龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/698926409.html,
一种新型智能瓦斯传感器硬件电路设计
作者：辛斌
来源：《硅谷》2010年第17期
摘要: 以国家煤矿瓦斯检测标准为依据,进行智能瓦斯传感器的电路设计。重点研究检测电路的设计,并介绍信号放大电路的设计。该智能瓦斯传感器硬件系统具有结构紧凑、性能可
靠、功能完善等特点,奠定智能瓦斯传感器的基础,为高可靠性瓦斯检测提出新的解决方法。
关键词: 智能传感器;瓦斯检测;单片机
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0910098-01
从硬件角度看,现有煤矿瓦斯检测仪器有模拟式和数字式两种类型,其工作原理都是对传感器测量电路(惠斯顿电桥)输出进行放大处理,瓦斯超限后触发报警装置实现声音报警或光源闪烁报警。传统模拟式瓦斯检测系统无法处理传感器长时间工作出现的零点漂移和灵敏度非线性变化,测值稳定性差,导致校准周期短。另外系统校准大多采用电位器调节电桥平衡,调校、测试过程繁琐,对调试人员水平要求高,且受人为因素影响较大,使得调校工作量大、维护成本高,限制了瓦斯检测安全设备的推广和发展。智能瓦斯传感器的硬件系统是实现瓦斯检测数字化、智能化的关键。由于该传感器应用于矿井,且属于多催化气敏元件系统,因此,在硬件系统的研制中要综合考虑性能、防爆、价格等多种因素。该智能传感器系统的硬件设计包括数据采集、电源设计、信号放大电路设计以及控制输出电路设计等。
1 系统防高浓度瓦斯冲击电路的设计
目前煤矿检测设备大部分采用锂电池供电,为了和其它煤矿检测设备对接方便。本智能瓦
斯传感器设计采用锂离子电池供电,可以和其它煤矿检测设备公用电源,也可以单独使用锂电池供电。锂离子电池标称电压3.7V,充电截止电压4.2V。故需要采用专用的稳压器件将锂离子电池的电压稳定到一定值,保证系统电源稳定可靠。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2V-3V以上,否则就不能正常工作。LDO低压差线性稳压器,是相对于传统的线性稳压器来说的。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。LDO(低压降)稳
压器通常使用PNP功率晶体管作为传递设备。这种晶体管允许饱和,所以稳压器可以有一个非常低的压降电压,通常为200mV左右;与之相比,使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。瓦斯气敏元件它的额定电压2.5V@100±5mA,本系统采用了3个气敏元件,需要2.Sv@300mA电流。选用Sp6205-2.SV作为稳压芯片给瓦斯气敏元件检测电路提供稳定的电源。Sp6205-2.5V的输入电压范围2.5V-6V,内嵌0.652PMOS型滤波模块输入输出电压差为