一種氣體檢測報警電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種氣體檢測報警電路，屬于檢測儀器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]洞穴探險不僅是一項山地戶外運動，而且是一項科學(xué)活動。洞穴探險在國外，尤其在發(fā)達國家發(fā)展較早，也較為普及，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的洞穴探險愛好者。這些探險家被我國豐富的洞穴資源所吸引，紛紛來到中國，并把這項活動帶進國門。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，這項活動已演變?yōu)榧瘖蕵贰㈠憻?、冒險、游覽、知識于一身的綜合性戶外運動，由于洞穴與長久與外界隔離，人跡罕至，可能存在空氣不與外界流通，極易出現(xiàn)缺氧的問題，造成人員傷亡，為了防止發(fā)生缺氧事故，目前洞穴探險愛好者一般采用點燃蠟燭，通過蠟燭火苗判斷氧氣的含量，在氧氣充足的時候，蠟燭燃燒正常，缺氧初期，蠟燭火苗開始發(fā)黃，根據(jù)洞穴內(nèi)部混合氣體的不同情況，蠟燭火苗出現(xiàn)異常甚至熄滅，然而許多洞穴內(nèi)氣體組成復(fù)雜，除了氧氣外，有的還有甲烷等可燃性氣體，一旦可燃性氣體含量超過某個值，而此時洞穴探險愛好者點燃蠟燭，會使甲烷氣體迅速燃燒，造成空氣迅速壓縮膨脹，形成大爆炸，嚴重危害洞穴探險愛好者的人生安全，而若同時攜帶氧氣和甲烷濃度檢測設(shè)備，由于體積和重量較大，會消耗人員過多體力，因此設(shè)計一種可以同時檢測氧氣和甲烷氣體濃度的氣體檢測報警電路具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種氣體檢測報警電路，以用于克服傳統(tǒng)檢測氧氣濃度方法易因為空氣中甲烷濃度太多造成爆炸和現(xiàn)有氣體檢測設(shè)備體積和重量較大，攜帶不方便，且檢測氣體種類單一的缺點。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:一種氣體檢測報警電路，包括單片機控制電路1、聲光報警電路2、甲烷濃度檢測電路3、氧氣濃度檢測電路4 ;其中單片機控制電路1分別與聲光報警電路2、甲烷濃度檢測電路3、氧氣濃度檢測電路4相連。
[0005]所述單片機控制電路1包括單片機U2、晶振XT1、電容C11、電容C12、電容C13、開關(guān)S1、電阻R24、電阻R26 ;其中單片機U2的VCC端和AVCC端與直流電源VCC端電性連接，單片機U2的GND端與地連接，晶振XT1并聯(lián)在單片機U2的XTAL1和XTAL2兩端，晶振XT1兩端分別通過電容C12、電容C13與地連接，電阻R24 —端與直流電源VCC端電性連接，電阻R24另一端與開關(guān)S1和電容C13正極相連，開關(guān)S1另一端和電容C13負極與單片機U2的RESET端和電阻R26 —端相連，R26另一端與地連接。
[0006]所述聲光報警電路2包括電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R15、電阻R19、電阻R20、發(fā)光二極管D1、發(fā)光二極管D2、電容C1、電容C2、電容C5、電容C6、三極管Q1、揚聲器LS1、蜂鳴器LS2、語音錄放芯片U1 ;其中電阻R3、電阻R4、電容C1、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9 —端與直流電源VCC端電性連接，電阻R3與發(fā)光二極管D1正極連接，發(fā)光二極管D1負極與單片機U2的I/O端口連接，電阻R4與發(fā)光二極管D2正極連接，發(fā)光二極管D2負極與語音錄放芯片U1的發(fā)光二極管接口端口連接，電容C1和電阻R5與語音錄放芯片U1錄音端口連接，電阻R6與語音錄放芯片U1邊沿觸發(fā)放音端口連接，電阻R7與語音錄放芯片U1電平觸發(fā)放音端口連接，電阻R8和電阻R9分別與語音錄放芯片U1地址端口連接，語音錄放芯片U1其余地址端口及語音錄放芯片U1外接定時器端口與地連接，電容C2 —端與直流電源VCC端和語音錄放芯片U1的VCXD和VCCA端口連接，電容C2另一端與語音錄放芯片U1的VSSD和VSSA端口連接，揚聲器LSI兩端分別與語音錄放芯片U1揚聲器輸出端口正負端連接，電阻R15 —端與語音錄放芯片U1的模擬輸入端口連接，電阻R15另一端與電容C5 —端連接，電容C5另一端與語音錄放芯片U1模擬輸出端口連接，電阻R19 —端、電容C6正極與語音錄放芯片U1自動增益控制端口連接，電阻R19另一端與電容C6負極與地連接，蜂鳴器LS2 —端與直流電源VCC端連接，蜂鳴器LS2另一端與三極管Q1集電極連接，三極管Q1發(fā)射極與地連接，三極管Q1基極與電阻R20一端連接，電阻R20另一端與單片機U2的I/O端口連接。
[0007]所述甲烷濃度檢測電路3包括甲烷傳感器MJC1、甲烷傳感器MJC2、電阻R1、電阻R2、電阻R10、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R16、電阻R17、電阻R18、電位器R11、電容C3、電容C4、運算放大器AR1、運算放大器AR2、運算放大器AR3 ;其中運算放大器AR1、運算放大器AR2、運算放大器AR3電源正負輸入端分別與直流電源VCC端和地連接，甲烷傳感器MJC1、電位器R11與直流電源VCC端連接，電位器R11另一端與電阻R17 —端和運算放大器AR1正相輸入端連接，甲烷傳感器MJC1另一端與甲烷傳感器MJC2 —端和運算放大器AR3正相輸入端連接，甲烷傳感器MJC2和電阻R17與地連接，運算放大器AR1負相輸入端與運算放大器AR1輸出端連接，運算放大器AR3負相輸入端與運算放大器AR3輸出端連接，運算放大器AR1輸出端與電阻R12 —端連接，電阻R12另一端與電阻R1 —端和運算放大器AR2負相輸入端連接，電阻R1另一端與電阻R2和電阻R16連接，電阻R2另一端與運算放大器AR2輸出端連接，運算放大器AR3輸出端與電阻R14 —端連接，電阻R14另一端與電阻R10 —端和運算放大器AR2正相輸入端連接，電阻R10另一端分別與電阻R16另一端和電阻R18 —端連接，電阻R18與地連接，電阻R13 —端與運算放大器AR2輸出端連接，電阻R13另一端與電容C3 —端和電容C4 一端及單片機U2的ADC端口連接，電容C3和電容C4另一端與地連接。
[0008]所述氧氣濃度檢測電路4包括氧氣傳感器0S1、電阻R21、電阻R22、電阻R25、電位器R23、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、運算放大器AR4 ;其中運算放大器AR4電源正負輸入端分別與直流電源VCC端和地連接，氧氣傳感器0S1兩端分別與電容C7兩端連接，電容C7 —端與電阻R22 —端連接，電阻R22另一端與電位器R23 —端連接，電位器R23另一端與電阻R21 —端和運算放大器AR4負相輸入端連接，電阻R21另一端與運算放大器AR4輸出端連接，電容C9和電容C10 —端和電容C8負極分別與運算放大器AR4輸出端連接，電容C9和電容C10另一端和電容C8正極分別與地和單片機U2的ADC端口連接，電容C7另一端與地和電阻R25 —端連接，電阻R25另一端與運算放大器AR4正相輸入端連接。
[0009]本實用新型的工作原理是:
[0010]當電路上電后，整個電路開始工作，由甲烷傳感器MJC1、甲烷傳感器MJC2、電位器R11、電阻R17組成的惠斯通電橋?qū)⒓淄闈舛绒D(zhuǎn)換成電壓信號進行輸出，在甲烷濃度為零的環(huán)境里，甲烷傳感器MJC1、甲烷傳感器MJC2的阻值都隨著溫度的變化而變化，此時電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓信號為零，當空氣中的甲烷濃度不為零時，由于甲烷傳感器MJC1、甲烷傳感器MJC2的對甲烷濃度檢測靈敏度的差異性，甲烷傳感器MJC1、甲烷傳感器MJC2電阻變化不一樣，電橋失去平衡，此時電橋輸出電壓的大小與甲烷濃度成正比關(guān)系，電橋輸出的微弱信號經(jīng)過由運算放大器AR1和運算放大器AR3分別構(gòu)成的電壓跟隨器送入由運算放大器AR2、電阻R1、電阻R2、電阻R10、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R16、電阻R18構(gòu)成的差分放大電路，提高了信號處理電路的輸入阻抗，抑制了共模信號，進一步將差模信號放大為0-5V信號通過電阻R13，并經(jīng)過電容C3和電容C4對高頻干擾信號進行濾波后送入單片機U2的AD轉(zhuǎn)換器入口 ADCO端口。
[0011]氧氣傳感器0S1在氧氣濃度為零的環(huán)境里，輸出的電壓信號為零，當氧氣傳感器0S1在氧氣濃度不為為零的環(huán)境里，氧氣傳感器0S1輸出電壓信號不為零，并通過電容C7對高頻干擾信號進行濾波后送入由運算放大器AR4、電阻R21、電阻R22、電位器R23、電阻R25組成的反向比例運算電路對電壓信號進行放大輸出，輸出信號經(jīng)過電容C8、電容C9、電容C10組成的濾波電路對高頻干擾信號進行濾波后送入單片機U2的AD轉(zhuǎn)換器入口 ADC1端
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[0012]語音錄放芯片U1的發(fā)光二極管接口端口接發(fā)光二極管D2，并通過電阻R4接直流電源VCC端，發(fā)光二極管D2發(fā)光，指示語音錄放芯片U1處于工作狀態(tài)，氧氣或者甲烷濃度超過危險值時，單片機U2通過其I/O端口輸出對應(yīng)氧氣濃度過低、甲烷濃度過高、氧氣濃度過低且甲烷濃度過低的不同的控制信號，其中單片機U2的PD0端輸出對應(yīng)對應(yīng)氧氣濃度過低、甲烷濃度過高、氧氣濃度過低且甲烷濃度過低的不同占空比脈沖信號來控制三極管Q1的關(guān)斷，使蜂鳴器LS2發(fā)出不同頻率的聲音，同時單片機U2的PB5端輸出對應(yīng)對應(yīng)氧氣濃度過低、甲烷濃度過高、氧氣濃度過低且甲烷濃度過低的不同占空比脈沖信號來控制發(fā)光二極管D1的關(guān)斷，使發(fā)光二極管D1以不同頻率閃爍，同時單片機U2的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4端輸出對應(yīng)對應(yīng)氧氣濃度過低、甲烷濃度過高、氧氣濃度過低且甲烷濃度過低的不同的電平信號來控制語音錄放芯片U1通過其SP+和SP-端口所接揚聲器發(fā)出不同的語音播報。
[0013]所述單片機通過I/O端口與甲烷濃度檢測電路相連，以及讀取所檢測的甲烷濃度信息并對其進行處理，均為常規(guī)技術(shù)，如李乃路、許志彬《JCB4A便攜式甲烷檢測報警儀設(shè)計》一文中，介紹了甲烷濃度檢測電路與單片機I/O接口連接的工作模式，并給出了與單片機連接并進行數(shù)據(jù)處理的實例。
[0014]所述單片機通過I/O端口與氧氣濃度檢測電路相連，以及讀取所檢測的氧氣濃度信息并對其進行處理，均為常規(guī)技術(shù)，如梁向鋒、陳旭、孫長庫《氧含量傳感器監(jiān)控電路的設(shè)計》一文中，介紹了氧氣濃度檢測電路與單片機I/O接口連接的工作模式，并給出了與單片機連接并進行數(shù)據(jù)處理的實例。
[0015]所述單片機通過I/O端口與語音錄放芯片相連，以及播放不同語音信號，均為常規(guī)技術(shù)，如蔣懷偉、尹志強《ISD1420語音芯片在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用》一文中，介紹了ISD1420語音芯片的工作原理，并給出了與單片機連接電路的實例。
[0016]所述單片機通過I/O端口輸出不同的占空比脈沖信號為常規(guī)技術(shù)，如賀其元、張尊泉、甘傳付《一種基于