一種基于stm32lmcu的紅外甲烷傳感器系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種用在煤礦領域中檢測瓦斯的裝置，具體地涉及一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統。
【背景技術】
[0002]煤炭產業是我國國民經濟發展的支柱性產業，為了促進煤炭企業的健康有序發展，就必須有效防止煤礦瓦斯爆炸事故的發生。而甲烷是瓦斯氣體的主要成分，而瓦斯氣體是煤礦瓦斯爆炸的主要物質，所以要及時避免事故發生，就要能夠準確地檢測到甲烷的存在和精確含量。
[0003]目前，運用在煤礦中檢測瓦斯氣體的檢測裝置也是有很多種，但是幾乎都存在著檢測精度不高，抗干擾能力弱的缺點。
【發明內容】
[0004]本發明就是針對上述問題，提出了一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統；本發明具有體積小，精度高，抗干擾能力強等特點；可外接不同的顯示電路來實現濃度顯示和聲光報警。
[0005]為實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案。
[0006]本發明一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，包括放大電路板和控制電路板；其結構要點是:所述放大電路板包括帶通放大模塊、光源、溫度傳感器模塊、甲烷探測器模塊，所述甲烷探測器連接帶通放大模塊；所述控制電路板包括MCU控制器、外接顯示設備模塊、PC機；所述帶通放大模塊和溫度傳感器模塊的輸出端均連接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的輸出端口 GP1連接光驅動模塊，所述光驅動模塊連接光源；所述MCU控制器的輸出端口 DA連接外接顯示設備模塊，所述MCU控制器的輸出端口 UART和PC機連接通信。
[0007]作為本發明的一種優選方案，所述MCU控制器采用STM32L151單片機。
[0008]作為本發明的另一種優選方案，所述MCU控制器、帶通放大模塊和溫度傳感器模塊均采用電源電壓3V供電。
[0009]作為本發明的另一種優選方案，所述放大電路板的光源是通過TC1185-3.0來供電。
[0010]作為本發明的另一種優選方案，所述光驅動模塊米用單片機STM32L151來控制光源的調制電壓。
[0011]作為本發明的另一種優選方案，所述帶通放大模塊由放大器AD8629和一系列電阻電容所組成。
[0012]另外，本發明所述放大器AD8629是一種單電源雙通道的放大器，它具有高精度，低噪聲，超低失調、漂移、偏置電流特性。
[0013]本發明的有益效果是。
[0014]本發明為了促進煤炭企業的健康有序發展，有效防止煤礦瓦斯爆炸事故的發生。提出了一種基于STM32L151MCU的紅外甲烷傳感器系統，采用STM32L151MCU實現了整個傳感器系統的微功耗；在信號濾波上采用的是帶通濾波放大模塊，有效地濾除了紅外甲烷探測器信號中的雜波信號。軟件方面，采用了平均值濾波，限幅濾波等軟件信號處理技術使輸出的信號更加穩定，并可直接與上位機軟件進行數據通信，可通過上位機軟件進行實時監測濃度變化情況，也可在上位機上進行校零校準。對紅外甲烷傳感器的輸出數據進行了溫度補償使得紅外甲烷傳感器的輸出值不再隨著溫度變化而變化，從而顯著提高了紅外甲烷傳感器對環境的適應性以及穩定性。最后通過對傳感器的輸出實驗數據進行分析，我們發現該傳感器具有靈敏度高，精度高，對環境適應性強，體積小，重量輕等優點，是一款實用性較強的紅外甲烷傳感器。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統的硬件框圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，為本發明一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統的硬件框圖。其中包括放大電路板和控制電路板；其結構要點是:所述放大電路板包括帶通放大模塊、光源、溫度傳感器模塊、甲烷探測器模塊，所述甲烷探測器連接帶通放大模塊；所述控制電路板包括MCU控制器、外接顯示設備模塊、PC機；所述帶通放大模塊和溫度傳感器模塊的輸出端均連接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的輸出端口 GP1連接光驅動模塊，所述光驅動模塊連接光源；所述MCU控制器的輸出端口 DA連接外接顯示設備模塊，所述MCU控制器的輸出端口 UART和PC機連接通信。
[0017]本發明所述傳感器系統是以MCU控制器為核心，它既可以通過串口將濃度等信息發送到上位機PC上，也可以通過模擬輸出端口外接顯示電路進行濃度值顯示。紅外甲烷探測器的輸出信號首先經過一個由AD8629組成的帶通放大電路，進行濾波放大。然后將放大器輸出的信號以及溫度傳感器輸出的信號輸入單片機的AD端口，將模擬信號轉為數字信號最后在單片機上進行相應軟件校零，校準，溫度補償，濃度計算濾波等算法后，通過串口輸出。
[0018]本發明所述MCU控制器采用STM32L151單片機。所述MCU控制器、帶通放大模塊和溫度傳感器模塊均采用電源電壓3V供電。為了降低整個甲烷傳感器系統的功耗，外接電源電壓為3.3V，整個傳感器系統主要是給三部分供電:即MCU控制器，光源，還有傳感器和帶通放大模塊。光源供電是通過TC1185-3.0來實現的，因為如果直接外接電源電壓則電壓波動較大，經過多次試驗得出加電源芯片以后的輸出信號要比沒加電源芯片穩定，這樣輸出的濃度值才會更穩定。MCU模塊以及信號調理和傳感器所用電源電壓都是3V，其中MCU是TCl 185-3.0將電源電壓3.3V轉換為3V，而信號調理則是通過REF3130將3.3V電壓轉換為3V。由于放大電路板要求元器件的體積必須盡量小，故采用了 REF3130。
[0019]本發明所述的帶通放大模塊由放大器AD8629和一系列電阻電容所組成；所述放大器AD8629是一種單電源雙通道的放大器，它具有高精度，低噪聲，超低失調、漂移、偏置電流特性。
[0020]所述光驅動模塊的傳統方式通常采用切光片對光源進行調制。因此需要一個同步電機帶動切光片旋轉，其缺點在于存在機械轉動，抗振性差，功耗大，不適合于便攜設備；其次為保證調制的頻率，還需要嚴格同步的電機以及驅動電路，使得系統復雜化，成本也大大增加。本發明避免了復雜的調制電路，直接通過單片機來控制光源的調制電壓。
【主權項】
1.一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，包括放大電路板和控制電路板；其特征在于:所述放大電路板包括帶通放大模塊、光源、溫度傳感器模塊、甲烷探測器模塊，所述甲烷探測器連接帶通放大模塊；所述控制電路板包括MCU控制器、外接顯示設備模塊、PC機；所述帶通放大模塊和溫度傳感器模塊的輸出端均連接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的輸出端口 GP1連接光驅動模塊，所述光驅動模塊連接光源；所述MCU控制器的輸出端口 DA連接外接顯示設備模塊，所述MCU控制器的輸出端口 UART和PC機連接通信。2.根據權利要求1所述的一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，其特征在于:所述MCU控制器采用STM32L151單片機。3.根據權利要求1所述的一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，其特征在于:所述MCU控制器、帶通放大模塊和溫度傳感器模塊均采用電源電壓3V供電。4.根據權利要求3所述的一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，其特征在于:所述放大電路板的光源是通過TCl 185-3.0來供電。5.根據權利要求1所述的一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統，其特征在于:所述光驅動模塊采用單片機STM32L151來控制光源的調制電壓。6.根據權利要求1所述的一種基于STM32LMCU的紅外甲燒傳感器系統,其特征在于:所述帶通放大模塊由放大器AD8629和一系列電阻電容所組成。
【專利摘要】一種基于STM32LMCU的紅外甲烷傳感器系統。本發明具有體積小，精度高，抗干擾能力強等特點；可外接不同的顯示電路來實現濃度顯示和聲光報警。本發明包括放大電路板和控制電路板；其結構要點是：所述放大電路板包括帶通放大模塊、光源、溫度傳感器模塊、甲烷探測器模塊，所述甲烷探測器連接帶通放大模塊；所述控制電路板包括MCU控制器、外接顯示設備模塊、PC機；所述帶通放大模塊和溫度傳感器模塊的輸出端均連接到MCU控制器的AD端口，所述MCU控制器的輸出端口GPIO連接光驅動模塊，所述光驅動模塊連接光源；所述MCU控制器的輸出端口DA連接外接顯示設備模塊，所述MCU控制器的輸出端口UART和PC機連接通信。
【IPC分類】G01N21/3504, G01N35/00, G05B19/042
【公開號】CN105588946
【申請號】CN201410565596
【發明人】祁艷
【申請人】祁艷
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年10月22日