專利名稱：模塊化的智能氣體探測器的制作方法
技術領域：
模塊化的智能氣體探測器技術領域[0001]本實用新型涉及氣體探測器領域，尤其涉及一種模塊化的智能氣體探測器。
技術背景[0002]氣體探測儀器是一種檢測氣體濃度的儀器，該儀器適用于存在可燃或有毒氣體的危險場所，能長期連續(xù)檢測空氣中被測氣體爆炸下限以內的含量，可廣泛應用于燃氣、石油化工、冶金、鋼鐵、煉焦、電力等存在可燃或有毒氣體的各個行業(yè)，是保證財產和人身安全的理想監(jiān)測儀器。近年來隨著國民經濟的迅速發(fā)展，工業(yè)化進程的快速發(fā)展，工業(yè)生產的各行各業(yè)對氣體濃度監(jiān)控也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的氣體探測器不具備模塊化的設計理念， 只具備了現(xiàn)場檢測氣體濃度并且實時顯示氣體濃度的功能，在工業(yè)現(xiàn)場只能有一種顯示方式，或者是數(shù)碼管方式顯示或者是液晶屏方式顯示，并且顯示方式是固定的，不可任意改變的。但這兩種顯示方式各有各的優(yōu)缺點，不同的工業(yè)現(xiàn)場可能需要不同的顯示方式。在工業(yè)現(xiàn)場如果出現(xiàn)問題，需要更換器件或者模塊的時候，必須斷開儀器儀表的供電系統(tǒng)，但是氣體探測器在工業(yè)現(xiàn)場一般都是要組網進行監(jiān)控，一旦一臺儀器出現(xiàn)問題進行維修的時候， 必定會影響其他探測器的正常工作，維修和檢測及其不方便，這對集散控制系統(tǒng)來說是個致命的缺點。實用新型內容[0003]本實用新型的目的是提供一種模塊化的智能氣體探測器，可以根據工業(yè)各種現(xiàn)場的需求選擇不同的模塊進行任意組合，形成更加適合該工業(yè)現(xiàn)場使用的氣體探測器。[0004]本實用新型采用下述技術方案一種模塊化的智能氣體探測器，包括氣體傳感器、 主控制模塊、顯示模塊、通信模塊、傳感器信號智能采集處理模塊、電源模塊，氣體傳感器模塊的信號輸出端與傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端連接，傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端與主控制模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的通信端與通信模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的信號輸出端與顯示模塊的信號輸入端連接，電源模塊用于向各個模塊供電。[0005]所述的顯示模塊包括液晶顯示模塊或數(shù)碼管顯示模塊。[0006]所述的通信模塊包括RS485模塊或紅外通信模塊。[0007]所述的主控制模塊的信號輸出端還連接有4 20mA輸出模塊。[0008]所述的各個模塊與其他模塊的連接引腳上均連接有熱插拔電路，熱插拔電路包括電阻和電容，電阻串接在與其他模塊的連接引腳上，電容一端連接電阻，另一端接地。[0009]所述的傳感器信號智能采集處理模塊包括放大電路、濾波電路、AD轉換電路和中央處理單元，放大電路的輸入端與氣體傳感器的信號輸出端連接，放大電路的信號輸出端通過濾波電路連接AD轉換電路的信號輸入端連接，AD轉換電路的信號輸出端連接中央處理單元的信號輸入端，中央處理單元的通信端與主控制模塊的通信端連接。[0010]所述的RS485模塊包括DC/DC電源隔離電路、輸入信號隔離電路、輸出信號隔離電路和RS485轉換電路，所述輸入信號隔離電路的信號輸入端為RS485模塊的信號輸入端， 輸入信號隔離電路的信號輸出端與RS485轉換電路相連接，RS485轉換電路的信號輸出端與輸出信號隔離電路的輸入端連接，輸出信號隔離電路的輸出端即RS485模塊的信號輸出端；DC/DC電源隔離電路的輸入端用來連接主控制模塊的電源端，DC/DC電源隔離電路的輸出端分別連接RS485轉換電路的電源輸入端、輸入信號隔離電路和輸出信號隔離電路的電源輸入端。[0011]所述的主控制模塊的信號輸出端連接有報警模塊。[0012]所述的電源模塊為9V 30V電壓源供電隔離模塊，包括9V-30V電壓輸入端、電壓轉換芯片、DC/DC轉換芯片、9V-30V電壓輸入端通過二極管與電壓轉換芯片的輸入端連接， 二極管的負極端還連接有兩個并聯(lián)的第一接地電容、第二接地電容，電壓轉換芯片的輸出端通過第一電感和第二電感連接DC/DC轉換芯片的輸入端；電壓轉換芯片的輸出端還連接有第一穩(wěn)壓管，電壓轉換芯片的反饋端連接第二電感，還連接第三接地電容；DC/DC轉換芯片的輸入端還連接有兩個并聯(lián)的第四接地電容、第五接地電容，DC/DC轉換芯片的輸出端連接5V電壓輸出端的第一引腳，5V電壓輸出端的第二引腳接地，第二穩(wěn)壓二極管的正極接地，負極連接DC/DC轉換芯片的輸出端。[0013]本實用新型模塊化的智能氣體探測器和傳統(tǒng)的其他探測器相比，秉承了模塊化設計的思想，每個模塊從功能上分是獨立開的，但是幾個模塊組合以后就形成了符合工業(yè)現(xiàn)場使用的氣體探測器，更加能適應復雜工業(yè)現(xiàn)場的不同要求，更加方便工業(yè)現(xiàn)場的維修和維護工作。顯示方式可以為數(shù)碼管顯示方式或者液晶屏顯示方式，大大提高了儀器顯示方式的靈活性；如果需要更換各個模塊的時候，無需斷開電源系統(tǒng)，支持帶電熱插拔，不會影響整個系統(tǒng)的正常運行；具有485通信端口和4 20mA模擬電流輸出端口，不但可以和具有485通信功能的控制器主機和PC機上的上位機監(jiān)控軟件進行通信，而且可以和各種PLC 設備之間進行通信，也可以和標準的4 20mA采集卡進行數(shù)據采集工作；紅外通信模塊可以中遠距離操作和設定氣體探測器，很方便的控制智能氣體探測器顯示各種系統(tǒng)參數(shù)。


[0014]圖1為本實用新型的框圖；[0015]圖2為本實用新型中熱插拔電路圖；[0016]圖3為本實用新型中電源模塊的電路原理圖；[0017]圖4為本實用新型中RS485模塊電路框圖；[0018]圖5為本實用新型中RS485模塊電路原理圖。
具體實施方式
[0019]如圖1所示，本實用新型模塊化的智能氣體探測器，包括氣體傳感器、主控制模塊 (C8051F350)、顯示模塊、通信模塊、傳感器信號智能采集處理模塊、紅外通信模塊、電源模塊，氣體傳感器模塊的信號輸出端與傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端連接，傳感器信號智能采集處理模塊的通信端與主控制模塊的通信端連接，主控制模塊的通信端還與RS485模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的信號輸出端還連接有4 20mA輸出模塊， 主控制模塊的信號輸出端與顯示模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的通信端還連接紅外通信模塊，主控制模塊的信號輸出端連接有報警模塊，電源模塊用于向各個模塊供電。所述的顯示模塊包括液晶顯示模塊或數(shù)碼管顯示模塊。[0020]所述的各個模塊與其他模塊的連接引腳上均連接有熱插拔電路，如圖2所示，假設Pl為主控制模塊的引腳，P2為液晶顯示模塊的引腳，以Pl的引腳11與P2的引腳12連接為例進行說明，Pl的引腳11連接和P2的引腳12均連接有熱插拔電路，Pl的引腳11串接電阻R21，電阻R21連接電容C6接地，P2的引腳12串接電阻R22，電阻R22連接電容C7 接地，電阻R21與電阻R22連接。此熱插拔電路具有抗沖擊電流和抗過壓保護功能，電阻 R21和電阻R22起到當進行熱插拔的過程中限制接觸瞬間產生接觸電流的作用；當各個模塊帶電連接的過程中，可能產生瞬間大電壓，利用電容C6、C7的充放電原理能限制電壓的瞬間變化，起到了保護芯片管腳的功能，從而實現(xiàn)了帶電熱插拔的功能。[0021]所述的傳感器信號智能采集處理模塊包括放大電路、濾波電路、AD轉換電路和中央處理單元，放大電路的輸入端與氣體傳感器的信號輸出端連接，放大電路的信號輸出端通過濾波電路連接AD轉換電路的信號輸入端連接，AD轉換電路的信號輸出端連接中央處理單元的信號輸入端，中央處理單元的通信端與主控制模塊的通信端連接。傳感器信號智能采集處理模塊主要負責將氣體傳感器輸出的微弱電流信號進行放大、濾波、AD轉換，將模擬信號轉換為主控模塊需要的數(shù)字信號，并且將數(shù)字信號傳輸給主控制模塊，此外，中央處理單元里面也存儲了該傳感器對應的低報警值、高報警值、量程值等等系統(tǒng)參數(shù)，并且通過主控模塊可以修改中央處理單元里面的系統(tǒng)參數(shù)。[0022]如圖3所示，所述的電源模塊為9V 30V電壓源供電隔離模塊，包括9V-30V電壓輸入端P3、電壓轉換芯片U6 (LM2576)、DC/DC轉換芯片U7、9V_30V電壓輸入端P3通過二極管D3與電壓轉換芯片U6的輸入端連接，二極管D3的負極端還連接有兩個并聯(lián)的第一接地電容Cl、第二接地電容C2，電壓轉換芯片U6的輸出端通過第一電感Ll和第二電感L2連接DC/DC轉換芯片U7的輸入端；電壓轉換芯片U6的輸出端還連接有第一穩(wěn)壓管D1，電壓轉換芯片U6的反饋端連接第二電感L2，還連接第三接地電容C3 ； DC/DC轉換芯片U7的輸入端還連接有兩個并聯(lián)的第四接地電容C4、第五接地電容C5，DC/DC轉換芯片U7的輸出端連接5V電壓輸出端P4的第一引腳，5V電壓輸出端P4的第二引腳接地，第二穩(wěn)壓二極管D2 的正極接地，負極連接DC/DC轉換芯片U7的輸出端。其中二極管D3起到限流保護和防止電路電源反接的作用，第一接地電容Cl、第二接地電容C2能夠濾除電壓的高頻和抵頻干擾信號；為了保證輸入到系統(tǒng)的電壓不受輸入端的干擾，電壓轉換芯片U6的輸出的5V電壓又經過DC/DC轉換芯片U7后得到穩(wěn)定的電壓，DC/DC轉換芯片U7起到了隔離輸出的功能，使輸出的電壓更加穩(wěn)定，文波更加小。輸入電從9V到30V之間變化時，本電源電路都輸出穩(wěn)定的電壓，提高了本系統(tǒng)的電源的適應性，能克服傳統(tǒng)儀器由于工業(yè)現(xiàn)場電壓波動而無法正常工作的缺點。[0023]如圖4所示，所述的RS485模塊包括所述的RS485模塊包括DC/DC電源隔離電路、 輸入信號隔離電路、輸出信號隔離電路和RS485轉換電路，所述輸入信號隔離電路的信號輸入端為RS485模塊的信號輸入端，輸入信號隔離電路的信號輸出端與RS485轉換電路相連接，RS485轉換電路的信號輸出端與輸出信號隔離電路的輸入端連接，輸出信號隔離電路的輸出端即RS485模塊的信號輸出端；DC/DC電源隔離電路的輸入端用來連接主控制模塊的電源端，DC/DC電源隔離電路的輸出端分別連接RS485轉換電路的電源輸入端、輸入信號隔離電路和輸出信號隔離電路的電源輸入端。輸入信號隔離電路和輸出信號隔離電路能夠令單片機輸入或者輸出的信號更加穩(wěn)定，傳輸距離更遠，抗干擾能力更強，而采用DC/DC隔離芯片將單片機系統(tǒng)電源進行隔離后再供給RS485轉換芯片U4,令RS485轉換芯片U4工作更穩(wěn)定，能夠更好的應用于工業(yè)領域。[0024]如圖5所示，所述輸入信號隔離電路包括第一光耦U1、第二光耦U2和第三光耦 U3 ；所述RS485轉換電路包括RS485轉換芯片U4(采用MAX13485芯片)；所述DC/DC電源隔離電路包括DC/DC隔離芯片TO;所述輸出信號隔離電路包括第一限流電阻R13、第二限流電阻R14、第一上拉電阻R15和第二上拉電阻R16。所述DC/DC隔離芯片TO的電源輸入端 VIN用于連接主控制模塊的電源端VCC，電源輸出端VO分別連接輸入信號隔離電路、輸出信號隔離電路和RS485轉換芯片U4的電源輸入端。[0025]所述第一光耦Ul中發(fā)光二極管的陰極通過第一電阻Rl用于連接主控制模塊的數(shù)據串行發(fā)送引腳RXD，陽極用于連接主控制模塊的電源端VCC，第一光耦Ul中三極管的發(fā)射極通過第六電阻R6連接RS485轉換芯片U4的驅動器輸入端DI，同時還連接DC/DC隔離芯片的電源輸出端V0，集電極通過第七電阻R7接地，同時還通過第八電阻R8連接第一三極管Ql的基極，所述第一三極管Ql的發(fā)射極接地，集電極連接RS485轉換芯片U4的驅動器輸入端DI ；所述第二光耦U2中三極管的集電極通過第二電阻R2連接第二三極管Q2的集電極，發(fā)射極用于連接主控制模塊的電源端VCC，所述第二三極管Q2的發(fā)射極用于連接主控制模塊的同步時鐘脈沖引腳T)(D，基極通過第三電阻R3連接第二光耦U2中三極管的集電極，同時第二三極管Q2的集電極還接地，所述第二光耦U2中發(fā)光二極管的陽極連接DC/ DC隔離芯片U5的輸出端，陰極通過第九電阻R9連接RS485轉換芯片U4的接收器輸出管腳 RO ；所述第三光耦U3中發(fā)光二極管的陰極用于連接主控制模塊的控制信號輸出端Pl. 1，第三光耦U3中發(fā)光二極管U2的陽極用于連接主控制模塊電源VCC，第三光耦U3中三極管的集電極通過第十電阻RlO連接RS485轉換芯片U4的接收器輸出使能端RE，同時還直接連接 RS485轉換芯片U4的驅動器輸出使能端DE，所述RS485轉換芯片U4的接收器輸出使能端 RE還接地，驅動器輸出使能端DE還通過第十一電阻Rll接地。[0026]所述RS485轉換芯片U4的接收器同相輸入端A通過第一限流電阻R13用于連接485總線的第一輸入接口，同時還通過第一限流電阻R13與第一上拉電阻R15組成的串聯(lián)電路用于連接主控制模塊的電源端VCC，RS485轉換芯片U4的接收器反相輸入端B通過第二限流電阻R14用于連接485總線的第二輸入接口，同時還通過第二限流電阻R14與第二上拉電阻R16組成的串聯(lián)電路用于連接主控制模塊的電源端VCC ；所述RS485轉換芯片U4的電源輸入端還通過第十二電阻R12連接發(fā)光二極管LED的陽極，發(fā)光二極管LED的陰極接地，RS485轉換芯片U4的接地端GND接地，同時通過電阻器Cll連接DC/DC隔離芯片TO的電源輸出端V0。[0027]本實用新型所述的各個模塊從功能上是獨立的，使用的時候可以根據工業(yè)現(xiàn)場的具體要求，選擇合適的模塊進行組合，以達到更加適合工業(yè)現(xiàn)場需要的氣體探測器。其中主控制模塊主要負責整個系統(tǒng)的管理從傳感器信號智能采集處理模塊獲取氣體濃度檢測值、低報警值、高報警值、量程值等等系統(tǒng)參數(shù)，同時負責驅動液晶顯示模塊或數(shù)碼管顯示模塊顯示數(shù)據，當氣體濃度超出設定的濃度值時，驅動報警模塊發(fā)出報警信號，指示人們氣體濃度超標。主控制模塊還將氣體濃度采集數(shù)據通過RS485通信模塊傳輸?shù)娇刂破髦鳈C和計算機上的上位機監(jiān)控軟件，或者控制4 20mA輸出模塊輸出和氣體濃度相互對應的4 20mA電流，以供控制器主機或者電流采集卡進行采集和顯示。此外，可以使用配套的紅外遙控器通過紅外通信模塊對主控制模塊進行遠程控制和設定，紅外通信模塊將紅外遙控器輸出的載波信號進行檢波，識別出有用的信息，將這些有用的信息傳輸給主控制模塊，主控制模塊接收到紅外遙控器輸出的控制信息后，顯示各種技術參數(shù)，實現(xiàn)遠程控制的功能；同時也可以使用紅外遙控器進行遠程控制下的標定、標零操作，極大地提高了遠程設定氣體探測器的靈活性，能更加適應在負責的工業(yè)現(xiàn)場對氣體探測器進行操作的要求。
權利要求1.一種模塊化的智能氣體探測器，其特征在于包括氣體傳感器、主控制模塊、顯示模塊、通信模塊、傳感器信號智能采集處理模塊、電源模塊，氣體傳感器模塊的信號輸出端與傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端連接，傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端與主控制模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的通信端與通信模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的信號輸出端與顯示模塊的信號輸入端連接，電源模塊用于向各個模塊供H1^ O
2.根據權利要求1所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的顯示模塊包括液晶顯示模塊或數(shù)碼管顯示模塊。
3.根據權利要求2所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的通信模塊包括RS485模塊或紅外通信模塊。
4.根據權利要求3所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的主控制模塊的信號輸出端還連接有4 20mA輸出模塊。
5.根據權利要求4所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的各個模塊與其他模塊的連接引腳上均連接有熱插拔電路，熱插拔電路包括電阻和電容，電阻串接在與其他模塊的連接引腳上，電容一端連接電阻，另一端接地。
6.根據權利要求5所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的傳感器信號智能采集處理模塊包括放大電路、濾波電路、AD轉換電路和中央處理單元，放大電路的輸入端與氣體傳感器的信號輸出端連接，放大電路的信號輸出端通過濾波電路連接AD轉換電路的信號輸入端連接，AD轉換電路的信號輸出端連接中央處理單元的信號輸入端，中央處理單元的通信端與主控制模塊的通信端連接。
7.根據權利要求6所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的RS485模塊包括DC/DC電源隔離電路、輸入信號隔離電路、輸出信號隔離電路和RS485轉換電路，所述輸入信號隔離電路的信號輸入端為RS485模塊的信號輸入端，輸入信號隔離電路的信號輸出端與RS485轉換電路相連接，RS485轉換電路的信號輸出端與輸出信號隔離電路的輸入端連接，輸出信號隔離電路的輸出端即RS485模塊的信號輸出端；DC/DC電源隔離電路的輸入端用來連接主控制模塊的電源端，DC/DC電源隔離電路的輸出端分別連接RS485轉換電路的電源輸入端、輸入信號隔離電路和輸出信號隔離電路的電源輸入端。
8.根據權利要求7所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的主控制模塊的信號輸出端連接有報警模塊。
9.根據權利要求7所述的模塊化的智能氣體探測器，其特征在于所述的電源模塊為 9V 30V電壓源供電隔離模塊，包括9V-30V電壓輸入端、電壓轉換芯片、DC/DC轉換芯片、 9V-30V電壓輸入端通過二極管與電壓轉換芯片的輸入端連接，二極管的負極端還連接有兩個并聯(lián)的第一接地電容、第二接地電容，電壓轉換芯片的輸出端通過第一電感和第二電感連接DC/DC轉換芯片的輸入端；電壓轉換芯片的輸出端還連接有第一穩(wěn)壓管，電壓轉換芯片的反饋端連接第二電感，還連接第三接地電容；DC/DC轉換芯片的輸入端還連接有兩個并聯(lián)的第四接地電容、第五接地電容，DC/DC轉換芯片的輸出端連接5V電壓輸出端的第一引腳，5V電壓輸出端的第二引腳接地，第二穩(wěn)壓二極管的正極接地，負極連接DC/DC轉換芯片的輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種模塊化的智能氣體探測器，包括氣體傳感器、主控制模塊、顯示模塊、通信模塊、傳感器信號智能采集處理模塊、電源模塊，氣體傳感器模塊的信號輸出端與傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端連接，傳感器信號智能采集處理模塊的信號輸出端與主控制模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的通信端與通信模塊的信號輸入端連接，主控制模塊的信號輸出端與顯示模塊的信號輸入端連接，電源模塊用于向各個模塊供電。本實用新型秉承了模塊化設計的思想，每個模塊從功能上分是獨立開的，但是幾分模塊組合以后就形成了符合工業(yè)現(xiàn)場使用的氣體探測器，更加能適應復雜工業(yè)現(xiàn)場的不同要求，更加方便工業(yè)現(xiàn)場的維修和維護工作。
文檔編號G01N33/00GK202281769SQ20112043068
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者張磊 申請人:河南馳誠電氣有限公司