專利名稱：一種氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體濃度在線監(jiān)測(cè)裝 置，特別涉及了一種氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置。
技術(shù)背景化工生產(chǎn)中，氯氣的用途十分廣泛。氯氣是一種具有極強(qiáng)的化學(xué)親和 力的氣體，氯氣能助燃，當(dāng)氯氣與許多物質(zhì)混合后，會(huì)腐蝕容器，甚至引 起爆炸。同時(shí)，常態(tài)下的氯氣是一種劇毒氣體，能強(qiáng)烈刺激人的呼吸道和 眼鼻粘膜，甚至危及生命。在生產(chǎn)中為了預(yù)防事故的發(fā)生和確保操作人員 的人身安全，需要對(duì)環(huán)境中的氯氣濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法是 甲基醇比色法，該方法需人工采樣后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量，靈敏度低、操作復(fù) 雜、耗時(shí)長(zhǎng)，不適合實(shí)時(shí)在線測(cè)量。早期的氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置采用模 擬電路，精度低、可靠性差、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)復(fù)雜、功能單一，已不能 滿足實(shí)際需要。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有的氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的精度低、可 靠性差、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、功能單一的缺點(diǎn)，提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)的氯 氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氯氣的濃度，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行溫 度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)氯氣濃度的實(shí)時(shí)顯示、超限報(bào)警、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能。在 計(jì)算機(jī)的管理軟件配合下，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的遠(yuǎn)程管理操作。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是包括一臺(tái)主控儀，多臺(tái) 氯氣變送器和一臺(tái)溫度變送器。各氯氣變送器和溫度變送器與主控儀通過(guò) 雙絞線連接。主控儀包括處理器模塊和分別與處理器模塊連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液 晶顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警電路模塊、通信模塊、4 20mA信號(hào)輸入模塊。主控儀電源模塊分別與其他模塊連接，為其 供電。主控儀審源模塊的輸入電壓為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部采 用LM 1117 — 3.3禾n LM1 117 — 5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。處理器模塊采用 MSP430F149型16位單片機(jī)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用SD卡，其接口電路與處理器模塊的P3.0、 P3.K P3.2和腳連接。液晶顯示模 塊采用CM19264型192X64單色點(diǎn)陣式液晶顯示屏，其數(shù)據(jù)線與處 理器模塊的P2 口連接、指令線與處理器模塊的P1 口連接。按鍵模塊包 括6個(gè)按鍵，6個(gè)按鍵分別與處理器模塊的P6 口連接。時(shí)鐘模塊采用 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其SCLK、 IO、 nRESET分別與處理器模塊的 P5.5、 P5.4、 P5.6腳連接。報(bào)警電路模塊的接口電路與處理器模塊的 P4.1、 P4.2腳連接。通信模塊采用MAX3232芯片，與處理器模塊的 UART接口連接。4 20mA信號(hào)輸入模塊采用MCP3208型8路模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，與處理器模塊之間使用光耦隔離，其接口電路與處理 器模塊的P5.0、 P5.K P5.2、 P5.3腳連接。氯氣變送器包括順序連接的氯氣傳感器、氯氣變送器放大模塊和氯氣 變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊，氯氣變送器電源模塊與分別與氯氣傳 感器、氯氣變送器放大模塊和氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊連 接，為其供電。氯氣傳感器采用恒定電位氯氣傳感器；氯氣變送器放大模 塊采用TLC2252高輸入阻抗、高增益放大器；氯氣變送器4 20mA 信號(hào)輸出模塊采用LM358通用放大器；氯氣變送器電源模塊的輸入電壓 為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部采用LM 1 1 1 7 — 5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn) 壓電路。氯氣傳感器檢測(cè)到氯氣并產(chǎn)生微弱電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)氯氣變送器 放大模塊放大后，送入氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊，并將信號(hào) 轉(zhuǎn)換為4 20mA信號(hào)并輸出，通過(guò)雙絞線送至主控儀的4 20mA信 號(hào)輸入模塊。溫度變送器包括順序連接的溫度傳感器、溫度變送器放大模塊和溫度 變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊，溫度變送器電源模塊分別與溫度傳感 器、溫度變送器放大模塊和溫度變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊連接， 為其供電。所述的溫度傳感器為熱電阻，溫度的測(cè)量方式采用傳統(tǒng)的熱電 阻測(cè)量方式；溫度變送器放大模塊采用TLC2252高輸入阻抗、高增益 放大器；溫度變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊采用LM358通用放大 器；溫度變送器電源模塊的輸入電壓為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部 采用LM1 117-5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路。溫度傳感器的熱電阻在環(huán) 境溫度下產(chǎn)生微弱電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)溫度變送器放大模塊放大后，送入溫 度變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4 20mA信號(hào)并輸出通過(guò)雙絞線送至主控儀的4 20mA信號(hào)輸入模塊。采用上述技術(shù)方案后，氯氣變送器和溫度變送器布置于監(jiān)測(cè)區(qū)域中， 通過(guò)屏蔽雙絞線與主控儀連接，主控儀與裝有數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件的遠(yuǎn)程計(jì)算 機(jī)連接。氯氣變送器和溫度變送器分別采集氯氣濃度和溫度信息，并將其 轉(zhuǎn)換為4 20mA信號(hào)，傳輸至主控儀。主控儀對(duì)采集的氯氣濃度信息 進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示氯氣濃度值，將氯氣濃度信息存儲(chǔ) 在主控儀并發(fā)送給遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)將氯氣濃度信息存儲(chǔ)入數(shù) 據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，方便査詢記錄。當(dāng)氯氣濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，主 控儀發(fā)出聲光報(bào)警以提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員注意安全、撤離現(xiàn)場(chǎng)，并將報(bào)警記 錄存儲(chǔ)在主控儀和數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便工作人員調(diào)閱。本實(shí)用新型裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氯氣的濃度，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償， 實(shí)現(xiàn)氯氣濃度的實(shí)時(shí)顯示、超限報(bào)警、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中主控儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中氯氣變送器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型中溫度變送器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主控儀1、多 臺(tái)氯氣變送器2和溫度變送器3。氯氣變送器2和溫度變送器3布置于監(jiān)測(cè)區(qū)域中，通過(guò)屏蔽雙絞線與主控儀1連接，主控儀1與中央監(jiān)控系統(tǒng)4信號(hào)連接。氯氣變送器2和溫度變送器3分別采集環(huán)境中的氯氣濃 度和溫度信息，并將信息轉(zhuǎn)換為4 20mA信號(hào)，通過(guò)雙絞線傳輸至主 控儀1;主控儀1對(duì)采集的氯氣濃度信息進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，將氯氣濃度 值顯示在其液晶屏上，將氯氣濃度信息存儲(chǔ)在主控儀1內(nèi)并發(fā)送給中央 監(jiān)控系統(tǒng)4。當(dāng)氯氣濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，主控儀1發(fā)出聲光報(bào)警，并將 報(bào)警記錄存儲(chǔ)在主控儀1和中央監(jiān)控系統(tǒng)4中，以便調(diào)閱。圖2是氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置的主控儀1結(jié)構(gòu)示意圖，主控儀1包 括處理器模塊1-1和分別與處理器模塊1_1連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1-2、液晶顯示模塊1-3、按鍵模塊1-4、時(shí)鐘模塊1-5、報(bào)警電路模塊1 一6、通信模塊1 一7、 4 20mA信號(hào)輸入模塊1 一8。主控儀電源 模塊1一9分別與其他模塊連接，為其供電。主控儀電源模塊1_9的輸 入電壓為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部采用LM1 117 — 3.3和 LM1 1 17_5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到和5V的VCC;主控儀電源模 塊與單片機(jī)的電源輸入端連接。處理器模塊1一1采用MSP430F149 型1 6位單片機(jī)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊1 - 2采用SD卡，用于存儲(chǔ)氯氣濃度歷 史數(shù)據(jù)，SD卡的接口電路與處理器模塊1一1的P3.0、 P3.K P3.2 和P3.3腳連接，處理器模塊1一1:通過(guò)SPI總線方式訪問(wèn)SD卡，支 持FAT32文件系統(tǒng)。液晶顯示模塊1一3采用CM19264型 192X64單色點(diǎn)陣式液晶顯示屏，或者5V供電，液晶顯示模塊 1一3的數(shù)據(jù)線與處理器模塊1一1的P2 口連接、指令線與處理器模塊 1 一 1的P1 口連接。按鍵模塊1 _4包括6個(gè)按鍵，6個(gè)按鍵分別與處 理器模塊1_1的P6 口連接，并定義為"上"、"下"、"左"、 "右"、"取消"、"確定"。時(shí)鐘模塊1一5采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘 芯片，其SCLK、 IO、 nRESET分別與處理器模塊1一1的P5.5、 P5.4、 P5.6腳連接。報(bào)警電路模塊1一6提供了 2路報(bào)警，由處理器 模塊1一 1驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)，其接口電路與處理器模塊1 一1的P4J、 P4.2腳連接。通信模塊1一7采用MAX3232芯片，波特率為 11.52ksps，與處理器模塊1一1的UART接口連接。4 20mA信 號(hào)輸入模塊1一8的接口電路與處理器模塊1一1的P5.0、 P5.1、 P5.2、 P5.3腳連接。4 20mA信號(hào)輸入模塊1 一8包括模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換芯片，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片采用MCP3208型8路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 芯片，MCP3208芯片與MSP430F1 49單片機(jī)之間使用光耦隔離。圖3是氯氣變送器2的結(jié)構(gòu)示意圖，包括順序連接的氯氣傳感器 2-1、氯氣變送器放大模塊2 — 2和氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模 塊2_3，氯氣變送器電源模塊2-4與分別與氯氣傳感器2-1、氯氣變 送器放大模塊2-2和氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊2-3連 接，為其供電。氯氣傳感器2-1采用瑞士 Membrapo「公司的 CI2 — C-20恒定電位氯氣傳感器，測(cè)量范圍0 20ppm，精度2%， 壽命2年；氯氣變送器放大模塊2-2采用TLC2252高輸入阻抗、高 增益放大器，將氯氣傳感器感應(yīng)的uA級(jí)的電流信號(hào)放大為2V左右的電壓信號(hào)；氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊2-3采用LM358通用 放大器；氯氣變送器電源模塊2_4的輸入電壓為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部采用LM1117 —5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路。氯氣傳感器2- 1檢測(cè)到氯氣并產(chǎn)生微弱電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)氯氣變送器放大模塊2-2放大后，送入氯氣變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊2-3，并將信號(hào)轉(zhuǎn) 換為4 20mA信號(hào)并輸出，通過(guò)雙絞線送至主控儀1的4 20mA信 號(hào)輸入模塊1—8。圖4是溫度變送器3的結(jié)構(gòu)示意圖，包括順序連接的溫度傳感器3- 1 、溫度變送器放大模塊3-2和溫度變送器4 20mA信號(hào)輸出模 塊3-3，溫度變送器電源模塊3-4分別與溫度傳感器3 - 1 、溫度變送 器放大模塊3 — 2和溫度變送器4 20mA信號(hào)輸出模塊3-3連接， 為其供電。溫度傳感器3-1為熱電阻，溫度的測(cè)量方式采用傳統(tǒng)的熱電 阻測(cè)量方式，測(cè)量溫度范圍一40 85'C;溫度變送器放大模塊3-2使 用了 TLC2252高輸入阻抗、高增益放大器；溫度變送器4 20mA信 號(hào)輸出模塊3 —3使用了 LM358通用放大器；溫度變送器電源模塊3-4的輸入電壓為DC 24V或AC 220V，內(nèi)部采用LM 1 1 1 7 —5芯片 進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路；溫度傳感器3-1的熱電阻在環(huán)境溫度下產(chǎn)生微弱 電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)溫度變送器放大模塊3-2放大后，送入溫度變送器 4 20mA信號(hào)輸出模塊3 — 3，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4 20mA信號(hào)并輸 出通過(guò)雙絞線送至主控儀1的4 20mA信號(hào)輸入模塊1 一8。
權(quán)利要求1、一種氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置，包括一臺(tái)主控儀，多臺(tái)氯氣變送器和一臺(tái)溫度變送器，各氯氣變送器和溫度變送器與主控儀通過(guò)雙絞線連接，其特征在于所述的主控儀包括處理器模塊和分別與處理器模塊連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警電路模塊、通信模塊、4～20mA信號(hào)輸入模塊；主控儀電源模塊內(nèi)部采用LM1117-3.3和LM1117-5芯片，主控儀電源模塊分別與其他模塊連接；處理器模塊采用MSP430F149型16位單片機(jī)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用SD卡，其接口電路與處理器模塊的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3腳連接；液晶顯示模塊采用CM19264型192×64單色點(diǎn)陣式液晶顯示屏，其數(shù)據(jù)線與處理器模塊的P2口連接、指令線與處理器模塊的P1口連接；按鍵模塊包括6個(gè)按鍵，6個(gè)按鍵分別與處理器模塊的P6口連接；時(shí)鐘模塊采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其SCLK、IO、nRESET分別與處理器模塊的P5.5、P5.4、P5.6腳連接；報(bào)警電路模塊的接口電路與處理器模塊的P4.1、P4.2腳連接；通信模塊采用MAX3232芯片，與處理器模塊的UART接口連接；4～20mA信號(hào)輸入模塊采用MCP3208型8路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，與處理器模塊之間使用光耦隔離，其接口電路與處理器模塊的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3腳連接；所述的氯氣變送器包括順序連接的氯氣傳感器、氯氣變送器放大模塊和氯氣變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊，氯氣變送器電源模塊與分別與氯氣傳感器、氯氣變送器放大模塊和氯氣變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊連接；氯氣傳感器采用恒定電位氯氣傳感器；氯氣變送器放大模塊采用TLC2252高輸入阻抗、高增益放大器；氯氣變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊采用LM358通用放大器；氯氣變送器電源模塊內(nèi)部采用LM1117-5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路；所述的溫度變送器包括順序連接的溫度傳感器、溫度變送器放大模塊和溫度變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊，溫度變送器電源模塊分別與溫度傳感器、溫度變送器放大模塊和溫度變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊連接；所述的溫度傳感器為熱電阻，溫度的測(cè)量方式采用傳統(tǒng)的熱電阻測(cè)量方式；溫度變送器放大模塊采用TLC2252高輸入阻抗、高增益放大器；溫度變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊采用LM358通用放大器；溫度變送器電源模塊內(nèi)部采用LM1117-5芯片進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氯氣濃度在線監(jiān)測(cè)裝置。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法不適合實(shí)時(shí)在線測(cè)量。本實(shí)用新型包括一臺(tái)主控儀，多臺(tái)氯氣變送器和一臺(tái)溫度變送器。各氯氣變送器和溫度變送器與主控儀通過(guò)雙絞線連接。主控儀包括處理器模塊和分別與處理器模塊連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、報(bào)警電路模塊、通信模塊、4～20mA信號(hào)輸入模塊。氯氣變送器包括順序連接的氯氣傳感器、氯氣變送器放大模塊和氯氣變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊。溫度變送器包括順序連接的溫度傳感器、溫度變送器放大模塊和溫度變送器4～20mA信號(hào)輸出模塊。采用本實(shí)用新型裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氯氣的濃度，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01N35/00GK201173905SQ200820085408
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者鵬 蔣, 蔣路茸 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)