地；所述滑动电阻器RL的一个接线端与UL端相接。
【文档编号】E21F17/18GK203730074SQ201420091182
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】王媛彬 申请人:西安科技大学