專利名稱：有害氣體檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體檢測裝置，特別是涉及一種基于嵌入式的便攜式有毒有 害揮發性有機氣體檢測裝置。
背景技術：
工業發展帶來有毒有害揮發性有機氣體(VOCs )的增多，居室裝修導致室內空 氣污染(苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醛、丙醛等揮發性有機氣體)的加重，對人類的危害也越 來越突出，易導致頭痛、眩暈、行動遲緩、記憶力衰退等癥狀，當濃度超過一定界限時，可直 接對生命造成嚴重危害。所以對有毒有害VOCs氣體的檢測顯得尤為重要。目前，揮發性有機物氣體檢測的主要方法有氣相色譜法(GC)、色譜一質譜聯用技 術、滴定或者比色法，以及單一傳感器直接檢測技術等，在氣體傳感檢測技術方面有很大的 提高，但存在一定的不足之處，如氣相色譜法(GC)儀器昂貴、檢測復雜，色譜一質譜聯用技 術不易推廣、誤差較大，滴定或者比色法操作過程復雜、耗時較長，單一傳感器直接檢測選 擇性較差等。
實用新型內容針對現有技術中的不足之處，本實用新型提供了一種具有價格低廉、操作簡單、靈 敏度高、實時性好、穩定性好和便攜式等特點的有害氣體檢測裝置。本實用新型提供的有害氣體檢測裝置，包括用于存儲待檢測氣體的汽缸、氣 泵、照明裝置、反應氣室、卟啉陣列傳感器、圖像采集儀、觸摸屏、嵌入式ARM9芯片、下位機 PIC16F877、溫度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器和可控加熱器；所述反應氣室為透明體，一端設有進氣口，另一端設有出氣口 ；所述卟啉陣列傳感 器設置在反應氣室的中部；所述反應氣室內、且靠經進氣口設有氣體緩沖擋板；在反應氣 室的橫截面上、位于氣體緩沖擋板和卟啉陣列傳感器之間設有雙層隔板I，位于卟啉陣列 傳感器和出氣口之間設有隔板II，所述雙層隔板I和隔板II上均布數個氣孔；所述汽缸的出口通過氣泵與反應氣室的進氣口連通，氣泵由下位機PIC16F877控 制；所述流量傳感器設置在氣泵與反應氣室連接的管路上，流量傳感器的信號輸經A/D轉 換器轉化后輸入下位機PIC16F877 ；所述溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器均設置在反應氣室內，且可控加熱器 設置在進氣口與卟啉陣列傳感器之間，所述溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器的信號 輸出端與下位機PIC16F877連接；所述照明裝置設置在反應氣室的底部，所述圖像采集儀設置在反應氣室的頂 部，圖像采集儀的攝像頭與卟啉陣列傳感器的卟啉單元對應，所述照明裝置由下位機 PIC16F877控制，所述圖像采集儀的信號輸入嵌入式ARM9芯片；所述下位機PIC16F877通過RS232串口與嵌入式ARM9芯片連接；所述觸摸屏連接 在嵌入式ARM9芯片上。[0011]進一步，還包括尾氣處理裝置和兩通電磁閥，所述尾氣處理裝置與反應氣室的出 氣口連接，所述兩通電磁閥串接在尾氣處理裝置與反應氣室的出氣口連接的管路上，所述 兩通電磁閥由下位機PIC16F877控制。進一步，還包括用于吹掃整個氣路的氮氣支路，氮氣支路通過氣閥連接在汽缸與 氣泵之間的管路上。進一步，還包括用于將反應前后圖像、差值圖像以及數據庫文件進行存儲的SD 卡，所述SD卡通過SD卡接口電路和嵌入式ARM9芯片相連。進一步，還包括用于存儲引導文件、Linux操作系統、應用程序的FLASH芯片，所述 FLASH芯片通過EMIF總線與嵌入式ARM9芯片相連。進一步，還包括用于暫存操作系統和應用程序、且作為數據緩沖區的SDRAM芯片， 所述SDRAM芯片通過EMIF總線與嵌入式ARM9芯片相連。再進一步，還包括設有濃度安全限值的報警模塊，所述報警模塊安裝在下位機 PIC16F877上，嵌入式ARM9芯片處理得到的濃度值信號輸入報警模塊。與現有技術相比，本實用新型的有害氣體檢測裝置具有如下優點1、本實用新型的檢測裝置采用卟啉陣列傳感器檢測的揮發性有毒有害氣體濃度 可達PPb級，實現低濃度檢測，適合高要求測量場合；同樣，能實現ppm級高濃度檢測，檢測 范圍大；2、本實用新型的檢測裝置實現了密閉檢測反應氣室在線環境條件監測，同時反應 氣室內通過設置的隔板形成幾級緩沖區域，從而形成了一個氣流穩定、氣體濃度分部均勻 的環境，降低了動力學因素對檢測的影響，提高了儀器穩定性及檢測精度；2、卟啉陣列傳感器采用陣列點結構的卟啉單元作為前端傳感器，嚇啉單元多，增 加了響應信號的信息含量，不僅保證了裝置檢測的精準性，還可實現多種類氣體的檢測；3、采用嵌入式ARM9芯片硬件構架，減小體積，增強了裝置的處理能力；采用Linux 作為開發環境，源碼開放，易于移植，減小了成本；使用MiniGUI作為程序開發軟件，提高了 人機界面的交互性；整體裝置采用了嵌入式ARM9芯片一下位機PIC16F877模式，增加了硬 件的可擴展性和軟件的可移植性，便于系統的升級；4、本實用新型的檢測裝置體積小(體積可達25 X 10 X 6cm)、檢測精度高、響應時間 快，可應用于環保、食品、化工、醫藥、室內裝修、安全等諸多領域的揮發性有機氣體檢測，可 實現現場快速檢測，對于環境保護和人類健康安全能起到積極的作用。
圖1為有害氣體檢測裝置的結構示意圖；圖2為有害氣體檢測裝置的硬件框圖；圖3為反應氣室模型圖的結構示意圖；圖4為系統軟件主界面框圖；圖5為系統軟件主流程圖。附圖中，21—氮氣支路；22—氣泵；23—汽缸；24—卟啉陣列傳感器；25— 觸摸屏；洸一照明裝置；27—攝像頭；四一兩通電磁閥；210—下位機PIC16F877 ； 4A—進氣口； 41一緩沖擋板；42—一級緩沖區；43—隔板；44一二級緩沖區；45—隔板；46—反應室；48—隔板；49一出氣緩沖室；4B—出氣口。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地說明。圖1為有害氣體檢測裝置的結構示意圖，圖2為有害氣體檢測裝置的硬件 框圖，如圖所示。有害氣體檢測裝置包括用于存儲待檢測氣體的汽缸23、氣泵22、照明 裝置26、反應氣室、嚇啉陣列傳感器對、圖像采集儀、觸摸屏25、嵌入式ARM9芯片、下位 機PIC16F877、溫度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器、可控加熱器、兩通電磁閥、尾氣處理 裝置、用于吹掃整個氣路的氮氣支路21、用于存儲引導文件、Linux操作系統、應用程序的 FLASH芯片、SD卡和用于暫存操作系統和應用程序、且作為數據緩沖區的SDRAM芯片。圖3為反應氣室模型圖的結構示意圖，如圖所示。反應氣室為透明體，一端設有進 氣口 4A，另一端設有出氣口 4B。所述卟啉陣列傳感器M設置在反應氣室的中部。所述反 應氣室內、且靠經進氣口 4A側設置有氣體緩沖擋板41 ；在反應氣室的橫截面上、位于氣體 緩沖擋板41和卟啉陣列傳感器M之間設有雙層隔板I (即隔板43和隔板45)，位于卟啉陣 列傳感器M和出氣口 4B之間設有隔板II 48，所述隔板43、隔板45和隔板II 48上均布數 個氣孔。所述尾氣處理裝置與反應氣室的出氣口 4B連接，所述兩通電磁閥串接在尾氣處理 裝置與反應氣室的出氣口 4B連接的管路上，所述兩通電磁閥由下位機PIC16F877控制。所述汽缸23的出口通過氣閥S3和氣泵22與反應氣室的進氣口 4A連通，氣泵的 電源由下位機PIC16F877控制；所述流量傳感器設置在氣泵22與反應氣室連接的管路上， 下位機PIC16F877通過RB0-RB4和A/D轉換器與流量傳感器連接。氮氣支路21通過氣閥 連接在汽缸23與氣泵22之間的管路上。所述溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器均設置在反應氣室內，且可控加熱器 設置在進氣口 4A與卟啉陣列傳感器M之間。下位機PIC16F877通過通過RB5與溫度傳感器 連接；下位機PIC16F877通過RD0-RD7和A/D轉換器與濕度傳感器連接；下位機PIC16F877 通過RC3與可控加熱器連接。所述照明裝置沈設置在反應氣室的底部，本實施例中，照明裝置沈采用白光(對 卟啉陣列的光譜信息不會產生影響)LED燈來提供所需光源，使光源均勻柔和的分布于卟啉 陣列傳感器M部分，保證了清晰圖像信息的獲取。所述圖像采集儀設置在反應氣室的頂 部，圖像采集儀的攝像頭與卟啉陣列傳感器M的卟啉單元對應，所述照明裝置沈的電源由 下位機PIC16F877控制，所述圖像采集儀的信號輸入嵌入式ARM9芯片。圖像采集儀實現圖 像光譜信息的獲取，并傳遞給嵌入式ARM9芯片進行處理，采用USB2.0攝像頭實現高質量圖 像數據的獲取。所述下位機PIC16F877通過RS232串口與嵌入式ARM9芯片(S3CM40)連接，實現 通信，嵌入式ARM9芯片(S3CM40)作為系統CPU，工作頻率400MHZ，負責一切運算，協調和 管理其它部分工作。觸摸屏25為IXD觸摸屏，所述嵌入式ARM9芯片通過40線接口與觸摸 屏25連接，人機交互界面，用作顯示圖形用戶界面(包括圖像采集、圖像處理、存儲界面，監 控參數界面，命令終端界面等)，接受用戶的觸摸操作。所述SD卡通過SD卡接口電路和嵌入式ARM9芯片相連，系統工作過程中，將卟啉 陣列傳感器M反應前后圖像、差值圖像，以及數據庫文件存儲在SD卡內，可通過操作對SD里面的圖像信息進行刪除、轉存或者處理操作。所述嵌入式ARM9芯片通過EMIF總線分別與FLASH芯片和SDRAM芯片連接，FLASH 芯片用于存儲引導文件、Linux操作系統、應用程序等；所述SDRAM芯片暫存操作系統和應 用程序，作為各類數據的緩沖區。嵌入式ARM9芯片通過通過RJ45接口和網絡連接線連接。所示報警模塊安裝在下位機PIC16F877板上，嵌入式ARM9芯片處理得到的濃度值 輸入報警模塊進行濃度比較，當超過安全限值時，報警模塊進行蜂鳴預警。使用該有害氣體檢測裝置時，如圖1所示，首先打開氣閥S4,向痰氣支路21通入 氨氣，清理整個氣路；關閉S4,打開S3，氣泵22將待測氣體抽入氣路；將卟啉陣列傳感器M 放入反應氣室，進入觸摸屏25界面，打開LED燈沈的光源、開啟攝像頭27和條件監控(溫 度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器和可控加熱器)，開啟兩通電磁閥29。待測氣體從進氣口 4A進入一級緩沖區42，由橢圓形結構的緩沖板41將氣流沿周邊分開，在一級緩沖區42形 成初步的緩流和均勻態勢；從一級緩沖區經過均布數個氣孔的隔板43進入二級緩沖區44， 實現氣體的進一步勻速調節，在此區域，基本實現了氣體流速緩沖和濃度均勻性；再經過均 布數個氣孔的隔板45進入反應室46，整個反應室是長方形區域，里面氣體濃度和速度都達 到反應要求，待測的氣體與卟啉陣列傳感器47充分反應，以實現信息的檢測；待測的氣體 和卟啉傳感陣列充分反應后，經過均布數個氣孔的隔板II 48進入出氣緩沖室49，保證了氣 流的順暢性，不會影響前級反應室；最后從端口 4B流出，并經兩通電磁閥四進入尾氣處理 裝置進行尾氣處理。通過圖像采集儀采集卟啉陣列傳感器M反應前后圖像信息，輸入嵌入 式ARM9芯片完成圖像處理、由觸摸屏25顯示結果，SD卡存儲信息，報警模塊當超過安全限 值時，報警模塊進行蜂鳴預警；在此期間，下位機PIC16F877協作嵌入式ARM9芯片完成環境 參數的監控和設備的控制等。圖4為系統軟件主界面框圖，包括系統操作、系統控制、圖像操作、幫助板塊。所述 系統操作模塊，包括系統的關閉、重啟操作，可實現系統的軟操作；所述系統控制，包括氣泵 控制和照明控制，實現人為對檢測過程的控制；所述圖像操作，包括圖像采集、圖像處理、圖 像瀏覽和圖像存儲，其中，圖像采集界面除了實現光譜信息的采集以外，還能實時顯示環境 監測信息(溫度、濕度、流量)，圖像處理界面包含圖像信息處理，圖像瀏覽和圖像存儲是對 既有圖像信息進行人為的圖像查看和轉存等操作；幫助板塊，包括了檢測系統版本必要信 息說明和操作步驟介紹。圖5為系統軟件主流程圖，系統上電后，加載引導程序，初始化外圍設備，解壓文 件系統和應用程序，啟動進入人機交互界面(觸摸屏)。通過操作打開氣泵、通入痰氣，清潔 氣路系統；經過軟件系統設定(通氣時間30s)，達到初始標準狀態；將待測氣體通入氣路系 統，打開環境監測設備，檢測氣體環境參數(溫度、濕度、流量)并進行微控達到合適的狀態， 達到標準狀態；反應室中放置卟啉陣列傳感器，打開圖像采集儀，獲取各時間段圖像信息； 采集結束，保存圖像信息，關閉外設(電機、光源等)，下位機進入低功耗模式；上位機進行圖 像處理、特征信息提取、匹配識別，結果顯示并及時預警；氣路廢氣處理通入痰氣將氣路 中殘留的有毒有害氣體進行清除(時間30s)；繼續進行實驗，否則結束。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種有害氣體檢測裝置，其特征在于包括用于存儲待檢測氣體的汽缸(23)、氣泵 (22)、照明裝置(26)、反應氣室、嚇啉陣列傳感器(24)、圖像采集儀、觸摸屏(25)、嵌入式 ARM9芯片、下位機PIC16F877 (210)、溫度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器和可控加熱器；所述反應氣室為透明體，一端設有進氣口(4A)，另一端設有出氣口(4B)；所述卟啉陣列 傳感器(24)設置在反應氣室的中部；所述反應氣室內、且靠經進氣口(4A)設有氣體緩沖擋 板(41);在反應氣室的橫截面上、位于氣體緩沖擋板(41)和卟啉陣列傳感器(24)之間設有 雙層隔板I，位于卟啉陣列傳感器(24)和出氣口(4B)之間設有隔板II (48)，所述雙層隔板 I和隔板II (48)上均布數個氣孔；所述汽缸(23)的出口通過氣泵(22)與反應氣室的進氣口(4A)連通，氣泵由下位機 PIC16F877 (210)控制；所述流量傳感器設置在氣泵(22)與反應氣室連接的管路上，流量傳 感器的信號輸經A/D轉換器轉化后輸入下位機PIC16F877 (210)；所述溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器均設置在反應氣室內，且可控加熱器設置 在進氣口(4A)與卟啉陣列傳感器(24)之間，所述溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器的 信號輸出端與下位機PIC16F877 (210)連接；所述照明裝置(26)設置在反應氣室的底部，所述圖像采集儀設置在反應氣室的頂部， 圖像采集儀的攝像頭與卟啉陣列傳感器(24)的卟啉單元對應，所述照明裝置(26)由下位 機PIC16F877 (210)控制，所述圖像采集儀的信號輸入嵌入式ARM9芯片；所述下位機PIC16F877 (210)通過RS232串口與嵌入式ARM9芯片連接；所述觸摸屏 (25)連接在嵌入式ARM9芯片上。
2.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括尾氣處理裝置和兩 通電磁閥，所述尾氣處理裝置與反應氣室的出氣口(4B)連接，所述兩通電磁閥串接在尾氣 處理裝置與反應氣室的出氣口(4B)連接的管路上，所述兩通電磁閥由下位機PIC16F877 (210)控制。
3.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括用于吹掃整個氣路 的氮氣支路(21)，氮氣支路(21)通過氣閥連接在汽缸(23 )與氣泵(22 )之間的管路上。
4.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括用于將反應前后圖 像、差值圖像以及數據庫文件進行存儲的SD卡，所述SD卡通過SD卡接口電路和嵌入式 ARM9芯片相連。
5.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括用于存儲引導文件、 Linux操作系統、應用程序的FLASH芯片，所述FLASH芯片通過EMIF總線與嵌入式ARM9芯 片相連。
6.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括用于暫存操作系統 和應用程序、且作為數據緩沖區的SDRAM芯片，所述SDRAM芯片通過EMIF總線與嵌入式 ARM9芯片相連。
7.根據權利要求1所述的有害氣體檢測裝置，其特征在于還包括設有濃度安全限值 的報警模塊，所述報警模塊安裝在下位機PIC16F877 (210)上，嵌入式ARM9芯片處理得到 的濃度值信號輸入報警模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種有害氣體檢測裝置，包括用于存儲待檢測氣體的汽缸；反應氣室；串接在汽缸與反應氣室之間的氣泵和流量傳感器；設在反應氣室的底部的照明裝置；設在反應氣室的頂部的圖像采集儀；通過RS232串口連接的嵌入式ARM9芯片和下位機PIC16F877；連接在嵌入式ARM9芯片的觸摸屏；設在反應氣室內的卟啉陣列傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和可控加熱器。本實用新型利用卟啉陣列傳感器和氣體接觸后出現不同顏色反應的原理，通過系統對光譜信息的提取、處理和匹配識別，最后得到待檢氣體的信息，并進行顯示和及時的預警，適合工業作業、化工、食品、環保、室內裝修、安全等領域的有毒有害揮發性有機氣體檢測。
文檔編號G01N33/00GK201837619SQ20102055964
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者侯長軍, 劉靜靜, 李江杰, 柏興洪, 汪德暖, 羅小剛, 霍丹群 申請人:重慶大學