一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置

本技术提供了一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，属于半导体气体传感器。

背景技术：

1、气体传感器在环境监测、公共安全、医疗卫生、食品安全和军事航天等领域中具有广阔的应用前景，常见气体传感器按照原理可以分为催化型、电化学型、半导体型、光纤型、声学型、热导率型和机械型等。其中半导体型传感器因其结构简单、体积小、易集成、成本低、响应高、适合大规模的生产和使用等优点，是如今气体传感器的主流研究方向。

2、但是，目前半导体气体传感器由于其环境敏感、电阻跨度大的特性，市面上传统的电信号采集系统难以对mω级电阻进行测量；对不同电阻区间的电阻，需要设计不同的电路进行测量；对于工作环境的温湿度缺少补偿。综上所述，开发一种针对半导体气体传感器的电信号采集系统是目前气体传感器继续发展的迫切需求。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决传统电信号采集系统难以对采用mω级电阻的半导体气体传感器进行测量的问题，提出了一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，目的是通过硬件改进或者对硬件模块和/或电路的组合连接进行改进从而实现采用mω及以上大电阻的半导体材料传感器的电阻测量。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，包括装置壳体，所述装置壳体正面设置有显示屏、电源按键、重启按键、红色led灯、绿色led灯、气孔和扬声器孔，所述装置壳体内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有蓝牙控制单元、电源管理单元、信号采集单元、温湿度模块和报警显示单元，所述蓝牙控制单元通过导线分别与电源管理单元、信号采集单元、温湿度模块、报警显示单元相连，所述电源管理单元分别通过导线连接电源按键、重启按键，所述报警显示单元分别通过导线连接显示屏、红色led灯、绿色led灯、扬声器；

3、所述气孔下方设置有半导体气体传感器，所述半导体气体传感器固定在信号采集单元上，所述信号采集单元包括分压比例电路、放大电路，所述分压比例电路采用多通道开关，在多通道开关的输入端分别设置10k、1m、100m、1000mω四个档位的参考电阻将半导体气体传感器的电阻转化为电压信号，所述放大电路采用运算放大器，多通道开关输出的电压信号接入由运算放大器组成的电压跟随器后输入蓝牙控制单元，所述蓝牙控制单元中的adc模块将模拟电压信号转换为数字信号。

4、所述多通道开关具体采用型号为dshp04tsget的拨码开关，所述运算放大器具体采用型号为gs8092-sr的放大器，所述拨码开关的1脚串接电阻r17后接地，所述拨码开关的2脚串接电阻r18后接地，所述拨码开关的3脚串接电阻r19后接地，所述拨码开关的4脚串接电阻r20后接地，所述拨码开关的5脚、6脚、7脚、8脚并接后与电阻ra_00的一端、运算放大器的3脚并接，电阻ra_00的另一端接3.3v电源；

5、所述运算放大器的1脚和2脚并接后接入adc模块，所述运算放大器的4脚接地，所述运算放大器的8脚接电源。

6、所述蓝牙控制单元的cpu具体采用型号为esp32-wroom-32ue-n8r2的蓝牙模组。

7、所述电源管理单元具体采用型号为ip5306的电源管理芯片，采用3.7v锂电池作为装置电源，采用micro usb接口作为外部供电接口。

8、所述蓝牙控制单元通过usb转串口芯片ch340c、三极管s8050与电容实现蓝牙模组esp32的串口通信。

9、所述蓝牙控制单元还能够通过蓝牙与移动终端进行通信。

10、所述报警显示单元包括红绿led显示电路、oled显示电路和扬声器单元三部分电路，所述扬声器单元由mp3芯片wt588f02b-8s与8r0.5w扬声器构成。

11、所述装置壳体通过3d打印成型。

12、所述温湿度模块具体采用数字温湿度传感器sth30构建温湿度采集单元。

13、本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型针对半导体材料灵敏度高、环境敏感、电阻跨度大的电气特性，设计了一种精度较高且电路结构简单、体积小、成本低的采集装置。该装置使用分压比例测量法与多通道参考电阻实现比例法测量，使用电压跟随器与12位adc采集电压信号，在保持采集精度的同时实现ω至gω超宽采集范围，实现了采用mω及以上大电阻的半导体气体传感器的电阻测量。

技术特征：

1.一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：包括装置壳体，所述装置壳体正面设置有显示屏、电源按键、重启按键、红色led灯、绿色led灯、气孔和扬声器孔，所述装置壳体内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有蓝牙控制单元、电源管理单元、信号采集单元、温湿度模块和报警显示单元，所述蓝牙控制单元通过导线分别与电源管理单元、信号采集单元、温湿度模块、报警显示单元相连，所述电源管理单元分别通过导线连接电源按键、重启按键，所述报警显示单元分别通过导线连接显示屏、红色led灯、绿色led灯、扬声器；

2.根据权利要求1所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述多通道开关具体采用型号为dshp04tsget的拨码开关，所述运算放大器具体采用型号为gs8092-sr的放大器，所述拨码开关的1脚串接电阻r17后接地，所述拨码开关的2脚串接电阻r18后接地，所述拨码开关的3脚串接电阻r19后接地，所述拨码开关的4脚串接电阻r20后接地，所述拨码开关的5脚、6脚、7脚、8脚并接后与电阻ra_00的一端、运算放大器的3脚并接，电阻ra_00的另一端接3.3v电源；

3.根据权利要求2所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述蓝牙控制单元的cpu具体采用型号为esp32-wroom-32ue-n8r2的蓝牙模组。

4. 根据权利要求3所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述电源管理单元具体采用型号为ip5306的电源管理芯片，采用3.7v锂电池作为装置电源，采用micro usb接口作为外部供电接口。

5.根据权利要求4所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述蓝牙控制单元通过usb转串口芯片ch340c、三极管s8050与电容实现蓝牙模组esp32的串口通信。

6.根据权利要求5所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述蓝牙控制单元还能够通过蓝牙与移动终端进行通信。

7.根据权利要求1所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述报警显示单元包括红绿led显示电路、oled显示电路和扬声器单元三部分电路，所述扬声器单元由mp3芯片wt588f02b-8s与8r0.5w扬声器构成。

8.根据权利要求1所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述装置壳体通过3d打印成型。

9.根据权利要求1所述的一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，其特征在于：所述温湿度模块具体采用数字温湿度传感器sth30构建温湿度采集单元。

技术总结
本技术提供了一种用于半导体气体传感器的电信号采集装置，属于半导体气体传感器技术领域；解决了传统电信号采集系统难以对采用MΩ级电阻的半导体气体传感器进行测量的问题，包括装置壳体，装置壳体内部设置有控制电路板，控制电路板上集成有蓝牙控制单元、电源管理单元、信号采集单元、温湿度模块和报警显示单元，电源管理单元分别通过导线连接电源按键、重启按键，报警显示单元分别通过导线连接显示屏、红色LED灯、绿色LED灯、扬声器；半导体气体传感器固定在信号采集单元上，信号采集单元通过分压比例测量法将半导体气体传感器的电阻转化为电压信号；本技术应用于半导体气体传感器电信号采集。

技术研发人员：韩丹,段奇,桑胜波,周传刚,王雨
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：20230630
技术公布日：2024/1/15