专利名称：无线便携式甲烷巡更检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线便携式甲烷巡更检测仪，具体地说，涉及一种用于在煤 矿井下检测甲烷浓度并通过井下无线监控系统实时向上位机上传数据或者通过矿用巡更 系统非实时向上位机上传数据的无线便携式甲烷巡更检测仪。
背景技术：
目前市场使用的传感器大致分为两种，一种是便携式传感器，这种传感器携带使 用方便，但是不能向上位机上传数据；另一种是有线类固定式传感器，这种传感器能够通过 电缆光缆实时向上位机上传传感器数据，但这种传输方式有一个缺点就是井下布线繁琐， 安装维护成本较大，而且传输线路很容易受到破坏，特别是当发生煤矿安全事故时，线缆有 可能会遭到致命的损坏，不能为搜救工作及事态检测提供有效的信息。
发明内容本实用新型的目的是提供一种能实施传输井下甲烷浓度数据的无线便携式甲烷 巡更检测仪。实现上述目的的技术方案是一种无线便携式甲烷巡更检测仪，包括单片机及其 最小系统电路、电源电路、按键及开关机电路，电源电路和按键及开关机电路均与单片机及 其最小系统电路连接，还包括与单片机及其最小系统电路输入端连接的时钟电路、甲烷采 集放大电路、红外遥控接收电路和RFID读卡电路，以及与单片机及其最小系统电路的输出 端连接的数码管显示电路、无线收发电路和报警电路；所述的单片机及其最小系统电路中 的单片机U1是内部集成一个八位单片机的射频芯片；所述的甲烷采集放大电路由瓦斯传 感头U8、运放U2C、运放U2D、运放U2B和运放U2A组成，瓦斯传感头U8与电阻R4、R9、电位 器R6组成一个电桥，R7、R8、R11与运放U2C及运放U2D这两个运放组成一个差分放大电路， R16、R17、R19、R15和一个运放U2B组成一个负反馈放大电路，运放U2A组成一个电压跟随 器，R12、C20组成一个低通滤波器。本实用新型的主要功能是检测甲烷浓度，并通过可靠的两种通信方式把数据上传 到上位机电脑，另外还有一些辅助功能包括时钟读取显示、电池电量采集显示、甲烷浓度超 标报警、电池欠压检测报警、欠压关机等。

图1为本实用新型的电路结构框图；图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。如图1、2所示，一种无线便携式甲烷巡更检测仪，包括单片机及其最小系统电路
41、电源电路2、按键及开关机电路10，电源电路2和按键及开关机电路10均与单片机及其 最小系统电路1连接，还包括与单片机及其最小系统电路1输入端连接的时钟电路4、甲烷 采集放大电路5、红外遥控接收电路6和RFID读卡电路8，以及与单片机及其最小系统电路 1的输出端连接的数码管显示电路9、无线收发电路7和报警电路3 ；所述的单片机及其最 小系统电路1中的单片机Ul是内部集成一个八位单片机的射频芯片；所述的甲烷采集放大 电路5由瓦斯传感头U8、运放U2C、运放U2D、运放U2B和运放U2A组成，瓦斯传感头U8与 电阻R4、R9、电位器R6组成一个电桥，R7、R8、Rll与运放U2C及运放U2D这两个运放组成 一个差分放大电路，R16、R17、R19、R15和一个运放U2B组成一个负反馈放大电路，运放U2A 组成一个电压跟随器，R12、C20组成一个低通滤波器。 如图1、2所示，单片机及其最小系统电路1中的最小系统电路由集成块JP1、J2、 J3、稳压管 D1、电阻 R5、电阻 R13、电阻 R14、R2、晶振 Y1、电容 C14、C15、Cl、C2、C3、C4、C5、 C6、C17组成；所述的J2、J3构成电池充放电电路，J2焊接电池的正极、负极和充电引脚，J3 焊接一个充电接口 ；稳压管D1、电阻R5和电容C6构成复位电路，集成块JPl用来接程序烧 写口，晶振Yl和电容C14、C15构成时钟电路，C14和C15为晶振负载电容，C1、C3、C17是滤 波电容。如图1、2所示，报警电路3由三极管Q1、蜂鸣器Jl和电阻R3组成，三极管Ql的基 极接电阻R3，三极管Ql的集电极接蜂鸣器J1，电阻R3接单片机的52脚。如图1、2所示，时钟电路4由电容C27和芯片U12、U7组成，C27与U7并联，U12是 低功耗的时钟芯片，U12与U7连接，U12的7脚与单片机的50脚连接。如图1、2所示，红外遥控接收电路6由电阻R20、芯片U10、电阻R34和电容C25组 成，芯片UlO的1脚接单片机的1脚，芯片UlO的2脚接地，UlO的3脚与电容C25的正极 连接，电阻R34的一端与电源电路(2)连接，另一端与电容C25的正极连接。如图1、2所示，无线收发电路7包括内置天线ANTl和ANT2、电容C13、C18、C16、 C9、阻抗变换器L9、线圈L7、L3、L4，内置天线ANTl和ANT2分别与电容C13、L7、C18相连， 线圈L7和C13并联，电容C18的另一端与阻抗变换器L9的1脚连接，L9的3脚分别与线 圈L3和电容C9连接，阻抗变换器L9的4脚分别与线圈L4和电容C9连接，L9的2脚与电 容C16连接，电容C16的另一端接地，线圈L3与单片机Ul的36脚连接，线圈L4与单片机 Ul的35脚连接。如图1、2所示，RFID读卡电路8由芯片U9、三极管Q2、电容C12和电阻R18组成， 电阻R18的一端与单片机Ul的48脚连接，另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集 电极与芯片U9的10脚连接，电容C12的正极接芯片U9的10脚，电容C12的负极接地。如图1、2所示，按键和开关机电路10由D触发器U3、三极管Q3、电容C19、C22、C26 和电阻R24、R1、R10组成，电容C19的正极接D触发器U3的14脚，负极分别接D触发器U3 的6、7、8、9、10脚，电容C22与电阻RlO并联，D触发器U3的4脚分别与电阻Rl和电容C26 连接，电阻R24的一端接D触发器U3的1脚，另一端接三极管D3的基极。本实用新型的工作原理如下如图2所示，单片机及其最小系统电路1的单片机是主芯片U1，它是Freescale公 司的射频芯片MC13211，内部集成一个八位单片机；J2、J3构成电池充放电电路，J2焊接电 池的三根线(正极负极和充电引脚)，J3焊接一个充电接口用来配套充电器上的充电口。D1、R5、C6构成复位电路，R5和C6构成了延时，D1起快速放电作用，JP1用来接程序烧写口。 R13和R14对供电电压进行分压输出给AD 口作为电源电量检测用。晶振Y1和电容C14、 C15构成时钟电路，给主芯片MC13211提供时钟，C14和C15为晶振负载电容用于调整晶振 的振荡频率。CI、C3、C17是滤波电容，并且CI、C3、C17分别加于内部ADC供电VDDAD、射频 Modem供电VBATT和单片机供电VDD三个供电引脚，C2、C4、C5、C7是起去耦作用，R2起上 拉作用。如图2所示，电源电路2由两个线性稳压芯片U4、U11和四个电容C8、Cll、C23、 C24组成，U11稳出直流2. 8V给传感头供电，U4稳出3V给除传感头外的元器件供电，C8、 Cll、C23、C24均起滤波作用。如图2所示，报警电路3中当FM为高电平，三极管Q1导通，蜂鸣器J1鸣叫，电阻 R3起限流作用。如图2所示，时钟电路4中的U12是一款低功耗的时钟芯片，单片机可以实时从时 钟芯片中读取当前的时间值。U7是晶振给时钟芯片提供标准的时钟频率，电容C27用来校 正晶振U7的振荡频率。如图2所示，甲烷采集放大电路5中的U8是瓦斯传感头，它与电阻R4、R9、电位器 R6组成一个电桥，调节R6可使电桥平衡，平衡时电桥两端电压差为0，可定义为甲烷浓度的 零点，当空气中存在甲烷时，传感头部分电平发生变化，电桥平衡被破坏。R7、R8、R11与运 放U2C和运放U2D组成一个差分放大电路，用来放大从电桥过来的差分信号，R16、R17、R19、 R15和运放U2B组成一个负反馈放大电路，再次放大代表甲烷浓度的信号，电容C21起信号 的旁路作用，C10在放大电路中起相位补偿防止自激的作用。运放U2A组成一个电压跟随 器，具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，起阻抗变换的作用。R12、C20组成一个低通滤波 器，用来滤除放大电路中的低频干扰。如图2所示，红外遥控接收电路6中电阻R20、R34起上拉作用，电容C25起去耦 作用，红外遥控用于对甲烷软件零点、放大倍数、补偿系数、时间、报警点等参数的设置与调 整，方便用户使用。如图2所示，无线收发电路7中的无线信号经由C13、L7和C18进行滤波去耦，阻 抗变换器L9进行阻抗变换，再由C9、L3、L4将信号传给单片机U1处理部分，C16的作用是 滤波。ANT1和ANT2是内置天线。如图2所示，RFID读卡电路8中的R18和三极管Q2用来控制读卡模块的供电，当 RFSW为高电平时模块才正常工作，该模块内置圆形天线可直接读取地址信息扣和人员信息 卡(即普通的IC卡)的信息，信息以RS232的数据格式输出给单片机U1处理。电容C12 起滤波作用。如图2所示，数码管显示电路9中的电阻R25、R26 R33均起限流作用。如图2所示，按键及开关机电路10中的U3是D触发器，3弓丨脚有上升沿则1弓丨脚 输出Q取反，若输出Q为低电平，三极管Q3导通，系统正常工作，若输出Q为高电平则系统 关机。R1、C26组成上电复位电路，B+上电后，4脚电平为高则清零输出Q，系统开机，稳定后 4脚为低电平可进行正常的按键开关机。J4接按键面板，R10起下拉作用，开关键KGJ没按 下时，悬空为低电平，按下后与B+短接为高电平，U3输出取反进行开关机切换，C22用来旁 路滤除低频杂波。另外单片机U1也可以通过二极管D4来进行关机操作，主要在电池电压低于关机电压时单片机Ui检测后自动对系统进行关机处理.
权利要求一种无线便携式甲烷巡更检测仪，包括单片机及其最小系统电路(1)、电源电路(2)、按键及开关机电路(10)，电源电路(2)和按键及开关机电路(10)均与单片机及其最小系统电路(1)连接，其特征在于还包括与单片机及其最小系统电路(1)输入端连接的时钟电路(4)、甲烷采集放大电路(5)、红外遥控接收电路(6)和RFID读卡电路(8)，以及与单片机及其最小系统电路(1)的输出端连接的数码管显示电路(9)、无线收发电路(7)和报警电路(3)；所述的单片机及其最小系统电路(1)中的单片机U1是内部集成一个八位单片机的射频芯片；所述的甲烷采集放大电路(5)由瓦斯传感头U8、运放U2C、运放U2D、运放U2B和运放U2A组成，瓦斯传感头U8与电阻R4、R9、电位器R6组成一个电桥，R7、R8、R11与运放U2C及运放U2D这两个运放组成一个差分放大电路，R16、R17、R19、R15和一个运放U2B组成一个负反馈放大电路，运放U2A组成一个电压跟随器，R12、C20组成一个低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于所述的单片机及 其最小系统电路(1)中的最小系统电路由集成块JP1、J2、J3、稳压管D1、电阻R5、电阻R13、 电阻 R14、R2、晶振 Y1、电容 C14、C15、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C17 组成；所述的 J2、J3 构成 电池充放电电路，J2焊接电池的正极、负极和充电引脚，J3焊接一个充电接口 ；稳压管D1、 电阻R5和电容C6构成复位电路，集成块JPl用来接程序烧写口，晶振Yl和电容C14、C15 构成时钟电路，C14和C15为晶振负载电容，C1、C3、C17是滤波电容。
3.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于所述的报警电路(3)由三极管Q1、蜂鸣器Jl和电阻R3组成，三极管Ql的基极接电阻R3，三极管Ql的集电 极接蜂鸣器J1，电阻R3接单片机的52脚。
4.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于所述的时钟电路(4)由电容C27和芯片U12、U7组成，C27与U7并联，U12是低功耗的时钟芯片，U12与U7 连接，U12的7脚与单片机的50脚连接。
5.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于所述的红外遥控 接收电路(6)由电阻R20、芯片U10、电阻R34和电容C25组成，芯片UlO的1脚接单片机的 1脚，芯片UlO的2脚接地，UlO的3脚与电容C25的正极连接，电阻R34的一端与电源电路 (2)连接，另一端与电容C25的正极连接。
6.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于所述的无线收发 电路(7)包括内置天线4^1和4附2、电容(13、(18、(16、09、阻抗变换器1^9、线圈1^7、1^3、 L4,内置天线ANTl和ANT2分别与电容C13、L7、C18相连，线圈L7和C13并联，电容C18的 另一端与阻抗变换器L9的1脚连接，L9的3脚分别与线圈L3和电容C9连接，阻抗变换器 L9的4脚分别与线圈L4和电容C9连接，L9的2脚与电容C16连接，电容C16的另一端接 地，线圈L3与单片机Ul的36脚连接，线圈L4与单片机Ul的35脚连接。
7.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于RFID读卡电路 (8)由芯片U9、三极管Q2、电容C12和电阻R18组成，电阻R18的一端与单片机Ul的48脚 连接，另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与芯片U9的10脚连接，电容C12 的正极接芯片U9的10脚，电容C12的负极接地。
8.根据权利要求1所述的无线便携式甲烷巡更检测仪，其特征在于按键和开关机电 路(10)由D触发器U3、三极管Q3、电容C19、C22、C26和电阻R24、Rl、RlO组成，电容C19 的正极接D触发器U3的14脚，负极分别接D触发器U3的6、7、8、9、10脚，电容C22与电阻RlO并联，D触发器U3的4脚分别与电阻Rl和电容C26连接， 电阻R24的一端接D触发器 U3的1脚，另一端接三极管D3的基极。
专利摘要一种无线便携式甲烷巡更检测仪，包括单片机及其最小系统电路、电源电路、按键及开关机电路，电源电路和按键及开关机电路均与单片机及其最小系统电路连接，还包括与单片机及其最小系统电路输入端连接的时钟电路、甲烷采集放大电路、红外遥控接收电路和RFID读卡电路，以及与单片机及其最小系统电路的输出端连接的数码管显示电路、无线收发电路和报警电路；所述的单片机及其最小系统电路中的单片机U1是内部集成一个八位单片机的射频芯片。本实用新型能实施传输井下甲烷浓度数据，并通过可靠的两种通信方式把数据上传到上位机电脑，另外还有一些辅助功能包括时钟读取显示、电池电量采集显示、甲烷浓度超标报警、电池欠压检测报警、欠压关机等。
文档编号G01N33/00GK201615900SQ201020101398
公开日2010年10月27日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者余日存, 娄华平, 张冬亮, 张吉哲, 张广雷, 郁春雷 申请人:江苏三恒科技集团有限公司;宜兴市三恒自动化仪表有限公司