一種甲烷傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種甲烷傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，為了促進(jìn)煤炭企業(yè)的健康有序發(fā)展，就必須有效防止煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生。而甲烷是瓦斯氣體的主要成分，而瓦斯氣體是煤礦瓦斯爆炸的主要物質(zhì)，所以要及時(shí)避免事故發(fā)生，就要能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到甲烷的存在和精確含量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種精度高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的甲烷傳感器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括PC機(jī)、外接顯示設(shè)備、控制器、光源驅(qū)動(dòng)部分、帶通放大部分、光源、甲烷探測(cè)器、溫度傳感器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)控制器端口分別與PC機(jī)端口、外接顯示設(shè)備輸入端口、光源驅(qū)動(dòng)部分輸入端口、帶通放大部分輸出端口、溫度傳感器輸出端口相連。
[0005]所述控制器通過(guò)串口將濃度等信息發(fā)送到上位機(jī)PC上，并通過(guò)模擬輸出端口外接顯示電路進(jìn)行濃度值顯示。
[0006]所述甲烷探測(cè)器的輸出信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)由AD8629組成的帶通放大電路，進(jìn)行濾波放大，然后將放大器輸出的信號(hào)以及溫度傳感器輸出的信號(hào)輸入控制器的AD端口，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)最后在控制器上進(jìn)行校零、校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、濃度計(jì)算濾波后，通過(guò)串口輸出。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述主芯片采用S3C2440芯片。
[0008]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述光源驅(qū)動(dòng)部分采用LAMP-ENABLE，LAMP-ENABLE與S3C2440芯片的引腳相連，調(diào)制信號(hào)的頻率為4HZ。
[0009]本發(fā)明有益效果。
[0010]本發(fā)明選用了 STM32L151MCU實(shí)現(xiàn)了整個(gè)傳感器系統(tǒng)的微功耗。在信號(hào)濾波上采用的是帶通濾波放大，有效地濾除了紅外甲烷探測(cè)器信號(hào)中的雜波信號(hào)。軟件方面，采用了平均值濾波，限幅濾波等軟件信號(hào)處理技術(shù)使輸出的信號(hào)更加穩(wěn)定，并可直接與上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濃度變化情況，也可在上位機(jī)上進(jìn)行校零校準(zhǔn)。對(duì)紅外甲烷傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償使得紅外甲烷傳感器的輸出值不再隨著溫度變化而變化，從而顯著提高了紅外甲烷傳感器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性以及穩(wěn)定性。最后通過(guò)對(duì)傳感器的輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)該傳感器具有靈敏度高，精度高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是一款實(shí)用性較強(qiáng)的紅外甲烷傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]圖1是本發(fā)明程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖所示，本傳感器主要是以STM32L151MCU為核心，它既可以通過(guò)串口將濃度等信息發(fā)送到上位機(jī)PC上，也可以通過(guò)模擬輸出端口外接顯示電路進(jìn)行濃度值顯示。紅外甲烷探測(cè)器的輸出信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)由AD8629組成的帶通放大電路，進(jìn)行濾波放大。然后將放大器輸出的信號(hào)以及溫度傳感器輸出的信號(hào)輸入單片機(jī)的AD端口，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)最后在單片機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)軟件校零，校準(zhǔn)，溫度補(bǔ)償，濃度計(jì)算濾波等算法后，通過(guò)串口輸出。也可通過(guò)模擬輸出端口進(jìn)行輸出。
[0014]為了降低整個(gè)甲烷傳感器系統(tǒng)的功耗，外接電源電壓為3.3V，整個(gè)傳感器系統(tǒng)主要是給三部分供電:即MCU，光源，還有傳感器和信號(hào)調(diào)理電路。
[0015]光源供電是通過(guò)TC1185-3.0來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿绻苯油饨与娫措妷簞t電壓波動(dòng)較大，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出加電源芯片以后的輸出信號(hào)要比沒(méi)加電源芯片穩(wěn)定，這樣輸出的濃度值才會(huì)更穩(wěn)定。MCU模塊以及信號(hào)調(diào)理和傳感器所用電源電壓都是3V，其中MCU是TC1185-3.0將電源電壓3.3V轉(zhuǎn)換為3V，而信號(hào)調(diào)理則是通過(guò)REF3130將3.3V電壓轉(zhuǎn)換為3V。由于放大電路板要求元器件的體積必須盡量小，故選用了 REF3130。
[0016]傳統(tǒng)方式通常采用切光片對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。因此需要一個(gè)同步電機(jī)帶動(dòng)切光片旋轉(zhuǎn)，其缺點(diǎn)在于存在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，抗振性差，功耗大，不適合于便攜設(shè)備；其次為保證調(diào)制的頻率，還需要嚴(yán)格同步的電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路，使得系統(tǒng)復(fù)雜化，成本也大大增加。本設(shè)計(jì)避免了復(fù)雜的調(diào)制電路，直接通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制光源的調(diào)制電壓。
[0017]LAMP-ENABLE與MCU的弓丨腳相連，調(diào)制信號(hào)的頻率為4HZ。LAMP-ENABLE為低時(shí)，PM0S導(dǎo)通，紅外光源被點(diǎn)亮，Lamp Drive為1，但是由于光源，電路延時(shí)等原因，信號(hào)調(diào)理電路輸出的正弦信號(hào)的最大值要經(jīng)過(guò)一段延時(shí)Delay Time才可以取得。所以AD采樣要在光源熄滅一段時(shí)間后才可開始采樣。當(dāng)LAMP-ENABLE為高時(shí)，反之。Lamp Drive，放大后的信號(hào)，AD采樣點(diǎn)三者之間的時(shí)序關(guān)系。
[0018]本發(fā)明中的系統(tǒng)軟件程序主要是通過(guò)C代碼編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法。程序包括主程序，eeprom模塊，串口模塊，AD模塊，濃度計(jì)算模塊五部分組成。主程序中主要包括時(shí)鐘，中斷，GP10,串口，看門狗，EEPROM等的初始化。
[0019]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種甲烷傳感器，包括PC機(jī)、外接顯示設(shè)備、控制器、光源驅(qū)動(dòng)部分、帶通放大部分、光源、甲烷探測(cè)器、溫度傳感器，其特征在于控制器端口分別與PC機(jī)端口、外接顯示設(shè)備輸入端口、光源驅(qū)動(dòng)部分輸入端口、帶通放大部分輸出端口、溫度傳感器輸出端口相連； 所述控制器通過(guò)串口將濃度等信息發(fā)送到上位機(jī)PC上，并通過(guò)模擬輸出端口外接顯示電路進(jìn)行濃度值顯示； 所述甲烷探測(cè)器的輸出信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)由AD8629組成的帶通放大電路，進(jìn)行濾波放大，然后將放大器輸出的信號(hào)以及溫度傳感器輸出的信號(hào)輸入控制器的AD端口，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)最后在控制器上進(jìn)行校零、校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、濃度計(jì)算濾波后，通過(guò)串口輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種甲烷傳感器，其特征在于所述主芯片采用S3C2440芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種甲烷傳感器，其特征在于所述光源驅(qū)動(dòng)部分采用LAMP-ENABLE, LAMP-ENABLE與S3C2440芯片的引腳相連，調(diào)制信號(hào)的頻率為4HZ。
【專利摘要】<b>一種甲烷傳感器屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種甲烷傳感器。本發(fā)明提供一種精度高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的甲烷傳感器。本發(fā)明包括</b><b>PC</b><b>機(jī)、外接顯示設(shè)備、控制器、光源驅(qū)動(dòng)部分、帶通放大部分、光源、甲烷探測(cè)器、溫度傳感器，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)控制器端口分別與</b><b>PC</b><b>機(jī)端口、外接顯示設(shè)備輸入端口、光源驅(qū)動(dòng)部分輸入端口、帶通放大部分輸出端口、溫度傳感器輸出端口相連。</b>
【IPC分類】G01N21/3504, G01N21/01
【公開號(hào)】CN105319177
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410365709
【發(fā)明人】富強(qiáng)
【申請(qǐng)人】富強(qiáng)
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月30日