一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路的制作方法

1.本实用新型属于消防安全领域，涉及燃气浓度检测技术，具体是一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路。


背景技术：

2.随着社会的发展，燃气为工业制造及商业用途带来了极大的便利，方便了人们的生活。然而燃气使用环境复杂，易发生泄露，一旦发现不及时或处置不当极易导致重大事故的发生，在燃气泄漏初期及时发现并做出得当处理尤其重要。
3.现有技术中针对可燃气体的浓度检测技术已有较大的发展，然而如何实现在可燃浓度检测的同时还能及时提醒用户和报警。
4.为此，本实用新型提出了一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路，可以很好的解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路，该一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路解决了如何实现可燃气体浓度检测、显示以及报警一体化的问题。
6.为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例提出一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路，包括：ac-dc电路、dc-dc电路、单片机、传感器输出采集电路、红外标定电路、光显示电路、有源/无源切换输出电路以及消防报警总线电路；
7.所述ac-dc电路用于将交流电转化为直流电，所述ac-dc电路的第一输出端与所述dc-dc电路的输入端连接，所述ac-dc电路的第二输出端与所述有源/无源切换输出电路的第一输入端连接；
8.所述dc-dc电路用于将从ac-dc电路获取的直流电转化为预设直流电输出；所述dc-dc电路的第一输出端与所述单片机的第一端连接，所述dc-dc电路的第二输出端与所述传感器输出采集电路的第一端连接；
9.所述单片机的第二端与所述传感器输出采集电路的第二端连接，用于对所述传感器输出采集电路输出的采集数据进行处理；所述单片机的第三端与所述光显示电路的输入端连接，用于将采集数据的处理结果输出至所述光显示电路进行显示；所述单片机的第四端与所述红外标定电路的输出端连接，用于获取所述红外标定电路设定的数据阈值；所述单片机的第五端与所述消防报警总线电路的一端连接，实现人员远程监测；所述单片机的第五端与所述有源/无源切换输出电路的第二输入端连接，用于输出控制指令至所述有源/无源切换输出电路，从而对有源/无源切换输出电路进行控制。
10.进一步地，所述传感器输出采集电路包括电源控制电路、传感器浓度采集电路、故障检测电路、模拟报警电路以及温度检测电路；
11.所述电源控制电路包括第一流控单元和第二流控单元，所述第一流控单元的一端与单片机的电源控制端口连接，所述第一流控单元的另一端与所述第二流控单元的一端连接；
12.当单片机通过电源控制端口输出高电平时，则第一流控单元和第二流控单元依次导通，为传感器浓度采集电路中的传感器x1第3端口供电；当单片机通过电源控制端口输出低电平时，则第一流控单元中断，传感器x1断电。
13.进一步地，所述传感器浓度采集电路包括传感器x1，内部串联有采集元件和补偿元件，采集元件和补偿元件之间的电压与燃气浓度成正比例关系；
14.所述传感器浓度采集电路还包括运算放大器u1，所述运算放大器u1的正输入端连接有第五电阻r5，第五电阻r5的另一端与所述传感器x1的第2端口连接；从而传感器x1采集气体浓度获取对应的电压通过第五电阻r5输入至运算放大器u1的正输入端；
15.所述传感器x1的第3端、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9以及传感器x1的第1端口串联一起，第八电阻r8以及第九电阻r9共接后通过第十电阻r10将电压值输入至运算放大器u1的负输入端，从而确定了运算放大器u1负输入端的电压值；
16.运算放大器u1将正输入端与负输入端的电压差放大，输出至单片机的浓度检测端口，其中运算放大器u1的负输入端和输出端串联有第十一电阻r11，构成负反馈环路；从而得到可燃气体浓度与电压的正相关输出。
17.进一步地，所述故障检测电路包括两个故障检测单元，第一故障检测单元通过将单片机的故障检测端口与第二三极管v2、传感器x1的第3端以及第七电阻r7的共接点进行连接，将单片机的电源控制端口的高电平打开，若单片机的故障检测端口检测到该共接点为低电平，则该处电路故障；第二故障检测单元通过在单片机的浓度检测端口进行电压值的检测，设置一个电压正常范围值，若不在该电压正常范围内，则确定传感器x1处于故障状态。
18.进一步地，所述模拟报警电路包括插针x2，其中插针x2的第2端接地，插针x2的第1端连接有第十二电阻r12，所述第十二电阻r12的另一端与第八电阻r8、第九电阻r9以及第十电阻r10共接；通过短接插针x2，从而改变运算放大器u1负输入端的电压值，使其达到预设报警电压值，从而实现模拟报警。
19.进一步地，光显示电路包括光指示灯电路和数码管显示电路；
20.所述光指示灯电路设置有若干个发光二极管，所有发光二极管的阳极接通电源，阴极分别与单片机的指示灯控制端口连接，当单片机通过对应指示灯控制端口输出低电平时，则对应发光二极管点亮，当单片机通过对应指示灯控制端口输出高电平时，则对应发光二极管熄灭；
21.所述数码管显示电路包括三个数码管，任一数码管为8个集成在一起的发光二极管，点亮方式一致；当单片机通过与对应数码管连接的片选端输出低电平时，并根据单片机的数据控制引脚与对应数码管连接，从而控制数码管显示实时燃气浓度。
22.进一步地，有源/无源切换输出电路包括第六流控单元，所述第六流控单元与单片机连接，当单片机输出高电平时，第六流控单元中的第四三极管v7导通后，从而驱动继电器k1常开触点吸合，即将触点从nc端吸合至no端，实现输出；反之，断开继电器k1，将触点从no端切至nc端，从而切断输出。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
24.本实用新型通过设置ac-dc电路、dc-dc电路、单片机、传感器输出采集电路、红外标定电路、光显示电路、有源/无源切换输出电路以及消防报警总线电路的一体化燃气浓度检测、显示及报警的电路，其中传感器输出采集电路用于对燃气浓度进行检测以及当燃气浓度检测出现故障时还可通过温度检测电路进行预警，单片机与传感器输出采集电路、红外标定电路、光显示电路、有源/无源切换输出电路以及消防报警总线电路分别连接，从红外标定电路获取浓度预设阈值，对传感器输出采集电路获取的数据进行处理，并将处理结果通过光显示电路进行显示，通过有源/无源切换输出电路在发生燃气泄露初期及时进行切断燃气或通风的操作，并通过消防报警总线电路进行远程监测和报警；能够及时保护人们的生命财产安全。
附图说明
25.图1为本实用新型的电路结构示意图；
26.图2为本实用新型的传感器输出采集电路的原理图；
27.图3为本实用新型的光显示电路的原理图；
28.图4为本实用新型的有源/无源切换输出电路的原理图；
29.其中，图1-4中，201、第一流控单元；202、第二流控单元；301、第三流控单元；302、第四流控单元；303、第五流控单元；401、第六流控单元。
具体实施方式
30.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.如图1所示，一种使用传感器进行燃气浓度采集并显示及报警的电路，包括：ac-dc电路、dc-dc电路、单片机、传感器输出采集电路、红外标定电路、光显示电路、有源/无源切换输出电路以及消防报警总线电路；
32.在本技术中，所述ac-dc电路用于将市电220v交流电转化为24v直流电，所述ac-dc电路的第一输出端与所述dc-dc电路的输入端连接，用于为所述dc-dc电路供电；所述ac-dc电路的第二输出端与所述有源/无源切换输出电路的第一输入端连接，用于对所述有源/无源切换输出电路供电；
33.在本技术中，所述dc-dc电路用于将24v直流电转化为2.5v输出；所述dc-dc电路的第一输出端与所述单片机的第一端连接，用于对所述单片机进行供电；所述dc-dc电路的第二输出端与所述传感器输出采集电路的第一端连接；用于对所述传感器输出采集电路进行供电；
34.在本技术中，所述单片机的第二端与所述传感器输出采集电路的第二端连接，用于对所述传感器输出采集电路输出的采集数据进行处理；
35.所述单片机的第三端与所述光显示电路的输入端连接，用于将采集数据的处理结果输出至所述光显示电路进行显示；
36.所述单片机的第四端与所述红外标定电路的输出端连接，用于获取所述红外标定电路设定的数据阈值；
37.所述单片机的第五端与所述消防报警总线电路的一端连接，所述消防报警总线电路的另一端与远程控制器相接；所述单片机通过所述消防报警总线电路获取数据提取信号，并将采集数据处理结果通过所述消防报警总线电路输出至远程控制器；
38.所述单片机的第五端与所述有源/无源切换输出电路的第二输入端连接，用于输出控制指令至所述有源/无源切换输出电路，从而对有源/无源切换输出电路进行控制；
39.如图2所述，所述传感器输出采集电路包括电源控制电路、传感器浓度采集电路、故障检测电路以及模拟报警电路；
40.所述电源控制电路包括第一流控单元201和第二流控单元202，所述第一流控单元201的一端与单片机的电源控制端口连接，所述第一流控单元201的另一端与所述第二流控单元202的一端连接；
41.单片机通过电源控制端口输出高/低电平至第一流控单元201，第一流控单元201包括第一三极管v1，所述第一三极管v1的基极并联有第一电阻r1、第一电容c1以及第二电阻r2，所述第二电阻r2的另一端连接单片机的电源控制端口；所述第一三极管v1的发射极、第一电阻r1的另一端以及第一电容c1的另一端共接后接地；
42.所述第二流控单元202包括第二三极管v2，所述第二三极管v2的基极并联有第三电阻r3、第二电容c2以及第四电阻r4；所述第二三极管v2的发射极、第二电容c2的另一端以及第四电阻r4的另一端共接后接入2.5v电压；
43.具体地，当单片机通过电源控制端口输出高电平时，通过第二电阻r2产生电流输入至第一三极管v1，第二电阻r2可设置为10kω，此处第一电阻r1为高阻电阻，可设置为100kω，防止第一三极管v1被击穿，还用于加速第一三极管v1的快速导通，第一电容c1起稳压作用；当第一三极管v1的基极和发射极的压差大于规格压差阈值，则第一三极管v1的基极与集电极导通；
44.同样的，第一三极管v1的基极与集电极导通后，其中第三电阻r3可设置为1kω，将第四电阻r4设置为10kω，第四电阻r4的阻值远大于第三电阻r3的阻值，第二三极管v2的发射极接入2.5v电压，则第二三极管v2的发射极的电压大于其基极电压，此处若第二三极管v2的基极与发射极的压差大于规格压差阈值，则第二三极管v2的基极与集电极饱和导通；
45.所述传感器浓度采集电路包括传感器x1，所述传感器x1的第3端与所述第二流控单元202中的第二三极管的集电极连接，当第二三极管v2的基极与集电极饱和导通后，为所述传感器x1进行供电；所述传感器为接触燃烧式类型，其内部串联有采集元件和补偿元件，当采集元件上的气体浓度发生变化时，采集元件的阻值会相应出现变化；从而在采集元件和补偿元件之间的电压会与气体浓度成正比例关系；
46.所述传感器浓度采集电路还包括运算放大器u1，所述运算放大器u1的正输入端连接有第五电阻r5，第五电阻r5的另一端与所述传感器x1的第2端连接；从而传感器x1采集气体浓度获取对应的电压通过第五电阻r5输入至运算放大器u1的正输入端；
47.所述运算放大器u1的正极与第三电容c3共接后接入2.5v电压，所述第三电容c3的另一端与第六电阻r6共接后接地，所述第六电阻r6的另一端与所述第五电阻r5和传感器x1的2端口共接；其中第六电阻r6用于保护运算放大器u1被静电击穿，第三电容c3起稳压作
用；
48.所述运算放大器u1的负极接地；
49.所述传感器x1的第3端、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9以及传感器x1的第1端串联一起，形成全桥，其中第七电阻r7、第八电阻r8以及第九电阻r9的阻值确定后，第八电阻r8以及第九电阻r9之间的电压即被确认；第八电阻r8以及第九电阻r9共接后通过第十电阻r10将电压值输入至运算放大器u1的负输入端，从而确定了运算放大器u1负输入端的电压值；从而运算放大器u1将正输入端的与负输入端的电压差放大，输出至单片机的浓度检测端口，其中运算放大器u1的负输入端和输出端串联有第十一电阻r11，构成负反馈环路；从而得到可燃气体浓度与电压的正相关输出；
50.所述故障检测电路包括两个故障检测单元，第一故障检测单元通过将单片机的故障检测端口与所述第二三极管v2、传感器x1的第3端以及第七电阻r7的共接点进行连接，将单片机的电源控制端口的高电平打开，若单片机的故障检测端口检测到该共接点为低电平，则该处电路故障；第二故障检测单元通过在单片机的浓度检测端口进行电压值的检测，在0至2.5v范围内设置一个电压正常范围值，若不在该电压正常范围内，则确定传感器x1处于故障状态，可通过指示灯电路显示提醒用户；
51.所述模拟报警电路包括插针x2，其中插针x2的第2端接地，插针x2的第1端连接有第十二电阻r12，所述第十二电阻r12的另一端与第八电阻r8、第九电阻r9以及第十电阻r10共接；通过短接插针x2，从而改变运算放大器u1负输入端的电压值，使其达到预设报警电压值，从而实现模拟报警；
52.所述传感器输出采集电路还包括温度检测电路，所述温度检测电路与单片机的温度检测端口连接，需要说明的是，若电源控制电路、传感器浓度采集电路、故障检测电路以及模拟报警电路均故障时，可通过温度检测电路检测温度从而判断火情；所述温度检测电路包括温敏电阻r13，用于感应温度，从而获取电压的变化；
53.如图3所述，光显示电路包括光指示灯电路和数码管显示电路；
54.所述光指示灯电路设置有第一发光二极管v3、第二发光二极管v4、第三发光二极管v5以及第四发光二极管v6；所述第一发光二极管v3、第二发光二极管v4、第三发光二极管v5以及第四发光二极管v6的阳极共接2.5v电压，所述第一发光二极管v3、第二发光二极管v4、第三发光二极管v5以及第四发光二极管v6的阴极分别串联有第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16以及第十七电阻r17，并分别与单片机的指示灯控制端口连接，当单片机通过对应指示灯控制端口输出低电平时，则对应发光二极管点亮，当单片机通过对应指示灯控制端口输出高电平时，则对应发光二极管熄灭；
55.数码管显示电路包括三个数码管，任一数码管为8个集成在一起的发光二极管，点亮方式一致；数码管显示电路还包括第三流控单元301、第四流控单元302以及第五流控单元303，原理同第一流控单元201和第二流控单元；单片机的第一片选端cs1、第二片选端cs2以及第三片选端cs3分别与第三流控单元301、第四流控单元302以及第五流控单元303连接，当单片机输出低电平的片选信号时，则对应流控单元内的三极管导通，为数码管供电，其中单片机的数据控制引脚d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6以及d7与三个数码管连接，控制数码管显示实时气体浓度；具体的显示原理为现有技术，在此不过多赘述；因为人的视觉存在视觉暂留，所以以极快的速度顺序点亮需要的发光二极管即可达到我们需要的效果，显示出需
要的数字；三个片选段不会同时导通，d0-d7数据输出后在对应片选时输出对应的数据，达到同时显示数字的效果。
56.如图4所述，有源/无源切换输出电路包括第六流控单元401，所述第六流控单元401与单片机连接，当单片机发送高电平时，第六流控单元401中的第四三极管v7导通后，从而驱动继电器k1常开触点吸合，即将触点从nc端吸合至no端，实现输出；反之，断开继电器k1，将触点从no端切至nc端，从而切断输出；其中稳压管v8的作用是续流，释放继电器k1线圈中储存的能量，防止反向电流对电路造成损坏；
57.有源/无源切换输出电路的输出方式包括有源输出和无源输出；在本发明的实施例中，可通过跳线帽改变插针x3连接，实现有源输出方式和无源输出方式的切换；具体地，有源/无源切换输出电路的com1端和no1端可按照实际情况连接外接设备；其中，若直接由ac-dc电路供电，则为有源输出方式，若不由ac-dc电路供电，则为无源输出方式；
58.若采用有源输出方式时，通过跳线帽连接插针x3的第1端口和第2端口，此时将no1端连接直流电机的正极，直流电机的负极与ac-dc电路的负极连接；当单片机输出高电平时，第四三极管v7导通，继电器k1常开触点从nc端吸合至no端，直流电机动作；反之，直流电机不动作；
59.若采用无源输出方式时，通过跳线帽连接插针x3的第1端口和第3端口，此时将com1端连接市电220v交流电，并与交流电机和no1端依次串联连接；当单片机输出高电平时，第四三极管v7导通，继电器k1常开触点从nc端吸合至no端，交流电机动作；反之，交流电机不动作。
60.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方法的精神和范围。