一种小型数字化火焰探测模组的制作方法

1.本实用新型涉及火焰探测技术领域，具体涉及一种小型数字化火焰探测模组。


背景技术：

2.火焰探测器是一种检测明火的设备，而常规的烟感、温感探测方式存在探测距离短、响应慢等缺点，无法满足一些特定场所的使用需求，因此研发一种能快速报警的火焰探测器装置变得很有必要。但是，传统的火焰探测器大多是传感器、阻抗匹配电路、放大电路、dc-dc电路、运算处理单元、4-20ma电路、继电器电路、端子接口等一些分立元器件，实际生产中会遇到生产调试比较慢、售后效率过低等问题。
3.鉴于上述技术问题，亟需设计一种基于窄带红外热释电传感器并利用多波段红外探测技术的火焰探测模组，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对传统的火焰探测器所存在的生产调试比较慢、售后效率过低的技术问题，本实用新型提出一种小型数字化火焰探测模组，能有效解决整机的外围电路复杂的问题，同时可以使生产及售后的效率大大提高。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种小型数字化火焰探测模组，包括外壳体，外壳体的内部封装有pcb电路板，pcb电路板上集成有电源电路和运算处理电路，运算处理电路分别连接信号采集电路、信号指示电路和信号输出接口，运算处理电路、信号采集电路和信号指示电路均与电源电路相连接，信号输出接口设于外壳体的后部；所述信号采集电路包括红外传感器，信号指示电路包括led指示灯，外壳体的前部分别开设有与led指示灯、红外传感器相对应的出光孔，外壳体的前部还安装有窗口镜片。
6.所述运算处理电路包括单片机，单片机分别与电源电路、信号采集电路、信号指示电路和信号输出接口相连接。
7.所述电源电路包括ldo电源芯片，ldo电源芯片的输入端连接电压接入端，ldo电源芯片的输出端分别与单片机、信号采集电路和信号指示电路相连接；所述ldo电源芯片的输入端串联有二极管，ldo电源芯片和二极管之间连接有滤波电容，滤波电容接地；ldo电源芯片的输出端连接有滤波电容组，滤波电容组接地。
8.所述信号采集电路设有三路，且三路信号采集电路各设有一个红外传感器，三个红外传感器分别用于采集4.4um、3.8um、5.0um三种不同波长信号；所述的红外传感器通过信号放大电路与单片机相连接。
9.所述信号放大电路包括串联连接的第一运算放大器和第二运算放大器，第一运算放大器的同相输入端与红外传感器相连接，第一运算放大器的反相输入端接地，且第一运算放大器的反相输入端与其输出端相连接，第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的同相输入端相连接；第二运算放大器的反相输入端与其输出端相连接，第二运算放大器的输出端连接单片机，且第二运算放大器的输出端接地。
10.所述led指示灯采用红绿发光二极管，且红绿发光二极管分别与单片机和电源电路相连接。
11.所述信号输出接口包括数据信号输出接口和控制信号输出接口，数据信号输出接口分别与电压接入端、单片机相连接，控制信号输出接口与单片机相连接。
12.采用上述结构的本实用新型，通过将核心电路模块化，封装在一个圆筒形的金属壳体内，将整机的生产及售后繁琐过程转移至模组，因为模组体积小，便于生产测试，给整机的生产节约大量的时间，缩短研发周期，提高生产效率；同时，模块化的设计也给整机的研发节约大量时间，整机只需简单的外围电路即可，降低隐形成本，提高收益。因此，本实用新型实现从研发到生产、再到售后整个流程具有可控性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为火焰释放光谱图；
15.图2为本实用新型的结构示意图；
16.图3为本实用新型的电源电路图；
17.图4为本实用新型的运算处理电路图；
18.图5为本实用新型的信号采集电路图；
19.图6为本实用新型的信号指示电路图；
20.图7为本实用新型的信号输出接口电路图。
21.图中：1为窗口镜片，2为外壳体，3为led指示灯，4为pcb电路板，5为红外传感器，6为信号输出接口。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图2所示，本实用新型提供了一种小型数字化火焰探测模组，包括外壳体2，外壳体2为由铝合金材质制成的圆筒形结构，外壳体2的内部封装有pcb电路板4，pcb电路板4上集成有电源电路和运算处理电路，运算处理电路分别连接信号采集电路、信号指示电路和信号输出接口6，且信号输出接口6设于外壳体2的后部。信号采集电路采集信号传输给运算处理电路进行处理，处理后的信号通过信号输出接口输出。运算处理电路、信号采集电路和信号指示电路均与电源电路相连接，电源电路用于为上述各个电路进行供电。
24.如图4所示，所述运算处理电路包括型号为w806的单片机u8，单片机u8的0脚接地，单片机u8的15-17脚、29脚、42脚及53脚均连接电源电路的供电电压。单片机u8的19脚、21-22脚分别通过对应连接的限流电阻r20、r21、r24与信号采集电路相连接，所设置的限流电
阻r20、r21、r24均对单片机u8起到降压缓冲作用，同时对单片机u8具有保护作用。单片机u8的26-27脚分别通过对应连接的限流电阻r18、r19与信号指示电路相连接，限流电阻r18、r19同样起到降压限流作用，以保护单片机u8。单片机u8的28脚通过电阻r22与信号输出接口6的控制信号输出接口p6相连接，且电阻r22串联连接电容c48，电容c48接地，电阻r22和电容c48组成低通滤波电路，起到滤波作用，保证单片机u8输出稳定的模拟信号，为外部的电流模块提供稳定电压。单片机u8的35-36脚分别通过对应连接的电阻r17、r15与信号输出接口6的控制信号输出接口p6相连接，单片机u8的44-45脚分别通过对应连接的电阻r11、r7与信号输出接口6的信号输出接口p5相连接，所设置的电阻r17、r15、r11、r7均起到信号连接作用。
25.如图3所示，所述电源电路包括型号为mcp1703的ldo电源芯片u9，ldo电源芯片u9具有低压差、低噪声等特点。ldo电源芯片u9的输入端连接电压接入端，且输入电压为5v；ldo电源芯片u9的输出端分别与单片机u8、信号采集电路和信号指示电路相连接，ldo电源芯片u9的输出端输出供电电压以为单片机u8、信号采集电路和信号指示电路供电。进一步地，所述ldo电源芯片u9的输入端串联有二极管d1，二极管d1为4007二极管，二极管d1的正极连接5v电压接入端、负极连接ldo电源芯片u9的输入端，二极管d1的作用为防反接保护。且ldo电源芯片u9的输入端和二极管d1的负极之间还连接有滤波电容c37，滤波电容c37接地，滤波电容c37为输入滤波电容，用于滤除部分噪声。ldo电源芯片u9的输出端连接有滤波电容组，滤波电容组为并联设置的电容c33和电容c34，其中电容c33为电解电容，电容c33和电容c34均接地。ldo电源芯片u9所输出的电压信号经滤波电容组滤波后分别为单片机u8、信号采集电路和信号指示电路供电。
26.作为进一步的优选方案，本实施例中，所述信号采集电路设有三路，每路信号采集电路各设有一个红外传感器5，三个红外传感器5分别用于采集不同波长信号的数据，且三个红外传感器5均与单片机u8相连接。需要说明的是：火焰探测器是检测明火的，燃烧物质在燃烧的时候会对外辐射能量，主要集中在紫外线和中红外，另外一个重要的特征是闪烁效应，其频率受风等周围环境的影响，但是基本上在0.5-30hz范围之内，而发热物体发出的红外辐射光谱却不用于火焰发出的辐射光谱，也不具备火焰的闪烁特征，通过以上两个重要特点，即可区分真实有效的火焰和干扰源。图1为火焰释放光谱图，从图1中可以看出，火焰释放的光谱横跨了紫外光、可见光和红外线，且大部分能量集中在红外波段，不同波长的红外线辐射能量也不尽相同。正是利用这个不同才能有效区分真实的火焰信号。而红外火焰探测器所使用的红外传感器可将不同波长辐射的红外能量转换成为不同强度的电信号，红外火焰探测器根据红外传感器检测到的电信号，进行阻抗匹配、放大、滤波等处理，单片机采集到红外传感器的信号后进行分析处理，最终实现能够准确判断火灾的发生，并发出火灾报警信号。
27.如图5所示，本实施例中所述的三个红外传感器分别为用于采集波长信号为4.4um的第一红外传感器s1、用于采集波长信号为5.0um的第二红外传感器s2和用于采集波长信号为3.8um的第三红外传感器s3，且三个红外传感器均通过信号放大电路与单片机u8相连接。具体以第一红外传感器s1的连接电路做详细说明，第一红外传感器s1的1脚连接供电电压，且第一红外传感器s1的1脚通过电容c1接地，电容c1的作用为传感器旁路电容，滤除高频噪声。第一红外传感器s1的3脚接地。第一红外传感器s1的2脚通过信号放大电路与单片
机u8相连接，该信号放大电路包括串联连接的第一运算放大器u1a和第二运算放大器u1b，第一运算放大器u1a的同相输入端通过电阻r2与红外传感器5相连接，电阻r2为信号连接电阻，且电阻r2与红外传感器5之间连接有滤波电路一，滤波电路一由并联设置的电容c6和电阻r6组成，且电容c6和电阻r6均接地。第一运算放大器u1a的反相输入端通过串联连接的电阻r5、电容c7接地，且第一运算放大器u1a的反相输入端与其输出端之间连接有并联设置的电容c8和电阻r8，电阻r8为反馈电阻，电阻r5、r8和电容c7、c8是红外传感器信号的放大电路，需要配合运算放大器使用。第一运算放大器u1a的输出端依次通过电容c5、电阻r4与第二运算放大器u1b的同相输入端相连接，电容c5和电阻r4是耦合放大后的交流信号，第二运算放大器u1b是跟随输出，降低阻抗。电容c5和电阻r4之间连接有电阻r1，电阻r1连接电源电路，电阻r1是上拉电阻，起到上拉作用，将电平抬高，方便单片机u8对信号的采集。第二运算放大器u1b的反相输入端与其输出端相连接，第二运算放大器u1b的输出端通过电阻r3连接单片机u8，电阻r3为运放输出电阻，对单片机u8起到缓冲作用。且第二运算放大器u1b的输出端与电阻r3之间连接有电阻r7，电阻r7接地，电阻r7为下拉电阻，起到弱下拉作用。第二红外传感器s2和第三红外传感器s3的连接电路均与第一红外传感器s1的连接电路结构相同，此处不再赘述。由于红外传感器输出的信号十分微弱，需要通过信号放大电路将该信号放大，经过一级放大后，将电流抬高至单片机u8合适的电压，方便单片机u8采集数据后进行计算。不同的输出标号（ad4.4、ad5.0、ad3.8）代表每一路的输出，方便单片机u8区分并采集信号。本实施例中，通过设置三组用于检测不同波长信号的红外传感器来检测火焰信号，采用多波段检测方式，能有效的区分高温物体和低温物体的干扰，判断真实可靠的火焰信号。通过对多通道的信号采集，经单片机u8处理、提取并分析有效的火焰信号，最后对外输出相应的数据信号以及控制信号等来控制外围电路。
28.如图6所示，所述信号指示电路包括led指示灯3，led指示灯3采用红绿发光二极管led1，红绿发光二极管led1的1脚为红光信号，且通过电阻r22连接单片机u8的26脚；红绿发光二极管led1的3脚为绿光信号，且通过电阻r23连接单片机u8的27脚；电阻r22和电阻r23均为限流电阻，起到降压限流的作用。红绿发光二极管led1的2脚连接供电电压。本实施例中，当绿灯闪烁时，表示该探测模组正常工作；当绿灯闪烁时，表示探测模组检测到火焰信号，有火情需要处理。
29.所述外壳体2的前部分别开设有与led指示灯3、红外传感器5相对应的出光孔，且外壳体2的前部还安装有窗口镜片1，窗口镜片1可起到保护外壳体2内部元器件的作用。
30.如图7所示，所述信号输出接口6包括数据信号输出接口p5和控制信号输出接口p6，其中数据信号输出接口p5的1脚为电源输入引脚，与电压接入端连接，输入5v电压，用来给探测模组供电，保证系统稳定工作。数据信号输出接口p5的2脚和3脚均为串口输出引脚，且数据信号输出接口p5的2脚与单片机u8的45脚相连接，数据信号输出接口p5的3脚与单片机u8的44脚相连接，两个串口输出可以将单片机u8计算的数据发送出来，技术人员可以通过传输出来的数据判断该探测模组的工作情况。控制信号输出接口p6的1脚与单片机u8的28脚相连接、2脚与单片机u8的35脚相连接、3脚与单片机u8的36脚相连接，单片机u8的28脚输出pwm信号给控制信号输出接口p6的1脚，pwm信号已经经过低通滤波处理过，对外输出模拟信号，可以控制外部4-20ma电路。控制信号输出接口p6的2脚和3脚所输出的信号用于控制外部的两个继电器。
31.本实用新型通过将核心电路模块化，并整合在一起，然后封装在一个圆筒形的金属壳体内，实现简化了整机的设计，缩短研发周期，提高生产效率，降低隐形成本，变相提高收益。
32.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。