专利名称：高精度一氧化碳传感器装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能化数字采集装置，具体涉及一种适用于煤矿井下有 瓦斯和煤尘爆炸的危险场所的高精度一氧化碳传感器装置。本实用新型的装置主 要负责一氧化碳气体浓度数据采集和数据输出，属于仪器仪表测量领域。
背景技术：
煤矿井下一直属于高危险工作场所，对矿井内可能的燃爆因素，如一氧化碳、 瓦斯、煤粉尘、湿度等需要随时进行检测，发现浓度超标必须及时处理，以确保 安全。
随着科学技术的发展和进步，煤矿安全监测、监控系统得到了普遍的推广和 应用。目前，我国矿井下用的一氧化碳传感器头主要有半导体和电化学式两种方 式，半导体式主要为氧化锡传感器，工作中必须对氧化锡加热，对环境要求非常 严格，其中对酒精和空气中的湿度会产生误信号，寿命依赖于电热丝和其中传输 信号的铂金丝的寿命，且不耐震动。电化学式牢固可靠，寿命长，不会对酒精和 空气中的湿度变化产生误信号，但是它转换出的电流信号非常微弱，必须通过多 级放大才能送入模数转换电路。微弱信号的放大，传输过程中的抗干扰能力直接 决定了整个传感器装置的性能好坏，这也是一直以来未能解决的问题。并且长期
以来，传感器头和信号放大电路较近，但是和模数转换电路或者是CPU模块电路 总是由于基准电压、外围电路的驱动等原因距离较远，通常在10cm以上。弱信号 远距离传输抗干扰能力差，前级放大级数太多，造成引入的放大噪声增大，也可 能造成本身自激。
实用新型内容
针对现有技术中一氧化碳传感器头容易产生误信号，受环境影响大，转化的 电流信号弱，监测的精度低以及稳定性差的不足，本实用新型提供一种监测精度 高、稳定性好、使用安全的高精度一氧化碳传感器装置。
3本实用新型的技术方案是 一种高精度一氧化碳传感器装置，包括传感器壳 体，在传感器壳体内设置有CPU模块和电源管理模块，CPU模块为控制核心，CPU 模块分别与传感器头信号采集电路、红外遥控电路、数码管显示电路、铁电存储
电路、信号输出电路和电源管理模块电连接；CPU模块单向接收传感器头信号采 集电路和红外遥控电路的输入信号，CPU模块单向输出信号到数码管显示电路、 信号输出电路和报警电路，CPU模块与铁电存储电路和电源管理模块实现双向信 号传递；所述CPU模块由低功耗单片机、复位电路、晶振电路和下载和调试端口 组成。
进一步的技术特征，所述CPU模块的单片机系统是基于MSP430F149单片机 电路构成。
所述红外遥控电路包括红外接收和解码电路。
所述传感器头信号采集电路由电化学式的一氧化碳传感器头和基于 MSP430F2013的AD转换电路组成。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点
1、 采用MSP430F2013微型单片机置于信号放大电路部分，实现最近距离、 高精度模数转换。创造性的提出以一个内置16位模数转换的单片机作为一个模数 转换芯片，直接和放大电路一起，不但缩短了弱信号的传输距离，通过内置的16 位模数转换，基准电压3.0V内部提供，实现稳定的基准，可达4.58piV的高精度 转换；
2、 在传感器头信号采集电路和CPU模块之间采用I2C方式通信，不再使用传 统的模数转换并行数据输出方式，不仅可以提高抗干扰能力，而且减少了连线， 便于安装和调试；
3、 手动设置一改传统的键盘输入，采用了红外遥控技术，使整个传感器装置 没有直接的按键裸露部分，增加了分站在井下的安全性、可靠性和使用寿命。
图1为本实用新型高精度一,化碳传感器装置的原理结构图2为本实用新型的主视图3为本实用新型传感器头信号采集电路图；图4为本实用新型CPU模块单片机通信部分电路图1中，l一CPU模i央，2—传感器头信号采集电路，3—红外遥控电路，4一 数码管显示电路，5—铁电存储电路，6—信号输出电路，7—电源管理模块，8— 报警电路，IO—传感器壳体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
本实用新型的高精度一氧化碳传感器装置，用于煤矿井下监测一氧化碳气体 浓度。它可以连续自动地将井下一氧化碳浓度转换成标准电信号输送给关联设备， 并具有就地显示浓度值、超限声光报警等功能。本实用新型的高精度一氧化碳传 感器装置，包括传感器壳体11，在传感器壳体11内设置有CPU模块1和电源管 理模块7， CPU模块1为控制核心，CPU模块1分别与传感器头信号采集电路2、 红外遥控电路3、数码管显示电路4、铁电存储电路5、信号输出电路6和电源管 理模块7相电连接；CPU模块1单向接收传感器头信号采集电路2和红外遥控电 路3的输入信号，CPU模块1单向输出信号到数码管显示电路4、信号输出电路6 和报警电路8， CPU模块1还分别与铁电存储电路5实现双向信号传递；所述CPU 模块l由低功耗单片机、复位电路、晶振电路和下载和调试端口组成。CPU模块1 是现有技术的可编程芯片或微处理器(单片机)，能按照其内编制的程序进行数据 接收、分析、处理、发送输出等。电源管理模块7向本装置提供电能，监测本装 置电源状态，保障其正常运行。
所述CPU模块1的单片机系统是基于MSP430F149单片机电路构成。
所述红外遥控电路3包括红外接收和解码电路。
所述传感器头信号采集电路2由电化学式的一氧化碳传感器头和基于
MSP430F2013的AD转换电路组成。
本实用新型的高精度一氧化碳传感器装置各模块功能介绍如下 CPU模块电路1:用以传感器头信号采集、红外遥控输入、数码管显示、铁
电存储、频率信号输出和电源电路监测的核心控制；CPU模块电路1内又包括 低功耗单片机CPU模块电路核心器件，用以提供软件运行的硬件支撑； 复位电路进行电源监控，当工作电压较低时系统自动复位；晶振电路分高速和低速晶振，实现不同的功能； 下载和调试端口用以在线调试和程序下载。
传感器头信号采集电路2:实时将环境中的气体浓度值转换为电信号，传感器 头信号采集电路2内包括
一氧化碳传感器头将一氧化碳气体浓度值转化为电流信号； 信号采集电路将气体浓度的模拟量转化为数字信号；
红外遥控电路3:具有全功能遥控设置，零点标校、报警值设置和自检功能。 数码管显示电路4:实时显示当前的一氧化碳气体浓度值。 铁电存储电路5:用以存储操作设置和传感器采样数据。
频率信号输出电路6:实现与矿用设备标准电信号接口，输出频率范围在 200 1000Hz。
电源管理模块7:电源采用18V本质安全型电源，电源管理模块7监测本装 置电源状态。
报警电路8:采用声光报警，用以提示一氧化碳浓度过高等情况。 下面对本实用新型的传感器装置具体工作过程进行说明
1、 传感器接线
传感器的接线使用产品配套的电缆，需要延长距离时须使用本安接线盒再配 接适宜的矿用信号电缆。连接插头时先将插头缺口对插座上的凸棱，插紧后上好 锁紧环即可。信号接通后，数码显示的左下角红色指示灯亮。
2、 传感器的日常调校 (O零点标校
按操作步骤使仪器进入工作状态，预热20分钟后，在新鲜空气中观察LED 数字显示是否为零，若有偏差，可将遥控器对准传感器显示窗，操作遥控器上的 功能键，使最前面一位数码管显示为"1"，然后再同时按动遥控器上的上升键和 下降键，使仪器完成校零工作。
(2)精度调节
在电气零点调节完后，将通气罩插入传感器气室外面，通入一氧化碳标准气， 其浓度在200ppm左右，气体流量控制在250ml/min左右，此时，仪器的数字显示 应与标准气体浓度值一致，若有偏差，可将遥控器对准传感器显示窗，操作遥控器上的功能键，使最前面一位数码管显示为"2"，若需增加按遥控器上升键，若 需减少按下降键，使显示值与标准气体浓度值相对应。
(3) 报警点调节
按动遥控器上的功能键，使最前面一位数码管显示为"3"，然后分别按动上 升键或下降键，可调节报警点，其变化范围在0ppm 500ppm之间。
(4) 自检功能
该功能用以检查仪器工作是否正常。按动遥控器上的功能键，使最前面一位 数码显示"4"，此时仪器显示250，输出对应为600Hz (或是3.00mA)，同时发出 声光报警信号并输出断电控制信号；如果敏感元件灵敏度下降了，应在新鲜空气 中对传感器执行"初始化设置"后，调节仪器内PCB板上调零电位器RP1予以修 正。
具体调节方法为先按下遥控器上的下降键再同时按动Sl、 S2键进行初始化， 然后按动功能键，使仪器最前面的一位数码管显示为"1"，再用螺丝刀旋转调零 电位器RP1使仪器显示为零。进行此操作后，必须用标准气重新校对传感器后， 方可下井使用。
3、正常测量
用标校和调试好的高精度一氧化碳传感器装置对各种不同浓度的一氧化碳标 准气体进行测量，在一批装置中随机抽取5台，针对每种标准气体各测量3次， 基本测量误差O.OOppm 100.0ppm《±4ppm (绝对误差)；100ppm 500ppm 《±测量值5.0%(相对误差)，在基本测量误差范围内的判定为测量精度和稳定性 合格的装置。
传感器测量结果不仅在本装置显示，并且转化为200 1000Hz频率信号输出， 提供给配套的矿用关联设备。该传感器经国家防爆检验机关进行联机检验后，可与 国内各类型监测系统配套，适用于有自燃倾向的采掘工作面、回风巷、采空区等 地点固定使用。
权利要求1、高精度一氧化碳传感器装置，包括传感器壳体(10)，在传感器壳体(10)内设置有CPU模块(1)和电源管理模块(7)，其特征在于所述CPU模块(1)分别与传感器头信号采集电路(2)、红外遥控电路(3)、数码管显示电路(4)、铁电存储电路(5)和信号输出电路(6)相连接；CPU模块(1)单向接收传感器头信号采集电路(2)和红外遥控电路(3)的输入信号，CPU模块(1)单向输出信号到数码管显示电路(4)、信号输出电路(6)和报警电路(8)，CPU模块(1)与铁电存储电路(5)实现双向信号传递。
2、 根据权利要求1所述的高精度一氧化碳传感器装置，其特征在于所述CPU 模块(1)的单片机系统是基于MSP430F149单片机电路构成。
3、 根据权利要求1所述的高精度一氧化碳传感器装置，其特征在于所述红 外遥控电路(3)包括红外接收和解码电路。
4、 根据权利要求1所述的高精度一氧化碳传感器装置，其特征在于所述传 感器头信号采集电路(2)由电化学式的一氧化碳传感器头和基于MSP430F2013 的AD转换电路组成。
专利摘要本实用新型公开了高精度一氧化碳传感器装置，包括传感器壳体，在传感器壳体内设置有CPU模块和电源管理模块，CPU模块为控制核心，单向接收传感器头信号采集电路和红外遥控电路的输入信号，CPU模块单向输出信号到数码管显示电路、信号输出电路和报警电路，CPU模块与铁电存储电路实现双向信号传递；所述CPU模块由低功耗单片机、复位电路、晶振电路和下载和调试端口组成。本实用新型的传感器装置实现了最近距离、高精度模数转换；提高了抗干扰能力，而且减少了连线，便于安装和调试；增加了传感器装置在井下的安全性、可靠性和使用寿命。
文档编号G08B21/16GK201331531SQ20092012616
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者叶立胜, 杨武斌, 柏思忠 申请人:重庆梅安森科技发展有限责任公司