一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块，它主要由前端采集电路和前置放大电路构成；前端采集电路主要由瓦斯传感器构成，瓦斯传感器为NAP‑50A型瓦斯传感器；前置放大电路主要由运算放大器构成；运算放大器的输出端与AD转换器的模拟输入端相连接。本实用新型专利技术具有设备整体体积小、功耗低，并且能节约微处理器端口资源，降低硬件电路设计难度的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块，具体是一种设备体积小、功耗低并且能节约微控制器端口数量的数据采集模块，属于检测与控制

技术介绍
矿井安全事故频发是制约采矿行业发展的一大因素，矿井安全事故通常会造成重大的经济和人员损失，这其中以瓦斯爆炸事故最为严重。对矿井瓦斯的预测与监控，能大大降低矿井安全事故的发生和人员伤亡。现有技术中瓦斯及其他有毒气体的监测技术通常存在以下缺陷：(1)常见的瓦斯浓度检测传感器体积较大这导致了监测系统的底层设备(瓦斯浓度数据采集设备)整体体积较大；常见的瓦斯浓度检测传感器功耗较大，这使得瓦斯浓度数据采集设备功耗较大。(2)通常瓦斯浓度检测传感器输出信号为模拟信号，因此需要进行模数转换芯片将传感器输出的模拟信号转换为数字信号供微处理器进行处理，而通常的模数转换芯片功耗也较大，这就进一步的增大了设备的整体功耗；并且现有技术中广泛采用的模数转换芯片通常数字输出端位数较多，这会导致占用的微处理器端口数量较多，而微处理器往往还需要预留端口用于其他诸如温度、湿度等传感器输出信号的采集，这将增大硬件电路整体设计难度。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的是怎样提供一种设备整体体积小、功耗低，并且能节约微处理器端口资源，降低硬件电路设计难度的用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块。为了实现上述目的，本技术采用了以下的技术方案。一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块，其特征在于：包括前端采集电路和前置放大电路；前端采集电路主要由瓦斯传感器构成，所述瓦斯传感器为NAP-50A型瓦斯传感器；所述前置放大电路主要由运算放大器构成；所述瓦斯传感器的第一补偿端C1与瓦斯传感器的第一测量端D1相连接，瓦斯传感器的第一测量端D1与运算放大器的正输入端相连接；所述瓦斯传感器的第二补偿端C2与电源正极VCC相连接，所述瓦斯传感器的第二测量端D2接地；滑动电阻器R1的一个固定端与电源正极VCC相连接，滑动电阻器R1的另一个固定端接地；第二电阻R2的一端与电源正极VCC相连接，第二电阻R2的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接，第三电阻R3的一端接地，第三电阻R3的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接；滑动电阻器R1的抽头端与运算放大器的正输入端相连接；所述运算放大器的输出端还与AD转换器的模拟输入端相连接，所述AD转换器为ADS7823芯片，所述ADS7823芯片具有I2C接口，所述ADS7823芯片的SDA端为数据采集模块的数据输出端。进一步的，所述运算放大器采用INA114芯片。相比现有技术，本技术具有如下优点：本技术中选用的瓦斯传感器是一种触媒接触燃烧式瓦斯传感器(型号为NAP-50A)，它是工业级瓦斯传感器，具有体积小、节能、感应灵敏度好和稳定性强的特点；此外，本技术选用ADS7823芯片实现AD转换器，ADS7823芯片具有12位精度，在125KHz吞吐速率和2.7V电压下的功耗为750uW，关闭模式下的功耗仅为0.5uW，具有低功耗和高速率特性；因此，以上瓦斯传感器和AD转换器的选用使得本技术整体功耗得到大幅度降低，设备可采用电池供电系统，容易实现小型化和手持化。同时，本技术选用的ADS7823芯片，可以采用I2C总线控制，单片机等微处理器只要两位并口(分别与ADS7823芯片的SCL端和SDA端连接)便可以实现对其控制获取转换得到的数字信号数据，因此本技术具有能够节约微处理器端口资源的特点。此外，I2C总线上最多可挂接4个ADS7823芯片，因此一片微处理器上可以挂接4个本技术数据采集模块，这使得本技术的应用更为灵活，能够适应多路测量(设置在不同测量点的各个本技术可以依靠同一微处理器进行数据处理、传输)。附图说明图1为本技术的电路结构图；图2为具有无线传输功能的瓦斯监测仪电路原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。一、本技术数据采集模块的电路结构如图1所示，在具体电路组成上，本技术数据采集单元可分为前端采集电路和前置放大电路两部分。前端采集电路的核心器件为瓦斯传感器，选用的瓦斯传感器为触媒接触燃烧式瓦斯传感器NAP-50A。NAP-50A传感器是工业级瓦斯传感器，它有着体积小、节能、卓越的感应灵敏度、良好的稳定性、对于城市燃气浓度的输出信号显示为良好的直线性等诸多优点。瓦斯传感器的第一补偿端C1(第1管脚)与瓦斯传感器的第一测量端D1(第3管脚)相连接，瓦斯传感器的第一测量端D1(第3管脚)与运算放大器的正输入端相连接；瓦斯传感器的第二补偿端C2(第2管脚)与电源正极VCC相连接，瓦斯传感器的第二测量端D2(第4管脚)接地；滑动电阻器R1的一个固定端与电源正极VCC相连接，滑动电阻器R1的另一个固定端接地；第二电阻R2的一端与电源正极VCC相连接，第二电阻R2的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接，第三电阻R3的一端接地，第三电阻R3的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接；由于NAP-50A传感器输出的差模信号量比较小(在3000ppm瓦斯浓度条件下输出也只有10mV左右)，因此需要前置放大电路，本技术数据采集单元设置了前置放大电路。实现前置放大选用的放大器件INA114芯片是一种通用精密仪用放大器。滑动电阻器R1的抽头端与运算放大器INA114芯片的正输入端相连接。运算放大器件INA114芯片的输出端还与AD转换器的模拟输入端相连接，AD转换器选用ADS7823芯片，ADS7823芯片具有I2C接口，ADS7823芯片的SDA端为本技术数据采集模块的数据输出端。ADS7823芯片，可以采用I2C总线控制，单片机等微处理器只要两位并口(分别与ADS7823芯片的SCL端和SDA端连接)便可以实现对其控制获取转换得到的数字信号数据。二、本技术数据采集模块的工作原理瓦斯传感器的C1-C2端支路为补偿回路，D1-D2端支路为测量回路。传感器的第1、2脚(也即是瓦斯传感器的第一补偿端C1和第二补偿端C2)为差分输出端，传感器差分输出端输出的模拟信号便携带有外界瓦斯浓度信息，传感器的差分输出端信号直接接入信号放大芯片INA114(构成前置放大电路的主要器件)的电压差分输入端。当传感器被放置在清洁大气中测量时，可以调节滑动电阻R1的阻值使输出端之间差值为0，从而对整个前端采集电路校零。当传感器被放置在有瓦斯气体的条件下时，测量回路D1-D2的阻值会发生变化，从而使传感器的输出端之间会产生一个差压值，该差压值就是前置放大电路所需进行放大的差分小信号(模拟信号)。由于前述模拟小信号较微弱，因此需要对其进行放大处理(由前置放大电路完成)，如图2所示，构成前置放大电路的INA114芯片只需一个外部电阻(电阻R4)就可以设置1～10000之间的任意增益值，INA114芯片可在±2.25V的电压下工作。经过前置放大电路放大处理后的模拟信号送入AD转换器进行模数转换，AD转换器的数字输出端即为ADS7823芯片的I2C接口信号SCL和SDA由单片机等微处理器的并口模拟，单片机等微处理器可以方便实现对AD转换器的输出数据采集。综上所述，本技术的工作原理可以总结为以下过程：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块，其特征在于：包括前端采集电路和前置放大电路；前端采集电路主要由瓦斯传感器构成，所述瓦斯传感器为NAP‑50A型瓦斯传感器；所述前置放大电路主要由运算放大器构成；所述瓦斯传感器的第一补偿端C1与瓦斯传感器的第一测量端D1相连接，瓦斯传感器的第一测量端D1与运算放大器的正输入端相连接；所述瓦斯传感器的第二补偿端C2与电源正极VCC相连接，所述瓦斯传感器的第二测量端D2接地；滑动电阻器R1的一个固定端与电源正极VCC相连接，滑动电阻器R1的另一个固定端接地；第二电阻R2的一端与电源正极VCC相连接，第二电阻R2的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接，第三电阻R3的一端接地，第三电阻R3的另一端与滑动电阻器R1的抽头端相连接；滑动电阻器R1的抽头端与运算放大器的正输入端相连接；所述运算放大器的输出端还与AD转换器的模拟输入端相连接，所述AD转换器为ADS7823芯片，所述ADS7823芯片具有I2C接口，所述ADS7823芯片的SDA端为数据采集模块的数据输出端。

【技术特征摘要】
1.一种用于瓦斯浓度监测仪的数据采集模块，其特征在于：包括前端采集电路和前置放大电路；前端采集电路主要由瓦斯传感器构成，所述瓦斯传感器为NAP-50A型瓦斯传感器；所述前置放大电路主要由运算放大器构成；所述瓦斯传感器的第一补偿端C1与瓦斯传感器的第一测量端D1相连接，瓦斯传感器的第一测量端D1与运算放大器的正输入端相连接；所述瓦斯传感器的第二补偿端C2与电源正极VCC相连接，所述瓦斯传感器的第二测量端D2接地；滑动电阻器R1的一个固定端与电源正极VCC相连接，滑动电阻器R1的另一个固定端接地；第二电阻R2...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晔非，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：新型
国别省市：重庆;50