专利名称：家用燃气报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及家用安全设备领域，尤其涉及一种家用燃气报警器。
现有的气体传感器一般采用旁热式气敏元件MQK1，电源电路提供报警器所需回路电压VCC，传感器MQK1的加热电压VH，电路的逻辑动能由一个比较器T1和相应的阻容元件及晶体管(或IC)组成，
图1是一种市售的常见家用燃气报警器电路示意图。其中R2和R3组成一个电压分压器，提供比较器T1一个设定的比较电平(基准电平)V1。设计报警器时，重要的是通过调节可调电阻RL确定一个符合国家标准要求的启报可燃气体浓度，即气体浓度限CL，在当前环境中可燃气体浓度C1＜CL时，负载电阻RL上的电压低于比较器T11脚的电平，比较器维持正常工作状态，报警器不报警。当发生可燃气体泄露时，环境中可燃气体浓度Ci≥CL时，MQK1受可燃气体浓度的作用其阻抗迅速降低，致使流经RL的电流增加，引起负载电阻RL上电压很快上升，T12脚电平高于1脚电平，T1输出状态发生翻转，电路进入报警状态。
目前市场上销售的家用燃气报警器，就是这样的报警器和类似的稍加温度补偿的这类报警器，即只有在环境中指定气体浓度超过某个可燃气体浓度，也就是气体浓度报警限值之后，才产生设定的声音和灯光报警信号，这至少有两个方面的缺点一是可燃气体浓度报警限设定不准确。因为气敏器件对可燃气体浓度的响应灵敏度是与环境温度、湿度有紧密相关的，即气敏器件对同一可燃气体浓度依不同的环境温度、湿度产生不同的传感器输出信号，换句话说，生产厂家在某个环境下设定的燃气报警限，到用户那里就会使其报警限因其使用环境不同而自动改变，或说报警限设定不准确。二是对环境中可燃气体浓度指示太模糊。从报警限的含义可知若报警器对环境中气体浓度不报警，表明其浓度在某个设定的报警浓度以下，究竟低多少，不得而知；若报警，则知道环境中指定气体浓度在设定的报警浓度以上，究竟高多少，也同样“无可奉告”。这对防范生命财产的偶然事故安全是有效的，但就人身财产的防范质量水平而言是极不够的，如CO(一氧化碳)报警浓度标准，参见OHSA(美国职业安全与健康署)规定，最佳报警浓度限设定在100～400ppm之间。我国通常确定在150～200ppm。设定这样高的报警限值使其高得足以避免报警器过度敏感而出现误报警而又低得足以在出现偶然事故情况时，将CO泄漏探出来。但从科学资料获悉，若人在0.01％(100ppm)CO下停留2-3小时就会轻微头痛，时间再长就会恶心、头痛，时间再长就中毒更为严重。如果报警器只有报警限的声光报警，这个150～200ppm的报警限就不能保证居民免受毒气的慢性伤害，甚至使人们失去警觉，安安心心地忍受着“毒气的慢性伤害”。如果有CO浓度显示，人们一见到100ppmCO浓度，就会联想，100ppmCO很接近150ppmCO，已在报警边缘，就会立即警觉起来，马上寻找CO泄露原因并加以根除，就不会受毒气的长期慢性侵害。同样，对于报警事件，哪怕环境中CO浓度只有155ppm，如果没有显示，人们照样为这多出的5ppm而惊慌失措去保命。可见，只有报警限的声光报警方式不能保证人们胸中有“数”地处理偶然事故。如果有显示，人们就会依据报警浓度的高低，采取不同方式、不同节奏来处理。如果显示200ppm，比150ppm高不了多少，人们就有时间来整理当前的事务，来处理CO泄漏。如果显示600～700ppm，人在这样的环境中半小时就会呕吐、休克。当然就要迅速开窗、切断气源、离开现场、并报警。可见，有气体浓度显示的报警器比普通声光报警器有着明显的优越性。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种对可燃气体浓度报警限设定准确和对当前环境中可燃气体浓度指示准确，并能对当前环境温度、湿度及可燃气体浓度实现液晶数字显示报警的家用燃气报警器。
本实用新型的目的可以通过采取如下的技术措施来实现在硬件方面，增加数字显示回路，把敏感元件在环境中采集的可燃气体浓度显示出来；增加温/湿度传感器及其相应补偿电路，采集环境当前的温湿度，以修正气敏元件对环境温湿度的依赖性。在软件方面，还要增加8位单片机，建立可燃气体浓度与温湿度的相应数据库，通过编辑运算程序将气体传感器在当前环境温湿度中的传感输出转换成标准环境(温度25℃，湿度53％RH)的可燃气体浓度输出，并使报警浓度输出的波动性减到最小。为此本实用新型的家用燃气报警器包括壳体、气体传感器、温/湿度传感器、显示屏、电源电路和报警电路；气体传感器的输入、输出端口分别接电源电路和报警电路。报警电路包括单片机、与单片机单向连接的晶振电路、声光报警电路和加热电路，以及与单片机双向连接的显示驱动电路、储存器、复位/检测电路和上电/检测电路；电源电路的输出端口分别接单片机和加热电路，加热电路与气体传感器形成闭合回路，温/湿度传感器的信号输出端接单片机的一个信号输入端，显示屏与显示驱动电路双向连接；在单片机内部还固化有软件程序P。
附图的图面说明如下图1是现有家用煤气报警器电路示意图；图2是本实用新型家用煤气报警器的构成方框图；图3是对应图2的原理电路图4是气敏传感器加热电压波形图；图5是预加热时液晶显示屏状态图；图6是软件程序P的工作流程图。
以下结合附图对本实用新型的最佳实施例作进一步详细说明。
如图2所示，本实用新型的家用燃气报警器包括壳体、气体传感器2、电源电路3、报警电路4、温/湿度传感器5和显示屏6；气体传感器2的输入、输出端口分别接电源电路3和报警电路4。报警电路4包括单片机41、与单片机41单向连接的晶振电路42、声光报警电路43和加热电路44，以及与单片机41双向连接的显示驱动电路45、储存器46、复位/检测电路47和上电/检测电路48；电源电路3的输出端口分别接单片机41和加热电路44，加热电路44与气体传感器2形成闭合回路，温/湿度传感器5的信号输出端接单片机41的一个信号输入端，显示屏6与显示驱动电路45双向连接；在单片机41内部还固化有软件程序P。
图3是与图2对应的原理电路图；其中的单片机41采用型号为MC68HC705L1的集成电路芯片D1，其内部集成有A/D变换电路和显示驱动电路45。存储器46采用型号为93C46的E2PROM储存芯片D2，其1～4号脚分别接单片机芯片D1的22、21、20和19号脚，其8号脚接芯片D1的23号脚，5、6号脚并联后接入芯片D1的9～11、24脚。显示屏6与单片机芯片D1的51～62、1～6和48号接线脚连接。
所述声光报警电路43含有三极管N1～N4、发光二极管LED1～LED3、蜂鸣器BUZZER、电阻R1～R6、R10～R11，三极管N1～N4的基极分别经电阻R1、R3、R5、R10接单片机芯片D1的25、28、27、26号接线脚，它们的集电极分别经电阻R2、R4、R6、R11接蜂鸣器BUZZER、发光二极管LED1、LED2、LED3，它们的发射极全部接地。
所述加热电路44含有三极管N6～N7、电容C10、C14、电阻R15～R18、精密电阻RC2；三极管N7的基极分两路，一路经电阻R17接芯片D1的33脚，另一路经电容C10接气体传感器2，所述传感器2的另外两个接线端分别接三极管N6的发射极和芯片D1的38和41脚。
所述晶振电路42包含由晶振XTAL、电容C8～C9、电阻R7组成的闭合回路，其信号输出端与单片机芯片D1的44、45接相连接。
所述温/湿度传感器5的1号脚接芯片D1的41脚、上电/检测电路48和加热电路44，2号脚接芯片D1的35和33脚，3号脚接芯片D1的29、30、40、42脚，4号脚分成两支路，一路接芯片D1的36脚，另一路经电阻RCl与温/湿度传感器5的2、3号脚并接。
所述复位/检测电路47含有复位键RESET、检测键TEST、电容C7和电阻R23，该电路与单片机芯片D1的43和34号脚连接。
所述上电/检测电路48含有三极管N4、电容C11、电阻R12～R14，该电路分别与单片机芯片D1的29、30、40、42脚和加热电路44相连接。
电源电路3与市售燃气报警器的电源电路差别不大，其作用是提供硬件包括单片机L1等所需要的直流电压源，属现有技术。
图3的工作原理如下单片机D1通过I/O口驱动加热电路44以特定的间隔交替地对气体(CO)传感器进行5V/1V加热，5V和1V的时间间隔由D1控制。存储器46用于存储给定传感器以及软件所需要的各种不同参数，以消除不同传感器特性的个体差异性，它通过I/O口将数据传输给单片机D1。气敏器件在选定时刻的采集输出信号和温/湿度传感器5采集的当前环境电压信号，经由单片机D1内装的A/D电路变换成数字信号。数字化的信号，经“介面”和软件程序P计算，进行温湿度和气体浓度修正，修正后的气体敏感元件信号，一方面与预设的气体浓度报警限进行比较，如果该信号超过此限值，单片机D1通过I/O口驱动声光报警电路43进行声光报警，另一方面，与温湿度数字化的信号一起，经内装显示驱动电路45，驱动显示屏，分别显示温度、湿度和气体浓度。
图6是软件程序P的工作流程图。本实用新型的家用燃气报警器采用的气体传感器是工作在5V/1V状态，即60秒5V加热，30秒1V采样。如附图4波形所示，单片机D1在1V/28秒时将气体传感器的输出电压读入内部，大致流经12个功能块进行循环工作。此流程基本工作方式叙述如下首先从上电开始或手动复位开始，然后进行D1中显示驱动器的初始化设置，包括各寄存器的初始值，驱动频率等，并设置显示屏的显示图形；对D1的各I/O口进行初始化设置，保证上电后各发光管、蜂鸣器、加热电压都有一个确定的状态；接着进行定时器的设置，设置为每0.1秒系统中断一次，中断后进行各种定时器的计时。各种参数设置完毕后判断系统是上电还是手动复位，若是上电复位则加热传感器半小时，显示屏显示为“------”，在标准温度湿度下，读入CO基准点，控制气体传感器加热电压为5V持续30秒，控制气体传感器加热电压为1V持续28秒；在28秒时D1采样，并将采样数据进行处理，通过显示屏显示出来。采样后根据当前浓度值判断报警器是预警还是报警，最后控制气体传感器加热电压为1V并持续2秒。
实施例家用CO数字燃气报警器由2M003型CO传感器，RHU-217-5AT型温湿度头及MCU68HC705L1组成，由液晶显示屏显示“CO(ppm)、T(℃)、H(％RH)”并通过3个发光管(LED)和蜂鸣器进行CO声光报警和产品工作不正常显示。面板上有2个按键“复位”和“检验”键。“检验”键用于检验报警器是否可以进入正常报警工作状态。“复位”键用于使报警器复位到正常报警工作状态。
数字一氧化碳燃气报警器整机线路由10个线路单元组成电源电路3、存储器93C46E2PROM、MCU68HC705L1单片机、RHU-217-5AT温湿度头、上电/检测线路48、加热采样电路44、液晶显示屏6、起定时器作用的晶振电路42、复位/检验电路47、声光报警电路43等。整个电路工作的基本动作如下1)上电电源电路由7805和7806分别提供两种不同电压的直流电源，+5V电压供单片机D1，+6V电压供加热电路44，整流输出+9.5V电压供蜂鸣器使用，周期交替的脉冲加热电压，由单片机D1的33脚提供如图4的序列控制信号，经N6、N72级放大，提供CO传感器所要求的5V/1V功率加热电压。这时整个报警器处于正常加电状态。声光报警电路43中的N2导通，绿灯亮。
2)预热GS2M003正常工作前，需预加热一段时间，故报警器线路中设计有上电/检测电路48，在开机加电时，+5V通过R14给C11充电，N4基极电压下降而截止，D1单片机的39管脚处于低电平，按程序设定，预热时间半小时。此时绿灯闪亮，表明已加电，即报警器处于预热状态。同时，单片机D1的27管脚处于高电平，N3导通，黄灯亮。这时，液晶显示屏6不显示CO浓度、当前温度和湿度，液晶显示屏6的状态如附图5所示。
如想退出预热状态，可按“复位”键。而给D1单片机43管脚一个低电平信号，由上电复位变成手动复位，即软件程序跳过预热，直接进入下步程序，大约1分钟后，黄灯灭，报警器进入正常工作状态。显示屏6显示CO浓度、温度和湿度。否则要等候半小时，才能进入正常工作状态。一般情况下，CO浓度显示“0”，表示当前环境中无CO泄漏。为保证报警器正常工作，电路中设定当温度超出0～50℃、湿度超出30～95％RH以及GS2M003第一次加热不是1V或断开，单片机D1的27管脚都处于高电平，黄灯亮，表明报警器不处于正常工作状态。值得指出的是，由于各传感器性能不一致，而其相对特性曲线形状相似，因此，特增加93C46E2PROM储存器46，将曲线形状数据储存于单片机D1中，而决定传感器个性的绝对值的关键点，通过在线测试并输入储存于93C46。这是采用的第4个技术措施。第5个技术措施是将温湿度头与主机分离。因为机壳内有发热元件，使其机壳内温湿度与当前环境温湿度不一致，且各机壳内温湿度也不尽相同，为作好气体浓度的温湿度补偿，一个有效的办法是，把温湿度头和主机分离，使其处于当前环境中，而不是扭曲了的当前环境的机壳中，使温湿度传感器能够真正指示当前环境。
3)报警当报警器处于正常报警工作状态，GS2M003所探测到环境中CO泄漏浓度高于60ppm时，GS2M003电阻减小，单片机D1的38管脚处于某一个低电平。按程序设定，D1管脚26给N4发出一个脉动信号，红灯闪动，提示空间存在可能对人体存在危害的CO气体，在过了特定的延时时间(根据规定，不同的CO浓度，必须在某一个延时时间后才能报警)，D1管脚25会输出一个脉动信号，N1导通，蜂鸣器响起来，同时D1驱动器给LCD显示屏6发出数显信号，液晶显示屏6上显示出CO浓度60ppm，并按当前环境显示温度和湿度，或CO浓度大于400ppm时，不经延时，D1管脚25会立即输出一个脉动的信号，N1导通，蜂鸣器鸣响，同时D1驱动器给LCD显示屏6发出数显信号，液晶显示屏6上显示H，提示有即时的危险。直到CO浓度小于60ppm，通过信号采样、软件程序P及线路硬件，使红灯灭，蜂鸣器停叫，LCD显示屏6显示低CO浓度，报警器才停止报警。
本实用新型家用燃气报警器具有如下优点除具有普通报警器的声光报警外，还具有
1.根据当前环境CO浓度的不同值，由液晶显示屏6按ppm进行气体浓度数字显示并进行相应的延时报警。CO浓度精确度±30％。当前环境CO浓度与报警延时时间的关系如下表。
表2.报警延时时间
2.根据当前环境温度，由液晶显示屏6按℃度单位进行温度数字显示，精确度达到±1℃。
3.根据当前环境湿度，由液晶显示屏6按百分相对湿度单位(％RH)进行数字显示，精确度±8％RH。
本实用新型装置实施例所用主要元、器件型号、参数如下电路符号名称 规格型号D1 单片机芯片MCU68HC705L1D2 存储芯片 93C46RS CO传感器 MGS1100RH 湿度传感器RT 温度传感器103AT-2BLED1～LED3 发光二极管RC3 热敏电阻 51KΩN1～N4，N7 三极管7805N5～N6 三极管7806D3～D6 整流二极管C1～C17 电容R1～R17 电阻BUZZER 蜂鸣器
权利要求1.一种家用燃气报警器，包括壳体、气体传感器(2)、电源电路(3)和报警电路(4)；气体传感器(2)的输入、输出端口分别接电源电路(3)和报警电路(4)，其特征在于还包括温/湿度传感器(5)和显示屏(6)；报警电路(4)包括单片机(41)、与单片机(41)单向连接的晶振电路(42)、声光报警电路(43)和加热电路(44)，以及与单片机(41)双向连接的显示驱动电路(45)、储存器(46)、复位/检测电路(47)和上电/检测电路(48)；电源电路(3)的输出端口分别接单片机(41)和加热电路(44)，加热电路(44)与气体传感器(2)形成闭合回路，温/湿度传感器(5)的信号输出端接单片机(41)的一个信号输入端，显示屏(6)与显示驱动电路(45)双向连接；在单片机(41)内部还固化有软件程序P。
2.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述单片机(4)采用型号为MC68HC705L1的集成电路芯片D1，其内部集成有A/D变换电路和显示驱动电路(45)。
3.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述存储器(46)采用型号为93C46的E2PROM储存芯片D2，其1～4号脚分别接单片机芯片D1的22、21、20和19号脚，其8号脚接芯片D1的23号脚，5、6号脚并联后接入芯片D1的9～11、24脚。
4.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述显示屏(6)与单片机芯片D1的51～62、1～6和48号接线脚连接。
5.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述声光报警电路(43)含有三极管N1～N4、发光二极管LED1～LED3、蜂鸣器BUZZER、电阻R1～R6、R10～R11，三极管N1～N4的基极分别经电阻R1、R3、R5、R10接单片机芯片D1的25、28、27、26号接线脚，它们的集电极分别经电阻R2、R4、R6、R11接蜂鸣器BUZZER、发光二极管LED1、LED2、LED3，它们的发射极全部接地。
6.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述加热电路(44)含有三极管N6～N7、电容C10、C14、电阻R15～R18、精密电阻RC2；三极管N7的基极分两路，一路经电阻R17接芯片D1的33脚，另一路经电容C10接气体传感器(2)，所述传感器(2)的另外两个接线端分别接三极管N6的发射极和芯片D1的38和41脚。
7.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述晶振电路(42)包含由晶振XTAL、电容C8～C9、电阻R7组成的闭合回路，其信号输出端与单片机芯片D1的44、45接相连接。
8.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述温/湿度传感器(5)的1号脚接芯片D1的41脚、上电/检测电路(48)和加热电路(44)，2号脚接芯片D1的35和33脚，3号脚接芯片D1的29、30、40、42脚，4号脚分成两支路，一路接芯片D1的36脚，另一路经电阻RC1与温/湿度传感器(5)的2、3号脚并接。
9.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述复位/检测电路(47)含有复位键RESET、检测键TEST、电容C7和电阻R23，该电路与单片机芯片D1的43和34号脚连接。
10.根据权利要求1所述的家用燃气报警器，其特征在于所述上电/检测电路(48)含有三极管N4、电容C11、电阻R12～R14，该电路分别与单片机芯片D1的29、30、40、42脚和加热电路(44)相连接。
专利摘要一种家用燃气报警器,包括气体传感器2、电源电路3、报警电路4、温/湿度传感器5和显示屏6;报警电路4包括单片机41、与单片机41单向连接的晶振电路42、声光报警电路43和加热电路44,以及与单片机41双向连接的显示驱动电路45、储存器46、复位/检测电路47和上电/检测电路48;在单片机41内部还固化有软件程序P。本实用新型装置除具有普通报警器的声光报警外,还能对当前环境温度、湿度及可燃气体浓度实现液晶数字显示报警。
文档编号G01N27/14GK2397490SQ9925162
公开日2000年9月20日 申请日期1999年10月26日 优先权日1999年10月26日
发明者戴能雄, 田蔚, 王豫生 申请人:戴能雄, 田蔚, 王豫生