一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，涉及一種可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，包括M通道模塊、LCD模塊、電流通道、電壓通道；M通道模塊分別與電池電壓檢測(cè)傳感器、濕度檢測(cè)傳感器、光強(qiáng)檢測(cè)相連接傳感器相連，LCD模塊連接有LCD液晶，電流通道（1）、電流通道（2）及電壓通道分別與可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器相連；檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，R17，R72組成電橋的另兩個(gè)臂，橋路輸出端接V9801S的全差動(dòng)輸入電流測(cè)量通道IA端口的IAP、IAN引腳。該裝置具有溫度濕度檢測(cè)、光強(qiáng)檢測(cè)、人體感應(yīng)、應(yīng)急照明、定時(shí)和時(shí)鐘功能。對(duì)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢查，如果超出報(bào)警設(shè)置值，進(jìn)行報(bào)警警、自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，防止發(fā)生可燃?xì)怏w爆炸。
【專利說明】
一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，特別是涉及一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣泄漏時(shí)，在空中的濃度達(dá)到15%以上時(shí)，可導(dǎo)致人體缺氧而造成神經(jīng)系統(tǒng)損害，嚴(yán)重時(shí)可表現(xiàn)呼吸麻痹、昏迷、甚至死亡。泄漏天然氣遇到火源即可發(fā)生燃燒和爆炸，將對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)更大的災(zāi)害。目前，市場(chǎng)上的大多數(shù)的天然氣檢測(cè)裝置，檢測(cè)精度低且功能單一，一般只是起到監(jiān)測(cè)的作用，部分裝置帶有報(bào)警功能，并不具有自動(dòng)關(guān)斷功能和檢測(cè)其他參數(shù)的功能。大部分檢測(cè)裝置通過氣敏元件將天然氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過通用型單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換芯片再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，判斷檢測(cè)到的天然氣體濃度數(shù)據(jù)是否超限并自動(dòng)報(bào)警。但是用通用型單片機(jī)制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng)，開發(fā)周期長(zhǎng)，所形成的產(chǎn)品檢測(cè)精度并不理想，所以性價(jià)比不高。還有部分產(chǎn)品采用將氣體濃度及系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并輸給PLC/DCS控制系統(tǒng)，進(jìn)行識(shí)別、顯示及處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣體進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制的目的，但是對(duì)于采用PLC/DCS系統(tǒng)控制的設(shè)備成本相對(duì)較高并能耗較大，而且同樣并不具備檢測(cè)其它參數(shù)及應(yīng)急等功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，該裝置具有溫度濕度檢測(cè)功能，光強(qiáng)檢測(cè)功能，人體感應(yīng)功能，應(yīng)急照明功能，定時(shí)功能和時(shí)鐘功能。對(duì)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢查，如果超出報(bào)警設(shè)置值，進(jìn)行報(bào)警警、自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，防止發(fā)生可燃?xì)怏w爆炸。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，所述裝置包括M通道模塊、LCD模塊、電流通道、電壓通道;M通道模塊分別與電池電壓檢測(cè)傳感器、濕度檢測(cè)傳感器、光強(qiáng)檢測(cè)相連接傳感器相連，LCD模塊連接有LCD液晶，電流通道一、電流通道二及電壓通道分別與可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器相連;檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，R17，R72組成電橋的另兩個(gè)臂，橋路輸出端接V9801S的全差動(dòng)輸入電流測(cè)量通道IA端口的IAP,IAN引腳;濕度測(cè)量采用濕敏電阻型高分子濕度傳感器，CDl和⑶2接V9801S的1腳，WET接到V9801S的M通道MO腳。R75接在Vcc端，探測(cè)移動(dòng)人體使用雙元件熱釋電紅外傳感器，傳感器內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)敏感元件反向鏈接，V9801S內(nèi)部配置LCD驅(qū)動(dòng)電路。
[0006]所述的一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，所述裝置采用電阻分壓方式連接V9801S的BAT腳。
[0007]所述的一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，所述裝置采用鋰電池作為后備電池供電方式。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
[0009]1.本實(shí)用新型多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置是一種民用的可燃?xì)怏w檢測(cè)、報(bào)警及自動(dòng)關(guān)斷裝置。該裝置對(duì)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢查，如果超出報(bào)警設(shè)置值，進(jìn)行報(bào)警警;如果檢測(cè)超出泄漏設(shè)置值，裝置將自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，防止發(fā)生可燃?xì)怏w爆炸事件;該檢測(cè)裝置還具有溫度濕度檢測(cè)功能，光強(qiáng)檢測(cè)功能，人體感應(yīng)功能，應(yīng)急照明功能，定時(shí)功能和時(shí)鐘功能。
[0010]2.本實(shí)用新型多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置CPU采用V9801S，它是一款高性能、低功耗的單相電能計(jì)量SoC (System-on-a-chip，系統(tǒng)級(jí)芯片)芯片，集成4路獨(dú)立的過采樣Σ/Δ ADC、增強(qiáng)型8052內(nèi)核、RTC、WDT、Flash、SRAM和LCD驅(qū)動(dòng)等功能模塊。該芯片為單相多功能電能表提供單芯片解決方案，出貨量巨大，所以價(jià)格便宜，性價(jià)比高。
[0011]3.本實(shí)用新型V9801S的4路獨(dú)立的過采樣Σ/Δ ADC，包括I路電壓、2路電流和I路多功能測(cè)量通道。利用V9801S的I路電壓通道采集人體感應(yīng)器的模擬輸出，利用V9801S的I路電流通道采集可燃?xì)怏w濃度，利用另I路電流通道測(cè)量光強(qiáng)檢測(cè)，利用I路多功能M測(cè)量通道循環(huán)檢測(cè)溫度、電池電壓和空氣濕度。V9801S芯片具有強(qiáng)大的LCD驅(qū)動(dòng)模塊，可支持4 X 40/6 X 38/8 X 36段液晶顯示。
【附圖說明】
[0012]圖1多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2催化燃燒式氣敏元件MC105檢測(cè)電路圖；
[0014]圖3 V9801S片內(nèi)M通道連接圖；
[0015]圖4 HR202濕度檢測(cè)電路圖；
[0016]圖5光強(qiáng)檢測(cè)電路圖；
[0017]圖6熱釋電紅外傳感電路圖；
[0018]圖7晶振頻率和溫度的關(guān)系曲線圖；
[0019]圖8 IXD驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]裝置的結(jié)構(gòu)組成包括有M通道模塊、IXD模塊、電流通道、電壓通道;M通道模塊分別與電池電壓檢測(cè)傳感器、濕度檢測(cè)傳感器、光強(qiáng)檢測(cè)相連接傳感器相連，LCD模塊連接有LCD液晶，電流通道1、電流通道2及電壓通道分別與可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器相連。
[0022]可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警功能實(shí)現(xiàn):MC105型催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的檢測(cè)原理工作，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，R17，R72組成電橋的另兩個(gè)臂，如圖2所示。電位器DW22可以對(duì)電橋輸出電壓進(jìn)行校準(zhǔn)微調(diào)。遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大。MC105采用2.5V供電，橋路輸出端接V9801S的全差動(dòng)輸入電流測(cè)量通道IA端口的IAP、IAN引腳。
[0023]溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn):V9801S內(nèi)部有M通道，可配置成測(cè)量溫度、電池電壓和外部電壓信號(hào)。M通道的外部電壓信號(hào)用于測(cè)量濕度。如圖3所示，當(dāng)MEAS[2:0]切換成000，M通道測(cè)量芯片內(nèi)部溫度。測(cè)量范圍為-40?+85° C，典型測(cè)量誤差為± 1°。
[0024]電池電壓測(cè)量實(shí)現(xiàn):在V9801S中，引腳BAT可用于電池電壓輸入，其允許輸入的待測(cè)電壓信號(hào)(V)的范圍為-200mV?3.8V;裝置采用3.7V鋰電池作為后備電池供電，所以采用電阻分壓方式接V9801S的BAT腳。如圖3所示，當(dāng)MEAS[2:0]切換成010，M通道測(cè)量芯片內(nèi)部溫度。
[0025]濕度測(cè)量實(shí)現(xiàn):本實(shí)用新型采用HR202濕敏電阻實(shí)現(xiàn)。該產(chǎn)品為電阻型高分子濕度傳感器，具有感濕范圍寬，響應(yīng)速度快，靈敏度高，性能穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品一致性好等特點(diǎn)。如圖4所示，CDl和CD2接V9801S的1腳，WET接到V9801S的M通道MO腳。濕度測(cè)量方法是將CDl和CD2接口 1設(shè)置為推挽輸出，然后輸出頻率為IKHz的方波，兩個(gè)方波相位相反(S卩CDl高電平時(shí)CD2低電平，CDl低電平時(shí)CD2高電平XM通道MO腳模擬AC輸入。然后在CDl接的1 口置位I的時(shí)候檢測(cè)AI輸入(在高電平中間時(shí)間采樣比較準(zhǔn)確)，因?yàn)檫@時(shí)候相當(dāng)于R75與R76串聯(lián)，R75接在Vcc端，中間采集到的AD對(duì)應(yīng)電壓就是R76分壓Vf。所以R76/(R75+R76) = Vf/Vcc，可以求得此時(shí)濕敏電阻的阻抗值，然后根據(jù)阻值與溫度偏移轉(zhuǎn)換為濕度值。
[0026]應(yīng)急照明功能實(shí)現(xiàn):具有光強(qiáng)檢測(cè)和人體感應(yīng)功能可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明功能。如圖5所示，光強(qiáng)檢測(cè)是通過采集光敏電阻R38和標(biāo)準(zhǔn)電阻R37的電阻分壓，分壓信號(hào)LIGHTSEP^tV9801S的第2路電流通道，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣光強(qiáng)信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。人體感應(yīng)采用熱釋電紅外傳感器KP500B，它是一種新型高靈敏探測(cè)元件，它能以非接觸形式探測(cè)人體輻射的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出。如圖6所示，將這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)過BISS0001紅外感應(yīng)控制芯片加以放大，輸出信號(hào)供V9801S的I路電壓通道采集。為了探測(cè)移動(dòng)人體，通常使用雙元件熱釋電紅外傳感器，這種傳感器內(nèi)部，兩個(gè)敏感元件反向鏈接，當(dāng)人體靜止時(shí)兩元件極化程度相同，相互抵消。但是人體移動(dòng)時(shí)，元件極化程度不同，凈輸出電壓不為O，從而達(dá)到探測(cè)移動(dòng)人體的目的。
[0027]定時(shí)功能和時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn):V9801S具有支持溫度補(bǔ)償?shù)腞TC功能，全溫度范圍內(nèi)計(jì)時(shí)誤差小于5ppm，普通的單片機(jī)和ARM都不具備此功能。如果使用外置RTC，并且計(jì)時(shí)誤差小于5ppm，將大大增加物料成本。V9801S使用內(nèi)部獨(dú)立的32.768kHz的OSC時(shí)鐘，提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷，而且，能自動(dòng)對(duì)閏年閏月及各大小月進(jìn)行判斷，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。通過內(nèi)部溫度測(cè)量，可據(jù)溫度值查表配置的校正值自動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)校正；由于溫度和離散性的影響，不同芯片正常運(yùn)行時(shí)外接的32768Hz晶振的頻率在不同的時(shí)間會(huì)有不同的實(shí)際振蕩頻率。RTC的校正寄存器可以對(duì)RTC計(jì)時(shí)進(jìn)行校正，減小這種差異對(duì)最終實(shí)際計(jì)時(shí)帶來(lái)的影響。如圖7所示，晶振頻率與溫度之間成拋物線關(guān)系?？稍诓煌瑴囟认聹y(cè)得晶振頻率，并根據(jù)以下方法計(jì)算得到相應(yīng)溫度下的RTC校正寄存器的值，再通過查表法得到不同溫度下的RTC校正寄存器的值。
[0028]IXD顯示功能實(shí)現(xiàn):V9801S的IXD驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8所示，V9801S內(nèi)部配置高性能的LCD驅(qū)動(dòng)電路，可支持最多4X40/6X38/8X36段LCD。由片內(nèi)32.768kHz的OSC時(shí)鐘產(chǎn)生IXD掃描時(shí)序；由LD033供電；最高直流電平在2.7V~3.3V范圍內(nèi)可調(diào)整，調(diào)整步長(zhǎng)10mV;支持內(nèi)部分壓電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生直流分壓電平。本實(shí)用新型采用4X40段IXD，直接采用V9801S片內(nèi)的IXD驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括M通道模塊、LCD模塊、電流通道、電壓通道;M通道模塊分別與電池電壓檢測(cè)傳感器、濕度檢測(cè)傳感器、光強(qiáng)檢測(cè)相連接傳感器相連，LCD模塊連接有LCD液晶，電流通道一、電流通道二及電壓通道分別與可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器相連;檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，R17，R72組成電橋的另兩個(gè)臂，橋路輸出端接V9801S的全差動(dòng)輸入電流測(cè)量通道IA端口的IAP、IAN引腳；濕度測(cè)量采用濕敏電阻型高分子濕度傳感器，CDl和CD2接V9801S的1腳，WET接到V9801S的M通道MO腳;R75接在Vcc端，探測(cè)移動(dòng)人體使用雙元件熱釋電紅外傳感器，傳感器內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)敏感元件反向鏈接，V9801S內(nèi)部配置IXD驅(qū)動(dòng)電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置采用電阻分壓方式連接V9801S的BAT腳。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單相電能計(jì)量系統(tǒng)級(jí)芯片的多功能可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置采用鋰電池作為后備電池供電方式。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK205484171SQ201620180959
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】田衛(wèi)華, 孟祥斌, 龐新富, 王艷, 閆鴻魁, 趙韋侖, 張中日, 趙航, 牛文政
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)工程學(xué)院