一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，包括用于檢測甲烷的甲烷檢測單元、用于檢測環(huán)境溫度的溫度檢測單元、用于顯示報警的LED顯示單元和報警電路單元、以及用于控制所述檢測報警儀各部分運行的單片機，所述檢測報警儀的各部分單元電路由本安電源模塊供電，所述的本安電源模塊設有一本安電源電池組和一個用于控制電池充電的充電控制器。本實用新型采用便攜式儀器內(nèi)置本安電源模塊的特有結(jié)構，電源模塊的核心檢測控制電路直接與電池連接，避免了充電電極間接觸電阻、導線電阻和阻塞二極管等效電阻的影響，可以準確檢測電池充電狀態(tài)從而采用適當?shù)某潆娔Ｊ?，確保安全充滿電量。
【專利說明】一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種甲烷檢測裝置，尤其是涉及一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀。
【背景技術】
[0002]在使用可充電電池供電的本安型便攜式儀器領域，便攜式儀器和充電器是兩個相互獨立的電器，便攜式儀器為本安防爆型，可以在有爆炸危險的場所使用；而充電器為非防爆電器，只能在安全場所為便攜式儀器充電。便攜式儀器內(nèi)部安裝有可充電電池，電池依靠設置在儀器殼體上的充電電極與充電器連接，進行充電。在充電電路中，由于便攜式儀器充電電極與充電器電極接觸電阻、導線電阻和阻塞二極管等效電阻的影響，充電器不能準確檢測電池充電電壓，容易造成電池欠充或過充。欠充使電池容量達不到標稱值，減少放電時間，長期過充則縮短電池使用壽命。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，解決了便攜式儀器充電電極與充電器電極接觸電阻、導線電阻和阻塞二極管等效電阻的影響致使充電器不能準確檢測電池充電電壓，容易造成電池欠充或過充等問題。
[0004]本實用新型為解決上述技術問題的不足，所采用的技術方案是:
[0005]一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，包括用于檢測甲烷的甲烷檢測單元、用于檢測環(huán)境溫度的溫度檢測單元、用于顯示報警的LED顯示單元和報警電路單元、以及用于控制所述檢測報警儀各部分運行的單片機，所述檢測報警儀的各部分由本安電源模塊供電，所述的本安電源模塊設有一本安電源電池組和一個用于控制電池充電的充電控制器，充電電源的正極經(jīng)兩個阻塞二極管給充電控制器供電，充電控制器的充電輸出端接至本安電源電池組電池的正極，電池的正負極之間接有串聯(lián)的兩個分壓電阻，兩個分壓電阻之間的公共端連接至充電控制器的電壓檢測端，所述充電控制器還設有用于輸出充電工作狀態(tài)信號的輸出端，該輸出端連接至LED顯示單元。
[0006]所述的甲烷檢測單元通過信號處理單元與單片機連接。
[0007]所述的充電控制器用于指示充電工作狀態(tài)信號的輸出端經(jīng)過一個限流電阻連接至LED顯示單元。
[0008]所述的單片機采用美國Silabs公司的C8051F310高速單片機。
[0009]所述的溫度檢測單元采用DS18B20單總線溫度傳感器。
[0010]所述的甲烷檢測單元為一個采用惠斯通電橋電路連接組成的檢測單元。
[0011]所述的時鐘電路單元采用ISL1208時鐘芯片配32768HZ晶振。
[0012]所述的LED顯示單元采用單片機I/O 口直接動態(tài)驅(qū)動。
[0013]本實用新型的有益效果是:本實用新型采用便攜式儀器內(nèi)置本安電源模塊的特有結(jié)構，電源模塊的核心檢測控制電路直接與電池連接，避免了充電電極間接觸電阻、導線電阻和阻塞二極管等效電阻的影響，可以準確檢測電池充電電壓，根據(jù)電池充電電壓的變化，自動采用適當?shù)某潆娔Ｊ?，確保安全充滿電量。
[0014]本實用新型采用新型單片機為控制核心，配置載體催化傳感器、溫度傳感器、時鐘、儀表運算放大器、報警蜂鳴器、按鍵和LED數(shù)碼管等外圍元件，完成環(huán)境甲烷氣體濃度檢測、環(huán)境溫度檢測、電池電壓檢測和氣體濃度超限報警等功能。儀表零點、滿量程、氣體報警濃度和時間可以通過按鍵軟設置、存儲，檢測數(shù)據(jù)或設置值可以通過LED數(shù)碼管顯示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的原理示意圖。
[0016]圖2為本實用新型中本安電源的電氣原理示意圖。
[0017]圖3為本實用新型中充電過程電壓、電流變化圖。
[0018]圖4為為本實用新型中本安電源結(jié)構示意圖。
[0019]圖不標記:1、模塊外殼；2、電池組；3、導線；4、電路板；5、兀件；6、燒封層；J1、電路插頭；C1和C2、電容器；U1、充電控制器；D1和D2、阻塞二極管；R1?R5電阻器；R6安全電阻器；E1鎳氫電池組。
【具體實施方式】
[0020]圖中所示，【具體實施方式】如下:
[0021]一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，包括用于檢測甲烷的甲烷檢測單元、用于檢測環(huán)境溫度的溫度檢測單元、用于顯示報警的LED顯示單元和報警電路單元、以及用于控制所述檢測報警儀各部分運行的單片機，所述檢測報警儀的各部分由本安電源模塊供電，所述的本安電源模塊設有一組鎳氫電池和一個用于控制電池充電的充電控制器，充電電源的正極經(jīng)兩個阻塞二極管給充電控制器供電，充電控制器的充電輸出端接至鎳氫電池的正極，電池的正負極之間接有相串聯(lián)的兩個分壓電阻，兩個分壓電阻之間的接點連接至充電控制器的電壓檢測端，所述充電控制器還設有用于指示充電工作狀態(tài)信號的輸出端，該輸出端連接至LED充電指示燈，電池經(jīng)安全電阻限流后為整機供電。
[0022]所述的甲烷檢測單元通過信號處理單元放大、處理后與單片機連接。
[0023]所述的充電控制器用于指示充電工作狀態(tài)信號的輸出端經(jīng)過一個電阻連接至LED充電指示燈。
[0024]所述的單片機采用美國Silabs公司的C8051F310高速單片機。
[0025]所述的溫度檢測單元采用DS18B20單總線溫度傳感器。
[0026]所述的甲烷檢測單元為一個惠斯通電橋檢測電路連接而成的檢測單元。
[0027]所述的時鐘電路單元采用ISL1208時鐘芯片配32768HZ晶振。
[0028]所述的LED顯示模塊采用單片機I/O 口直接動態(tài)驅(qū)動。
[0029]所述的本安電源包括電源外殼1、電池組2、導線3、電路板4、元件5和澆封層6，電池組2與電路板4正確連接并安裝在電源外殼I中，元件5安裝在電路板4上通過澆封層6將電池組2、電路板4、兀件5和電源外殼I燒注成一體結(jié)構。
[0030]整機由單片機、甲烷檢測和信號調(diào)理、溫度檢測、電壓檢測、時鐘電路、報警電路、控制按鍵、LED顯示和本安電源模塊等部分組成，參見附圖一電路原理框圖。
[0031]單片機采用美國Silabs公司的C8051F310高速單片機作為為核心控制器，C8051F310速度可達25MIPS，內(nèi)部集成有AD轉(zhuǎn)換器、比較器、定時器、FLASH存儲器等功能模塊，滿足系統(tǒng)設計要求。
[0032]甲烷濃度采用惠斯通檢測電橋，檢測到的模擬信號經(jīng)儀表放大器調(diào)理后進入單片機做AD轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號通過計算、處理后，供后續(xù)報警、顯示使用。
[0033]溫度檢測采用DS18B20單總線溫度傳感器，該溫度傳感器由單根總線實現(xiàn)與單片機的命令、數(shù)據(jù)交互傳輸，使用時不需進行溫度標校即可保證精度，減少了儀器日常標校工作量。
[0034]電池電壓檢測采用精密電阻分壓網(wǎng)絡取樣，單片機內(nèi)置多路開關通道進行轉(zhuǎn)換，系數(shù)可以從按鍵更改、設置。
[0035]時鐘采用ISL1208時鐘芯片，配32768HZ晶振，實現(xiàn)時鐘功能。ISL1208與單片機通過SMBus總線相連,實現(xiàn)時鐘調(diào)校。
[0036]報警電路采用單片機直接驅(qū)動方式，完成甲烷濃度超限報警和電池低電壓報警。
[0037]控制按鍵采用簡單四鍵作為輸入接口，實現(xiàn)開關機、調(diào)校功能選擇和參數(shù)預設值的增、減操作，可以修改甲烷檢測零點、滿量程、報警值，也可以設置電壓檢測系數(shù)、時鐘的時、分數(shù)值。
[0038]LED數(shù)碼管顯示單元采用單片機I/O 口直接驅(qū)動的動態(tài)顯示方式，最大限度利用單片機資源，簡化電路。在正常模式可以顯示甲烷濃度、溫度值、電池電壓、報警設定值和時、分；在調(diào)校模式可以顯示零點、滿量程值、報警設定值、時、分等，配合按鍵進行參數(shù)修改。
[0039]本安電源模塊采用電池與充電管理電路一體化設計,充電管理電路自動檢測電池充電時的電壓，根據(jù)電池電壓，自動完成對可充電電池的涓流充電、恒流充電、維持充電的精確控制。在結(jié)構設計上，將阻塞二極管、自動充電控制電路、安全電阻安裝在一塊印刷電路板上，和可充電電池正確連接后一起安裝在一個絕緣材料制成的殼體里，將充電電源的正、負極、電池正極和充電狀態(tài)指示信號用導線引出，電池、電路板和殼體采用環(huán)氧樹脂澆封，構成一個本質(zhì)安全型的電源模塊。
[0040]I)多功能甲烷檢測報警儀主板
[0041]按照技術方案設計電氣原理圖、印刷電路板圖，制作電路板。在印刷電路板設計時，考慮到儀器小型化和批量生產(chǎn)，盡可能選用表面貼裝元件，適應自動貼裝和回流焊接生
產(chǎn)工藝。
[0042]根據(jù)電路主板、電池模塊和傳感器尺寸設計儀器外殼模具加工圖，開模。
[0043]2)本安電源模塊
[0044]本實用新型內(nèi)置的本安電源模塊由鎳氫電池組、充電自動控制電路和本質(zhì)安全電路組成，充電自動控制電路直接與電池正、負極相連，消除了導線電阻、二極管等效電阻、電極接觸電阻的影響，保證了精確的充電過程控制。通過選擇適當?shù)陌踩娮枳柚?、功率，實現(xiàn)本質(zhì)安全性能；電池模塊通過四根導線與儀器主板直接連接，簡單可靠。
[0045]本實用新型適用于鎳氫電池組成的電源模塊，在以下說明中以鎳氫電池為例，若使用鋰電池時，只需更換Ul型號調(diào)整部分元件參數(shù)即可。[0046]電路原理:
[0047]充電時，直流電源經(jīng)充電電極接入Jl電路插頭的J1-UJ1-2端，其中Jl-1為電源正極，J1-2為負極。直流電源正極經(jīng)過阻塞二極管D1、D2加至充電控制器Ul的4腳，為充電控制電路和充電主回路提供電源。D1、D2的作用是防止外露的充電電極觸點短路產(chǎn)生電火花。充電控制器Ul是適用鎳氫電池的線性充電控制器，內(nèi)置的功率晶體管通過5腳對電池進行充電。充電電流用外部電阻R3編程設定，最大持續(xù)充電電流可達1A。芯片內(nèi)部的功率管理電路在芯片的結(jié)溫超過115°C時自動降低充電電流，具有過熱保護功能。
[0048]當輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值時，Ul開始對電池充電,管腳7輸出低電平，表示充電正在進行，由J1-4輸出，可通過外接限流電阻和LED燈指示充電狀態(tài)，充電時LED點亮。電池電壓通過R4、R5分壓接入管腳8，合理確定分壓比，可以設置最高充電電壓，保證充電飽滿。管腳8自動檢測電池充電電壓，如果電池電壓低于最高充電電壓的69%時，充電器用小電流對電池進行涓流充電。當電池電壓超過最高充電電壓的69%時，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由管腳2和GND之間的電阻R3確定。當電池電壓接近最高充電電壓的93%時，進入維持充電模式，充電器改用小電流對電池進行充電，同時啟動定時器計時，定時時間到后，充電結(jié)束，定時時間由RlCl設定。充電結(jié)束后，Ul的管腳7輸出高阻態(tài)，外接LED熄滅指示充電結(jié)束。當電池電壓降到充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡確保電池端調(diào)制電壓的精度在1%以內(nèi)，滿足了鎳氫電池的要求。參見圖三充電過程示意圖。
[0049]放電時，模塊中電池正極通過安全電阻R6接至J1-3 ;負極接入J1-2，為儀器供電，其中負極充、放電共用。合理選擇R6的阻值和功率，即可限制電池放電電流，使輸出能量在規(guī)定的實驗條件下產(chǎn)生的電火花或熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體混合物，實現(xiàn)電池模塊的本質(zhì)安全型防爆性能。
[0050]本安模塊外殼采用抗靜電絕緣材料制成，電路板和電池正確連接、調(diào)試好后一起裝入模塊外殼，引出導線從出線孔引出。電路板與電池的連線要盡可能短，減小導線等效電阻。安裝完成后，用環(huán)氧樹脂或其它絕緣材料進行澆封，自由面澆封厚度大于I毫米。參見圖三電池模塊結(jié)構示意圖。
[0051]多功能甲烷檢測報警儀主板硬件調(diào)試好后，寫入監(jiān)控程序，完成聯(lián)機調(diào)試；將主板和本安電源模塊儀器裝入儀器外殼，連接導線，即組裝成產(chǎn)品。
[0052]本實用新型所列舉的技術方案和實施方式并非是限制，與本實用新型所列舉的技術方案和實施方式等同或者效果相同方案都在本實用新型所保護的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，包括用于檢測甲烷的甲烷檢測單元、用于檢測環(huán)境溫度的溫度檢測單元、用于顯示報警的LED顯示單元和報警電路單元、以及用于控制所述檢測報警儀各部分運行的單片機，所述檢測報警儀的各部分由本安電源模塊供電，其特征在于:所述的本安電源模塊設有一本安電源電池組和一個用于控制電池充電的充電控制器，充電電源的正極經(jīng)兩個阻塞二極管給充電控制器供電，充電控制器的充電輸出端接至本安電源電池組電池的正極，電池的正負極之間接有串聯(lián)的兩個分壓電阻，兩個分壓電阻之間的公共端連接至充電控制器的電壓檢測端，所述充電控制器還設有用于輸出充電工作狀態(tài)信號的輸出端，該輸出端連接至LED顯示單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的甲烷檢測單元通過信號處理單元與單片機連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的充電控制器用于指示充電工作狀態(tài)信號的輸出端經(jīng)過一個限流電阻連接至LED顯示單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的單片機采用美國Silabs公司的C8051F310高速單片機。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的溫度檢測單元采用DS18B20單總線溫度傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的甲烷檢測單元為一個采用惠斯通電橋電路連接組成的檢測單元。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的時鐘電路單元采用ISL1208時鐘芯片配32768HZ晶振。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種內(nèi)置本安電源模塊的多功能便攜式甲烷檢測報警儀，其特征在于:所述的LED顯示單元采用單片機I/O 口直接動態(tài)驅(qū)動。
【文檔編號】G01N27/00GK203519532SQ201320719959
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權日:2013年11月15日
【發(fā)明者】袁本銀, 姬曉, 白曉滿, 孫東, 劉蘭云, 程玉紅, 張麗麗, 周英, 董倩 申請人:中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司天成實業(yè)分公司