一种温湿压及烟雾报警变送器电路及变送器的制作方法

1.本发明涉及列车内环境监测技术领域，尤其涉及一种温湿压及烟雾报警变送器电路及变送器。


背景技术：

2.目前铁路行业内仅有复合型温湿度变送器，压力信号采用分立压力变送器进行测量，或分立温度变送器、湿度变送器及压力变送器设计实现变流柜内环境量的测量。
3.但是分立温度变送器与湿度变送器占用空间较大，无法满足小型化地设计，成本较高。集合程度较高的温湿压一体化变送器，测量探头直接安装在变送器本体上，要求变送器直接安装在测量点附近，使用较为受限。并且其温湿压输出值为模拟量输出，容易受外界干扰。并且现有设计ip防护能力较低，仅能实现ip20级别防护水平。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种一种温湿压及烟雾报警变送器电路及变送器，用以解决上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种温湿压及烟雾报警变送器电路，包括信号收集电路以及与所述信号收集电路电连接的信号处理电路；
7.所述信号收集电路包括至少一个温湿压采集模块和烟感探测模块，所述烟感探测模块中设置有能够对环境进行采样的探测元件，以及能够将所述探测元件的采样输出值与设定阈值进行对比的比较器，所述比较器的输出结果将生成烟雾报警信号。
8.进一步的，所述信号处理电路包括：信号处理模块以及将获得的温湿压数据信号和烟雾报警信号进行输出的信号接口；所述信号处理模块用于将所述信号收集电路获取的温度信号、湿度信号以及压力信号进行处理和运算并生成对应的温度数据信号、湿度数据信号和压力数据信号。
9.进一步的，信号处理模块包括mcu处理器、时钟电路和看门狗电路，所述时钟电路和看门狗电路均与所述mcu处理器连接，所述mcu处理器的第十五引脚至第十七引脚、第二十九至第三十一引脚与所述温湿压采集模块电连接。
10.进一步的，所述mcu处理器与信号接口之间设置有485收发器，其将mcu处理器处理得到的数据信号按rs-485串行通讯标准转换数据格式以通过所述信号接口传输至上位机。
11.本发明另外提供了一种温湿压及烟雾报警变送器，基于前述的温湿压及烟雾报警变送器电路，包括：
12.第一电路板，所述比较器设置于第一电路板，所述探测元件与所述第一电路板电连接；
13.变送器盖，其盖上设置有一端具有开口的腔体，所述探测元件容纳于所述腔体内，所述第一电路板将所述腔体的开口封闭；
14.第二电路板，所述信号处理电路设置于第二电路板；
15.变送器壳体，所述变送器壳体内设置有空间，所述第二电路板固定于所述空间内；
16.至少一个温湿压采集组件，其一端穿过所述变送器壳体与所述第二电路板电连接。
17.进一步的，所述变送器壳体的其中一个侧壁上穿设有输出连接器插座，所述输出连接器穿过所述变送器壳体与所述第二电路板电连接。
18.进一步的，所述变送器盖上在所述腔体处均匀密布有通气小孔，以实现探测元件对环境进行采样。
19.进一步的，所述温湿压采集探头组件包括：
20.与所述第二电路板电连接的探头连接器；
21.屏蔽线缆，其一端卡锁与探头连接器中，其另一端与温湿压采集板电连接；
22.采集板支架，其套设于所述温湿压采集板外部；过滤套安装于采集板支架外周面上。
23.进一步的，所述采集板支架上沿轴向设置有多组凸起，每组凸起之间形成导向槽，所述温湿压采集板沿所述导向槽插设于采集板支架中。
24.进一步的，所述变送器壳体的一侧壁上穿设有温湿压采集连接器插座，所述温湿压采集板通过所述温湿压采集连接器插座与所述第二电路板电连接。
25.本发明与现有技术相比，至少包含以下有益效果：
26.(1)本发明集成有烟感探测模块，可实现变送器安装空间内的火灾报警监控。
27.(2)本发明设计为多通道测量产品，可以实现单个变送器实现多个位置的测量检测，且温湿压测量探头软连接设计，可以在产品安装空间狭小的情况下实现抵近测量，以获得更精准的测量数据。
28.(3)针对现有车载环境监测变送器测量方案中的缺点，采用模块化设计，提高了变送器本体防护等级；且测量部件模块化设计，使得各模块可独立更换，提升了产品的可维护性。
附图说明
29.图1是本发明提供的实施例中变送器结构的示意图；
30.图2是本发明提供的实施例中变送器结构的剖面图；
31.图3是本发明提供的实施例中温湿压采集探头组件结构的示意图；
32.图4是本发明提供的实施例中采集板支架的结构示意图；
33.图5是本发明提供的实施例中变送器电路的框架示意图；
34.图6是本发明提供的实施例中烟感探测模块的电路图；
35.图7是本发明提供的实施例中温湿压采集模块的电路图；
36.图8是本发明提供的实施例中信号处理电路的电路图；
37.图9是本发明提供的实施例中485收发器的电路图。
具体实施方式
38.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用
于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
39.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
42.以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
43.如图1和图2所示，本发明一种温湿压及烟雾报警变送器，其由输出连接器插座1、变送器壳体2、第二电路板3、密封垫5、变送器盖6、温湿压采集连接器插座8，温湿压采集探头组件9构成。
44.变送器盖6是由变送器壳盖11，烟感密封垫12，探测元件13、第一电路板14组成。其中壳盖11上设置有一端具有开口的腔体，探测元件容纳于该腔体内，第一电路板14通过紧固螺钉15安装紧固在壳盖11上，并且两者之间使用烟感密封垫12进行密封，使得探测元件13所处的腔体开口封闭。探测元件13通过插针方式与第一电路板14电连接。
45.为了实现对外界环境的测量，壳盖11中心的腔体底部均匀密布有通气小孔，以实现由探测元件13和第一电路板14形成的烟感探测模块对环境进行采样。
46.变送器盖6通过第二螺钉7进行固定在变送器壳体2上，并且两者间通过密封垫5实现密封。变送器壳体2内设置有空间，第二电路板3通过第一螺钉4固定在变送器壳体2上；
47.输出连接器插座1与温湿压采集连接器插座8均安装于变送器壳体2侧壁上对应的安装孔，并与变送器壳体2通过连接器自带密封圈进行密封。
48.两个连接器插座与第二电路板3间通过导线连接，其导线与第二电路板3可直接插焊或通过板级接插件进行连接。
49.温湿压采集连接器插座8和温湿压采集探头组件9两者数量根据实际采集通道要求进行拓展，本图按3通道进行表示，实际支持1～6个测量通道选取。
50.如图3和图4所示，温湿压采集探头组件9由探头连接器21、屏蔽电缆22、温湿压采集板23、护线卡套24、扣环25、采集板支架26和过滤套27组成。
51.探头连接器21与第二电路板3通过温湿压采集连接器插座8电连接，屏蔽线缆22的一端与探头连接器21固定。温湿压采集板23与屏蔽电缆22的另一端组装焊接形成电连接后，装入采集板支架26中。采集板支架26上沿轴向设置有多组凸起28，每组凸起28之间形成导向槽29，温湿压采集板23沿导向槽插设于采集板支架26中。
52.过滤套27安装在采集板支架26外表面上，其采用聚乙烯材料，起到过滤空气中大悬浮颗粒的作用，达到对于敏感器件的防护。护线卡套24和扣环25组合拧入采集板支架26的尾部螺纹上，对屏蔽电缆22与温湿压采集板23连接的一端进行固锁。
53.整个温湿压采集探头组件9采用模块化组装设计，可根据实际需求选择对应线长，线长范围可从100～5000mm中选取。
54.如图5至图9所示，由第一电路板14、第二电路板3、探测元件13和温湿压采集板23所构成的变送器电路主要包括emc防护电路、供电电路、温湿压采集模块、信号处理电路和烟感探测模块。由温湿压采集模块实现对温度、湿度及压力信号环境变量的的信号采集，并由信号处理电路输出为数字信号。烟感探测模块中由探测元件13完成环境烟雾采样，并由转换电路输出烟雾报警信号。emc防护电路功能满足列车用传感器电磁兼容标准。供电电路采用ldo电源，实现3.3v数字电源供电。
55.信号处理电路采用48位mcu，显现对于环境监测变量的信号转换、运算、滤波处理，并通过485收发器与上位机进行通信。
56.在第一电路板14上设置有转换电路，其能够将探测元件13上采集得到的采样值生成对应的烟雾报警信号。在转换电路中设置的比较器n3a，其将探测元件13的采样输出值与设定阈值进行对比并将输出结果生成烟雾报警信号。
57.通过mq系列烟雾探测部件n4对环境进行采样，其采样输出值与比较器中的设定阈值进行对比。当环境采样值超过设定阈值时，比较器输出由高电平翻转为低电平后直接可通过接口向上位机输出烟雾报警信号，并且其设置有反馈模式，将每一次输出的电平值作为阈值与下一次的采样值进行比较从而获得烟雾强度的变化情况。
58.温湿压采集模块设置于温湿压采集板上，其包括监测芯片u3、电容c42、电容c43和压敏电阻z3；
59.监测芯片u3的第二引脚、第三引脚、第四引脚和第五引脚都与信号处理电路连接，监测芯片u3的第一引脚与电容c43的一端连接，监测芯片u3的第六引脚和压敏电阻z3的一端都与电容c43的另一端电连接，压敏电阻z3的另一端分别与监测芯片u3的第八引脚和电容c42的一端连接，电容c42的另一端接数字地。
60.监测芯片u3(bme280)实现对温度、湿度及压力信号环境变量的的信号采集，输出为数字信号。
61.通过将温湿压环境变量集成到一个芯片及周围电路中进行监测，使得整体式的产品设计及小巧型的产品结构设计，使得产品安装空间较为灵活，可实现列车内的多点测量，更加缩小了产品的安装空间。
62.信号处理电路包括信号处理模块以及将获得的温湿压数据信号和烟雾报警信号进行输出的信号接口。所述信号处理模块用于将所述信号收集电路获取的温度信号、湿度信号以及压力信号进行处理和运算并生成对应的温度数据信号、湿度数据信号和压力数据信号。
63.信号处理模块包括mcu处理器、时钟电路(图中未给出具体电路图)和看门狗电路(图中未给出具体电路图)，时钟电路和看门狗电路均与mcu处理器连接，mcu处理器的第十五引脚至第十七引脚、第二十九至第三十一引脚与温湿压采集模块电连接。图中按3通道进行连接表示，实际支持1～6个测量通道选取。
64.时钟电路对mcu处理器提供了外部稳定时钟。看门狗电路的设置防止mcu处理器中的程序在工作时跑飞或死锁，能够使得本发明的变送器能够长时间的正常工作，而不影响列车因环境变量因素而损坏。
65.如图9所示，mcu处理器与信号接口之间设置有485收发器，485收发器中芯片n5的第三引脚至第五引脚分别与mcu处理器的第十一引脚至第十三引脚电连接，其将mcu处理器处理得到的数据信号按rs-485串行通讯标准转换数据格式以通过所述信号接口传输至上位机。
66.本发明针对现有车载环境监测传感器测量方案中的缺点，采用模块化设计，提高了传感器本体防护等级；且测量部件模块化设计，使得各模块可独立更换，提升了产品的可维护性。同时产品设计为多通道测量产品，可以实现单个传感器实现多个位置的测量检测，且温湿压测量探头软连接设计，可以在产品安装空间狭小的情况下实现抵近测量，以获得更精准的测量数据。产品集成有烟感探测模块，可实现安装空间的火灾报警监控。
67.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种温湿压及烟雾报警变送器电路，其特征在于，包括信号收集电路以及与所述信号收集电路电连接的信号处理电路；所述信号收集电路包括至少一个温湿压采集模块和烟感探测模块，所述烟感探测模块中设置有能够对环境进行采样的探测元件，以及能够将所述探测元件的采样输出值与设定阈值进行对比的比较器，所述比较器的输出结果将生成烟雾报警信号。2.根据权利要求1所述的一种温湿压及烟雾报警变送器电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：信号处理模块以及将获得的温湿压数据信号和烟雾报警信号进行输出的信号接口；所述信号处理模块用于将所述信号收集电路获取的温度信号、湿度信号以及压力信号进行处理和运算并生成对应的温度数据信号、湿度数据信号和压力数据信号。3.根据权利要求1所述的一种温湿压及烟雾报警变送器电路，其特征在于，信号处理模块包括mcu处理器、时钟电路和看门狗电路，所述时钟电路和看门狗电路均与所述mcu处理器连接，所述mcu处理器的第十五引脚至第十七引脚、第二十九至第三十一引脚与所述温湿压采集模块电连接。4.根据权利要求3所述的一种温湿压及烟雾报警变送器电路，其特征在于，所述mcu处理器与信号接口之间设置有485收发器，其将mcu处理器处理得到的数据信号按rs-485串行通讯标准转换数据格式以通过所述信号接口传输至上位机。5.一种温湿压及烟雾报警变送器，基于权利要求1-4任一项所述的温湿压及烟雾报警变送器电路。其特征在于，包括：第一电路板，所述比较器设置于第一电路板，所述探测元件与所述第一电路板电连接；变送器盖，其盖上设置有一端具有开口的腔体，所述探测元件容纳于所述腔体内，所述第一电路板将所述腔体的开口封闭；第二电路板，所述信号处理电路设置于第二电路板；变送器壳体，所述变送器壳体内设置有空间，所述第二电路板固定于所述空间内；至少一个温湿压采集组件，其一端穿过所述变送器壳体与所述第二电路板电连接。6.根据权利要求5所述的一种温湿压及烟雾报警变送器，其特征在于，所述变送器壳体的其中一个侧壁上穿设有输出连接器插座，所述输出连接器穿过所述变送器壳体与所述第二电路板电连接。7.根据权利要求5所述的一种温湿压及烟雾报警变送器，其特征在于，所述变送器盖上在所述腔体处均匀密布有通气小孔，以实现探测元件对环境进行采样。8.根据权利要求5所述的一种温湿压及烟雾报警变送器，其特征在于，所述温湿压采集探头组件包括：与所述第二电路板电连接的探头连接器；屏蔽线缆，其一端卡锁与探头连接器中，其另一端与温湿压采集板电连接；采集板支架，其套设于所述温湿压采集板外部；过滤套安装于采集板支架外周面上。9.根据权利要求8所述的一种温湿压及烟雾报警变送器，其特征在于，所述采集板支架上沿轴向设置有多组凸起，每组凸起之间形成导向槽，所述温湿压采集板沿所述导向槽插设于采集板支架中。10.根据权利要求8所述的一种温湿压及烟雾报警变送器，其特征在于，所述变送器壳体的一侧壁上穿设有温湿压采集连接器插座，所述温湿压采集板通过所述温湿压采集连接
器插座与所述第二电路板电连接。

技术总结
本发明属于列车内环境监测技术领域，提供了一种温湿压及烟雾报警变送器电路及变送器，包括信号收集电路以及与所述信号收集电路电连接的信号处理电路；信号收集电路包括至少一个温湿压采集模块和烟感探测模块，烟感探测模块中设置有能够对环境进行采样的探测元件，以及能够将所述探测元件的采样输出值与设定阈值进行对比的比较器，所述比较器的输出结果将生成烟雾报警信号。本发明的优点在于针对现有车载环境监测传感器测量方案中的缺点，采用测量部件模块化设计，使得各模块可独立更换，提升了产品的可维护性。并且集成有烟感探测模块，可实现安装空间的火灾报警监控。可实现安装空间的火灾报警监控。可实现安装空间的火灾报警监控。


技术研发人员：吕阳 郑华雄 刘丹 姚福龙 杨丹 余建君
受保护的技术使用者：宁波中车时代传感技术有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/5