一种天然气报警系统及方法
阅读：49发布：2021-04-11
专利汇可以提供一种天然气报警系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 的方法中提出了一种 天然气 报警系统及方法，该系统包括检测 电路 和显示电路，其中显示电路由主芯片模 块 和电源模块、短信模块、 无线通信模块 、显示模块、掉电信息储存模块、按键模块、蜂鸣器模块组成，检测电路由主芯片模块和电源模块、无线通信模块、气敏模块、掉电信息储存模块组成。该系统可以同时检测多个房间的气体浓度，检测 精度 较高，且具有多重报警功能，在很大程度上降低了由天然气 泄漏 造成的 风 险。，下面是一种天然气报警系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种天然气报警系统，其特征在于，所述系统包括：
主芯片模块，以及与所述主芯片模块电连接的电源模块、无线通信模块、掉电信息储存模块、显示模块、蜂鸣器模块、短信模块、气敏模块和按键模块；
所述主芯片模块和电源模块、短信模块、无线通信模块、显示模块、掉电信息储存模块、按键模块、蜂鸣器模块组成显示电路，按键模块用于解除蜂鸣器模块和短信模块的警报；
所述主芯片模块和电源模块、无线通信模块、气敏模块、掉电信息储存模块组成检测电路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主芯片模块为STC15W408-AS单片机。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块为NRF24L01控制芯片，其采用集成电路总线IIC通信。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电源模块采用AMS1117芯片进行稳压。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述掉电信息储存模块为24C02芯片，其采用IIC通信。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述蜂鸣器模块包括蜂鸣器以及用于驱动蜂鸣器的NPN型三极管。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述短信模块为GA6-B模块，该模块用于接收到报警信号，向指定的终端发送短信。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述气敏模块由MQ-5气体传感器以及串接的分压电阻组成。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述显示模块为OLED显示屏。
10.如权利要求1-9任一项所述的天然气报警方法，其特征在于，包括：
在显示电路中：
主芯片模块初始化；
主芯片模块接收无线通信模块发送的浓度值信号；
主芯片模块判断浓度值信号的数值是否超出设定值，若是，则向蜂鸣器模块发送报警驱动信号，并启动短信模块向用户的终端发送报警信息；
若主芯片模块接收到按键模块的按键信号，则向蜂鸣器模块发送停止报警驱动信号，同时解除短信模块的报警状态；
当所述蜂鸣器模块接收到报警驱动信号，则启动报警，当所述蜂鸣器接收到停止报警驱动信号，则解除报警；
在检测电路中：
到到达检测周期时，主芯片模块控制气敏模块检测气体浓度；
气敏模块将浓度值信号发送至主芯片模块进行判断；
若浓度值正常，检测电路等待下个检测周期；若浓度值非正常，主芯片模块判断是否接收到按键信号，若否，气敏模块持续将浓度值信号发送至主芯片模块，若是，检测电路等待下个检测周期。
一种天然气报警系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天然气报警技术领域，尤其涉及一种天然气报警系统及方法。【背景技术】
[0002] 伴随着“煤改气”工程的快速实施，天然气在农村家庭中的利用已愈发普遍。由于天然气自身无色无味，若发生泄露，极难察觉，以致用户发生中毒事件也时有发生。当空气中的天然气浓度达到5％-15％时，遇明火立即发生爆炸，超过15％，在空气中可正常燃烧，这严重危及到用户的人身和财产安全。现有的天然气报警系统功能单一，很难应用于多种应用场景。【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种天然气报警系统及方法。
[0004] 第一方面，本发明实施例提供了一种天然气报警系统，该系统包括：
[0006] 所述主芯片模块和电源模块、短信模块、无线通信模块、显示模块、掉电信息储存模块、按键模块、蜂鸣器模块组成显示电路，按键模块用于解除蜂鸣器模块和短信模块的警报；
[0007] 所述主芯片模块和电源模块、无线通信模块、气敏模块、掉电信息储存模块组成检测电路。
[0008] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述主芯片模块为STC15W408-AS单片机。，
[0009] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述无线通信模块为NRF24L01控制芯片，其采用集成电路总线IIC通信。
[0010] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电源模块采用AMS1117芯片进行稳压。
[0011] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述掉电信息储存模块为24C02芯片，其采用IIC通信。
[0012] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述蜂鸣器模块包括蜂鸣器以及用于驱动蜂鸣器的NPN型三极管。
[0015] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述显示模块为OLED显示屏。
[0016] 第二方面，本发明实施例提供了一种应用于上述任一种实现方式的天然气报警方法。该方法包括：
[0017] 在显示电路中：
[0018] 主芯片模块初始化；
[0019] 主芯片模块接收无线通信模块发送的浓度值信号；
[0020] 主芯片模块判断浓度值信号的数值是否超出设定值，若是，则向蜂鸣器模块发送报警驱动信号，并启动短信模块向用户的终端发送报警信息；
[0021] 若主芯片模块接收到按键模块的按键信号，则向蜂鸣器模块发送停止报警驱动信号，同时解除短信模块的报警状态；
[0022] 当所述蜂鸣器模块接收到报警驱动信号，则启动报警，当所述蜂鸣器接收到停止报警驱动信号，则解除报警；
[0023] 在检测电路中：
[0024] 到到达检测周期时，主芯片模块控制气敏模块检测气体浓度；
[0025] 气敏模块将浓度值信号发送至主芯片模块进行判断；
[0026] 若浓度值正常，检测电路等待下个检测周期；若浓度值非正常，主芯片模块判断是否接收到按键信号，若否，气敏模块持续将浓度值信号发送至主芯片模块，若是，检测电路等待下个检测周期。
[0027] 上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
[0028] 本发明实施例的方法中提出了一种天然气报警系统及方法，该系统包括检测电路和显示电路，其中显示电路由主芯片模块和电源模块、短信模块、无线通信模块、显示模块、掉电信息储存模块、按键模块、蜂鸣器模块组成，检测电路由主芯片模块和电源模块、无线通信模块、气敏模块、掉电信息储存模块组成。该系统检测可以同时检测多个房间的气体浓度，检测精度较高，且具有多重报警功能，在很大程度上降低了由天然气泄漏造成的风险。【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0030] 图1为本发明实施例所提供的显示电路的模块示意图；
[0031] 图2为本发明实施例所提供的检测电路的模块示意图；
[0032] 图3为本发明实施例所提供的主芯片模块的电路示意图；
[0033] 图4为本发明实施例所提供的电源模块的电路示意图；
[0034] 图5为本发明实施例所提供的无线通信模块的电路示意图；
[0035] 图6为本发明实施例所提供的掉电信息储存模块的电路示意图；
[0036] 图7为本发明实施例所提供的显示模块的电路示意图；
[0037] 图8为本发明实施例所提供的蜂鸣器模块的电路示意图；
[0038] 图9为本发明实施例所提供的短信模块的电路示意图；
[0039] 图10为本发明实施例所提供的气敏模块的电路示意图；
[0040] 图11为本发明实施例所提供的显示电路部分的流程示意图；
[0041] 图12为本发明实施例所提供的检测电路部分的流程示意图。【具体实施方式】
[0042] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 图1为本发明实施例所提供的显示电路的模块示意图，图2为本发明实施例所提供的检测电路的模块示意图。请参考图1和图2，该系统包括主芯片模块1，以及与所述主芯片模块1电连接的电源模块2、无线通信模块3、掉电信息储存模块4、显示模块5、蜂鸣器模块6、短信模块7、气敏模块8和按键模块9；
[0044] 主芯片模块1和电源模块2、短信模块7、无线通信模块3、显示模块5、掉电信息储存模块4、按键模块9、蜂鸣器模块6组成显示电路，按键模块9用于解除蜂鸣器模块6和短信模块7的警报；
[0045] 主芯片模块1和电源模块2、无线通信模块3、气敏模块8、掉电信息储存模块4组成检测电路。
[0046] 图3为本发明实施例所提供的主芯片模块的电路示意图，请参考图3，本发明实施例采用的STC15W408AS单片机为28引脚芯片，内置高精度时钟电路、复位电路，10路8位逐次逼近型ADC转换器，具体使用参数如下：
[0047] 1、增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期,速度比普通8051快8-12倍；
[0049] 3、1K/2K/4K/8K/13K/15.5K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上；
[0050] 4、片内集成512字节的SRAM，SRAM(Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器)包括常规的256字节RAM和内部扩展的256字节XRAM；
[0051] 5、ISP/IAP(In System Programming/In Applicatin Programming，在系统编程/在应用可编程)，无需编程器/仿真器；
[0052] 6、共8通道10位高速ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟/数字转换器)速度可达30万次/秒，3路PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)还可当3路D/A使用，针对本实施例可完全省去外部模数转换电路；
[0053] 7、共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA，CAN Calibration Protocol/Programmable Counter Array/Pulse Width Modulation，CAN总线的应用协议/脉冲宽度调制/可编程计数器阵列)也可用来再实现3个定时器或3个外部中断(支持上升沿/下降沿中断)或3路D/A；
[0054] 8、利用CCP/PCA高速脉冲输出功能可现3路9～16位PWM；
[0055] 9、利用定时器T0的时钟输出功能可现高精度的8～16位PWM(占用系统时间小于0.4％)；
[0056] 10、内部高可靠复位，ISP编程时16级复位门槛电压可选,可彻底省掉外部复位电路；
[0057] 11、工作频率范围：5MHz～35MHz,相当于普通8051的60MHz～420MHz。在此项目中设计时钟工作频率为6MHz；
[0058] 12、内部高精度R/C时钟(±0.3％)，±1％温飘(-40℃～+85℃)，常温下温飘±0.6％(-20℃～+65℃)，ISP编程时内部时钟从5MHz～35MHZ可设5.5296MHz/11.0592MHz/
22.1184MHz/33.1776MHz；
22.1184MHz/33.1776MHz；
[0059] 13、不需外部晶振和外部复位,还可对外输出时钟和低电平复位信号；
[0061] 15、支持程序加密后传输，防拦截；
[0062] 16、低功耗设计：低速模式，空闲模式，掉电模式/停机模式；
[0063] 17、可将掉电模式/停机模式唤醒的定时器：有内部低功耗掉电唤醒专用定时器；
[0064] 18、可将掉电模式/停机模式唤醒的资源有：INTO/P3.2，INT1/P3.3(INT-O/INT1上升沿下降沿中断均可)INT2/P3.6，INT3/P3.7，INT4/P3.0(INT2/INT-3/INE4仅可下降沿中断)；管脚CCP0/CCP1/CCP2；管脚RxD(可在RxD/P3.0、RxD_2/P3.6和RxD_3/P1.6之间切换)；管脚T0/T2(下降沿，不产生中断，前提是在进入掉电模式、停机模式前相应的定时器中断已经被允许)；内部低功耗掉电唤醒专用定时器；
[0065] 19、比较器，可当1路ADC使用，并可作掉电检测，支持外部管脚CMP+与外部CMP-进行比较,可产生中断，并可在管脚CMPO上产生输出(可设置极性)，也支持外部管脚CMP+与内部参考电压进行比较。
[0066] 20、通用1/O口(26/18/14个)，复位后为:准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片电流最大不要超过90mA。
[0067] 图4为本发明实施例所提供的电源模块的电路示意图，请参考图4，电源电路部分采用AMS1117芯片，该稳压芯片可将输入电压稳压至3.3V，为后续主芯片电路，无线通信电路，OLED显示电路，掉电信息储存电路供电。电路输入端口和输出端口均采用0.1UF瓷片电容和47UF电解电容进行去偶，对电压进行滤波，使输出电压波形更加完整。LED1为电源指示灯，R1为电源指示灯的限流电阻。
[0068] 图5为本发明实施例所提供的无线通信模块的电路示意图，请参考图5，无线通信模块采用NRF24L01为控制芯片，芯片供电电压为3.3V，采用IIC通信传输和接收数据，当设置为接收模式时，最多可同时接受6路数据传输，最大传输距离可达到几百至千米。在本发明实施例中，仅设置房间A和房间B两路监测信号，故此为二对一模式进行信号发送与接收。在实际需求下最多可调整为六对一模式进行信号的发送与接收。
[0069] 图6为本发明实施例所提供的掉电信息储存模块的电路示意图，请参考图6，掉电信息储存模块采用芯片24C02，芯片供电电压为3.3V，采用IIC通信，当时钟信号SCL＝1，数据信号SDA由0变1时开始写入数据，数据进行串行写入，由高位到低位逐位写入。当时钟信号SCL＝0，数据信号由1变0时结束写入数据。在高频工作情况下，当对写入的数据高低位进行判断时，应设2us-4us的延时，在本发明实施例中，此延时对电路工作没有影响。
[0070] 图7为本发明实施例所提供的显示模块的电路示意图，请参考图7，采用0.96寸OLED，由128*64点阵组成，OLED显示屏的响应时间一般在几微妙到几十微妙之间。OLED显示屏的低温特性好，它可以在零下40度正常显示，采用有机发光原理，每个LED可自行发光，从而使其低功耗，低成本。此模块供电电压为3.3V，OLED显示屏与主芯片模块进行通话时遵循IIC协议，因此使其具有数据传输快，功耗低等优点。
[0071] 图8为本发明实施例所提供的蜂鸣器模块的电路示意图，请参考图8，蜂鸣器模块采用NPN型三极管2N3904驱动蜂鸣器发声，三极管采用共设放大方式，将主芯片发送的报警讯号通过三极管进行放大，放大后的信号使蜂鸣器发出声音，其信号输入引脚与单片机I/O输出P1.3引脚相连。
[0072] 图9为本发明实施例所提供的短信模块的电路示意图，请参考图9，该模块采用GA6-B，模块功能主要为了当天然气气体浓度到达预设值时向用户手机进行短信提醒。使用此模块前先使用调试助手对其串口调试，使其正常完成短信发送功能，再根据所需要的AT指令进行程序编写，使其确保能与单片机稳定通话。该模块供电电压为5V。
[0073] 图10为本发明实施例所提供的气敏模块的电路示意图，请参考图10，该模块采用MQ-5气体传感器，对天然气十分敏感，该模块供电电压为5V，由于单片机的工作电压为3.3V，且单片机内部集成ADC转换器，故ADC转换器的参考电压为3.3V，因此有必要将气体传感器的输出进行分压控制，从而采用R4和R5进行串联分压。采集输出传送给单片机ADC转换器P1.1引脚。
[0074] 在本发明实施例的方法中提出的天然气报警系统中，包括检测电路和显示电路，其中显示电路由主芯片模块和电源模块、短信模块、无线通信模块、显示模块、掉电信息储存模块、按键模块、蜂鸣器模块组成，检测电路由主芯片模块和电源模块、无线通信模块、气敏模块、掉电信息储存模块组成。该系统检测可以同时检测多个房间的气体浓度，检测精度较高，且具有多重报警功能，在很大程度上降低了由天然气泄漏造成的风险。
[0075] 本发明实施例还提供了一种天然气报警方法，图11为本发明实施例所提供的显示电路部分的流程示意图，图12为本发明实施例所提供的检测电路部分的流程示意图。请参考图11和图12，该方法包括：
[0076] 在显示电路中：
[0077] 主芯片模块初始化；
[0078] 主芯片模块接收无线通信模块发送的浓度值信号；
[0079] 主芯片模块判断浓度值信号的数值是否超出设定值，若是，则向蜂鸣器模块发送报警驱动信号，并启动短信模块向用户的终端发送报警信息；
[0080] 若主芯片模块接收到按键模块的按键信号，则向蜂鸣器模块发送停止报警驱动信号，同时解除短信模块的报警状态；
[0081] 当所述蜂鸣器模块接收到报警驱动信号，则启动报警，当所述蜂鸣器接收到停止报警驱动信号，则解除报警；
[0082] 在检测电路中：
[0083] 到到达检测周期时，主芯片模块控制气敏模块检测气体浓度；
[0084] 气敏模块将浓度值信号发送至主芯片模块进行判断；
[0085] 若浓度值正常，检测电路等待下个检测周期；若浓度值非正常，主芯片模块判断是否接收到按键信号，若否，气敏模块持续将浓度值信号发送至主芯片模块，若是，检测电路等待下个检测周期。
[0086] 还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0087] 本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
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