C总线的火灾烟气流速数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明应用于火灾事故中，具体地涉及一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统。
【背景技术】
[0002]火灾事故中85%以上的伤亡原因均来自如火灾烟气的高温、毒性及遮光性能。烟气流速在烟气的蔓延过程中是一个重要的状态参数。通过烟气流速的测量，可以分析出火灾时烟气的蔓延方向和扩散程度，方便得到相关的烟气控制参数(比如临界风速)，为进行烟气控制提供数据支撑。压差法测流速是当今流速测量方法中最常用的方法之一，很多学者已经将其应用到火灾烟气流速测试中。李开源等介绍了靶式流量计的工作原理及应用靶式流量计测量火灾烟气流速的方法。传统数据采集系统较为复杂，不便于携带及接线，且稳定性不好。一般由传感器，A/D转换模块，信号放大模块，单片机模块，通讯模块，数据显示及存储模块。
[0003]随着科技的进步，特别是微电子技术的发展，用于测试流速的压差传感器也发生了翻天覆地的变化，特别是由PHILIPS公司推出的芯片间串行传输总线I2C(inter-1ntergrated circuit)接口技术，以2根连线实现了全双工同步数据采集。该技术克服了传统串行通讯的不及时以及并行通讯的接线复杂的难题，因此该接口技术自推出之后得到了快速的发展。
【发明内容】
[0004]本发明就是为了克服传统串行通讯的不及时以及并行通讯的接线复杂的难题，提出一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统；本发明具有集成化程度高，布线简单，是一种实时性好的实用数据采集平台。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统，所述火灾烟气流速数据采集系统包括数据采集模块、I2C总线、采集仪、通讯模块、RS485/USB转换模块、显示模块PC机；其结构要点是:所述数据采集模块由传感器组成，所述采集仪由单片机模块组成，所述通讯模块采用RS485总线；所述数据采集模块采集信号，通过I2C总线将信号传送到采集仪，再通过RS485总线和RS485/USB转换模块传送到显示模块PC机上。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述传感器通过I2C总线连接采集仪，所述采集仪通过RS485总线连接到RS485/USB转换模块，所述RS485/USB转换模块连接显示模块PC机。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述传感器采用微差压传感器SDP600，该传感器覆盖的量程为±500Pa，工作电压为3.3Vdc，设置2线制数字接口。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述单片机模块采用AT89C51单片机，该单片机芯片内设置有多功能8位CPU和闪烁存储器。
[0010]本发明的有益效果是。
[0011]本发明结合先进的I2C总线技术，研制开发出了一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据米集系统(I2C-fire smoke velocity data acquisit1n system简称为 I2C-FSVDAS),并应用于火灾烟气模型试验中。其中烟气流速采集是火灾模型试验中的重要一环，本发明采用集成了 I2C数字接口技术的SDP600系列微压差传感器，开发了一套测量低流速高温烟气的数据采集系统(I2C - FSVDAS)。介绍了该采集系统的硬件电路设计，I2C数字接口技术，AT89C51单片机通用I/O实现I2C总线通讯的实现程序设计，以及系统数据采集流程图。该数据采集系统为火灾烟气流速测试提供了一个集成化程度高，布线简单，实时性好的实用数据采集平台。
[0012]本发明节省很多外围模块，简化了接线，同时提高了系统的稳定性。详细阐述了在AT89C51单片机上实现I2C总线数据传输的程序设计，通过对I2C总线工作原理和时序分析，给出了 I2C-FSVDAS火灾烟气流速采集过程总流程图；并将开发装置应用在武汉跨江隧道模型实验中，其测试数据和模拟接口很接近，验证了该开发装置的精确度和稳定性。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统总框架图。
[0014]图2是本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统与传统采集系统对比图。
[0015]图3是本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统的单片机模块外围接线图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，为本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统总框架图。其中所述火灾烟气流速数据采集系统包括数据采集模块、I2C总线、采集仪、通讯模块、RS485/USB转换模块、显示模块PC机；其结构要点是:所述数据采集模块由传感器组成，所述采集仪由单片机模块组成，所述通讯模块采用RS485总线；所述数据采集模块采集信号，通过I2C总线将信号传送到采集仪，再通过RS485总线和RS485/USB转换模块传送到显示模块PC机上。
[0017]所述传感器通过I2C总线连接采集仪，所述采集仪通过RS485总线连接到RS485/USB转换模块，所述RS485/USB转换模块连接显示模块PC机。
[0018]本发明所述的基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统简称为i2c-fsvdas。如图2所示，为本发明一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统与传统采集系统对比图。其中传统采集系统包括五个模块:传统传感器、程控放大器、A/D转化器、单片机、数据处理，而I2C-FSVDAS模块包括三个模块:I2C数字接口、单片机、数据处理；与传统采集系统相对比，I2C-FSVDAS模块较少。采用I2C总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和I/O 口线，提高设计的可靠性。
[0019]本发明所述传感器采用微差压传感器SDP600，所述微差压传感器SDP600是第一款新型的、数字输出的、动态测量的差压传感器，用于测量空气和其他非腐蚀性气体。与传统膜片式传感器比较，SDP600系列微压差传感器具有更宽的量程比，更好的长期稳定性，提升的重复性，尤其是趋于零点的低量程段，该传感器可以覆盖的量程为±500Pa，即使对于很小的压差测量(小于1Pa)也能保证极高的灵敏度和精度。SDP600系列微压差传感器采用动态测量原理进行测量，其内部的流量测量装置是通过一个热式传感器元件测量流通的气体流量实现的，信号已经过内部的线性化处理和温度补偿。SDP600系列微压差传感器基于Sensir1n的专利技术CMOSens传感器技术,将传感器元件、信号处理和数字标定集成于一个微芯片。SDP600系列微压差传感器提供I2C数字接口，工作电压为3.3Vdc, 2线制数字接口，极易与单片机相连。
[0020]本发明所述单片机模块采用AT89C51单片机，其是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CM0S8位微处理器单片机。AT89C51单片机采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。其将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。本发明所述采集仪采用AT89C51单片机为主控单元，选用24C256为存储器并用软件实现单片机与带有I2C串行通讯器件之间的通讯。
【主权项】
1.一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统，所述火灾烟气流速数据采集系统包括数据采集模块、I2C总线、采集仪、通讯模块、RS485/USB转换模块、显示模块PC机；其特征在于:所述数据采集模块由传感器组成，所述采集仪由单片机模块组成，所述通讯模块采用RS485总线；所述数据采集模块采集信号，通过I2C总线将信号传送到采集仪，再通过RS485总线和RS485/USB转换模块传送到显示模块PC机上。2.根据权利要求1所述的一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统，其特征在于:所述传感器通过I2C总线连接采集仪，所述采集仪通过RS485总线连接到RS485/USB转换模块，所述RS485/USB转换模块连接显示模块PC机。3.根据权利要求1所述的一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统，其特征在于:所述传感器采用微差压传感器SDP600，该传感器覆盖的量程为±500Pa，工作电压为3.3Vdc，设置2线制数字接口。4.根据权利要求1所述的一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统，其特征在于:所述单片机模块采用AT89C51单片机，该单片机芯片内设置有多功能8位CPU和闪烁存储器。
【专利摘要】一种基于I2C总线的火灾烟气流速数据采集系统。本发明具有集成化程度高，布线简单，是一种实时性好的实用数据采集平台。所述火灾烟气流速数据采集系统包括数据采集模块、I2C总线、采集仪、通讯模块、RS485/USB转换模块、显示模块PC机；其结构要点是：所述数据采集模块由传感器组成，所述采集仪由单片机模块组成，所述通讯模块采用RS485总线；所述数据采集模块采集信号，通过I2C总线将信号传送到采集仪，再通过RS485总线和RS485/USB转换模块传送到显示模块PC机上。所述传感器通过I2C总线连接采集仪，所述采集仪通过RS485总线连接到RS485/USB转换模块，所述RS485/USB转换模块连接显示模块PC机。
【IPC分类】G01P5/14
【公开号】CN105628967
【申请号】CN201410577344
【发明人】何志杰
【申请人】何志杰
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月25日