一种用于室内气体检测的小车

1.本实用新型属于气体检测领域，具体为一种用于室内气体检测的小车。


背景技术：

2.在进行一些房屋室内外装修、屋内装饰设计之前，需要对室内环境进行必要的监测，防止室内有毒气体含量过高，对设计者及相关人员的身体安全造成影响。目前使用的气体检测装置大多为手持式或推行式，需要人工操作实地检测且局限于单一的气体变量进行检测，这种检测方式存在一定问题：当有毒气体含量过高时，实地检测使检测人员吸入大量有毒气体，危及检测人员健康，其次存在检测精度不高、效果差、不能实现实时监测的问题，无法给检测人员全面的反馈室内环境的质量，不能达到报警提醒的功能。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型发明提供一种用于室内气体检测的小车，通过小车对室内需检测气体进行含量检测，将检测数据反馈记录在显示装置上，针对有毒气体含量超标位置拍照记录并报警。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于室内气体检测的小车，包括小车、检测装置、显示器，小车车体包括下支撑板和上支撑板，下支撑板上安装有驱动装置、检测装置，驱动装置的驱动电机对称安装在下支撑板两侧，驱动电机输出端与双向螺纹杆连接且双向螺纹杆另一端与车轮连接，下支撑板端部安装有若干个检测装置，检测装置上设置有cpu模块、温度检测模块、气体检测模块、报警装置，所述温度检测模块、气体检测模块、报警装置与cpu模块连接；上层上支撑板上安装有收集装置、显示器，所述显示器通过支架安装在上支撑板端部，所述收集装置包括开发板、摄像头模块，摄像头模块固定在开发板端部，所述cpu模块与开发板连接，开发板、摄像头模块与显示器连接。
5.进一步地，所述驱动电机连接有直流电机减速模块，直流电机减速模块通过螺栓固定在下支撑板上。
6.进一步地，所述上支撑板上安装有电机驱动板，电机驱动板上设置有驱动芯片、稳压器、滤波电容，所述驱动芯片输出端连接稳压器后与驱动电机连接，驱动电机还连接有滤波电容。
7.进一步地，述气体检测模块检测元件采用气体传感器。
8.进一步地，所述气体传感器包括tvoc传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器。
9.本实用新型的有益效果：
10.本实用新型提供了一种用于室内气体检测的小车，通过小车对室内需检测气体进行含量检测，检测数据反馈记录在显示装置上，同时将采集到的数据通过上位机进行对比处理，针对有毒气体含量超标区域实现记录并报警功能，小车精准反馈室内有毒气体情况，防止相关人员无防备措施进入有毒气体区域造成不良后果，也便于后续施工安排调整和对
应区域净化工作开展，具有较好实用性。
附图说明
11.图1为本实用新型的主视剖视结构示意图；
12.图2为本实用新型的俯视结构示意图；
13.图3为本实用新型的剖视结构示意图；
14.图4为本实用新型的双向螺杆与车轮连接示意图；
15.图5为本实用新型的传感器模块示意图；
16.图6为本实用新型的电机驱动板示意图；
17.图7为本实用新型报警装置电路图；
18.图8为本实用新型报警装置与cpu连接电路图；
19.图9为本实用新型气体传感器电路图；
20.图10为本实用新型摄像头模块与显示器连接电路图；
21.图11为本实用新型外部电路图；
22.图中，1―小车，2―下支撑板，3―上支撑板，4―电池组模块，5―驱动电机，6―双向螺纹杆，7―车轮，8―检测装置，9―cpu模块，10―温度检测模块，11―固定机箱、12―报警装置，13―支架，14―显示器，15―开发板， 16―摄像头接口模块，17―直流电机减速模块，18―驱动芯片，19―稳压器，20―摄像头，21―滤波电容，22―电机驱动板。
具体实施方式
23.为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
24.如图所示，用于室内气体检测的小车，包括小车1、检测装置8、显示器14。小车1为双层结构，包括下支撑板2和上支撑板3，下支撑板2与上支撑板3形成空腔结构，用于放置和保护下支撑板2上的各个模块。
25.下支撑板2上安装有驱动装置、电池组模块4、检测装置8。电池组模块4内部开设有空腔，且空腔内部均竖向安装有固定竖板，固定竖板两侧安装有锂电池。电池组模块4前端设计有u型口，用于固定直流电机减速模块17，同时驱动电机5左右对称的安装在下支撑板2两侧前端，对下支撑板2起到支撑作用。电池组模块4与驱动电机5连接，驱动电机5与直流电机减速模块17连接构成直流减速电机，驱动电机5、电池组模块4、直流电机减速模块17均通过螺栓固定在下支撑板2上。
26.直流减速电机输出端安装有双向螺纹杆6，双向螺纹杆6连接车轮7控制车轮7转速并驱动小车1移动，双向螺纹杆6的外壁设置有外螺纹，与双向螺纹杆6连接的车轮7驱动半轴内壁设置有内螺纹，内外螺纹相适配，双向螺纹杆的外螺纹与直流减速电机输出半轴的内表面螺纹相匹配。当监测装置监测到某处有毒气体含量超标时，labview上位机程序发出指令控制直流电机减速模块17工作，使得小车减速，并通过摄像头20拍照记录此处位置。此时，直流减速电机作用在车轮7上的力通过双向螺纹杆6传递，双向螺纹杆6上的螺纹由于导程较大，将所受到的力分解成轴向与径向，径向上所受到的力较小，所以能控制小车减速。小车轮胎7设计成锯齿横向花纹状，增加了轮胎7与地面的接触面积，使得小车1的驱动力与
制动力都可以大幅度提升，同时，有利于直流减速电机的工作。
27.上支撑板3上安装有电机驱动板22，电机驱动板22上设置有驱动芯片18、稳压器19、滤波电容21。驱动芯片18与驱动电机5连接。本例中驱动芯片18型号为l298n的，l298n是可承载高电压、大电流的双路全桥式驱动芯片，可通过控制主控芯片上的i/o输入端，直接通过脉冲宽度调制的办法来调节输出电压，实现控制直流减速电机的正转、反转、停止，从而控制小车1的运动轨迹。驱动芯片18附近集成有稳压器19，采用线性稳压器78m05稳压器，稳压器19将输入电压稳定在5v左右的输出电压，为驱动芯片18和其他相关电路提供稳定的电源电压以及保护驱动芯片18和其他相关电路不受电源电压过高的影响，确保装置正常工作。滤波电容21用于平滑输出电压，减小电压波动、降低电磁干扰。当直流减速电机工作时，由于电机负载变化和电源电压的波动，输出电压会有所变化，这可能会导致电机不稳定或产生噪声。滤波电容可以减小这种波动，使输出电压更加稳定，同时降低电磁干扰，减少电流和电压的高频噪声。驱动芯片18还连接有散热片，防止因温度过高，损害芯片，驱动芯片18通过输出引脚连接在开发板15上实现控制。
28.在下支撑板2前端均匀分布有多个检测装置8，检测装置8数量根据实际需要测量的气体的种类增加，本例中设置有3个检测装置8，用于检测tvoc有害气体、一氧化碳、二氧化碳，通过螺丝固定在上支撑板3前端。检测装置8上设置有cpu模块9、温度检测模块10、固定机箱11、报警装置12，固定机箱11前端设计有5个温度检测模块10，固定机箱11内集成设置气体检测模块，气体检测模块检测元件采用气体传感器，分别是tvoc传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器。其中tvoc传感器能够实时监测室内tvoc有害气体的浓度，通常我们把室内环境中的甲醛及苯、氨、二甲苯等挥发性气体称为tvoc气体。气体检测模块与cpu模块9连接，气体传感器电路图如图9所示，电路设置有４个信号传输脚，２个加热器引脚，加热器用于为传感器提供合适的工作温度，当传感器感受到气体时，电阻率会发生变化，导致输出电压会发生变化，变化的值通过adc0832 模/数转换器转换成数字信号传递给单片机，cpu模块9就可以根据气体的浓度判定是否触发声光报警，气体传感器的输出端与cpu模块9的ch0 端相连。
29.报警装置12采用声光报警模块，结合蜂鸣器和led等多种方式来进行报警，通过单股导线与气体传感器连接，接收传感器发送的信号。报警装置12电路图如图7所示，报警装置的整体电路是由以下模块所构成：单片器控制模块、发光报警模块、isd4004语音模块以及语音输入输出驱动模块。isd4004语音模块的片选通信号由单片机控制器的p2.0端口提供，显示模块采用的是1602液晶显示芯片，该芯片与单片机的p0端口相连。
30.报警装置12与cpu模块9连接，报警装置电路在at89c51的控制下，当监测到外部环境异常时，发出蜂鸣声。at89c51单片机作为cpu模块9控制核心，与isd4004相关引脚相连。其中，单片机的p1.0端口与isd4004的片选端口（ss）相连，当p1.0端口输出低电平时选中isd4004芯片可用；单片机的p1.1端口与isd4004的串行输入引脚（mosi）相连，地址编码数据由单片机通过该引脚传输进入到芯片内部；单片机的p1.2端口与isd4004的串行输出引脚（mosi）相连，地址编码数据由芯片内部通过该引脚传输进入到单片机中；单片机at89c51的p1.3端口与isd4004的串行时钟输入引脚（sclk）相连，作为同步传输的时钟频率实用，时钟频率由单片机所提供。单片机at89c51的p1.4端口与isd4004的中断引脚（int）相连，接收从语音芯片发的eom信号，获得语音段结束信息，控制其放音或快进操作；而isd4004音频信
号输出引脚（audout）通过放大电路与外部驱动电路相连。
31.cpu模块9从逻辑上可以划分成3个部分，分别是控制单元、运算单元和存储单元，这三部分由cpu内部总线连接起来。当气体传感器、温度传感器检测到气体异常或温度异常时，实时将信息传输到cpu模块9中进行存储，cpu模块9将信息记录传输开发板15，开发板15将各个检测装置8汇总到工业显示器14上，与摄像头20拍摄的位置信息一起供检测人员查看，显示器14将报警信号传输至报警装置12中，触发报警。
32.上支撑板3上安装有收集装置、显示器14。显示器14通过支架13直接固定在上支撑板3尾部，使用工业用显示器14作为上位机可实现通信及显示功能。显示器14基于labview技术，利用数据采集卡对环境参数的数据进行模拟，还可以通过数据传感器实现对数据的采集。收集装置包括开发板15、摄像头模块，摄像头模块包括摄像头20及图像传感器，本设计采用sccb总线的形式对摄像头模块中的图像传感器进行控制，并对其中的寄存器进行读写操作。
33.摄像头20通过摄像头接口模块16安装固定在开发板15端部。本例中选用esp32摄像头模块，其具有较高的图像分辨率以及支持多种接口协议、wifi与蓝牙通信等，对小车1行进轨迹有着较好的精度与准确性。摄像头模块通过图像传感器与显示器14连接，采用ov7670图像传感器，由于其体积小、工作电压低，可稳定的采集图像，满足无线图像采集系统的设计要求。连接电路图如图10所示，其中，sio_d数据线与sio_c时钟线可作为串行摄像机控制总线协议的引脚，实现芯片之间的通讯。图像采集的程序设计是先在sccb的时序下，完成对ov7670图像传感器寄存器的设置，包括设置图像输出格式、时钟频率等，此时设置寄存器com7为0x14，com15为0xd0，在初始化ov7670之后，检测帧同步信号vsync，帧数同步信号是在起始信号位，代表一帧数据就要开始发送，其在高电平时有效。接下来就是要等待帧同步信号的到来，如果检测到此信号，就执行下一步，打开写使能信号，当ov7670的行同步信号href，此时为高电平时，它会与写使能信号经过sn74lvc1g00输出低电平，使al422b写使能。之后，如果有像素时钟的驱动，此时ov7670图像传感器采集到的图像数据就会在写入cpu之前，先暂存到al422b 中，当出现一个pclk下降沿时，就会采集一个字节信息，当采集到第二个字节时，此时采集到的两个字节的信息代表一个像素，下一步，就是采集像素点的数据。当其接收到帖同步信号跳变，就会触发外部中断，此时关闭写使能，最终会完成一顿数据的采集，并暂存完毕。cpu和al422b 缓存图像是分步进行的，要将al422b 芯片里的图像数据读出，需要cpu读取fifo里的数据，要经过第一步要禁止帧存储器写操作、复位顿存储器写指针和复位帧存储器读指针，接着就要读取像素的字节，这就需要一个fifo读时钟的信号；最后循环给al422b 读时钟信号，此时读取剩余的像素实现一帧图像的采集。
34.开发板15主控芯片采用arduino mega 1280，使用集成电路总线接口与显示器14的dm164驱动进行通信，开发板15的接口对摄像头模块进行供电。主控芯片上的通过输入/输出口（引脚和驱动芯片上的din，dcki引脚）连接通过程序实现通信，采用双线串行接口，数据按顺序以一定的格式串行进入驱动芯片，驱动并将数据记录在显示器14中。arduino mega 1280经过串口之后与显示器14连接，接收上位机指令，并同时向驱动电机5出时钟信号、正反转信号及使能控制等信号。开发板15与cpu模块9通过spi口进行通信，同时spi口还可用于控制和监视的控制寄存器，当有数据传输时，gpio口可向dma发出请求。gpio_out引脚负责传输gpio的命令和进行命令响应。gpio接收的命令是由arduino mega 1280的a0控
制器发出的，在接收到arduino mega 1280的命令会产生命令响应。
35.工业显示器14作为上位机，控制整个系统的核心模块，主要包括有上位机操作界面的接口、数据传输接口、上位机与下位机的交互接口等。labview程序通过自带的labsql数据包工具实现与数据库的连接。
36.本实用新型的工作过程：
37.在需要对室内环境进行检测时，移动小车1进入到室内，开发板15通电后控制cpu模块9进行工作，开始监测室内各气体含量和温度，各个气体传感器将采集到的数据传输到cpu模块9，cpu模块9将信息记录传输开发板15，开发板15将各个检测装置8检测值记录并与正常值进行比较后将比较出的结果一起传送到显示器14。若分析出空气中有毒气体含量或室内温度超过预定值，显示器14发出指令控制直流电机减速模块17工作，使得小车减速并通过摄像头20拍照记录此处位置，cpu模块9将信息记录传输到工业显示器14上与摄像头20拍摄的位置信息一起供后续检测人员查看，同时显示器14将报警信号传输至报警装置12中，触发报警，由led小灯和蜂鸣灯发出警报信息。室外的检测人员听到报警后，在小车驶出后查看有害气体位置及气体含量，安排相应净化工作或调整施工安排，若检测过程中无报警发生，则正常开展施工。
38.本实用新型提供了一种用于室内气体检测的小车，通过小车对室内需检测气体进行含量检测，检测数据反馈记录在显示装置上，同时将采集到的数据通过上位机进行对比处理，针对有毒气体含量超标区域实现记录并报警功能，小车精准反馈室内有毒气体情况，防止相关人员无防备措施进入有毒气体区域造成不良后果，也便于后续施工安排调整和对应区域净化工作开展，具有较好实用性。
39.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种用于室内气体检测的小车，其特征在于：包括小车、检测装置、显示器，小车车体包括下支撑板和上支撑板，下支撑板上安装有驱动装置、检测装置，驱动装置的驱动电机对称安装在下支撑板两侧，驱动电机输出端与双向螺纹杆连接且双向螺纹杆另一端与车轮连接，下支撑板端部安装有若干个检测装置，检测装置上设置有cpu模块、温度检测模块、气体检测模块、报警装置，所述温度检测模块、气体检测模块、报警装置与cpu模块连接；上层上支撑板上安装有收集装置、显示器，所述显示器通过支架安装在上支撑板端部，所述收集装置包括开发板、摄像头模块，摄像头模块固定在开发板端部，所述cpu模块与开发板连接，开发板、摄像头模块与显示器连接。2.如权利要求1所述的一种用于室内气体检测的小车，其特征在于：所述驱动电机连接有直流电机减速模块，直流电机减速模块通过螺栓固定在下支撑板上。3.如权利要求1所述的一种用于室内气体检测的小车，其特征在于：所述上支撑板上安装有电机驱动板，电机驱动板上设置有驱动芯片、稳压器、滤波电容，所述驱动芯片输出端连接稳压器后与驱动电机连接，驱动电机还连接有滤波电容。4.如权利要求1所述的一种用于室内气体检测的小车，其特征在于：所述气体检测模块检测元件采用气体传感器。5.如权利要求4所述的一种用于室内气体检测的小车，其特征在于：所述气体传感器包括tvoc传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器。

技术总结
本实用新型公开了一种用于室内气体检测的小车，属于气体检测领域，包括小车、检测装置、显示器，小车包括下支撑板和上支撑板，下支撑板上安装有驱动装置、检测装置，下支撑板端部安装有若干个检测装置，检测装置上设置有CPU模块、温度检测模块、气体检测模块、报警装置；上层上支撑板上安装有收集装置、显示器，收集装置包括开发板、摄像头模块，摄像头模块固定在开发板端部。本实用新型通过小车对室内需检测气体进行含量检测，检测数据反馈记录在显示装置上，同时将采集到的数据通过上位机进行对比处理。对比处理。对比处理。


技术研发人员：杨乐 张智泓 赖庆辉 曾荣壕 李沛航 李健剑
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/9/16