專利名稱：具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警電路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有毒有害氣體的檢測、報警裝置，具體地說是具有自動調(diào)試功能的 有毒有害氣體報警電路系統(tǒng)，適用于家庭、賓館、酒店、實驗室等場所有毒有害氣體的 安全檢測，特別是家用燃?xì)?、實驗室有毒氣體的泄漏檢測，等等。
背景技術(shù)：
隨著我國天然氣東輸工程的完工，越來越多的城市居民可以使用到這些諸如煤氣、 天然氣或液化石油氣了。但是這些氣體大部分是有毒、易燃、易爆性氣體， 一旦泄漏， 將會導(dǎo)致使用環(huán)境的污染甚至引起火災(zāi)或爆炸性事故的發(fā)生。為確保國家、居民財產(chǎn)和 人身安全，對使用環(huán)境中可燃和有害氣體的檢測，濃度超限報警顯得尤為重要，以防患 未然。隨著電子技術(shù)和機(jī)電一體化的發(fā)展，尤其是新一代傳感器的開發(fā)，可燃和有害氣 體的監(jiān)測和報警裝置得到了很快的發(fā)展。 一大批體積小巧、電路簡單、性能可靠、報警 功能完善的有毒有害氣體監(jiān)測報警裝置應(yīng)運(yùn)而生，如燃?xì)鈭缶?、硫化氫氣體報警器、 二氧化碳?xì)怏w報警器等眾多專門報警系統(tǒng)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和人們的日常生活中 得到了廣泛的應(yīng)用，起到了積極防范的作用。然而，目前因國內(nèi)技術(shù)條件的限制，國產(chǎn) 氣體傳感器參數(shù)的離散性較.大，在整機(jī)生產(chǎn)中需要逐一調(diào)整比較電路或者是基準(zhǔn)電路， 才能保證整機(jī)性能的一致性，因此，裝調(diào)工作量大、生產(chǎn)成本高，很難做到大批量工業(yè) 化生產(chǎn)；國外同類傳感器雖然性能較好但是它們相對價格昂貴，致使生產(chǎn)成本依然很高， 不便民用推廣。此外，現(xiàn)有有毒有害氣體報警系統(tǒng)如燃?xì)鈭缶鳎捎秒x散的硬件較多， 這就使得報警器受環(huán)境中其它因素影響較大，性能不穩(wěn)定；另外報警功能不完善、只有 聲光報警沒有語言報瞥，也沒有明確一級報警為環(huán)境污染危險報^^， 二級是消防報警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單的、性能穩(wěn)定的、具有自 動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警電路系統(tǒng)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案之一是 一種具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)， 包括氣敏傳感電路、微處理器、電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓器模塊、光電語言報警電路；其 中氣敏傳感電路由數(shù)字電位器、氣敏傳感器構(gòu)成；數(shù)字電位器的一端接穩(wěn)壓器的輸出電壓， 另一端接氣敏傳感器，而調(diào)整端接微處理器的控制端口；氣敏傳感器輸出的電壓經(jīng)過電壓頻 率轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的頻率信號后輸出至微處理器的輸入端口；光電語音報警電路接在微處理器的輸出端口；對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛?，設(shè)定微處理器輸入端口預(yù)期值，如果氣 敏傳感器輸出的實際電壓值與所述的微處理器輸入端口上設(shè)定的預(yù)期值偏離，則由微處理器 計算出此偏離值，并將此偏離值存入微處理器的存儲器內(nèi)，然后微處理器以此偏離值作為實 際運(yùn)行的修正值，微處理器在此修正值的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷；同時環(huán)境中有毒有害氣體超過標(biāo) 準(zhǔn)時，由微處理器控制光電語言報警電路工作，進(jìn)行聲光報警。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案之二， 一種具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，包括 氣敏傳感電路、帶有A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器、穩(wěn)壓器模塊、光電語言報警電路；其中氣敏傳 感電路由數(shù)字電位器、氣敏傳感器構(gòu)成；數(shù)字電位器的一端接穩(wěn)壓器的輸出電壓，數(shù)字電位 器的另一端接氣敏傳感器，數(shù)字電位器的調(diào)整端接微處理器的控制端口；氣敏傳感器的輸出 的電壓經(jīng)過輸出至微處理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口；光電語音報警電路接在微處理器的輸出端 口；對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛?，設(shè)定微處理器A/D轉(zhuǎn)換輸入端口預(yù)期值，如果氣敏傳感器的實際電
壓值與所述的微處理器輸A/D輸入端口上設(shè)定的預(yù)期值偏離，則由微處理器計算出此偏離值，
并將此偏離值存入微處理器的存儲器內(nèi)，然后微處理器以此偏離值作為實際運(yùn)行的修正值，
微處理器在此修正值的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷；同時環(huán)境中有毒有害氣體超過標(biāo)準(zhǔn)時，由微處理器 控制光電語言報警電路工作，進(jìn)行聲光報警。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
(1) 本發(fā)明的調(diào)試過程完全由微處理器控制完成，效率明顯提高，準(zhǔn)確度也得到改 善，省時省力降低了生產(chǎn)成本，避免了人為因素的影響，增加了系統(tǒng)的靈敏性、穩(wěn)定性 和可靠性，產(chǎn)品質(zhì)量可得到有效保證；
(2) 本發(fā)明采用體積小、靈敏度高、檢測方便而備受人們的青睞高性價比的半導(dǎo)體 氣敏傳感器，并針對氣敏傳感器參數(shù)性能特點(主要表現(xiàn)為個體傳感器電阻值差異較 大)，采用微處理器對其進(jìn)行自動調(diào)整，可以在規(guī)定的量程范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量有毒有害氣 的濃度，實現(xiàn)報警功能。
(3) 利用微處理器可以省去開機(jī)延時電路、比較電路等，以減小硬件對系統(tǒng)精度的影響， 并且可以靈活的實現(xiàn)一級報警、二級報警的設(shè)置。氣敏傳感器測得的電壓信號通過U2轉(zhuǎn)換 為頻率信號，將此頻率信號輸入到微處理器；語音報警電路可以在不同的報警條件下播報不 同的警告語音。


圖l為本發(fā)明實施例l原理框圖； 圖2為本發(fā)明實施例2原理框圖3為本發(fā)明有毒有害氣體報警裝置的氣敏傳感電路圖；圖4為本發(fā)明的電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊的原理框圖或電路圖。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示，本發(fā)明實施例1的有毒有害氣體報警電路系統(tǒng)包括以下各部分穩(wěn)壓
模塊U1;電源指示YEL LED及其電阻；氣敏傳感器Rs及其分壓數(shù)字電位器RO;電壓頻 率轉(zhuǎn)換模塊U2;微處理器模塊U3;光電語音報警模塊RED LED、 GRE LED及其電阻和 語音模塊U4。
在出廠前，對其進(jìn)行自動調(diào)試。實際使用時，有兩級報警功能， 一級為環(huán)境污染安 全報警，二級為消防安全報警。 一旦接通電源，電源指示燈YELLED發(fā)亮；正常工作時， GRE LED發(fā)亮，RED LED不亮，語音電路不報警；當(dāng)環(huán)境中有毒有害氣體如燃?xì)夂砍?過環(huán)境衛(wèi)生指標(biāo)時，GRE LED不亮，RED LED開始以固定頻率閃爍，語音報警電路反復(fù) 播出"燃?xì)庑孤?，危險，請通風(fēng)！"；當(dāng)環(huán)境中燃?xì)夂砍^消防安全指標(biāo)時，GRE LED 不亮，RED LED發(fā)亮，語音報警電路反復(fù)播出"燃?xì)庑孤?，危險，請趕快撤離！"。 本發(fā)明的微處理器模塊U3按照以下步驟完成自動調(diào)試
(1) 在初始自然狀態(tài)(或者在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))下，通過逐步改變微處理器模塊U3各狀 態(tài)口的狀態(tài)，按順序改變數(shù)字電位器Rs的電阻值，即逐步調(diào)整氣敏傳感器RO輸出端的 電壓值，亦即逐步改變電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊U2輸出的頻率值。
(2) 當(dāng)氣敏傳感器R0輸出電壓高于3V時，電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊U2輸出的頻率值高 于300Hz，繼續(xù)步驟(1)。
(3) 當(dāng)氣敏傳感器R0輸出電壓恰好等于3V時，電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊U2輸出的頻率 值正好等于300Hz。將此時微處理器模塊U3各控制口的狀態(tài)存入其EEPR0M或外部非易 失行存儲器。
(4.)將本發(fā)明的報警系統(tǒng)恰好達(dá)到報瞥限l濃度的環(huán)境中，即當(dāng)環(huán)境中有毒有害氣 體如燃?xì)夂砍^環(huán)境衛(wèi)生指標(biāo)時，將此時由Pl. 1輸入的頻率值存入其EEPROM或外部 非易失性存儲區(qū)。
(5)將本發(fā)明的報警系統(tǒng)恰好達(dá)到報警限2濃度的環(huán)境中，即當(dāng)環(huán)境中燃?xì)夂砍^ 消防安全指標(biāo)時，將此時由Pl. 1輸入的頻率值存入其EEPROM或外部非易失性 存儲區(qū)。若系統(tǒng)只用到一級報警，則步驟(5)可省去。
實施例2
本實施例2的有毒有害氣體報警電路系統(tǒng)及報警器參見圖2，從該實施例2可看作本發(fā)明的一個派生方案，主要由穩(wěn)壓模塊Ul;電源指示YEL LED及其電阻；氣敏傳感器
RS及其分壓數(shù)字電位器RO;帶有A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器模塊U2;光電語音報警模塊
RED LED、 GRE LED及其電阻和語音模塊U4。此外，實施例2還可以實現(xiàn)對穩(wěn)壓器的輸 出電壓和電阻等其他器件引起的漂移進(jìn)行校正的功能。
實施例2的自動校正原理是對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛?，Pl. 1 口上的電壓總有一個理論預(yù) 期值，如果該口上的實際電壓偏離此預(yù)期值，則由微處理器U2計算出此偏離值，然后 將此偏離值存入存儲器，以此值作為實際運(yùn)行的修正值。具體說來，微處理器U2控制 按照以下步驟完成自動校正
(1) 將特定濃度下A/D輸入口上的電壓信號的理論預(yù)期值存入存儲器中。
(2) 測量特定濃度下A/D輸入口的實際電壓值。
(3) 將測得的實際電壓值與該濃度下的理論預(yù)期值相比較，計算出偏離值。
(4) 將計算出的偏離值存入數(shù)據(jù)存儲器，作為實際使用時調(diào)用的補(bǔ)償值。 例如在氣體濃度為250ppm時U2P1. 1 口上的理論預(yù)期值是2.00V，若因電路元件特
性參數(shù)偏差使得Pl. 1 口上的電壓實際上只有1.91V，那么微處理器U2就將(2.00-1.91) V=0.09V存入其數(shù)據(jù)存儲器。傳感器在實際工作狀態(tài)下，每次測量濃度時都把實際測量 的值加上修正值0. 09V。微處理器將在被修正過的濃度值的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷。
圖3所示為本發(fā)明使用的氣敏傳感器及其適調(diào)電路。由于國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件的限制， 使得這種傳感器的性能參數(shù)較為離散，具體地講就是不同的個體所具有的電阻值相差較 大，這就使得在使用時需要針對不同的個體配備不同的適調(diào)電阻使它們的輸出都在規(guī)定 的范圍內(nèi)。圖3中的RO就是本發(fā)明所采用的數(shù)字電位器，以數(shù)字電位器作為適調(diào)電阻 可以使它的調(diào)節(jié)過程完全自動化，程序化，調(diào)節(jié)過程已詳細(xì)描述。A、 B之間(或者A'、 B'之間)的等效電阻即為氣敏傳感器的電阻Rs，當(dāng)所檢測的氣體濃度較低時，Rs很大， .^_著氣體濃度的增大，Rs會減小，本發(fā)明正是利用電阻Rs與氣體濃度之間的對應(yīng)關(guān)系 進(jìn)行測量的。需要特別說明的是本傳感器只能工作在特定的溫度條件下，因此需要對它 恒溫加熱，圖3中的f即為它的加熱端，而這個加熱端在圖l和圖2中并未標(biāo)注。
圖4所示為本發(fā)明使用的電壓頻率轉(zhuǎn)換的電路圖。它由集成電路UO以及電阻R1、 R2、 R3和R4，電容C1、 C2和C3組成。氣敏傳感器Rs輸出的信號經(jīng)由Rl、 Cl構(gòu)成的 低通濾波器輸入到電壓頻率轉(zhuǎn)換集成電路UO， R2和C2共同控制UO輸出頻率的脈寬， R3控制UO的增益。
權(quán)利要求
1、一種具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，其特征在于包括氣敏傳感電路、微處理器、電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓器模塊、光電語言報警電路；其中氣敏傳感電路由數(shù)字電位器、氣敏傳感器構(gòu)成；數(shù)字電位器的一端接穩(wěn)壓器的輸出電壓，另一端接氣敏傳感器，而調(diào)整端接微處理器的控制端口；氣敏傳感器輸出的電壓經(jīng)過電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的頻率信號后輸出至微處理器的輸入端口；光電語音報警電路接在微處理器的輸出端口；對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛龋O(shè)定微處理器輸入端口預(yù)期值，如果氣敏傳感器輸出的實際電壓值與所述的微處理器輸入端口上設(shè)定的預(yù)期值偏離，則由微處理器計算出此偏離值，并將此偏離值存入微處理器的存儲器內(nèi)，然后微處理器以此偏離值作為實際運(yùn)行的修正值，微處理器在此修正值的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷；同時環(huán)境中有毒有害氣體超過標(biāo)準(zhǔn)時，由微處理器控制光電語言報警電路工作，進(jìn)行聲光報警。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，其特征在于-對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛?，所述的微處理器輸入端口的預(yù)期值設(shè)定為兩個，第一個預(yù)期值為當(dāng) 環(huán)境中有毒有害氣體超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)行衛(wèi)生指標(biāo)超標(biāo)報警，即一級報警，第二個是 當(dāng)環(huán)境中燃?xì)夂砍^消防安全指標(biāo)時，進(jìn)行消防安全指標(biāo)超標(biāo)報警，即二級報警。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，'其特征在于 所述的電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊由集成電路U0及電阻R1、 R2、 R3和R4，電容C1、 C2和C3組成， 氣敏傳感器輸出的信號經(jīng)由R1、 C1構(gòu)成的低通濾波器輸入到電壓頻率轉(zhuǎn)換集成電路U0， R2 和C2共同控制U0輸出頻率的脈寬，R3控制U0的增益。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，其特征在于 所述的光電語言報警電路包括LED和語音模塊，它們的工作狀態(tài)完全受微處理器控制。
5、 一種具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)，其特征在于包括氣敏傳感電路、 帶有A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器、穩(wěn)壓器模塊、光電語言報警電路；其中氣敏傳感電路由數(shù)字電 位器、氣敏傳感器構(gòu)成；數(shù)字電位器的一端接穩(wěn)壓器的輸出電壓，數(shù)字電位器的另一端接氣 敏傳感器，數(shù)字電位器的調(diào)整端接微處理器的控制端口；氣敏傳感器輸出的電壓輸出至微處 理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口；光電語音報警電路接在微處理器的輸出端口；對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛龋?設(shè)定微處理器A/D轉(zhuǎn)換輸入端口預(yù)期值，如果氣敏傳感器的實際電壓值與所述的微處理器輸 A/D輸入端口上設(shè)定的預(yù)期值偏離，則由微處理器計算出此偏離值，并將此偏離值存入微處 理器的存儲器內(nèi)，然后微處理器以此偏離值作為實際運(yùn)行的修正值，微處理器在此修正值的 基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷；同時環(huán)境中有毒有害氣體超過標(biāo)準(zhǔn)時，由微處理器控制光電語言報警電路 工作，進(jìn)行聲光報警。
全文摘要
一種具有自動調(diào)節(jié)功能的有毒有害氣體報警系統(tǒng)包括氣敏傳感電路、微處理器、電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓器模塊、光電語言報警電路；氣敏傳感電路由數(shù)字電位器、氣敏傳感器構(gòu)成；數(shù)字電位器的一端接穩(wěn)壓器的輸出電壓，另一端接氣敏傳感器，而調(diào)整端接微處理器的控制端口；氣敏傳感器輸出的電壓經(jīng)過電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的頻率信號后輸出至微處理器的輸入端口；對應(yīng)某一燃?xì)鉂舛?，設(shè)定微處理器輸入端口預(yù)期值，如果氣敏傳感器輸出的實際電壓值與所述的微處理器輸入端口上設(shè)定的預(yù)期值偏離，則由微處理器計算出此偏離值，并將此偏離值存入微處理器的存儲器內(nèi)，微處理器以此偏離值作為實際運(yùn)行的修正值，在此修正值的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷。本發(fā)明能夠自動完成有毒有害氣體報警，省時省力，降低生產(chǎn)成本，加強(qiáng)穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G08B21/12GK101609593SQ20091008970
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者張建武, 楊奎元, 王家樂 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)