CN109469836A - 智能泄漏气体检测及防泄漏的装置、方法和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置、方法和计算机可读存储介质，包括，泄漏气体检测装置，通过泄漏气体对应的气敏传感器检测空气中所述泄漏气体的浓度；泄漏气体截断装置，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，能够关闭所述管道入口；第一判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则发送启动信号到泄漏气体截断装置。与现有技术相比，本发明技术方案在周围没有人员的情况下，也可以有效解决泄漏，不会造成严重的后果，安全性更高。

Description

智能泄漏气体检测及防泄漏的装置、方法和计算机可读存储 介质

技术领域

本发明涉及气体检测防泄漏领域，特别涉及一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置、方法和计算机可读存储介质。

背景技术

在社会逐渐发展的过程中天然气也逐渐进入了每家每户，而每年因天然气泄露发生的事故也是逐渐的增多。

目前市场上的天然气报警装置只有报警功能，需要人为对天然气管道的阀门进行关闭，如果在家中无人时，没有及时关闭阀门，则就会造成大量的天然气泄漏，极易引发严重的后果。

发明内容

本发明提供了一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置、方法和计算机可读存储介质，具有安全性更高的特点。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，具有便于实现上述智能泄漏气体检测及防泄漏的的特点。

根据本发明提供的一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，包括，

泄漏气体检测装置，通过泄漏气体对应的气敏传感器检测空气中所述泄漏气体的浓度；

泄漏气体截断装置，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，能够关闭所述管道入口；

第一判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则发送启动信号到泄漏气体截断装置；

供电模块，为各个装置及模块供电，包括依次相连的降压变压器T1、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路。

所述滤波电路包括第一电容C1；所述稳压电路包括三端稳压管，包括输入端Vin、输出端Vout及接地端，其中输入端Vin接第一二极管D1的负极，输出端Vout接第一二极管D2的正极并通过第二电容C2接地；所述第一电容C1一端接单相桥式整流电路的输出端及三端稳压管的输入端Vin，另一端接地。

所述泄漏气体检测装置包括泄漏气体检测电路；所述泄漏气体检测电路采用半导体气敏器件，包括温度补偿电路。

所述泄漏气体检测电路包括甲烷气体检测电路，采用半导体甲烷气敏传感器；包括，

气敏传感器U1，包括第一测量极VC、第二测量极VH、第一加热极VRL和第二加热极；整流稳压后的工作电源与第一加热极VRL相连，并通过第一电阻R1接所述第一测量极VC；所述第二测量电极接测量信号输出端；所述第二加热极接地；

串联后接地的第七电阻R7和滑动变阻器R10；所述第七电阻R7的一端与第二测量极VH相连，另一端与滑动变阻器R10的一端相连；所述滑动变阻器R10的另一端接地；还包括第三电容C3，一端与所述第七电阻R7的一端相连，另一端接地；

加热电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5和第八电阻R8；所述第四电阻R4和第五电阻R5并联，一端与第一加热极VRL相连，另一端与第八电阻R8的一端相连；所述第八电阻R8的另一端通过第六电容C6接地；还包括第十一电阻R11，与第六电容C6并联；所述第四电阻R4为热敏电阻。

所述泄漏气体截断装置包括电磁阀，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，电磁阀关闭管道入口。

所述电磁阀采用直动式电磁阀。

还包括，

泄漏气体吸收装置，内部存放有泄漏气体溶剂，开启后，能够对空气中的所述泄漏气体进行吸收；

第二判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则发送开启信号到泄漏气体吸收装置。

所述泄漏气体溶剂包括吸收甲烷的卤代烃有机溶剂。

根据本发明提供的一种智能泄漏气体检测及防泄漏的方法，基于上述智能泄漏气体检测及防泄漏的装置实现，包括，

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则启动泄漏气体截断装置，关闭泄漏气体的管道入口；

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则开启泄漏气体吸收装置，对空气中的泄漏气体进行吸收。

所述方法还包括，智能泄漏气体检测及防泄漏的装置电路加电后，进行各管脚和各寄存器设置，然后进行序列加电，先加由窄到宽的脉冲序列，然后再加高电压；

查询A/D转换电路标志是否置位，如果是，则调用A/D转换处理子程序进行A/D转换和线性化处理。

根据本发明提供的一种计算机可读存储介质，存储有便于处理器加载并执行上述任意一种方法的计算机程序。

与现有技术相比，本发明技术方案在周围没有人员的情况下，也可以有效解决泄漏，不会造成严重的后果，安全性更高。

附图说明

图1为本发明其中一实施例的甲烷气体检测电路原理示意图。

图2为本发明其中一实施例的电路结构示意图。

图3为本发明其中一实施例的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置电路加电后处理流程图。

图4为本发明其中一实施例的A/D转换处理子程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

根据本发明提供的一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，包括，

泄漏气体检测装置，通过泄漏气体对应的气敏传感器检测空气中所述泄漏气体的浓度；

泄漏气体截断装置，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，能够关闭所述管道入口；

第一判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则发送启动信号到泄漏气体截断装置；

供电电源，为各个装置及模块供电，包括依次相连的降压变压器T1、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路。

作为本发明的一种实施方式，还包括检测报警装置，作为一种实施方式，采用STM32开发板来当作检测报警装置，通过气敏传感器来检测空气中要检测的泄漏气体(作为一种实施方式，以泄漏气体为天然气进行详细说明)的浓度。气敏传感器通过电平变化将空气中天然气的浓度传给STM32，STM32判断空气中天然气浓度是否达到所述第一浓度阈值(即是否超标)，如果未达到(即未超标)，报警指示灯为绿色。如果达到所述第一浓度阈值(即超标)，则进行报警，报警指示灯变为红色，并立即启动泄漏气体截断装置。同时，STM32连接的LED显示器一直显示空气中的天然气浓度，以及环境温度。

目前市场上的天然气报警装置只有报警功能，需要人为对天然气管道的阀门进行关闭，如果在家中无人时，没有及时关闭阀门，则就会造成大量的天然气泄漏，极易引发严重的后果。本发明申请方案增加的泄露气体截断装置，在检测到天然气泄漏时，可以自动关闭天然气阀门，从源头上解决问题。即使在家中没有人员的情况下，也可以有效解决泄漏，不会造成严重的后果，相比较于目前普遍的报警装置的功能更为全面，安全性更高。

作为本发明的一种实施方式，如图2所示，本发明的供电电源在保证电路正常工作的情况下，尽量降低电路的电压。使用了AC220V/AC12V的降压变压器得到一个12V的交流电压，然后使用单相桥式整流电路把交流变为直流，在通过滤波之后接到三端稳压电路，输出一个较低的直流电压。内部电源降压处理保证了产品的安全性，减小了漏电时发生危险的可能性。

作为本发明的一种实施方式，所述滤波电路包括第一电容C1；所述稳压电路包括三端稳压管，包括输入端Vin、输出端Vout及接地端，其中输入端Vin接第一二极管D1的负极，输出端Vout接第一二极管D2的正极并通过第二电容C2接地；所述第一电容C1一端接单相桥式整流电路的输出端及三端稳压管的输入端Vin，另一端接地。

所述泄漏气体检测装置包括泄漏气体检测电路；所述泄漏气体检测电路采用半导体气敏器件，包括温度补偿电路。

作为本发明的一种实施方式，所述泄漏气体检测电路包括甲烷气体检测电路，采用半导体甲烷气敏传感器。

天然气中主要气体就是甲烷，因此我们的气敏传感器是测试的甲烷的浓度，根据甲烷的浓度，来判断是否存在漏气。作为一种实施方式，如图1所示，以MCU(如单片机)为核心，由甲烷气敏传感器检测甲烷气体并输出与其浓度对应的电压信号，经放大器放大后送至模数转换器，转换后的数字信号送入MCU，MUC进行处理后送入LED显示器，把相应的气体浓度值显示出来。由于半导体气敏器件的特性与环境温度有一定依赖关系，所以在电路中加入温度补偿电路，以提高检测温度的精度和可靠性。

作为本发明的一种实施方式，如图2所示，采用型号为TGS813的气敏传感器作为甲烷半导体气敏传感器，TGS813的加热丝和电极分别通电后，从负载电阻端得到的电压送给补偿电路，经补偿电路的比较器对两端的电压比较后把输出结果送给运算放大器LM107的输入端。运算放大电路通过调整阻值大小，从而对输入的信号进行合适的放大。放大后的信号送到STM32的A/D模块中，然后将结果使用LED显示出来。

作为本发明的一种实施方式，如图2所示，所述泄漏气体检测电路包括，

气敏传感器U1，包括第一测量极VC、第二测量极VH、第一加热极VRL和第二加热极；整流稳压后的工作电源与第一加热极VRL相连，并通过第一电阻R1接所述第一测量极VC；所述第二测量电极接测量信号输出端；所述第二加热极接地；

串联后接地的第七电阻R7和滑动变阻器R10；所述第七电阻R7的一端与第二测量极VH相连，另一端与滑动变阻器R10的一端相连；所述滑动变阻器R10的另一端接地；还包括第三电容C3，一端与所述第七电阻R7的一端相连，另一端接地；

加热电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5和第八电阻R8；所述第四电阻R4和第五电阻R5并联，一端与第一加热极VRL相连，另一端与第八电阻R8的一端相连；所述第八电阻R8的另一端通过第六电容C6接地；还包括第十一电阻R11，与第六电容C6并联；所述第四电阻R4为热敏电阻。

作为本发明的一种实施方式，采用TGS813作为气敏传感器，其探测原理是基于气敏元件表面气体的化学吸附作用与解吸附作用，TGS813气体传感器的气敏素子，使用空气中电导率低的二氧化锡(S_nO₂)。当存在检知对象气体时，传感器的电导率随空气中气体浓度增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为该气体浓度相对应的输出信号。

作为本发明的一种实施方式，电路通过三端稳压管IC7808输出8V的恒定电压，供给传感器的加热电路和检测电路。加热电路由R4,R5,R8组成，为了补偿温度和湿度对传感器特性的影响，同时为了获得更高的精度，故使用热敏电阻R4对加热电路进行补偿。加热电路需要5V的电压才能正常工作，所以在传感器的加热电路上串联一个电阻R8使加热电路能够得到5V的正常工作电压。检测电路由气敏传感器TGS813，R7和滑动变阻器R10组成，输出电压进入MCU进行采集，它是R7和R10电阻两端的压降输出。可燃性气体与传感器相接触并且浓度超出相应浓度阈值时，检测电路的输出电压将会超过相应的基准电压，将其使用MCU采集。

所述泄漏气体截断装置包括电磁阀，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，电磁阀关闭管道入口。

作为本发明的一种实施方式，所述泄漏气体截断装置采用直动式电磁阀，通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。将此装置安装于天然气管道入口处，当检测到泄漏就可以直接关闭防止继续泄漏。

作为本发明的一种实施方式，还包括气体吸收装置，内部存放有泄漏气体溶剂，开启后，能够对空气中的所述泄漏气体进行吸收；第二判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则发送开启信号到泄漏气体吸收装置。

以天然气为例，天然气中多成分为甲烷，利用相似相溶的原理，选择甲烷的卤代烃等有机溶剂吸收甲烷。由于有机溶剂大多具有易挥发的特性，因此把有机溶剂放在一个密封装置中，在发生了天然气泄漏时，通过接收到的开启信号开启该装置，就能够对空气中的甲烷进行有效吸收。虽然此装置不能对空气中的天然气完全吸收，但是可以极大的降低空气中天然气浓度，如果空气中天然气浓度长时间过高，极容易造成天然气燃烧、***等，会生成一氧化碳等有毒气体，极易威胁到人的生命财产安全。因此，使用此装置可以极大地减少因为天然气泄漏而带来的各种危险。

作为本发明的另一种实施方式，STM32判断空气中天然气浓度是否达到所述第二浓度阈值(即是否超标)，如果未达到(即未超标)，报警指示灯为绿色。如果达到所述第二浓度阈值(即超标)，则进行报警，报警指示灯变为红色，并立即启动泄漏气体截断装置。所述第一浓度阈值和第二浓度阈值可以相同也可以不同。以哪个浓度阈值作为报警指示标准，可以根据实际需求自行设置。

作为本发明的一种实施方式，截断和吸收都是利用电磁阀的通电可关闭的特性设计的，对电磁阀的操作利用MCU来控制，当甲烷气体浓度阈值达到第一浓度阈值时，MCU发送控制信号给截断装置的电磁阀，关闭进气口；当甲烷气体浓度阈值达到第二浓度阈值时，MCU发送控制信号给吸收装置的电磁阀，使吸收装置开启，进而吸收空气中的天然气以减小危险。

作为本发明的一种实施方式，如图2所示，泄漏气体截断装置对应的第一继电器控制电路包括第一控制继电器，正极分别与第七二极管D7的负极和第十二电阻R12的一端相连，负极分别与第七二极管D7的正极、第十七电阻R17的一端和第三三极管Q3的集电极相连；所述第十二电阻R12的另一端分别接整流稳压后的电源和第十四电阻R14的一端；所述第十四电阻R14的另一端分别接第十七电阻R17的另一端和MCU的泄漏气体截断装置信号控制输出端；所述第三三极管Q3的基极与其集电极相连，发射极接地。

作为本发明的一种实施方式，如图2所示，泄漏气体吸收装置对应的第二继电器控制电路包括第二控制继电器，正极分别与第八二极管D8的负极和第十三电阻R13的一端相连，负极分别与第八二极管D8的正极、第十八电阻R18的一端和第四三极管Q4的集电极相连；所述第十三电阻R13的另一端分别接整流稳压后的电源和第十六电阻R16的一端；所述第十六电阻R16的另一端分别接第十八电阻R18的另一端和MCU的泄漏气体吸收装置信号控制输出端；所述第四三极管Q4的基极与其集电极相连，发射极接地。

针对泄漏在空气中的气体，增加的吸收装置将空气中的天然气进行吸收，该吸收装置使用的有机溶剂是完全密封的，只有在天然气泄露时才会打开，因此是非常安全的。

作为本发明的一种实施方式，报警时启动蜂鸣器报警。

作为本发明的一种实施方式，蜂鸣报警电路如图2所示，蜂鸣报警电路包括多谐振荡器U2、开关电路、稳压电路、电流放大电路和扬声器；所述开关电路包括第一三极管Q1，集电极与多谐振荡器U2的VCC相连并接整流稳压后的电源，基极与MCU的蜂鸣报警信号输出端相连，发射极接地；所述稳压电路包括第四二极管D4，正极接多谐振荡器U2的复位端RST，负极接整流稳压后的电源；所述电流放大电路第二三极管Q2，基极通过第六电阻R6接多谐振荡器U2的输出端OUT，并通过第三电阻R3接所述整流稳压后的电源及扬声器LS1的正极，集电极接扬声器LS1的负极，发射极接地。

作为本发明的一种实施方式，报警装置要求可以起到连续报警的效果。在一种实施方式中，以NE555为核心的功放。NE555是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。它的成本低，性能可靠，只需要简单的***电路就可实现多谐振荡、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

作为本发明的一种实施方式，在输入端接一个三极管Q1起开关作用，当气体浓度过高时输入高电平使报警电路启动，D4为稳压二极管为NE555提供一个大于0.4v的电压。在NE555多谐振荡器的输出引脚即集电极接了一个起放大作用的三极管Q2，从而保证电路有足够大的电流去驱动扬声器。

对于报警装置，测量装置是采用的STM32加气敏传感器的方式，相比较于目前较为普遍的报警装置，测量结果更加精确，出现错误几率大大降低。同时LED同步显示空气中的天然气浓度大小，可以让使用者更加直观的感受到天然气泄露的大小程度，从而更快捷的解决问题，使危险性降到更低。

由于装置可能存在时间长久未能得到检测等人为客观原因，可能会有红色警示灯损坏的问题，作为进一步改进，当警报响起，如果在3秒内红灯未亮，则使用绿灯闪烁的方式。确保在装置报警时，不仅会发出声音，还会有警示灯闪烁提醒，这样可以让使用者更容易发现出现了天然气泄漏。

在发生天然气泄漏，造成人员中毒的事件中，其中有一部分原因是报警声音过小，导致使用者不在旁边时无法察觉天然气泄漏，尤其是老人较多存在此类情况，该报警装置相比较于目前的报警装置，报警声音有所加大，从而可以有效避免以上原因造成天然气泄漏，而家中人员没有察觉的问题。

根据本发明提供的一种智能泄漏气体检测及防泄漏的方法，基于上述智能泄漏气体检测及防泄漏的装置实现，包括，

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则启动泄漏气体截断装置，关闭泄漏气体的管道入口；

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则开启泄漏气体吸收装置，对空气中的泄漏气体进行吸收。

如图3和图4所示，所述方法还包括，智能泄漏气体检测及防泄漏的装置电路加电后，进行各管脚和各寄存器设置，然后进行序列加电，先加由窄到宽的脉冲序列，然后再加高电压，以保护元件，同时减小气敏传感器的启动电流；

查询A/D转换电路标志是否置位，如果是，则调用A/D转换处理子程序进行A/D转换和线性化处理等；

存储甲烷浓度并送给显示单元进行显示。

根据本发明提供的一种计算机可读存储介质，存储有便于处理器加载并执行上述任意一种方法的计算机程序。

Claims (10)

1.一种智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，包括，

泄漏气体检测装置，通过泄漏气体对应的气敏传感器检测空气中所述泄漏气体的浓度；

泄漏气体截断装置，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，能够关闭所述管道入口；

第一判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则发送启动信号到泄漏气体截断装置；

供电模块，为各个装置及模块供电，包括依次相连的降压变压器T1、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路。

2.根据权利要求1所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，所述滤波电路包括第一电容C1；所述稳压电路包括三端稳压管，包括输入端Vin、输出端Vout及接地端，其中输入端Vin接第一二极管D1的负极，输出端Vout接第一二极管D2的正极并通过第二电容C2接地；所述第一电容C1一端接单相桥式整流电路的输出端及三端稳压管的输入端Vin，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，所述泄漏气体检测装置包括泄漏气体检测电路；所述泄漏气体检测电路采用半导体气敏器件，包括温度补偿电路。

4.根据权利要求3所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，所述泄漏气体检测电路包括甲烷气体检测电路，采用半导体甲烷气敏传感器；包括，

气敏传感器U1，包括第一测量极VC、第二测量极VH、第一加热极VRL和第二加热极；整流稳压后的工作电源与第一加热极VRL相连，并通过第一电阻R1接所述第一测量极VC；所述第二测量电极接测量信号输出端；所述第二加热极接地；

串联后接地的第七电阻R7和滑动变阻器R10；所述第七电阻R7的一端与第二测量极VH相连，另一端与滑动变阻器R10的一端相连；所述滑动变阻器R10的另一端接地；还包括第三电容C3，一端与所述第七电阻R7的一端相连，另一端接地；

加热电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5和第八电阻R8；所述第四电阻R4和第五电阻R5并联，一端与第一加热极VRL相连，另一端与第八电阻R8的一端相连；所述第八电阻R8的另一端通过第六电容C6接地；还包括第十一电阻R11，与第六电容C6并联；所述第四电阻R4为热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，所述泄漏气体截断装置包括电磁阀，设置于泄漏气体的管道入口，启动时，电磁阀关闭管道入口。

6.根据权利要求5所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，所述电磁阀采用直动式电磁阀。

7.根据权利要求1到6之一所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置，其特征在于，还包括，

泄漏气体吸收装置，内部存放有泄漏气体溶剂，开启后，能够对空气中的所述泄漏气体进行吸收；

第二判决模块，判断空气中所述泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则发送开启信号到泄漏气体吸收装置。

8.一种智能泄漏气体检测及防泄漏的方法，基于权利要求7所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的装置实现，包括，

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第一浓度阈值，如果是，则启动泄漏气体截断装置，关闭泄漏气体的管道入口；

实时检测空气中泄漏气体的浓度是否超过设置的第二浓度阈值，如果是，则开启泄漏气体吸收装置，对空气中的泄漏气体进行吸收。

9.根据权利要求9所述的智能泄漏气体检测及防泄漏的方法，所述方法还包括，智能泄漏气体检测及防泄漏的装置电路加电后，进行各管脚和各寄存器设置，然后进行序列加电，先加由窄到宽的脉冲序列，然后再加高电压；

查询A/D转换电路标志是否置位，如果是，则调用A/D转换处理子程序进行A/D转换和线性化处理。

10.一种计算机可读存储介质，存储有便于处理器加载并执行权利要求8到9中任意一种方法的计算机程序。