一种井下有毒气体检测终端制造技术

本发明专利技术公开了一种井下有毒气体检测终端，包括电源，所述电源连接有信号处理电路、PSoC单片机、XBee‑Pro模块、显示电路、报警电路以及若干NDIR气体传感器，所述PSoC单片机自带AD转换器，所述NDIR气体传感器将各种有毒气体转换为电信号通过信号处理电路将电信号传输给PSoC单片机，再通过显示电路及报警电路实现信息显示和报警功能，所述PSoC单片机与XBee‑Pro模块连接实现无线通信，所述PSoC单片机内部设置片内硬件电路；该片内硬件电路设置了2个运算放大器、2个12位A/D转换器、1个定时器、1个UART通信接口、以及1个PWM模块，完成多种有毒气体的检测，避免工作人员在作业场地中毒事件的发生，具有调试方便、功耗低、灵敏度高、安全可靠及寿命长等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及井下气体检测
，具体为一种井下有毒气体检测终端。
技术介绍
石油钻井的过程中，甲烷、二氧化碳和硫化氢气体的检测是一项重要的内容，一方面是有助于油气发现，另一方面是有助于安全钻井。目前的甲烷检测主要是在地面通过气相色谱分析来实现，甲烷气体通过环空钻井液返至井口已经经过了一定的滞后时间，并且携带的油气信息准确性也会受到影响，而地面气相色谱分析还需要借助大量的外围辅助设备，且具有周期性，做不到实时检测，随着钻井速度越来越快，对气体分析的周期性要求越来越严格。所以，将现场甲烷检测由地面转向井下，利用井下甲烷气体传感器对井下甲烷进行随钻检测，做到早发现，早分析，对油气发现意义重大。目前二氧化碳气体的检测主要是在地面上进行，通过非分光红外原理的方式检测地面钻井液中二氧化碳气体的含量。当钻头打开地层后，地层中的二氧化碳气体侵入钻井液，通过钻具与井筒的环形空间而达到地面，这个过程存在一定的滞后时间。随着钻井技术的飞速发展，这种问题日益明显。常规硫化氢气体检测方法为应用电化学传感器在地面检测钻井液气体中的硫化氢，由于硫化氢气体从井底上返至地面需要一定的时间，硫化氢气体的检测从而存在滞后性。井下有毒气体对工作人员具有多种危害，有毒气体的实时监测对保护工作人员的生命安全具有重要意义。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种井下有毒气体检测终端，基于PSoC和NDIR气体传感器TPS2534的矿用有毒气体检测终端完成多种有毒气体的检测，并通过XBee-Pro模块的无线通信将检测的数据上传监控系统管理中心，避免工作人员在作业场地中毒事件的发生，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种井下有毒气体检测终端，包括电源，所述电源连接有信号处理电路、PSoC单片机、XBee-Pro模块、显示电路、报警电路以及若干NDIR气体传感器，所述PSoC单片机自带AD转换器，所述NDIR气体传感器将各种有毒气体转换为电信号通过信号处理电路将电信号传输给PSoC单片机，再通过显示电路及报警电路实现信息显示和报警功能，所述PSoC单片机与XBee-Pro模块连接实现无线通信，所述PSoC单片机内部设置片内硬件电路；该片内硬件电路设置了2个运算放大器，用以对NDIR气体传感器的输出信号进行放大；2个12位A/D转换器，用以实现有毒气体含量的数字化；1个定时器，作为通信波特率发生器；1个UART通信接口，用以单片机和无线模块交换数据；1个PWM模块，用以控制红外发光管的发光频率。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述NDIR气体传感器采用TPS2534，其检测端和参比端两个输出端的信号分别经过单8通道数字控制模拟电子开关送入PSOC单片机进行模数转换。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述信号处理电路由滤波电路和放大电路组成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：基于PSoC和NDIR气体传感器TPS2534的矿用有毒气体检测终端完成多种有毒气体的检测，并通过XBee-Pro模块的无线通信将检测的数据上传监控系统管理中心，避免工作人员在作业场地中毒事件的发生，具有调试方便、功耗低、灵敏度高、安全可靠及寿命长等特点，具有一定的市场推广价值。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术片内硬件电路的电路图；图3为本专利技术实施例中PSoC单片机内部电路模块图；图4为本专利技术实施例中单片机与Xbee-pro接口电路的电路图；图中：1-电源；2-信号处理电路；3-PSoC单片机；4-XBee-Pro模块；5-显示电路；6-报警电路；7-NDIR气体传感器；8-滤波电路；9-放大电路。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：请参阅图1至图4，本专利技术提供一种井下有毒气体检测终端，包括电源，所述电源连接有信号处理电路、PSoC单片机、XBee-Pro模块、显示电路、报警电路以及若干NDIR气体传感器，所述PSoC单片机自带AD转换器，所述NDIR气体传感器将各种有毒气体转换为电信号通过信号处理电路将电信号传输给PSoC单片机，再通过显示电路及报警电路实现信息显示和报警功能，所述PSoC单片机与XBee-Pro模块连接实现无线通信；测量不同有毒气体的多个NDIR气体传感器将各种有毒气体转换为电信号，经信号处理电路送到PSoC单片机进行模数转换，经内部计算得到有毒气体的含量，信号处理电路由滤波电路和放大电路组成，使基频信号通过并降低电路的噪声，并将信号放大到适合A/D采集的幅值，当检测到某种有毒气体浓度超过一定范围，PSoC单片机一边将危险信号通过XBee-Pro模块无线通信方式传送给后台，一边现场报警，提醒工作人员注意安全。参照图2可知，为实现对有毒气体检测并减少外部电路，在PSoC单片机内部设置了如图2所示的片内硬件电路；该片内硬件电路设置了2个运算放大器，用以对NDIR气体传感器的输出信号进行放大；2个12位A/D转换器，用以实现有毒气体含量的数字化；1个定时器，作为通信波特率发生器；1个UART通信接口，用以单片机和无线模块交换数据；1个PWM模块，用以控制红外发光管的发光频率。参照图3可知，图3为NDIR传感器与PSoC单片机的接口电路，NDIR传感器尽可能监测所有有毒有害气体，NDIR传感器采用TPS2534，该传感器具有检测端和参比端两个输出，将检测端和参比端输出的信号分别经CD4051送入PSOC单片机进行模数转换，以求得相应的气体浓度。传感器输出的信号相对微弱，纹波较大，需要在PSOC单片机内部配置滤波器，将信号转换成直流信号。配置PSOC单片3个I/O口作为CD4051的控制信号，同时选择2个CD4051的导通通道，将同一个传感器的检测信号和参比信号送入PSOC内部A/D转换器；PSoC单片机的A,B,C作为CD4051通道选择控制端口，不同NDIR传感器的测量通道和参考通道通过2个CD4051同时进入PSOC单片机的运算放大器输入端。PSOC的D、E引脚是定制内部模块时的pin-1和pin-2。参照图4可知，图4为Xbee-Pro与PSoC接口电路，传输距离在室外可达1500m；XBee-Pro模块有20个引脚，其中引脚中的VCC、GND、DOUT及DIN可与PSOC单片机直接相连。基于PSoC和NDIR气体传感器TPS2534的矿用有毒气体检测终端完成多种有毒气体的检测，并通过XBee-Pro模块的无线通信将检测的数据上传监控系统管理中心，避免工作人员在作业场地中毒事件的发生，具有调试方便、功耗低、灵敏度高、安全可靠及寿命长等特点，具有一定的市场推广价值。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下有毒气体检测终端，其特征在于，包括电源（1），所述电源（1）连接有信号处理电路（2）、PSoC单片机（3）、XBee‑Pro模块（4）、显示电路（5）、报警电路（6）以及若干NDIR气体传感器（7），所述PSoC单片机（3）自带AD转换器，所述NDIR气体传感器（7）将各种有毒气体转换为电信号通过信号处理电路（2）将电信号传输给PSoC单片机（3），再通过显示电路（5）及报警电路（6）实现信息显示和报警功能，所述PSoC单片机（3）与XBee‑Pro模块（4）连接实现无线通信，所述PSoC单片机（3）内部设置片内硬件电路；该片内硬件电路设置了2个运算放大器，用以对NDIR气体传感器的输出信号进行放大；2个12位A/D转换器，用以实现有毒气体含量的数字化；1个定时器，作为通信波特率发生器；1个UART通信接口，用以单片机和无线模块交换数据；1个PWM模块，用以控制红外发光管的发光频率。

【技术特征摘要】
1.一种井下有毒气体检测终端，其特征在于，包括电源（1），所述电源（1）连接有信号处理电路（2）、PSoC单片机（3）、XBee-Pro模块（4）、显示电路（5）、报警电路（6）以及若干NDIR气体传感器（7），所述PSoC单片机（3）自带AD转换器，所述NDIR气体传感器（7）将各种有毒气体转换为电信号通过信号处理电路（2）将电信号传输给PSoC单片机（3），再通过显示电路（5）及报警电路（6）实现信息显示和报警功能，所述PSoC单片机（3）与XBee-Pro模块（4）连接实现无线通信，所述PSoC单片机（3）内部设置片内硬件电路；该片内硬件电路设置了2个运...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋伟，
申请(专利权)人：张家港市华扬冶金机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32