专利名称：甲烷、温度组合传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，具体是一种甲烷、温度组合传感器。
背景技术：
在采矿等行业中，矿井中设有各种传感器，用以检测各种气体浓度，保证安全。目前，在线式检测传感器都是单一功能的，一个传感器只能检测一种气体，如中国专利ZL91111984.1公开了一种“用于监测甲烷浓度的装置”，该装置包括甲烷浓度检测桥，单片微机系统以及甲烷浓度超限声、光报警电路，甲烷浓度数字显示电路，甲烷浓度信号输出电路和断电控制输出电路。该装置能对甲烷浓度进行连续的检测，而一般矿中还需要对环境温度以及其它气体浓度进行监测，所以就需要另外设置其他传感器，不但增加了功耗，增加了成本，还不便于现场施工。此外，目前的甲烷检测元件在上电的时候，电流会对检测元件的探头造成冲击，冲击电流会使检测元件探头的使用寿命缩短，还造成传感器稳定性差，使传感器的工作点漂移，严重时还会使检测元件的探头损坏。在检测的过程中，现场的工作人员不能及时了解现场传感器与监控站之间的通讯状态。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能同时在线监测甲烷和温度的组合传感器。
本实用新型的进一步目的是提供一种应用于甲烷、温度组合传感器的、能使甲烷检测元件上的电压缓慢上升的上电缓冲电路。
本实用新型的更进一步目的是提供一种应用于甲烷、温度组合传感器的、能在现场显示传感器和监控站之间通讯状态的通讯状态监测电路。
本实用新型的技术方案是一种甲烷、温度组合传感器，具有单片机，甲烷检测电路，放大电路，，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路以及电源电路；所述的甲烷检测电路与放大电路连接，所述的放大电路，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路都与单片机相对应的端口连接；其特征在于还具有温度检测电路，温度信号显示电路，温度信号输出电路，键盘和遥控接收电路；所述的温度检测电路，温度信号显示电路，温度信号输出电路，键盘和遥控接收电路都与单片机相对应的端口连接。
所述的甲烷检测电路还连接有检测元件上电缓冲电路。
所述的检测元件上电缓冲电路由运算放大器N3D，三极管Q6、Q7、电解电容C6～C8、电容C5以及电阻R17、R18、R19、R24、R36连接构成；电阻R17、R19串联后一端接地，另一端与电源电路连接，电阻R17、R19的连接处与运算放大器N3D的正向输入端连接，N3D的反相输入端通过电阻R18接地，运算放大器N3D的输出端与三极管Q7的基极连接有电阻R24，三极管Q7的发射极与单片机的一信号端连接，三极管Q7的集电极与三极管Q6的基极之间连接有电阻R36，三极管Q6的发射极与电源电路连接，三极管Q6的集电极作为输出端与检测元件探头连接，三极管Q6的发射极与基极之间还连接有电解电容C7；电解电容C8、C6的正极都与上电缓冲电路的输出端连接，C8的负极与运算放大器N3D的反相输入端连接，C6的负极接地，电容C5并联在C6两端；检测元件在上电的时候，电容C8、C6经过反复充放电，使输出端的电压缓慢上升，最后达到稳定状态。
所述的甲烷信号输出电路和温度信号输出电路还分别连接有通讯状态监测电路；所述的通讯状态监测电路实时监测通讯线路的通信状态，并通过其发光二极管在现场将通讯状态进行显示。
所述的通讯状态监测电路包括有光耦继电器和发光二极管；光耦继电器的两控制端分别与上述信号输出电路的输出端和负载线路连接，光耦继电器的一输出端与地连接，另一输出端分别与电源电路的VB端和单片机的一信号输出端连接，发光二极管与单片机的一信号输出端连接，由单片机控制发光二极管导通。
所述的光耦继电器型号为TLP521。
所述的温度检测电路具有型号为DS18B20的温度敏感元件。
所述的单片机型号为PIC16F877。
所述的遥控接收电路具有型号为TL1838A2的遥控接收器。
本实用新型上述技术方案相比现有技术具有以下优点(1)相对于分立的温度传感器和甲烷传感器，该组合传感器结构简单，能同时监测环境的温度和甲烷的浓度，仅通过一根多芯电缆进行电源的输送和信号的传输，降低了成本，减少了功耗，具有较高的性价比，现场施工简便。(2)甲烷检测元件上连接上电缓冲电路后，能使甲烷检测元件上的电压缓慢上升，有效保护甲烷检测元件探头，延长检测元件的使用寿命，提高了传感器的稳定性。(3)设置了通讯状态监测电路后，可以使现场的工作人员能及时了解传感器与监控站之间的通讯状态。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型原理框图；图2为实施例中电源电路的原理图；图3为实施例中检测元件上电缓冲电路的原理图；图4为实施例中甲烷、温度检测电路及其放大电路的原理图；图5为实施例中单片机、及其键盘、遥控接收电路和显示电路的原理图；图6为实施例中声光报警电路和断电信号输出电路的原理图；图7为实施例中甲烷和温度信号输出电路原理图。
具体实施方式
见图1，本实施例的甲烷、温度组合传感器，具有单片机，甲烷检测电路，放大电路，甲烷信号显示电路，甲烷信号输出电路，温度检测电路，温度信号显示电路，温度信号输出电路，键盘，遥控接收电路，声光报警电路，断电信号输出电路以及电源电路。甲烷检测电路与放大电路连接，放大电路的输出端和温度检测电路的输出端与单片机对应的信号输入端连接。甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、温度信号显示电路、温度信号输出电路、键盘、遥控接收电路、声光报警电路以及断电信号输出电路都与单片机相对应的端口连接。电源电路为各电路提供工作电源。
见图2，电源电路由型号为LM2675-ADJ的集成电路N1、型号为LM358的运算放大器N6A以及外围的电容C2～C4、C0、C12、C19、C20、电阻R1、R25、R55、R56、可变电阻W1、电感L1、二极管D1、D2、Q9连接构成。电源电路为各电路提供所需的电源。
见图3及图4，甲烷检测电路包括有型号为MC112的催化气敏元件及外围的电阻R14、R16、W2、电容C1，以及检测元件上电缓冲电路。电阻R14、R16、W2与催化气敏元件组成桥式电路。见图3，检测元件上电缓冲电路由运算放大器N3D，三极管Q6、Q7、电解电容C6～C8、电容C5以及电阻R17、R18、R19、R24、R36连接构成；电阻R17、R19串联后一端接地，另一端与电源电路的VB端连接，电阻R17、R19的连接处与运算放大器N3D的正向输入端连接，N3D的反相输入端通过电阻R18接地，运算放大器N3D的输出端与三极管Q7的基极连接有电阻R24，三极管Q7的发射极与单片机的P24端连接，三极管Q7的集电极与三极管Q6的基极之间连接有电阻R36，三极管Q6的发射极与电源电路的VB端连接，三极管Q6的集电极作为输出端与检测元件的气敏元件连接，三极管Q6的发射极与基极之间还连接有电解电容C7；电解电容C8、C6的正极都与上电缓冲电路的输出端连接，C8的负极与运算放大器N3D的反相输入端连接，C6的负极接地，电容C5并联在C6两端；检测元件在上电的时候，电解电容C6、C8经过反复充放电，使输出端的电压缓慢上升，最后达到稳定状态。
见图4，甲烷检测电路的信号输出端与放大电路连接，放大电路由运算放大器N3A、N3B、N3C以及外围电阻R9～R13、R15、R23、R42～R44、可变电阻W3、电容C13～C16连接构成。放大电路将甲烷检测电路输出的信号放大，然后输出到单片机的I/O口进行数据采集。温度检测电路由型号为18B20的温度检测元件以及外围电阻R41连接构成。温度检测元件的输出端输出信号，由单片机的RE2端进行数据采集。
见图5，甲烷显示电路和温度显示电路由数码管Z1～Z8以及外围电阻R28～R35、R53、R54、R57、R62、R64、R66、三极管Q10～Q12、Q14～Q16连接构成。显示电路采用动态扫描显示，由单片机的8个I/O口并行输出数据控制数码管八位段码，另外6个I/O口RC6、RB3、RC7及RA1、RE1、RA4分别控制数码管的位显示。单片机N4型号为PIC-16F877。键盘由开关按键S0～S4、电阻R48～R51、电解电容C18连接构成，与单片机的控制信号端连接。使用键盘可进行复位，以及对零点、放大倍数、非线性补偿系数等系统参数进行设置。遥控接收电路由型号为TL1838A2的遥控接收器N5及外围电阻R52、电解电容C17连接构成。遥控接收器与遥控器配合使用，可对系统参数进行设置。
见图6，声光报警电路由四个发光二极管LED1～LED4、二极管D3、电阻R58～R61、三极管Q13、运算放大器N6B以及蜂鸣器连接构成。四个发光二极管LED1～LED4与蜂鸣器为并联连接。单片机的I/O口P34端输出高电平，通过电阻R60和三极管Q13控制报警电路的开、关。当检测到的数值超过规定值时，单片机的I/O口P34端输出高电平，Q13导通，发光二极管亮，蜂鸣器鸣叫。断电信号输出电路由三极管Q17～Q19、电阻R47、R63、R65、R67、R68连接构成。在传感器检测到的值超出安全范围时，单片机的I/O口P35端输出高电平，通过电阻R63和三极管Q17控制断电信号输出电路的Pout端输出断电信号到监控站，监控站可根据具体情况进行断电。
见图7，甲烷信号输出电路由三极管Q1～Q3以及电阻R2～R5、R40连接构成。甲烷信号输出电路由单片机的RC1脚控制，单片机将检测到的甲烷浓度值(0～4％)换算成200～1000Hz的频率信号，由RC1脚输出，当RC1脚输出高电平时，Q3导通，使甲烷信号输出电路输出5mA的电流信号。
甲烷信号输出电路的输出端与对应的甲烷通讯状态检测电路连接，甲烷通讯状态检测电路由型号为TLP521的光耦继电器N2B、发光二极管LED5、电阻R22、R26、R37、R46连接构成。光耦继电器N2B的两控制端分别与甲烷信号输出电路的输出端和通讯线路连接，光耦继电器N2B的两输出端一端接地，另一端通过电阻R26与电源电路VB端连接、还通过电阻R37与单片机的RC0脚连接。光耦继电器N2B的控制端4脚还通过电阻R22与单片机的RE0脚连接。发光二极管LED5与电阻R46串联后一端接地，另一端与单片机的RB4端连接，在单片机的输出信号控制下，发光二极管LED5按一定频率进行发光。甲烷信号输出电路输出的信号经甲烷通讯状态检测电路后输出到监控站，其中，发光二极管LED5在单片机的控制下对通讯的状态进行显示，使现场的工作人员能了解传感器与监控站的通讯状态。
温度信号输出电路由三极管Q4、Q5、Q8、电阻R6～R8、R20、R39连接构成。温度通讯状态检测电路由型号为TLP-521的光耦继电器N2A、发光二极管LED6、电阻R21、R27、R38、R45连接构成。温度信号输出由单片机的RC2脚控制，单片机将检测到的温度值(-20C～60C)换算为200～1000Hz的频率信号，由RC2脚输出，当RC2脚输出高电平时，Q8导通，使温度信号输出电路输出5mA的电流信号，该信号经温度通讯状态检测电路后输出到监控站。
在检测的时候，该甲烷、温度组合传感器可同时对环境温度和气体中的甲烷浓度进行检测，并将检测到的信号通过各自对应的显示电路进行显示，并可将信号通过各自的信号输出电路输出到监控站，当检测到的甲烷浓度或温度超出规定范围时，声光报警系统发出报警信号，断电信号输出电路向监控站输出断电信号，请求断电保护。由于甲烷检测元件还连接有上电缓冲电路，可以有效保护甲烷检测元件探头，延长检测元件的使用寿命。两个信号输出电路上都连接有通讯状态监测电路，可监测传感器与监控站的通讯状态，并通过现场的指示灯进行显示，使现场的工作人员也能及时了解传感器与监控站之间的通讯状态。
权利要求1.一种甲烷、温度组合传感器，具有单片机，甲烷检测电路，放大电路，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路以及电源电路；所述的甲烷检测电路与放大电路连接，所述的放大电路，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路都与单片机相对应的端口连接；其特征在于还具有温度检测电路，温度信号显示电路，温度信号输出电路，键盘和遥控接收电路；所述的温度检测电路，温度信号显示电路，温度信号输出电路，键盘和遥控接收电路都与单片机相对应的端口连接。
2.根据权利要求1所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的甲烷检测电路还连接有检测元件上电缓冲电路。
3.根据权利要求2所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的检测元件上电缓冲电路由运算放大器N3D，三极管Q6、Q7、电解电容C6～C8、电容C5以及电阻R17、R18、R19、R24、R36连接构成；电阻R17、R19串联后一端接地，另一端与电源电路连接，电阻R17、R19的连接处与运算放大器N3D的正向输入端连接，N3D的反相输入端通过电阻R18接地，运算放大器N3D的输出端与三极管Q7的基极连接有电阻R24，三极管Q7的发射极与单片机的一信号端连接，三极管Q7的集电极与三极管Q6的基极之间连接有电阻R36，三极管Q6的发射极与电源电路连接，三极管Q6的集电极作为输出端与检测元件探头连接，三极管Q6的发射极与基极之间还连接有电解电容C7；电解电容C8、C6的正极都与上电缓冲电路的输出端连接，C8的负极与运算放大器N3D的反相输入端连接，C6的负极接地，电容C5并联在C6两端；检测元件在上电的时候，电容C8、C6经过反复充放电，使输出端的电压缓慢上升，最后达到稳定状态。
4.根据权利要求1所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的甲烷信号输出电路和温度信号输出电路还分别连接有通讯状态监测电路；所述的通讯状态监测电路实时监测通讯线路的通信状态，并通过其发光二极管在现场将通讯状态进行显示。
5.根据权利要求4所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的通讯状态监测电路包括有光耦继电器和发光二极管；光耦继电器的两控制端分别与上述信号输出电路的输出端和负载线路连接，光耦继电器的一输出端与地连接，另一输出端分别与电源电路的VB端和单片机的一信号输出端连接，发光二极管与单片机的一信号输出端连接，由单片机控制发光二极管导通。
6.根据权利要求5所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的光耦继电器型号为TLP521。
7.根据权利要求1所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的温度检测电路具有型号为DS18B20的温度敏感元件。
8.根据权利要求1所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的单片机型号为PIC16F877。
9.根据权利要求1所述的甲烷、温度组合传感器，其特征在于所述的遥控接收电路具有型号为TL1838A2的遥控接收器。
专利摘要本实用新型公开了一种甲烷、温度组合传感器，包括有单片机，甲烷检测电路，放大电路，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路、电源电路，还包括有温度检测电路、温度信号显示电路、温度信号输出电路、键盘和遥控接收电路，所述的甲烷检测电路与放大电路连接，所述的放大电路，甲烷信号显示电路、甲烷信号输出电路、声光报警电路、断电信号输出电路，温度检测电路、温度信号显示电路、温度信号输出电路、键盘和遥控接收电路都与单片机相对应的端口连接。该组合传感器结构简单，同时监测温度和甲烷的浓度，通过一根多芯电缆进行电源的输送和信号的传输，降低了成本，减少了功耗，具有较高的性价比，现场施工简便。
文档编号G08B19/00GK2884198SQ20062002273
公开日2007年3月28日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者傅裕刚, 李名星 申请人:傅裕刚