Детектор угарного газа
CARBON MONOXIDE DETECTOR

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.
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.
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.
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.
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 - 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.
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).
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.
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.
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.
Дополнительно используется ЖК индикатор модели MT-16S2D-2YLG, подключенный к микроконтроллеру по цифровому интерфейсу I2C. Питание модуля осуществляется напряжением +5 В.
Использование яркого светодиода BL-L101URC, звукового динамика 32 Ом и блока генерации низкочастотных пульсаций позволило реализовать светозвуковое и тактильное оповещение.
Разработанный макет детектора СО характеризуется 4 мя способами одновременного оповещения о концентрации газа:
1) Вывод концентрации СО в РРМ на ЖКИ;
2) Передача значений на ПК через USB порт;
3) Передача CMC сообщений на мобильный телефон.
4) Включение светозвукового и тактильного предупреждения об опасности
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.