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      通配式氣體檢測儀

      2022-09-16 07:27:32江蘇省錫山中等專業(yè)學(xué)校裴靜趙斌吳欣怡
      發(fā)明與創(chuàng)新 2022年25期
      關(guān)鍵詞:檢測儀報警氣體

      ◆江蘇省錫山中等專業(yè)學(xué)校 裴靜 趙斌 吳欣怡

      市場上的各種氣體檢測儀都是獨(dú)立工作的,而且只能對一種氣體進(jìn)行檢測。在聽聞一些氣體粉塵類爆炸事故后,我們科技創(chuàng)新社團(tuán)萌生了制作可隨意選擇檢測氣體種類、適時報警處理以及能遠(yuǎn)程監(jiān)控的氣體檢測儀的想法。

      一、設(shè)計要求與原理

      本檢測儀可將采集的電化學(xué)傳感器信號轉(zhuǎn)換成可視化數(shù)值,并通過報警參數(shù)進(jìn)行報警,實現(xiàn)氣體探測、報警與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換的功能。本檢測儀是主要用于居家、商業(yè)餐飲、工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、實驗室等非防爆場合氣體泄漏的固定式檢測儀表,不具備定量和定性的分析功能。該檢測儀通過遙控器非接觸式操作,通過三級目錄進(jìn)行切換。

      電路結(jié)構(gòu)框架圖如圖1 所示。軟件程序部分主要分成初始化和循環(huán)運(yùn)行兩部分。

      圖1 電路結(jié)構(gòu)框架圖

      初始化工作主要包括CPU外設(shè)初始化、MODBUS初始化、指示燈初始化以及電流環(huán)初始化。循環(huán)運(yùn)行體程序流程圖見圖2。

      圖2 循環(huán)運(yùn)行體程序流程圖

      二、設(shè)計與制作

      (一)硬件制作

      本設(shè)計使用電子CAD 軟件PROTEL DXP軟件設(shè)計電路,使用STC宏晶公司的型號為STC8F2K60S4 的芯片,該芯片提供了豐富的數(shù)字外設(shè)接口與模擬外設(shè)。使用封裝形式為LQFP48的STM32F030×6 芯片驅(qū)動LCD。電路信號采用光耦隔離。遙控器使用CD9148芯片組成的發(fā)射電路,紅外線接收頭接收的信號由CD9149芯片組成的電路進(jìn)行處理。檢測傳感器選配氧氣檢測頭和氟化氫檢測頭。作品外殼使用3D打印技術(shù)打印,定位打孔后,外部貼上打印好的作品表面紙。

      設(shè)計好電路后,在網(wǎng)絡(luò)平臺上選擇商家代加工,供貨周期為20 天左右,數(shù)塊PCB板加工制作聯(lián)通SMT安裝,成本不到200元。加工好的電路板見圖3,成品見圖4。

      圖3 電路板

      圖4 成品

      (二)軟件編程

      本設(shè)計的軟件開發(fā)環(huán)境Keil5 C51 V5.25.3、STC-ISP V6.88、Visual Studio Code V1.52.1。 用C51 語 言在Keil uVision5 軟件中開發(fā)。通過STC-ISP 在線下載調(diào)試。

      三、功能與使用說明

      本設(shè)計具有預(yù)警、報警和故障三級繼電器觸點(diǎn)輸出功能。開機(jī)后進(jìn)入30 秒的自檢與預(yù)熱的檢測模式。通過遙控器按“開機(jī)”鍵,輸入正確的密碼,按“OK”鍵,進(jìn)入設(shè)置、標(biāo)定、測試模式。

      (一)子菜單“氣體參數(shù)設(shè)置”下的有關(guān)功能菜單

      1.檢測氣體種類的選擇

      按“▲”或“▼”鍵進(jìn)入“氣體名稱設(shè)置”,按“OK”鍵進(jìn)入“氣體名稱設(shè)置”第三級目錄,按“▲”或“▼”鍵選擇氣體名稱,按“OK”鍵保存設(shè)置,再次按“OK”鍵確認(rèn)。

      2.小數(shù)點(diǎn)、量程、單位的選擇

      各種氣體的顯示要求和檢測范圍不同,與檢測氣體選擇并級的還有小數(shù)點(diǎn)、量程、單位的選擇,這時都可以按“▲”“▼”“OK”鍵事先選擇后確定。

      (二)“一級報警值設(shè)置”菜單(二級報警設(shè)置值菜單與之相同)

      進(jìn)入“一級報警值設(shè)置”后, 按“▲”或“▼”鍵設(shè)置“一級報警值”,按“OK”鍵保存設(shè)置,再次按“OK”鍵確認(rèn),按“返回”鍵返回。

      (三)其他同級目錄設(shè)置

      其他同級別的目錄設(shè)置為零點(diǎn)標(biāo)定、標(biāo)定濃度、標(biāo)氣標(biāo)定、電流環(huán)校準(zhǔn)、濃度測試、通信地址等。

      四、實驗測試

      我們將氧氣作為檢測對象,通過雙手抱握檢測頭、對著手窩內(nèi)呼氣的方式降低局部環(huán)境中的氧氣含量。設(shè)置一級報警值為19.5,報警動作為指示燈亮,非自鎖動作(環(huán)境檢測值再次高于此值時,指示燈熄滅)。二級報警值為18.0,報警動作為繼電器動作,自鎖動作(環(huán)境檢測值高于此值時不解除動作)。

      五、主要創(chuàng)新點(diǎn)

      (一)可檢測氣體種類多

      本檢測儀的內(nèi)部軟件已預(yù)置嵌入設(shè)計二十多種氣體的檢測程序,更換檢測傳感器并選擇相應(yīng)的氣體工作界面,即可檢測相關(guān)氣體含量。適用范圍廣,可用于檢測餐館、工廠、商場等場所的氣體排放情況。

      (二)無接觸式遙控操作

      由于氣體檢測通常在高位或密閉場所進(jìn)行,工作人員操作不便,有些檢測場合還不允許使用電磁設(shè)備。本設(shè)備有關(guān)操作可通過無線遙控器完成,操作人員可避開有危險的密閉空間,且無需在現(xiàn)場進(jìn)行校正(受環(huán)境因素影響,現(xiàn)場校正數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn))。

      (三)傳感器維保方便且經(jīng)濟(jì)

      本儀器可對比校準(zhǔn)信息,若發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)有偏差,通過修正數(shù)值和清洗保養(yǎng)傳感器來確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確,避免盲目更換傳感器。

      (四)可實現(xiàn)多級預(yù)警

      操作模式中設(shè)置了兩級報警,一級報警是信息提醒,二級報警是動作處理。動作報警包括通過中間繼電器切斷有關(guān)電路(常閉觸點(diǎn))、啟動應(yīng)急處理系統(tǒng)(常開觸點(diǎn))、切斷有關(guān)工種電路并啟動緊急處理系統(tǒng)。

      (五)構(gòu)建多點(diǎn)電路的兼容性好

      有兩種電路構(gòu)造方式可供選擇:若檢測距離相近,可通過工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制;若檢測距離較遠(yuǎn)(200 米以上),可通過模擬量電流環(huán)路測量技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?!脖疚南到K省第五期職教教學(xué)改革一般課題《中職?;铐撌浇滩拈_發(fā)與應(yīng)用研究》(課題編號ZYB201)成果〕

      專家點(diǎn)評

      通配式氣體檢測儀是一件集成式的創(chuàng)新作品。這個作品的出現(xiàn),體現(xiàn)了作者對自己專業(yè)的熱愛和對科技創(chuàng)新的追求。特別是他們能以一物多用的方式解決多種氣體檢測的問題,富有開放性的思路。同時,他們通過設(shè)計要求與原理、設(shè)計與制作、功能與使用方法等一系列的探索與實踐過程,找到了比較適合解決問題的方式,對其職業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新成長都很有幫助。

      在此提出幾個值得商榷的問題:其一,“本檢測儀的內(nèi)部軟件已預(yù)置嵌入設(shè)計二十多種氣體的檢測程序……”哪些是常用的?哪些是很少用的?即便操作簡單,也有必要進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)分析。不然,會讓人產(chǎn)生累贅和技術(shù)堆砌之感。其二,每位同學(xué)對自己所做的工作、項目得到老師或相關(guān)人員的幫助等方面,都應(yīng)在文本中表達(dá)出來。這種知識產(chǎn)權(quán)意識和良好的科研態(tài)度,是我們開展活動的核心要素。我們必須扣好科技創(chuàng)新人生的第一粒扣子。

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