一种超声波氧气检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种超声波氧气检测装置，包括电源电路、微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路和传感器；所述微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路均与电源电路连接；所述微控制器及其外围电路、传感器和检测电路依次连接；所述LED指示电路与微控制器及其外围电路连接；所述传感器包括超声波传感器和温度传感器；所述检测电路，包括回波检测电路以及温度检测电路；超声波传感器、回波检测电路和微控制器及其外围电路依次连接；温度传感器、温度检测电路和微控制器及其外围电路依次连接。本新型装置解决了传统检测方法存在的安全问题，氧气检测的过程简易方便，具有体积小巧，反应迅速、准确度高、研制周期短等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波氧气检测装置
本技术涉及氧气分析的
，尤其涉及一种超声波氧气检测装置。
技术介绍
近年来，钢铁冶金、石油化工、电力、造纸等行业的快速发展所衍生的环境污染问题对我国可持续发展带来了很大的压力，我们迫切地需要对其生产过程分析和控制能力进行提升，节能减排已成为我国的国策。氧气作为工业生产燃烧过程中的助燃气体和人类赖以生存的气体，对其浓度进行在线监测已成为节能减排的重要手段之一。目前用于监测氧气浓度的传感器大多通过其探头的电阻或电容变化来测定氧气浓度，易受外界电磁波干扰。并且氧气是助燃气体，直接与电阻电容接触，会存在一定的安全隐患。而对于半导体气敏元件，它结构简单、实用方便，但不适合对气体进行精确的分析，多用于粗略鉴别和定性分析。此外还有一类光谱吸收式的气体传感器，由于氧气吸收强度比大气中其他气体低很多，所以利用传统光源的光谱吸收法检测存在很大困难，光源光谱的宽度和光强因素也限制了它的应用。氧气也是辅助治疗的必须品，在康复医学、保健医学、预防医学等方面都有其独特的作用。但目前医院主要使用浮子式流量计监测氧气流量，而浮子式流量计具有不能量化流量大小、误差大、不易控制等问题。这就迫切需要开发新型的氧气流量计，以满足医疗检测的需求。气体流量检测技术主要有热式质量流量检测、气体涡轮流量检测、容积式流量检测等，这些技术都有误差比较大，易受干扰，稳定性不好，易发生漂移等缺点。超声波是指频率高于20KHz的机械波，可以避免信号采集时外围噪声对信号的影响，有定向性好，能量集中，结构简单，体积小等诸多特点。随着超声波计量检测技术的快速发展，其在工业、机械自动化等行业屮都有越来越广泛的应用。超声波氧气检测装置克服了传统检测方法本身的不足，它可以满足高精度的测量，同时可以在较为安全的情况下进行氧气检测，完全可以适应未来高精度测量的挑战，继续保持在气体检测领域中的领先地位。基于超声波检测技术，超声波氧气检测装置通过收发一体式的超声波传感器、微控制器等硬件设备，同时进行氧气浓度和氧气流量的检测。其检测装置具有体积小巧，反应快速，测量稳定，准确度高等特点。
技术实现思路
本技术为了克服上述现有技术的不足，提出了一种超声波氧气检测装置，可在线检测氧气浓度和流量，稳定性强，在微控制器、超声波传感器等模块搭建的硬件平台上检测氧气浓度和流量，具有体积小、安全可靠、使用寿命长、稳定性高、价格便宜等特点，满足当前对氧气浓度和流量的测量精度要求。本技术至少通过如下技术方案之一实现。一种超声波氧气检测装置，包括电源电路、微控制器及其外围电路、传感器、检测电路和LED指示电路；所述微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路均与电源电路连接；所述微控制器及其外围电路、传感器和检测电路依次连接；所述LED指示电路与微控制器及其外围电路连接。进一步的，所述LED指示电路主要由若干个发光二极管组成，若干个发光二极各自与微控制器的引脚连接。进一步的，所述检测电路包括回波检测电路以及温度检测电路,均与微控制器及其外围电路连接；所述回波检测电路主要由第一TLV272芯片、第二TLV272芯片和SN74LVC1G3157芯片组成，第一TLV272芯片、SN74LVC1G3157芯片和第二TLV272芯片依次相连；温度检测电路主要由TLV272芯片组成。进一步的，所述传感器包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和温度传感器；第一超声波传感器、第二超声波传感器相互连接，同时第一超声波传感器、第二超声波传感器均与回波检测电路连接，温度传感器与温度检测电路连接。进一步的，所述电源电路包括5.0V稳压模块和3.3V稳压模块，所述5.0V稳压模块与3.3V稳压模块连接；3.3V稳压模块为微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路供电；5.0V稳压模块与外部的12V直流电源连接。进一步的，所述5.0V稳压模块为ASM117电源模块；所述3.3V稳压模块为TLV7023电源模块。电源电路以外部的12V直流电源作为电路的输入端，12.0V经过ASM117电源模块输出5.0V，其再经过TLV7023电源模块提供3.3V的工作电压，为微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路供电。所述检测电路，包括回波检测电路以及温度检测电路两部分。回波检测电路通过切换网络接收超声波传感器转换的电压信号，使其通过运算放大器进行放大，经过滤波处理后输送给微控制器。温度检测电路以NTC型的热敏电阻为核心，将其阻值对应的电压输送给微控制器。所述LED指示电路，其根据检测装置的氧气浓度大小使对应的LED灯亮或者灭，体现当前氧气浓度的情况。所述第一超声波传感器和第二超声波传感器是收发一体式的，可将电能转换为机械能，即发射超声波；或者接收超声波，将机械能转换为电能。所述温度传感器为NTC型的热敏电阻，用于表示温度的变化，在温度越高时电阻值越低。进一步的，所述微控制器及其外围电路采用基于ARMCortex-M0内核的STM32F0单片机，其具有资源齐全、结构简单、外设扩展性好、成本低的优势。其用于采集超声波的正向传导时间以及反向传导时间，通过ADC采集计算出气体温度，根据采集到的数据进行氧气浓度和流量计算；根据UART通讯协议接收到的数据，发送对应的数据指令，比如仪器编号，并每隔一段时间发送检测结果的数据帧；通过PWM模式，根据检测装置的氧气浓度和流量，使其对应的引脚输出相对应的模拟电压。所述UART通讯协议的数据帧格式如下：1、起始符，作为数据帧的首部部分，表示此帧数据的发送方，比如本检测装置；2、长度，用于表示数据帧的字节长度，包括数据和命令号；3、命令号，用于表示信息的类型，即此帧数据的功能；4、数据，用于表示信息的具体数据，可包括n个字节数据；5、校验位，对校验位之前的数据进行求和，256减去数据总和而得到校验位，用于判断接收到的数据帧是否出错，保证数据帧的准确性。该数据帧基本格式的所有信息均采用无符号的单字节整型变量的数据类型，以16进制的格式体现。本技术的超声波氧气检测装置的检测过程包括以下步骤：步骤1、初始化硬件设备：对硬件平台上电，初始化串口和子系统硬件平台。步骤2、发送正向超声波：微控制器发送激励信号，即6个25us的脉冲，同时开启定时器。激励信号直接输送给第一超声波传感器，第一超声波传感器将其转换为机械能，发射超声波。步骤3、接收正向超声波：第二超声波传感器接收到信号后，将机械能转换为电能，通过切换网络，经运算放大器进行放大，再经过滤波处理后，输送给微控制器。微控制器接收到信号后，根据定时器的计数值，计算出超声波的正向传导时间。步骤4、发送反向超声波：微控制器发送激励信号，即6个25us的脉冲，同时开启定时器。激励信号直接输送给第二超声波传感器，第二超声波传感器将其转换为机械能，发射超声波。步骤5、接收反向超声波：第一超声波传感器接收到信号后，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波氧气检测装置，其特征在于，包括电源电路、微控制器及其外围电路、传感器、检测电路和LED指示电路；所述微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路均与电源电路连接；所述微控制器及其外围电路、传感器和检测电路依次连接；所述LED指示电路与微控制器及其外围电路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声波氧气检测装置，其特征在于，包括电源电路、微控制器及其外围电路、传感器、检测电路和LED指示电路；所述微控制器及其外围电路、检测电路、LED指示电路均与电源电路连接；所述微控制器及其外围电路、传感器和检测电路依次连接；所述LED指示电路与微控制器及其外围电路连接。


2.根据权利要求1所述的超声波氧气检测装置，其特征在于，所述LED指示电路主要由若干个发光二极管组成，若干个发光二极各自与微控制器的引脚连接。


3.根据权利要求1所述的超声波氧气检测装置，其特征在于，所述检测电路包括回波检测电路以及温度检测电路,均与微控制器及其外围电路连接；所述回波检测电路主要由第一TLV272芯片、第二TLV272芯片和SN74LVC1G3157芯片组成，第一TLV272芯片、SN74LVC1G3157芯片和第二TLV272芯片依次相连；温度检测电路主要由TLV272芯片组成。


4.根据权利要求1所述的超声波氧气检测装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富春，杨德华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44