CN214503606U - 一种可燃气体探测器无线模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可燃气体探测器无线模块，包括可燃气体传感器、控制器、无线收发模组和人机交互模组，可燃气体传感器信号输出端连接控制器气体检测接收端，控制器无线信号收发端连接无限收发模组内部信号收发端。本实用新型提供一种可燃气体报警信号无线传递范围远，穿透力强且具备掉电检测的可燃气体探测器无线模块。

Description

一种可燃气体探测器无线模块

技术领域

本实用新型涉及可燃气体监测技术领域，尤其是涉及一种可燃气体探测器无线模块。

背景技术

目前行业中家用可燃气体报警器基本采用本地离线工作的方式，即遇到燃气超标后设备自身使用蜂鸣器报警通知用户。部分无线报警器插SIM卡使用手机蜂窝网络进行数据上报。

非联网型的可燃气体报警器仅适用于使用人在安装位置附近的场景，若使用人不在家中，报警消息无法有效传达。非联网型报警器仅适合家用，无法做集中化管理。

使用手机蜂窝网络进行数据上报的无线报警器需要搭配SIM卡使用，运营商的流量资费会持续地产生使用成本，且对于一些复杂的室内环境：如酒店后厨等，不免会因为手机网络信号质量差而导致无线数据上报失败。

中国专利公开号CN207541766U，公开日2018年06月26日，发明创造的名称为一种可燃气体探测器，该申请案包括探测器外壳，探测器外壳的上表面设有凸起的操作面板，操作面板上设有报警指示装置和探测器自检按钮，贯穿探测器外壳的两侧壁分别设有可燃气体出入孔，探测器的下表面设有悬挂槽和电池槽，对应悬挂槽设有悬挂装置，电池槽内可拆卸安装有电池，探测器外壳内部设有可燃气体监测装置，可燃气体监测装置还连接有贯穿壳体下侧壁且向外延伸的端子线和电源线；通过信号线可实现燃气阀门的自动关闭。该申请使用电池供电，其体积大且成本高，并且信号传递范围小，穿透力差。

发明内容

本实用新型是为了克服现有技术的可燃气体报警信号无线传递范围近且不具备掉电检测的问题，提供一种可燃气体报警信号无线传递范围远，穿透力强且具备掉电检测的可燃气体探测器无线模块。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可燃气体探测器无线模块，包括可燃气体传感器、控制器、无线收发模组和人机交互模组，可燃气体传感器信号输出端连接控制器气体检测接收端，控制器无线信号收发端连接无限收发模组内部信号收发端。人机交互模组信号收发端连接控制器人机信号收发端。本发明结合低功耗广域物联网技术，解决传统燃气报警器数据无法上传的问题，解决无法集中化管理的问题，解决普通无线报警器流量资费高、传输质量受限于安装环境的问题。

作为优选，所述一种可燃气体探测器无线模块还包括电源管理电路，电源管理电路包括DC-DC变换器和掉电检测电路，DC-DC变换器电能输入端连接可燃气体传感器供电端，DC-DC变换器电能输出端连接控制器电能输入端，可燃气体传感器供电端连接掉电检测电路信号输入端，掉电检测电路信号输出端连接控制器掉电信号接收端。DC-DC变换器与可燃气体传感器供电端连接，可燃气体传感器供电端为电源转换器，可燃气体传感器供电端输出12V流给可燃气体传感器和DC-DC变换器，DC-DC变换器变换出适合控制器使用的电压电流，掉电检测电路在可燃气体传感器不能输出电能时，通过掉电检测电路进行报警使得控制器能够获得失电信号，从而进行报警和相关处理动作。

作为优选，所述电源管理电路还包括电能储存器，电能储存器电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，电能储存器电能输入端连接控制器电能输入端，电能储存器电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。电能储存器能够从DC-DC变换器处获取电能，储存起来，在DC-DC变换器不能提供电能的时候，电能储存器释放储存的电能为可燃气体传感器和控制器供电。

作为优选，所述电能储存器为超级电容，超级电容电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，超级电容电能输入端连接控制器电能输入端，超级电容电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。掉电告警功能也可使用内置电池来实现，但是电池成本较高。若使用非充电电池，电量耗尽后无法继续使用掉电告警功能，若使用充电电池，增加电源管理电路需要增加硬件成本，选择超级电容是一个综合效果较好的方案。

作为优选，所述人机交互模组包括按键和提示灯，按键信号输出端连接控制器按键信号接收端，提示灯驱动端连接控制器提示信号输出端。人员可以通过按键向控制器输入信号，控制器通过提示灯向人员输出信号。

作为优选，所述无线收发模组为远程无线收发模组。使用远程无线收发模组可以替代手机蜂窝网络进行数据上报的技术方案，节省了流量资费。

作为优选，所述掉电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9和MOS管Q1，电阻R5输入端作为掉电检测电路信号输入端，电阻R5输出端连接电阻R6输入端，电阻R6输出端接地，电阻R5输出端连接电阻R7输入端，电阻R7输出端连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1源极接地，MOS管Q1漏极连接电阻R4第一端，电阻R4第二端连接基准电压源，MOS管Q1漏极作为掉电检测电路信号输出端。

可燃气体传感器供电端正常供电时掉电检测电路信号输入端处为12V，Vg经R5 R6分压后为6V，Vs连接基准电压源VCC_3.3为3.3V，Vg>Vs，MOS管关断，VDETECT为高电平3.3V；可燃气体传感器供电端掉电时掉电检测电路信号输入端VCC处为0V，Vg＝0V，VS＝3.3V，Vg<Vs，MOS管导通，VDETECT为低电平0V；MCU检测到VDETECT的电平变化后可执行掉电告警，实现掉电报警功能。

因此，本实用新型具有如下有益效果：(1)本发明结合低功耗广域物联网技术，解决传统燃气报警器数据无法上传的问题，解决无法集中化管理的问题，解决普通无线报警器流量资费高、传输质量受限于安装环境的问题；(2)DC-DC变换器与外部市电电源连接，变换出适合控制器以及可燃气体传感器使用的电压电流，掉电检测电路在DC-DC变换器不能输出电能时，通过掉电检测电路进行报警使得控制器能够获得失电信号，从而进行报警和相关处理动作；(3)电能储存器能够从DC-DC变换器处获取电能，储存起来，在DC-DC变换器不能提供电能的时候，电能储存器释放储存的电能为可燃气体传感器和控制器供电；(4)使用远程无线收发模组可以替代手机蜂窝网络进行数据上报的技术方案，节省了流量资费；(5)可燃气体传感器供电端正常供电时掉电检测电路信号输入端处为12V，Vg经R5 R6分压后为6V，Vs连接基准电压源VCC_3.3为3.3V，Vg>Vs，MOS管关断，VDETECT为高电平3.3V；可燃气体传感器供电端掉电时掉电检测电路信号输入端VCC处为0V，Vg＝0V，VS＝3.3V，Vg<Vs，MOS管导通，VDETECT为低电平0V；MCU检测到VDETECT的电平变化后可执行掉电告警，实现掉电报警功能，使得控制器可以得到掉电信号，进而感知到当前已处于掉电状态。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图

图2是本实用新型的一种掉电检测电路原理图

图中：1.可燃气体传感器，2.控制器，3.无线收发模组，4.人机交互模组，41.按键，42.提示灯，5.电源管理电路，51.DC-DC变换器，52.掉电检测电路，53.电能储存器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

实施例：一种可燃气体探测器无线模块，如图1所示，包括可燃气体传感器1、控制器2、无线收发模组3、人机交互模组4和电源管理电路5，可燃气体传感器信号输出端连接控制器气体检测接收端，控制器无线信号收发端连接无限收发模组内部信号收发端。电源管理电路包括DC-DC变换器51和掉电检测电路52，DC-DC变换器电能输入端连接可燃气体传感器供电端，DC-DC变换器电能输出端连接控制器电能输入端，可燃气体传感器供电端连接掉电检测电路信号输入端，掉电检测电路信号输出端连接控制器掉电信号接收端。电源管理电路还包括电能储存器53，电能储存器电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，电能储存器电能输入端连接控制器电能输入端，电能储存器电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。人机交互模组包括按键41和提示灯42，按键信号输出端连接控制器按键信号接收端，提示灯驱动端连接控制器提示信号输出端。无线收发模组为远程无线收发模组。如图2所示，掉电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9和MOS管Q1，电阻R5输入端作为掉电检测电路信号输入端，电阻R5输出端连接电阻R6输入端，电阻R6输出端接地，电阻R5输出端连接电阻R7输入端，电阻R7输出端连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1源极接地，MOS管Q1漏极连接电阻R4第一端，电阻R4第二端连接基准电压源，MOS管Q1漏极作为掉电检测电路信号输出端。其中VDETECT连接控制器IO口；控制器可以为HC32L110超低功耗单片机。

无线收发模组采用LoRaWAN通信模组，其通信频段：470MHz-510MHz，工作电压2.8-3.3V，最大发射功率：19dBm，接收灵敏度-136dBm(@SF12)，发射电流120mA，接收电流13mA,休眠电流2uA。

DC-DC变换器为12V DC，DC-DC变换为控制器及LoRaWAN模组提供3.6V电源。输入电压范围：5-45V，静态电流：14uA，带载能力：600mA。电源纹波范围符合后级设备要求。

使用MOS管搭建掉电检测电路，12V输入经过分压限流后连接三极管门级。源级和漏级连接单片机GPIO口及3.6V电平基准，断电后MOS管动作，GPIO口检测到电平跳变后开始进行断电告警上报。

电能储存器为超级电容，超级电容电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，超级电容电能输入端连接控制器电能输入端，超级电容电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。超级电容的静电容量：1.5F，额定电压5.5V，ESR(&1kHz)500mΩ。DC-DC变换器电能输出端并入5.5V超级电容，在断电时提供备用电源。超级电容额定电压高于正常工作电压，带电工作时充电至3.6V，电源断开持续放电至最低2.5V时LoRaWAN模块停止工作。

本实用新型的超级电容续航电量计算数据如下：

***最大通信电流：135mA

接收状态工作电流：13mA

正常工作电流：2.5mA

发送时间：约1.35s(SF12,32字节数据)

***单次通信耗电量Q＝I*t＝135mA*1.3s(发射)+13mA*1.3s(接收)+2.5mA*1s(RXDelay_1)＝0.19C

正常工作60s耗电量Q＝It＝25mA*60s＝0.15C

上报5次告警耗电Q＝0.19*5+0.15＝1.12C

上报3次告警耗电Q＝0.19*3+0.15＝0.73C

1.5F电容电量Q＝△U*C＝0(3.6-2.5)*1.5＝1.65C

可知1.5F超级电容可支撑***断电后的工作，并留有50％左右的余量供电量的器件损耗衰减及高低温衰减。

所以采用1.5F超级电容是可以的。

掉电告警功能也可使用内置电池来实现，但是电池成本较高。电能储存器也可以为蓄能电池。

人机交互模组信号收发端连接控制器人机信号收发端。本发明结合低功耗广域物联网技术，解决传统燃气报警器数据无法上传的问题，解决无法集中化管理的问题，解决普通无线报警器流量资费高、传输质量受限于安装环境的问题。

检测到外部掉电后在60s内的随机时刻使用确认帧上报最多5次掉电告警信息，收到服务器响应后停止上报。

DC-DC变换器与可燃气体传感器供电端连接，可燃气体传感器供电端为电源转换器，可燃气体传感器供电端输出12V流给可燃气体传感器和DC-DC变换器，DC-DC变换器变换出适合控制器使用的电压电流，掉电检测电路在可燃气体传感器不能输出电能时，通过掉电检测电路进行报警使得控制器能够获得失电信号，从而进行报警和相关处理动作电能储存器能够从DC-DC变换器处获取电能，储存起来，在DC-DC变换器不能提供电能的时候，电能储存器释放储存的电能为可燃气体传感器和控制器供电。

若使用非充电电池，电量耗尽后无法继续使用掉电告警功能，若使用充电电池，增加电源管理电路需要增加硬件成本，选择超级电容是一个综合效果较好的方案。

人员可以通过按键向控制器输入信号，控制器通过提示灯向人员输出信号。

使用远程无线收发模组可以替代手机蜂窝网络进行数据上报的技术方案，节省了流量资费。

可燃气体传感器供电端正常供电时掉电检测电路信号输入端处为12V，Vg经R5 R6分压后为6V，Vs连接基准电压源VCC_3.3为3.3V，Vg>Vs，MOS管关断，VDETECT为高电平3.3V；可燃气体传感器供电端掉电时掉电检测电路信号输入端VCC处为0V，Vg＝0V，VS＝3.3V，Vg<Vs，MOS管导通，VDETECT为低电平0V；MCU检测到VDETECT的电平变化后可执行掉电告警，实现掉电报警功能，使得控制器可以得到掉电信号，进而感知到当前已处于掉电状态。

Claims (8)

1.一种可燃气体探测器无线模块，其特征是包括可燃气体传感器、控制器、无线收发模组和人机交互模组，可燃气体传感器信号输出端连接控制器气体检测接收端，控制器无线信号收发端连接无限收发模组内部信号收发端。

2.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是所述人机交互模组信号收发端连接控制器人机信号收发端。

3.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是还包括电源管理电路，电源管理电路包括DC-DC变换器和掉电检测电路，DC-DC变换器电能输入端连接可燃气体传感器供电端，DC-DC变换器电能输出端连接控制器电能输入端，可燃气体传感器供电端连接掉电检测电路信号输入端，掉电检测电路信号输出端连接控制器掉电信号接收端。

4.根据权利要求1或2所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是电源管理电路还包括电能储存器，电能储存器电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，电能储存器电能输入端连接控制器电能输入端，电能储存器电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。

5.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是电能储存器为超级电容，超级电容电能输入端连接DC-DC变换器电能输出端，超级电容电能输入端连接控制器电能输入端，超级电容电能检测端连接掉电检测电路信号输入端。

6.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是人机交互模组包括按键和提示灯，按键信号输出端连接控制器按键信号接收端，提示灯驱动端连接控制器提示信号输出端。

7.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是无线收发模组为远程无线收发模组。

8.根据权利要求1所述的一种可燃气体探测器无线模块，其特征是掉电检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9和MOS管Q1，电阻R5输入端作为掉电检测电路信号输入端，电阻R5输出端连接电阻R6输入端，电阻R6输出端接地，电阻R5输出端连接电阻R7输入端，电阻R7输出端连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1源极接地，MOS管Q1漏极连接电阻R4第一端，电阻R4第二端连接基准电压源，MOS管Q1漏极作为掉电检测电路信号输出端。

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