一种气体检测报警电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气体检测报警电路，属于检测仪器技术领域。
【背景技术】
[0002]洞穴探险不仅是一项山地户外运动，而且是一项科学活动。洞穴探险在国外，尤其在发达国家发展较早，也较为普及，涌现出一大批优秀的洞穴探险爱好者。这些探险家被我国丰富的洞穴资源所吸引，纷纷来到中国，并把这项活动带进国门。随着现代科学技术的进步，这项活动已演变为集娱乐、锻炼、冒险、游览、知识于一身的综合性户外运动，由于洞穴与长久与外界隔离，人迹罕至，可能存在空气不与外界流通，极易出现缺氧的问题，造成人员伤亡，为了防止发生缺氧事故，目前洞穴探险爱好者一般采用点燃蜡烛，通过蜡烛火苗判断氧气的含量，在氧气充足的时候，蜡烛燃烧正常，缺氧初期，蜡烛火苗开始发黄，根据洞穴内部混合气体的不同情况，蜡烛火苗出现异常甚至熄灭，然而许多洞穴内气体组成复杂，除了氧气外，有的还有甲烷等可燃性气体，一旦可燃性气体含量超过某个值，而此时洞穴探险爱好者点燃蜡烛，会使甲烷气体迅速燃烧，造成空气迅速压缩膨胀，形成大爆炸，严重危害洞穴探险爱好者的人生安全，而若同时携带氧气和甲烷浓度检测设备，由于体积和重量较大，会消耗人员过多体力，因此设计一种可以同时检测氧气和甲烷气体浓度的气体检测报警电路具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种气体检测报警电路，以用于克服传统检测氧气浓度方法易因为空气中甲烷浓度太多造成爆炸和现有气体检测设备体积和重量较大，携带不方便，且检测气体种类单一的缺点。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种气体检测报警电路，包括单片机控制电路1、声光报警电路2、甲烷浓度检测电路3、氧气浓度检测电路4 ;其中单片机控制电路1分别与声光报警电路2、甲烷浓度检测电路3、氧气浓度检测电路4相连。
[0005]所述单片机控制电路1包括单片机U2、晶振XT1、电容C11、电容C12、电容C13、开关S1、电阻R24、电阻R26 ;其中单片机U2的VCC端和AVCC端与直流电源VCC端电性连接，单片机U2的GND端与地连接，晶振XT1并联在单片机U2的XTAL1和XTAL2两端，晶振XT1两端分别通过电容C12、电容C13与地连接，电阻R24 —端与直流电源VCC端电性连接，电阻R24另一端与开关S1和电容C13正极相连，开关S1另一端和电容C13负极与单片机U2的RESET端和电阻R26 —端相连，R26另一端与地连接。
[0006]所述声光报警电路2包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R15、电阻R19、电阻R20、发光二极管D1、发光二极管D2、电容C1、电容C2、电容C5、电容C6、三极管Q1、扬声器LS1、蜂鸣器LS2、语音录放芯片U1 ;其中电阻R3、电阻R4、电容C1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9 —端与直流电源VCC端电性连接，电阻R3与发光二极管D1正极连接，发光二极管D1负极与单片机U2的I/O端口连接，电阻R4与发光二极管D2正极连接，发光二极管D2负极与语音录放芯片U1的发光二极管接口端口连接，电容C1和电阻R5与语音录放芯片U1录音端口连接，电阻R6与语音录放芯片U1边沿触发放音端口连接，电阻R7与语音录放芯片U1电平触发放音端口连接，电阻R8和电阻R9分别与语音录放芯片U1地址端口连接，语音录放芯片U1其余地址端口及语音录放芯片U1外接定时器端口与地连接，电容C2 —端与直流电源VCC端和语音录放芯片U1的VCXD和VCCA端口连接，电容C2另一端与语音录放芯片U1的VSSD和VSSA端口连接，扬声器LSI两端分别与语音录放芯片U1扬声器输出端口正负端连接，电阻R15 —端与语音录放芯片U1的模拟输入端口连接，电阻R15另一端与电容C5 —端连接，电容C5另一端与语音录放芯片U1模拟输出端口连接，电阻R19 —端、电容C6正极与语音录放芯片U1自动增益控制端口连接，电阻R19另一端与电容C6负极与地连接，蜂鸣器LS2 —端与直流电源VCC端连接，蜂鸣器LS2另一端与三极管Q1集电极连接，三极管Q1发射极与地连接，三极管Q1基极与电阻R20一端连接，电阻R20另一端与单片机U2的I/O端口连接。
[0007]所述甲烷浓度检测电路3包括甲烷传感器MJC1、甲烷传感器MJC2、电阻R1、电阻R2、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电位器R11、电容C3、电容C4、运算放大器AR1、运算放大器AR2、运算放大器AR3 ;其中运算放大器AR1、运算放大器AR2、运算放大器AR3电源正负输入端分别与直流电源VCC端和地连接，甲烷传感器MJC1、电位器R11与直流电源VCC端连接，电位器R11另一端与电阻R17 —端和运算放大器AR1正相输入端连接，甲烷传感器MJC1另一端与甲烷传感器MJC2 —端和运算放大器AR3正相输入端连接，甲烷传感器MJC2和电阻R17与地连接，运算放大器AR1负相输入端与运算放大器AR1输出端连接，运算放大器AR3负相输入端与运算放大器AR3输出端连接，运算放大器AR1输出端与电阻R12 —端连接，电阻R12另一端与电阻R1 —端和运算放大器AR2负相输入端连接，电阻R1另一端与电阻R2和电阻R16连接，电阻R2另一端与运算放大器AR2输出端连接，运算放大器AR3输出端与电阻R14 —端连接，电阻R14另一端与电阻R10 —端和运算放大器AR2正相输入端连接，电阻R10另一端分别与电阻R16另一端和电阻R18 —端连接，电阻R18与地连接，电阻R13 —端与运算放大器AR2输出端连接，电阻R13另一端与电容C3 —端和电容C4 一端及单片机U2的ADC端口连接，电容C3和电容C4另一端与地连接。
[0008]所述氧气浓度检测电路4包括氧气传感器0S1、电阻R21、电阻R22、电阻R25、电位器R23、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器AR4 ;其中运算放大器AR4电源正负输入端分别与直流电源VCC端和地连接，氧气传感器0S1两端分别与电容C7两端连接，电容C7 —端与电阻R22 —端连接，电阻R22另一端与电位器R23 —端连接，电位器R23另一端与电阻R21 —端和运算放大器AR4负相输入端连接，电阻R21另一端与运算放大器AR4输出端连接，电容C9和电容C10 —端和电容C8负极分别与运算放大器AR4输出端连接，电容C9和电容C10另一端和电容C8正极分别与地和单片机U2的ADC端口连接，电容C7另一端与地和电阻R25 —端连接，电阻R25另一端与运算放大器AR4正相输入端连接。
[0009]本实用新型的工作原理是:
[0010]当电路上电后，整个电路开始工作，由甲烷传感器MJC1、甲烷传感器MJC2、电位器R11、电阻R17组成的惠斯通电桥将甲烷浓度转换成电压信号进行输出，在甲烷浓度为零的环境里，甲烷传感器MJC1、甲烷传感器MJC2的阻值都随着温度的变化而变化，此时电桥处于平衡状态，输出电压信号为零，当空气中的甲烷浓度不为零时，由于甲烷传感器MJC1、甲烷传感器MJC2的对甲烷浓度检测灵敏度的差异性，甲烷传感器MJC1、甲烷传感器MJC2电阻变化不一样，电桥失去平衡，此时电桥输出电压的大小与甲烷浓度成正比关系，电桥输出的微弱信号经过由运算放大器AR1和运算放大器AR3分别构成的电压跟随器送入由运算放大器AR2、电阻R1、电阻R2、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R16、电阻R18构成的差分放大电路，提高了信号处理电路的输入阻抗，抑制了共模信号，进一步将差模信号放大为0-5V信号通过电阻R13，并经过电容C3和电容C4对高频干扰信号进行滤波后送入单片机U2的AD转换器入口 ADCO端口。
[0011]氧气传感器0S1在氧气浓度为零的环境里，输出的电压信号为零，当氧气传感器0S1在氧气浓度不为为零的环境里，氧气传感器0S1输出电压信号不为零，并通过电容C7对高频干扰信号进行滤波后送入由运算放大器AR4、电阻R21、电阻R22、电位器R23、电阻R25组成的反向比例运算电路对电压信号进行放大输出，输出信号经过电容C8、电容C9、电容C10组成的滤波电路对高频干扰信号进行滤波后送入单片机U2的AD转换器入口 ADC1端
□ ο
[0012]语音录放芯片U1的发光二极管接口端口接发光二极管D2，并通过电阻R4接直流电源VCC端，发光二极管D2发光，指示语音录放芯片U1处于工作状态，氧气或者甲烷浓度超过危险值时，单片机U2通过其I/O端口输出对应氧气浓度过低、甲烷浓度过高、氧气浓度过低且甲烷浓度过低的不同的控制信号，其中单片机U2的PD0端输出对应对应氧气浓度过低、甲烷浓度过高、氧气浓度过低且甲烷浓度过低的不同占空比脉冲信号来控制三极管Q1的关断，使蜂鸣器LS2发出不同频率的声音，同时单片机U2的PB5端输出对应对应氧气浓度过低、甲烷浓度过高、氧气浓度过低且甲烷浓度过低的不同占空比脉冲信号来控制发光二极管D1的关断，使发光二极管D1以不同频率闪烁，同时单片机U2的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4端输出对应对应氧气浓度过低、甲烷浓度过高、氧气浓度过低且甲烷浓度过低的不同的电平信号来控制语音录放芯片U1通过其SP+和SP-端口所接扬声器发出不同的语音播报。
[0013]所述单片机通过I/O端口与甲烷浓度检测电路相连，以及读取所检测的甲烷浓度信息并对其进行处理，均为常规技术，如李乃路、许志彬《JCB4A便携式甲烷检测报警仪设计》一文中，介绍了甲烷浓度检测电路与单片机I/O接口连接的工作模式，并给出了与单片机连接并进行数据处理的实例。
[0014]所述单片机通过I/O端口与氧气浓度检测电路相连，以及读取所检测的氧气浓度信息并对其进行处理，均为常规技术，如梁向锋、陈旭、孙长库《氧含量传感器监控电路的设计》一文中，介绍了氧气浓度检测电路与单片机I/O接口连接的工作模式，并给出了与单片机连接并进行数据处理的实例。
[0015]所述单片机通过I/O端口与语音录放芯片相连，以及播放不同语音信号，均为常规技术，如蒋怀伟、尹志强《ISD1420语音芯片在单片机系统中的应用》一文中，介绍了ISD1420语音芯片的工作原理，并给出了与单片机连接电路的实例。
[0016]所述单片机通过I/O端口输出不同的占空比脉冲信号为常规技术，如贺其元、张尊泉、甘传付《一种基于