一种远程测量可燃气体浓度的系统的制作方法

本实用新型涉及自动化控制技术领域，更具体地，涉及远程测量可燃气体浓度的系统。

背景技术：

现有技术中，远程测量可燃气体浓度的系统中一般采用STM32或AT89C51微处理器来对气体传感器采集到的可燃气体浓度进行处理，远程技术一般采用GTM900-B、SIM900A、ZigBee等无线网络模块来进行通信。

但是STM32或AT89C51微处理器的程序编写十分复杂，并且需要设计专门的显示电路；当采用无线通信的传输方式时，例如，SIM900A无线网络模块的抗干扰能量较差，非常容易受到天线干扰，ZigBee无线网络模块的成本较高同时穿透性不好，障碍物厚度会严重影响通信距离，而GTM900-B无线网络模块则存在体积较大且远距离通信易掉线的问题，上述无线网络模块均存在稳定性和抗干扰能力较差的情况，无法适用于远程信号传输。

因此，开发一种程序编写方便、信息传输温度的测量可燃气体浓度的系统就显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的远程测量可燃气体浓度的系统。

根据本实用新型的一个方面，提供一种远程测量可燃气体浓度的系统，包括：

气体传感器；

Arduino Uno微处理器，与所述气体传感器连接；

显示装置，与所述Arduino Uno微处理器通过W5100有线网络模块连接。

所述气体传感器包括信号线，所述Arduino Uno微处理器的输入端包括I/O端口；

其中，所述信号线与所述I/O端口连接。

优选地，所述气体传感器还与所述Arduino Uno微处理器的电源端连接；

其中，所述气体传感器还包括电源线以及地线，所述Arduino Uno微处理器的电源端包括与所述电源线连接的电压端口和与所述地线连接的GND端口。

优选地，还包括：

继电器，输入端与所述Arduino Uno微处理器的输出端连接，继电器的输出端与电器连接。

优选地，所述Arduino Uno微处理器的输出端包括Digital 3端口，所述Digital 3端口与所述继电器的输入端连接。

优选地，所述W5100有线网络模块通过网线与计算机网卡连接，所述W5100有线网络模块与所述Arduino Uno微处理器通过SPI总线连接。

优选地，所述显示装置包括Labview上位机以及显示器。

优选地，所述气体传感器为MQ-2气体传感器。

优选地，所述Arduino Uno微处理器还包括与外接电源连接的二极管和稳压管。

优选地，所述Arduino Uno微处理器还包括与USB接口连接的USB接头、保险管、排阻、电平、PMOS以及线性稳压器。

本申请提出一种远程测量可燃气体浓度的系统，通过Arduino Uno微处理器接收气体传感器采集的气体浓度信息，Arduino Uno微处理器便捷灵活，具有丰富的接口，编程简单，同时，通过W5100有线网络模块实现了数据的传输，具有抗干扰、稳定性强的优点。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的系统框图；

图2为根据本实用新型另一个实施例的系统框图；

图3为根据本实用新型实施例的前面板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型提供一种远程测量可燃气体浓度的系统，如图1所示，包括：

气体传感器，用于采集并发送可燃气体的浓度值；

Arduino Uno微处理器，与气体传感器连接，Arduino Uno微处理器用于接收(读取)可燃气体的浓度值，并处理成显示装置可识别的字节数据；

显示装置接收该字节数据，实时显示可燃气体的浓度值。

需要说明的是，Arduino Uno微处理器的程序编写非常便捷，远远强于STM32或AT89C51微处理器，作为本领域技术人员所熟知的，Arduino Uno微处理器的程序编写属于公知常识，因此，对于将可燃气体的浓度值转换为字节数据的过程不再赘述。

本实施例中，由Arduino Uno微处理器向显示装置发送数据是通过W5100有线网络模块完成的，W5100有线网络模块是基于WIZnetW5100芯片的以太网模块，模块集成硬件化TCP/IP协议；支持10/100Mbps的传输速率，传输速率明显高于ZigBee无线网络模型；支持4个独立端口同时运行，信号传播的稳定性和抗干扰性强于GTM900-B无线网络模块；同时W5100有线网络模块还支持3.3V或5V电源供电，5V供电时还可以输出3.3V电源。

在一个可选实施例中，气体传感器包括信号线，Arduino Uno微处理器的输入端包括I/O端口；信号线与I/O端口连接。

当气体传感器采集到可燃气体的浓度值时，通过信号线传递至I/O端口。I/O接口是一电子电路(以IC芯片或接口板形式出现)，其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成。它是CPU(即微处理器)和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部设备、存储器的连接需要通过接口设备来实现，该接口设备被称为I/O接口。

在一个可选实施例中，气体传感器还与Arduino Uno微处理器的电源端连接；其中，气体传感器还包括电源线以及地线，Arduino Uno微处理器的电源端包括与电源线连接的电压端口和与地线连接的GND端口。具体地，Arduino Uno微处理器的电压端口为+5V电压端口，能够提供+5V的电压，GND端口为接地，在信息转换的过程中，要求有一个参考的电位，GND端口提供的电位可用于防止外界电磁场信号的侵入。

需要说明的是，本实用新型的远程测量可燃气体浓度的系统适用于保护处于可燃气体氛围中的电器设备，因此，在上述实施例的基础上，本系统还包括：继电器，继电器的输入端与Arduino Uno微处理器的输出端连接，输出端与电器连接。Arduino Uno微处理器控制继电器的闭合和断开，以保护电器不会触发可燃气体燃烧，保证电器的安全性。

继电器(英文名称：relay)是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种装置。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

在上述实施例的基础上，本实施例中当继电器处于通电状态时，电器也处于通电状态，即电器正常运行，当可燃气体浓度超过警戒值时，继电器处于断电状态，同时电器处于断电状态，Arduino Uno微处理器通过自身的输出端输出继电器控制信号控制继电器是否断电。可以理解的是，本实用新型所述的电器是指在可燃气体氛围中的通电使用的设备仪器，例如可以是摄像头、计算机、电话、基站或者输送可燃气体管道中的电动阀门等等。

在上一个实施例的基础上，本实施例中Arduino Uno微处理器的输出端包括Digital 3端口，Digital 3端口与继电器的输入端连接，Digital3端口是Arduino Uno的数字输入/输出端口。

在上述实施例的基础上，W5100有线网络模块通过网线与计算机网卡连接，W5100有线网络模块与Arduino Uno微处理器通过SPI总线连接。具体地，W5100有线网络模块配置一个网络地址：192.168.1.177，通过网线与计算机网卡连接以进行双向传输，将计算机的网卡地址配置成192.168.1.175，W5100有线网络模块与计算机组成一个小的局域网，用于网络数据的发送与接收，由此形成了一个信号传输稳定、快速、安全的远程测量可燃气体浓度的系统。

在上述实施例的基础上，如图2所示，本实用新型远程测量可燃气体浓度的系统的显示装置包括Labview上位机。Labview上位机是一种基于计算机的虚拟仪器，用计算机的显示器代替传统仪器面板的测量仪器，操作人员通过在计算机显示屏上用鼠标和键盘控制虚拟仪器的启动、运行、技术，完成被测信号的数据采集、信号分析、谱图显示、数据存储等功能，通过在Labview上位机上编写VI函数，采用可视化的图形编程语言和平台，在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板，实时显示可燃气体浓度值。

在上述实施例的基础上，Labview上位机还用于预设可燃气体的预警浓度值，当Arduino Uno微处理器传输的可燃气体的浓度值超过了预警浓度值，Labview上位机还用于发出告警信息，同时Labview上位机将控制指令通过有线网络模块发送至Arduino Uno微处理器，Arduino Uno微处理器根据控制指令控制继电器的闭合和断开。

图3示出了Labview上位机的前面板，如图3所示，前面板上具有用于显示煤气浓度的盘型界面和浓度具体值的界面、用于展示煤气浓度是否达到报警值的指示灯以及设置浓度警戒值的界面。相比现有技术的展示界面和展示信息具有更细致、信息更明确的优点。

在一个可选实施例中，气体传感器选用MQ-2气体传感器。MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO₂)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

在一个可选实施例中，Arduino Uno微处理器使用外接电源进行输入，电源的输入的范围为7V到12V，Arduino Uno微处理器中包括二极管和稳压管，二极管的目的在于：即使电源输入的正反极性反转，也不会烧毁线路板上的元器件；稳压管把输入电压稳定在5V，由于稳压管的输入和输出间需要一定的压差，所以输入电压不能低于7V.另外，如果输入电压过高，会使得稳压管输入和输出电压差过大，从而使得稳压管因为温度过高也烧毁。因此，在一个实施例中，Arduino Uno微处理器在使用外接电源输入时，输入电压越靠近7V越好。

在上一个实施例的基础上，本实施例中的Arduino UNO微处理器使用USB口直接供电，此时Arduino UNO微处理器包括：USB接头、保险管、排阻、电平、PMOS以及线性稳压器，其中，USB接头向Arduino UNO微处理器提供5V的电压；保险管，当Arduino UNO微处理器所需要的电流大于500mA的时候，保险管会自动断开，以防止损坏计算机；需要说明的是，本实施例中保险管带有自我恢复功能，当Arduino UNO微处理器所需要的5V电流恢复到允许的范围内后，保险管会自动恢复连接，继续为Arduino UNO微处理器提供5V电压；10K的排阻，用来对外接电源输入进行分压，当外接电源输入电压VIN大于7V时，电平的第3脚由于电压高于电平的第2脚(3.3V)，所以电平的第1脚输出高电平。当电平的第1脚输出高电平时，PMOS处于截至状态，从而切断了USB接口的供电。当外接电源输入电压VIN小于6V时，电平的第3脚由于电压低于电平的第2脚(3.3V)，所以电平的第1脚输出低电平，PMOS处于导通状态，此时，Arduino UNO微处理器由USB口进行供电；线性稳压器负责把5V电源转变成3.3V电源，该器件能给Arduino UNO提供50mA的电流。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。