技术领域
[0001] 本实用新型属于气体浓度探测器技术领域，具体地说，尤其涉及一种可燃气体探测器。
背景技术
[0002] 可燃气是指能够与空气(或
氧气)在一定浓度范围内均匀混合形成预混气，遇到火源会发生爆炸，燃烧过程中释放出大量
能量的气体。近年来，随着石油化工业的发展，易燃、易爆气体的种类和应用范围得到了增加，这些气体在生产、运输和存储过程中一旦发生
泄漏，当体积分数超过爆炸极限后，极易造成重大安全事故，严重危害人民生命和财产安全。因此，及时可靠地探测空气中可燃气体的含量显得尤为重要。目前工业应用探测器一般是
传感器与
控制器分开设计，传感器只是一个
探头，需布线后连接控制器，以
电压或者
电流形式传到控制器上，控制器再根据预设的配制参数进行
信号处理与控制输出。传统这种分体式控制器存在以下不足：1.信号的处理与控制功能完全由控制器完成，尤其在各个探测点场合下，对唯一的控制器依赖性特别大，控制器一旦出现故障，整个系统就会瘫痪，完全丧失检测功能，后果严重；2.对于小系统场合，可能需要检测的点很少，但同样需要总控制器、同样需要布线，成本很高；3.传统分体式探测器多利用LED显示方式，用代码和字符代表参数设置项，操作复杂，设置繁琐，甚至有很多产品还不具备参数设置功能，使用诸多不便；4.传统探测器浓度检测
精度低，相应速度相对较慢，无法利用上位机实现远程监控功能，整个系统
稳定性比较差。
发明内容
[0003] 为解决上述问题，本实用新型提供了一种可燃气体探测器。
[0004] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种可燃气体探测器，包括微控制单元MCU、可燃
气体传感器信号采集模
块、信号放大
电路模块、OLED显示模块、数字通信电路模块、继电器输出模块以及光报警电路模块；
[0006] 所述可燃气体传感器信号采集模块中的可燃气传感器将检测到的可燃气浓度信息转换成电压信号，该模块采集电压信号并经所述信号放大电路模块放大后接入微控制单元MCU的ADC转换模块，所述微控制单元MCU由转换得到的
数字量计算出可燃气体的浓度，并由与之
电信号连接的OLED显示模块显示，同时将该浓度信息通过所述数字通信电路模块传输至上位机，所述上位机也可通过所述数字通信电路模块将设定的参数发送至所述微控制单元MCU；所述继电器输出模块、光报警电路模块均与所述微控制单元MCU的输出管脚电信号相连，当可燃气体的浓度超过报警下限时，所述微控制单元MCU控制继电器输出模块中的继电器闭合，接通所述光报警电路模块，发出报警信号。
[0007] 优选地，所述微控制单元MCU中所采用的
单片机型号为C8051F120单片机。
[0008] 优选地，所述可燃气体传感器信号采集模块包括催化燃烧型可燃气传感器，所述信号放大电路模块包括一级差分放大电路和一级反相放大电路，所述催化燃烧型可燃气传感器的两输出端分别与所述一级差分放大电路的两输入端电信号连接，所述一级差分放大电路的输出端与所述一级反相放大电路的输入端电信号连接，将可燃气浓度电压信号放大并反相输出至微控制单元MCU的ADC模块。
[0009] 优选地，所述数字通信电路模块5所采用的收发器型号为MAX485，实现TTL电平和485电平间的相互转换。
[0010] 优选地，所述继电器输出模块包括光电
耦合器TLP521抗干扰抑制电路、
三极管开关电路以及继电器控制电路，所述继电器控制电路的输出端与所述光报警电路模块输入端连接，用于控制所述光报警电路模块的导通与断开。
[0011] 与
现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0012] 1.本实用新型采用一体式结构设计，将传感器采集信息部分与控制部分集成在一起，无需考虑布线成本问题，且本实用新型是以低功耗、高性能C8051F120单片机为核心而展开的电路设计，整个电路设计简单而巧妙，大幅度降低传统探测器生产应用成本；
[0013] 2.本实用新型以催化燃烧型可燃气传感器作为感应气体浓度的传感器，并结合低功耗、高性能的C8051F120单片机实现了对可燃气体浓度的准确测定和快速报警，RS485数字通信模块用于远程监测可燃气体浓度，继电器模块用于对报警信息作出相应动作，整个装置响应速度快，稳定性好，测量精度高，具有很高的实用价值，可广泛应用于可燃气体浓度检测领域。
附图说明
[0015] 图2是可燃气体传感器信号采集模块和信号放大电路模块电路原理图；
[0016] 图3是本实用新型数字通信电路模块电路原理图；
[0017] 图4是本实用新型继电器输出模块电路原理图。
[0018] 图中：1.微控制单元MCU；2.可燃气体传感器信号采集模块；3.信号放大电路模块；4.OLED显示模块；5.数字通信电路模块；6.继电器输出模块；7.光报警电路模块；8.上位机。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本实用新型进一步说明：
[0020] 一种可燃气体探测器，包括微控制单元MCU1、可燃气体传感器信号采集模块2、信号放大电路模块3、OLED显示模块4、数字通信电路模块5、继电器输出模块6以及光报警电路模块7；
[0021] 所述可燃气体传感器信号采集模块2中的可燃气传感器将检测到的可燃气浓度信息转换成电压信号，该模块采集电压信号并经所述信号放大电路模块3放大后接入微控制单元MCU1的ADC转换模块，所述微控制单元MCU1由转换得到的数字量计算出可燃气体的浓度，并由与之电信号连接的OLED显示模块4显示，同时将该浓度信息通过所述数字通信电路模块5传输至上位机8，所述上位机8也可通过所述数字通信电路模块5将设定的参数发送至所述微控制单元MCU1；所述继电器输出模块6、光报警电路模块7均与所述微控制单元MCU1的输出管脚电信号相连，当可燃气体的浓度超过报警下限时，所述微控制单元MCU1控制继电器输出模块6中的继电器闭合，接通所述光报警电路模块7，发出报警信号。
[0022] 优选地，所述微控制单元MCU1中所采用的单片机型号为C8051F120单片机。
[0023] 优选地，所述可燃气体传感器信号采集模块1包括催化燃烧型可燃气传感器，所述信号放大电路模块3包括一级差分放大电路和一级反相放大电路，所述催化燃烧型可燃气传感器的两输出端分别与所述一级差分放大电路的两输入端电信号连接，所述一级差分放大电路的输出端与所述一级反相放大电路的输入端电信号连接，将可燃气浓度电压信号放大并反相输出至微控制单元MCU1的ADC模块。
[0024] 优选地，所述数字通信电路模块5所采用的收发器型号为MAX485，实现TTL电平和485电平间的相互转换。
[0025] 优选地，所述继电器输出模块6包括光电耦合器TLP521抗干扰抑制电路、三极管开关电路以及继电器控制电路，所述继电器控制电路的输出端与所述光报警电路模块7输入端连接，用于控制所述光报警电路模块1的导通与断开。
[0026] 从
说明书附图图1可以看出，本实用新型包括微控制单元MCU1、可燃气体传感器信号采集模块2、信号放大电路模块3、OLED显示模块4、数字通信电路模块5、继电器输出模块6以及光报警电路模块7。所述可燃气体传感器信号采集模块2中的可燃气传感器将检测到的可燃气浓度信息转换成电压信号，该模块采集电压信号并经信号放大电路模块3放大后接入微控制单元MCU1的ADC转换模块，所述微控制单元MCU1由转换得到的数字量计算出可燃气体的浓度，并由与之电信号连接的OLED显示模块4显示，同时将该浓度信息通过所述数字通信电路模块5传输至上位机8，所述上位机8也可通过所述数字通信电路模块5将设定的参数发送至所述微控制单元MCU1；所述继电器输出模块6、光报警电路模块7均与所述微控制单元MCU1的输出管脚电信号相连，当可燃气体的浓度超过报警下限时，所述微控制单元MCU1控制继电器输出模块6中的继电器闭合，接通所述光报警电路模块7，发出报警信号。
[0027] 本实用新型微控制单元MCU1中所采用的单片机型号为C8051F120单片机。
[0028] 说明书附图图2是本实用新型可燃气体传感器信号采集模块和信号放大电路模块电路原理图；如图2所示，本实用新型可燃气体传感器型号为无
锡高顿传感技术有限公司设计生产的HC-9G可燃气传感器。该传感器用于检测爆炸低限浓度级易燃易爆气和挥发性
有机溶剂蒸汽。HC-9G可燃气传感器是由两个定值
电阻R和两个铂丝线圈组成的惠斯通电桥，两个铂丝线圈一个线圈外裹覆催化材料作为活性元件，另一个线圈外裹覆惰性材料作为
温度补偿元件，外裹覆催化材料的铂丝线圈叫催化珠，外裹覆惰性材料的铂丝线圈叫参考珠；当空气中含有可燃气体时，可燃气体在催化珠上的催化剂表面发生催化燃烧反应，放出热量，使得催化珠里的铂丝电阻阻值随着温度的升高而增大，但参考珠表面包裹的惰性材料不会与可燃气体发生反应，因此参考珠的电阻几乎没有改变，这样惠斯通的平衡便被打破，有电压输出，
输出电压的大小与检测气体的浓度呈正比。HC-9G传感器的灵敏度为30mV/1％CH4，甲烷在空气中的爆炸极限为5％-15％，因此，对于爆炸低限(0％-5％)范围内的甲烷，HC-9G输出电压范围为0-150mV。而本实用新型微控制单元MCU C8051F120单片机的ADC模块的参考电压范围为0-3.3V，因此还需对传感器输出的电压进行放大。本实用新型放大电路为一级差分放大电路和一级反相放大电路，其中一级差分放大电路是以
运算放大器LTC2050HV为核心，以电阻R7、电阻R9、电阻R14、电阻R15、电阻R2、电阻R3、电阻R8、电容C4、电容C3、电容C1、电容C8以及电容C9等元器件为外围辅助元件；所述以及一级反相放大电路是以
运算放大器LM358N为核心，以电阻R1、电阻R13、电阻R16、电阻R10、电阻R4、电容C2等元器件为辅助元件。两放大电路为常规设计，是现有技术，本领域技术人员所熟悉的，故在此不赘述其电路原理。
[0029] 说明书附图图3是本实用新型数字通信电路模块电路原理图；以收发器MAX485为核心实现TTL电平和485电平间的相互转换，电容C15、电容C16、电容C17、电阻R5、电阻R11、电阻R12等元器件为外围辅助元件。其RO和DI管脚分别为接收器的输出和
驱动器的输入端，与C8051F120单片机相连时只需分别与C8051F120单片机的RX和TX相连即可。收发器MAX485的RE管脚和DE管脚分别为接收和输入的使能端，将它们连在一起，接到C8051F120单片机的I/O口，当I/O口输出高电平时，器件处于发送状态，当I/O口输出低电平时，器件处于接收状态。电阻R11为120Ω终端匹配电阻，在进行远距离高速数据通信时，应在RS485总线
电缆的开始和末端都接上终接电阻，其阻值大小等于传输电缆的特性阻抗，一般取120Ω。由于收发器MAX485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为±200mV，即差分输入端VA-VB≥+200mV，输出逻辑“1”，VA-VB≤+200mV，输出逻辑“0”；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑“0”，这会误认为通信
帧的起始引起工作不正常。因此，在收发器MAX485的A管脚、B管脚输出端加上上拉、下拉电阻R5、R12，这样在总线悬浮时，RX端呈现唯一的高电平，C8051F120单片机不会被误中断而收到乱码。
[0030] 说明书附图图4是本实用新型继电器输出模块电路原理图；该电路包括光电耦合器TLP521抗干扰抑制电路、三极管开关电路以及继电器控制电路，以继电器RY211024、光电耦合器TLP521、三极管C9014为核心，电阻R18、电阻R6、电阻R16、电阻R17、电容C18、
二极管D1为外围辅助元件。继电器RY211024的工作电压为24V，额定功率为8A250VAC。采用光电耦合器TLP521将单片机与继电器隔离开，防止继电器电路对单片机电路造成影响。电阻R16起限流作用，降低三极管Q1的功耗。电阻R17使得三极管可靠截止。二极管D1反向续流，抑制浪涌。电容C18可以缩短继电器吸合时间。当C8051F120单片机I/0输出低电平时，光电耦合器TLP521导通，三极管Q1导通，24V电压加到继电器RY211024线圈两端，常开端与公共端吸合，使得光报警电路模块7导通，发出警报；当C8051F120单片机I/0输出高电平时，TLP521截止，三极管Q1截止，继电器RY211024没有动作，公共端与常闭端吸合。本实用新型的其他模块如OLED显示模块4、光报警电路模块7均为常规设计直接套用，是现有技术，是本领域技术领域所熟悉的，故在此不赘述。
[0031] 本实用新型采用一体式结构设计，将传感器采集信息部分与控制部分集成在一起，无需考虑布线成本问题，且本实用新型是以低功耗、高性能C8051F120单片机为核心而展开的电路设计，整个电路设计简单而巧妙，大幅度降低传统探测器生产应用成本；本实用新型以催化燃烧型可燃气传感器作为感应气体浓度的传感器，并结合低功耗、高性能的C8051F120单片机实现了对可燃气体浓度的准确测定和快速报警，RS485数字通信模块用于远程监测可燃气体浓度，继电器模块用于对报警信息作出相应动作，整个装置响应速度快，稳定性好，测量精度高，具有很高的实用价值，可广泛应用于可燃气体浓度检测领域。
[0032] 综上所述，仅为本实用新型的较佳
实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型
权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。
