RU2771452C1 - Carbon monoxide detector - Google Patents

Abstract

FIELD: sensors.SUBSTANCE: invention relates to a carbon monoxide detector. The detector comprises: a microcontroller for reading an analogue signal from the semiconductor carbon monoxide concentration sensor connected thereto; a liquid crystal indicator connected via a digital interface to the microcontroller receiving the data on gas concentration; a NEOWEY M590 GSM module operating in the GSM standard in the 900/1800/1900 MHz frequency range for sending SMS messages to the mobile phone of the user if excess concentration of carbon monoxide is determined; a USB-UART digital interface converter microchip of the CH340G brand, connected to the microcontroller for the possibility of connecting the cable to the built-in USB connector of a personal computer for additional notification if excess concentration of carbon monoxide is determined; an LED and a sound speaker, connected via matching circuits to the microcontroller to provide light and sound warning is excess concentration of gas is determined; a low-frequency pulsation generation unit connected to a vibrating collar to provide tactile warning if excess concentration of carbon monoxide is determined.EFFECT: interference resistance.3 cl, 1 dwg

Description

Проблема мониторинга угарного газа (СО) остается довольно актуальной, т.к. угарный газ чрезвычайно опасен, поскольку ядовит для живых существ, в частности для человека. Коварство этого вещества заключается в том, что угарный газ не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом и поэтому человек не может его почувствовать, находясь в закрытом помещении. Этот фактор и приводит к частым печальным последствиям. Поэтому наблюдение за его концентрацией и предупреждение об опасности является довольно важным фактором. Для решения этих задач необходима разработка нового радиоэлектронного устройства мониторинга СО, которое может использоваться в бытовом, промышленном и научном аспектах.The problem of monitoring carbon monoxide (CO) remains quite relevant, because. carbon monoxide is extremely dangerous because it is poisonous to living beings, in particular to humans. The insidiousness of this substance lies in the fact that carbon monoxide has no color, no smell, no taste, and therefore a person cannot feel it while in a closed room. This factor leads to frequent unfortunate consequences. Therefore, monitoring its concentration and warning of danger is quite an important factor. To solve these problems, it is necessary to develop a new radio-electronic device for CO monitoring, which can be used in domestic, industrial and scientific aspects.

В предлагаемом нами детекторе угарного газа были предложены новые конструктивные решения, которых нет в обычных приборах обнаружения газа. Эти конструктивные решения заключаются в реализации GSM канала для возможности дополнительного оповещения. Данное оповещение осуществляется путем отправления с детектора на мобильный телефон пользователя CMC сообщений с уровнем концентрации угарного газа и предупреждением об опасности. Также в предлагаемом устройстве есть USB порт для возможности передачи информации по кабелю на компьютер (ПК) пользователя. Вышеизложенные усовершенствования могут пригодиться при использовании, к примеру, для контроля за концентрацией опасного газа в помещении, где есть печное отопление при отсутствии родителей, когда дома находятся маленькие дети. Также для передачи информации на ПК или пульт диспетчера, при работе персонала в цехах на опасных химических производствах. Помимо этого в устройстве присутствует жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) на него выводятся показания в виде бегущей строки с концентрацией угарного газа в РРМ и предупреждением об опасности. При превышении уровня концентрации срабатывает звуковая и световая сигнализация, которая представляет собой динамик 32 Ом и яркий красный светодиод. Значение уровня, при котором срабатывает сигнализация в предлагаемом детекторе 300 РРМ. Данное значение было определено исходя из допустимых норм безопасности в закрытых помещениях. При использовании детектора людьми с ограничениями по слуху, присутствует виброманжета, одеваемая на кисть, которая издает вибрирующий сигнал в случае превышения уровня СО. Дополнительно на корпусе устройства содержится фонарик, который зажигается от сигнала датчика движения, данное введение актуально, если пользователь находится в плохо освещенном помещении.In the carbon monoxide detector we offer, new design solutions have been proposed that are not found in conventional gas detection devices. These constructive solutions consist in the implementation of a GSM channel for the possibility of additional notification. This alert is made by sending messages from the detector to the CMC user's mobile phone with carbon monoxide levels and a hazard warning. Also, the proposed device has a USB port for the possibility of transferring information via cable to the user's computer (PC). The above improvements can be useful when used, for example, to control the concentration of dangerous gas in a room where there is stove heating in the absence of parents, when small children are at home. Also for transferring information to a PC or a dispatcher's console, when personnel work in workshops at hazardous chemical industries. In addition, the device has a liquid crystal indicator (LCD), it displays readings in the form of a running line with the concentration of carbon monoxide in the PRM and a warning about the danger. When the concentration level is exceeded, a sound and light alarm is triggered, which is a 32 ohm speaker and a bright red LED. The value of the level at which the alarm is triggered in the proposed detector is 300 PPM. This value has been determined on the basis of acceptable safety standards in enclosed spaces. When using the detector by people with hearing impairments, there is a vibrating cuff worn on the hand, which emits a vibrating signal in case the CO level is exceeded. Additionally, the body of the device contains a flashlight, which is lit by a motion sensor signal, this introduction is relevant if the user is in a poorly lit room.

На сегодняшний день на рынке радиоэлектронных устройств мониторинга окружающей среды представлены различные модели детекторов угарного газа. Из проведенных исследований других моделей детекторов марки МЕГЕОН 08005, Bradex, Кенарь GD100-CN, Даджет МТ-8056, а также другие аналоги, основными недостатками является то, что отсутствует возможность дополнительного оповещения о концентрации СО через GSM канал, а также нет возможности подключения к ПК через USB кабель.To date, various models of carbon monoxide detectors are presented on the market for radio-electronic environmental monitoring devices. Of the studies conducted on other models of detectors of the brand MEGEON 08005, Bradex, Kenar GD100-CN, Dajet MT-8056, as well as other analogues, the main disadvantages are that there is no possibility of additional notification of CO concentration via the GSM channel, and there is also no possibility of connecting to PC via USB cable.

Технический результат предлагаемого устройства направлен на расширение путей мониторинга и одновременной передачи зарегистрированных прибором данных о концентрации угарного газа и обеспечение доведения сигналов оповещения и экстренной информации до органов управления чрезвычайными ситуациями и до населения, в том числе людей с ограниченными возможностями.The technical result of the proposed device is aimed at expanding the ways of monitoring and simultaneously transmitting data on the concentration of carbon monoxide registered by the device and ensuring that alerts and emergency information are communicated to emergency management authorities and to the public, including people with disabilities.

Этот технический результат достигается, тем что детектор угарного газа, включающий микроконтроллер, для считывания аналогового сигнала с подключенного к нему полупроводникового датчика измерения концентрации СО, присоединенные к нему по цифровым интерфейсам жидкокристаллический индикатор, на который поступают данные с микроконтроллера о концентрации газа и GSM модуль для отправки CMC сообщения на мобильный телефон пользователя, также к микроконтроллеру подключена микросхема преобразователь интерфейсов USB-UART для возможности подключения кабеля к встроенному USB разъему с целью дополнительного оповещения через ПК. Для светового и звукового предупреждения о превышении уровня газа к микроконтроллеру через согласующие цепи подключены яркий светодиод и звуковой динамик. Дополнительно подключается блок генерации низкочастотных пульсаций, который в свою очередь соединен с виброманжетой для тактильного предупреждения о превышении уровня СО. Вышеизложенные пути передачи данных работают одновременно. В качестве микроконтроллера в устройстве может быть использована модель марки Atmega 328, в качестве GSM модуль - NEOWAY М590, в качестве микросхемы преобразователя интерфейсов USB-UART - CH340GThis technical result is achieved by the fact that a carbon monoxide detector, including a microcontroller, for reading an analog signal from a semiconductor sensor connected to it for measuring CO concentration, a liquid crystal indicator connected to it via digital interfaces, which receives data from the microcontroller about the gas concentration and a GSM module for sending a CMC message to the user's mobile phone; also, a USB-UART interface converter chip is connected to the microcontroller to be able to connect a cable to the built-in USB connector for additional notification via a PC. A bright LED and a sound speaker are connected to the microcontroller through matching circuits for light and sound warnings about exceeding the gas level. Additionally, a low-frequency pulsation generation unit is connected, which in turn is connected to a vibrating cuff for tactile warning of an excess of CO level. The above data paths work simultaneously. As a microcontroller in the device, a model of the Atmega 328 brand can be used, as a GSM module - NEOWAY M590, as a USB-UART interface converter chip - CH340G

На фиг. 1 изображена структурная схема детектора угарного газа, где цифрами обозначены: 1 - датчик угарного газа; 2 - микроконтроллер; 3 - жидко кристаллический индикатор (дисплей); 4 - GSM модуль; 5 - преобразователь интерфейсов USB-UART; 6 - светодиод; 7 - динамик, 8 - блок генерации низкочастотных пульсаций, 9 - виброманжета, 10 - датчик движения, 11 - транзисторный каскад, 12 - светодиодный фонарик.In FIG. 1 shows a block diagram of a carbon monoxide detector, where the numbers indicate: 1 - carbon monoxide sensor; 2 - microcontroller; 3 - liquid crystal indicator (display); 4 - GSM module; 5 - USB-UART interface converter; 6 - LED; 7 - speaker, 8 - low-frequency pulsation generation unit, 9 - vibrating cuff, 10 - motion sensor, 11 - transistor cascade, 12 - LED flashlight.

Детектор угарного газа выполнен следующим образом датчика 1 измерения концентрации СО подключен к микроконтроллеру 2, к которому по цифровым интерфейсам присоединены жидкокристаллический индикатор 3, на который поступают данные о концентрации газа и GSM модуль 4 для отправки CMC сообщения на мобильный телефон пользователя, также к микроконтроллеру 2 подключена микросхема преобразователь интерфейсов USB-UART 5 для возможности подключения кабеля к встроенному USB разъему с целью дополнительного оповещения через ПК (на чертеже не оцифрован, ПК не входит в состав детектора). К микроконтроллеру 2 через согласующие цепи подключены яркий светодиод 6 и звуковой динамик 7 и блок генерации низкочастотных пульсаций 8, который в свою очередь подключен к виброманжете 9. Независимо от работы микроконтроллера) в устройстве дополнительно присутствует датчик движения 10, который подключен к транзисторному каскаду 11 и включат светодиодный фонарик 12. Датчик движения 1, транзисторный каскад 11 и светодиодный фонарик 12 соединяются с вторичным источником питания, который находится в детекторе (на фиг. 1 не обозначен).The carbon monoxide detector is made as follows: sensor 1 for measuring CO concentration is connected to microcontroller 2, to which liquid crystal indicator 3 is connected via digital interfaces, to which data on gas concentration and GSM module 4 are sent to send a CMC message to the user's mobile phone, also to microcontroller 2 a USB-UART 5 interface converter microcircuit is connected to enable the cable to be connected to the built-in USB connector for additional notification via PC (not digitized in the drawing, PC is not included in the detector). A bright LED 6 and a sound speaker 7 and a low-frequency pulsation generation unit 8 are connected to the microcontroller 2 through matching circuits, and a low-frequency pulsation generation unit 8, which in turn is connected to the vibrating cuff 9. Regardless of the operation of the microcontroller), the device additionally contains a motion sensor 10, which is connected to the transistor cascade 11 and turn on the LED flashlight 12. The motion sensor 1, the transistor stage 11 and the LED flashlight 12 are connected to the secondary power source, which is located in the detector (not marked in Fig. 1).

Детектор угарного газа с дополнительным режимом оповещения включает в себя GSM модуль для отправки CMC сообщений на телефон пользователя, а также USB порт для возможности подключения к ПК через кабель и ЖК индикатор для вывода показаний на дисплей. Аналоговый сигнал с датчика измерения концентрации СО поступает на аналоговый вход микроконтроллера, после соответствующих преобразовании и обработке оцифрованный сигнал с контроллера одновременно передается по цифровому протоколу UART на GSM модуль, который работает в режиме отправки сообщений, также этот цифровой сигнал поступает на микросхему преобразователь интерфейсов USB-UART, которая подключается к разъему USB и по цифровому протоколу I2C на ЖК индикатор. Микросхема преобразователь интерфейсов USB-UART работает на прием и передачу информации. В случае фиксации датчиком измерения концентрации СО опасного уровня газа, также с микроконтроллера одновременно поступают сигналы на светодиод, звуковой динамик и блок генерации низкочастотных пульсаций.The carbon monoxide detector with an additional alert mode includes a GSM module for sending CMC messages to the user's phone, as well as a USB port for connecting to a PC via cable and an LCD indicator for displaying readings on the display. The analog signal from the CO concentration measurement sensor is fed to the analog input of the microcontroller, after the appropriate conversion and processing, the digitized signal from the controller is simultaneously transmitted via the UART digital protocol to the GSM module, which operates in the message sending mode, this digital signal is also fed to the USB-interface converter chip UART, which connects to the USB connector and via the I2C digital protocol to the LCD indicator. The USB-UART interface converter chip works to receive and transmit information. If the CO concentration measurement sensor fixes a dangerous level of gas, signals are also simultaneously received from the microcontroller to the LED, the sound speaker and the low-frequency pulsation generation unit.

Для реализации предложенного устройства, предлагается использовать некоторые схемотехнические идеи, за счет которых возможно дополнительно оповещать о концентрации опасного вещества и предупреждать об опасности. Для этого был использован GSM модуль модели NEOWAY М590 с дополнительной обвязкой из пассивных электрорадиоэлементов (конденсаторы и резисторы), которые позволяет формировать и ограничивать его напряжение питания. Дополнительно присутствуют антенна диапазона GSM и 6 контактный держатель SIM карты. Питание модуля осуществляется напряжением +5 В. Частотный диапазон работы GSM канала 900/1800/1900 МГц.To implement the proposed device, it is proposed to use some circuitry ideas, due to which it is possible to additionally notify about the concentration of a hazardous substance and warn of danger. For this, a GSM module of the NEOWAY M590 model was used with an additional strapping of passive electrical radio elements (capacitors and resistors), which allows you to form and limit its supply voltage. Additionally, there is a GSM band antenna and a 6-pin SIM card holder. The module is powered by +5 V. The frequency range of the GSM channel is 900/1800/1900 MHz.

Помимо этого в устройстве используются другая цифровая часть, которая обеспечивает подключение к ПК для вывода показании концентрации СО на монитор. Данный узел состоит из микросхемы преобразователя интерфейсов USB в UART CH340G и подключенного к ней разъема USB-B. Все вместе подключается к контроллеру через интерфейс UART. Питание микросхемы CH340G осуществляется напряжением +5 В.In addition, the device uses another digital part, which provides a connection to a PC to display CO concentration readings on a monitor. This node consists of a CH340G USB to UART interface converter chip and a USB-B connector connected to it. Everything is connected to the controller via the UART interface. The CH340G chip is powered by +5 V.

Дополнительно используется ЖК индикатор модели MT-16S2D-2YLG, подключенный к микроконтроллеру по цифровому интерфейсу I2C. Питание модуля осуществляется напряжением +5 В.Additionally, an LCD indicator of the MT-16S2D-2YLG model is used, connected to the microcontroller via the I2C digital interface. The module is powered by +5 V.

Использование яркого светодиода BL-L101URC, звукового динамика 32 Ом и блока генерации низкочастотных пульсаций позволило реализовать светозвуковое и тактильное оповещение.The use of a bright BL-L101URC LED, a 32 Ohm sound speaker and a low-frequency pulsation generation unit made it possible to implement light-sound and tactile notification.

Разработанный макет детектора СО характеризуется 4 мя способами одновременного оповещения о концентрации газа:The developed layout of the CO detector is characterized by 4 ways of simultaneous notification of gas concentration:

1) Вывод концентрации СО в РРМ на ЖКИ;1) Conclusion of the concentration of CO in the PPM on the LCD;

2) Передача значений на ПК через USB порт;2) Transferring values to PC via USB port;

3) Передача CMC сообщений на мобильный телефон.3) Sending CMC messages to a mobile phone.

4) Включение светозвукового и тактильного предупреждения об опасности4) Turn on the light-sound and tactile danger warning

Это делает предлагаемое нами устройство определения угарного газа более эффективным по сравнению с другими аналогами и позволяет его использовать не только в бытовых целях, но и в научных.This makes the carbon monoxide detection device we offer more efficient than other analogues and allows it to be used not only for domestic purposes, but also for scientific purposes.

Claims (9)

1. Детектор угарного газа, включающий:1. Carbon monoxide detector, comprising: микроконтроллер для считывания аналогового сигнала с подключенного к нему полупроводникового датчика измерения концентрации угарного газа;a microcontroller for reading an analog signal from a semiconductor sensor connected to it for measuring carbon monoxide concentration; жидкокристаллический индикатор, подключенный по цифровому интерфейсу к микроконтроллеру, на который поступают данные о концентрации газа;a liquid crystal indicator connected via a digital interface to the microcontroller, which receives data on the gas concentration; GSM-модуль марки NEOWEY М590, работающий в стандарте GSM в частотном диапазоне 900/1800/1900 МГц, для отправки CMC-сообщений на мобильный телефон пользователя в случае определения превышения уровня концентрации угарного газа;NEOWEY M590 GSM module, operating in the GSM standard in the frequency range 900/1800/1900 MHz, to send CMC messages to the user's mobile phone in case of detecting an excess of carbon monoxide concentration; микросхема преобразователь цифровых интерфейсов USB-UART марки CH340G, подключенная к микроконтроллеру для возможности подключения кабеля к встроенному USB-разъему персонального компьютера для дополнительного оповещения в случае определения превышения уровня концентрации угарного газа;CH340G USB-UART digital interface converter microchip connected to the microcontroller for the possibility of connecting a cable to the built-in USB connector of a personal computer for additional notification in case of detecting an excess of carbon monoxide concentration; светодиод и звуковой динамик, подключенные через согласующие цепи к микроконтроллеру для светового и звукового предупреждения в случае определения превышения уровня концентрации газа;an LED and a sound speaker connected via matching circuits to the microcontroller for light and sound warning in case of detection of an excess of the gas concentration level; блок генерации низкочастотных пульсаций, подключенный к виброманжете для тактильного предупреждения в случае определения превышения уровня концентрации угарного газа.a low-frequency pulsation generation unit connected to a vibrating cuff for tactile warning in case of detection of an excess of carbon monoxide concentration. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что для дополнительного освещения помещения имеется светодиодный фонарик, который включается от датчика движения.2. The detector according to claim 1, characterized in that for additional illumination of the room there is an LED flashlight, which is turned on from the motion sensor. 3. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве микроконтроллера в устройстве используется модель марки Atmega 328 и преобразователь цифровых интерфейсов марки CH340G.3. The detector according to claim 1, characterized in that the device uses an Atmega 328 model and a CH340G digital interface converter as a microcontroller.

Images