一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器转让专利
申请号 : CN201010049778.3
文献号 : CN106508053B
文献日 : 2014-06-04
发明人 : 张华杰 , 何璟 , 孔文艳 , 张敏 , 龚一平 , 谭诚
申请人 : 上海电控研究所
摘要 :
本发明提供一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，包括电源滤波转换电路、760nm红外光传感电路、960nm红外光传感电路、4400nm红外光传感电路、信号调理电路、温度补偿电路、CPU接口电路、CAN总线接口电路、双色指示灯电路。与现有技术相比，其优点和效果是：本发明采用了三光谱电路结构，能够有效地提高探测火灾的能力，探测火警准确率高，防误报能力强；通过CPU采样、运算进行温度补偿，使探测灵敏度在宽温环境下保持一致，智能化程度显著得到提高；当车辆严重颠簸或中弹起火致使某路电源或总线故障时，仍能够正常工作。
权利要求 :
1.一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，包括电源滤波转换电路、信号调理电路、温度补偿电路、CPU接口电路、CAN总线接口电路、双色指示灯电路，所述的电源滤波转换电路(1)与各电路相连，温度补偿电路(8)与CPU接口电路(9)的AD转换端口连接，CPU接口电路(9)与CAN总线接口电路(11)、双色指示灯电路(10)相连接；其特征在于：所述三光谱军用车辆CAN总线光学探测器还包括760nm红外光传感电路、960nm红外光传感电路、
4400nm红外光传感电路，三个红外光传感电路均与电源滤波转换电路(1)、CPU接口电路(9)的AD转换端口相连接，用于判断是否受到碳氢火焰光照射。
2.根据权利要求1所述的三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，其特性在于：760nm红外光传感电路包括760nm红外光敏管(2)、第一信号调理电路(3)，960nm红外光传感电路包括960nm红外光敏管(4)、第二信号调理电路(5)，4400nm红外光传感电路包括4400nm红外光敏管(6)、第三信号调理电路(7)，三个红外光敏管(2)、(4)、(6)一端分别与电源相连通、另一端接地，760nm红外光敏管(2)、960nm红外光敏管(4)、4400nm红外光敏管(6)分别与第一信号调理电路(3)、第二信号调理电路(5)、第三信号调理电路(7)并联相连接。
3.根据权利要求1或2所述的三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，其特性在于：
760nm红外光敏管(2)为设有760nm滤光片的Ge探测器，960nm红外光敏管(4)为设有
960nm滤光片的Ge探测器；红外光敏管(6)为设有4400nm滤光片的PbSe探测器。
4.根据权利要求1所述的三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，其特性在于：第一信号调理电路(3)、第二信号调理电路(5)、第三信号调理电路(7)分别包括两个并联分压电阻、两个串联分压电阻、一个限流电阻、两个滤波电容，两个串联分压电阻串联后与两个并联分压电阻、两个滤波电容相并联，后再与限流电阻相串联，用于对各路红外信号进行分压、限流和滤波，使其适应于CPU接口电路(9)的AD端口的输入。
说明书 :
一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光学探测器，具体地说是一种用于三光谱军用车辆CAN总线，可以探测和监视碳氢火焰的光学探测器。
背景技术
[0002] 探测器的应用环境是多种多样的，存在着各种紫外干扰源和红外干扰源。例如中国发明专利申请号为200710083853.6中，提出了的双光谱军用车辆CAN总线光学探测器。为了确保火灾探测器的可靠性，该探测器中由CPU对紫外辐射的阈值信号和红外辐射的阈值信号进行分析比较。只有当所有的参数都符合逻辑算法，火灾报警才能被确定。然而，探测器的实际应用中，由于多种干扰源对两个波段的传感器都产生影响，因此，在特定的条件下，当一个红外辐射源(如太阳光)和一个紫外辐射源(如电弧焊火花)同时存在时，双光谱探测器有可能无法判断干扰源的性质而发生误报警。此外，一个强度极高的紫外信号也有可能阻止双光谱探测器的逻辑分析电路将紫外信号与红外信号进行比较分析，使其探测火灾的能力受到影响。
发明内容
[0003] 针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，它能够准确地探测火警。
[0004] 本发明的技术构思是：为克服现有双光谱光学探测器的不足之处，探测器采用了三个具有极窄探测波段的红外传感器作为探测器件，这三个传感器各自所覆盖的探测波段分别为：760nm、960nm和4400nm。除了和普通红外光学探测器一样选择了CO2峰值辐射作为主要探测目标之外，三光谱红外光学探测器还在CO2峰值辐射波段一侧选择了两个用于鉴别高温红外辐射源和背景辐射的窄波段作为监视目标。由于任意一个红外辐射源在这三个波段都有自己独一无二的光谱特征，比较这三个波段辐射强度之间的数学关系，就可将火焰和其他红外辐射源区别开来。另外，红外三光谱光学探测器很好地解决了探测信号随探测距离的增加而衰减的矛盾，即使这三个波段的辐射信号因空气的吸收而发生衰减，其辐射强度之间的数学关系却并不随信号的衰减而发生变化，采用数字相关技术对接收到的信号进行分析，就可以将因衰减而淹没在噪声中的火焰信息检出，从而极大地提高了探测器的探测距离和灵敏度，实践证明，红外三光谱光学探测器的有效探测距离比普通光学探测器至少提高了4倍。因其探测原理的先进性，红外三光谱火焰探测器对除连续性的、经过调制的或具有周期变化特性的以外的其他非火焰红外辐射源(如照明光源、黑体和灰体辐射源等)都具有抗干扰能力，误报率极低。三光谱红外光学探测器能够较好地解决了双光谱探测器存在的上述问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种三光谱军用车辆CAN总线光学探测器，包括电源滤波转换电路、信号调理电路、温度补偿电路、CPU接口电路、CAN总线接口电路、双色指示灯电路，所述的电源滤波转换电路与各电路相连，包括依次连接的电容、共轭线圈滤波网络、电源模块及其外围电路，实现双路电源输入；所述的温度补偿电路与CPU接口电路的AD转换端口连接，包括热敏电阻和分压电阻，用于测量环境温度，修正探测灵敏度；所述的CPU接口电路对输入的模拟量进行转换、计算，同时控制输出并进行总线管理；所述的CAN总线接口电路包括依次连接的隔离电源、信号芯片、两个CAN总线收发器，其中隔离电源、信号芯片与CPU的两路CAN控制器数据收发端连接，实现了双路CAN总线数据的隔离和收发；所述的双色指示灯电路与CPU的一端口连接，包括双色发光管和限流电阻，用于指示工作状态和火警；还包括760nm红外光传感电路、960nm红外光传感电路、4400nm红外光传感电路，三个红外光传感电路与电源滤波转换电路、CPU接口电路的AD转换端口相连接，用于判断是否受到碳氢火焰光照射。
[0006] 所述的760nm红外光传感电路包括760nm红外光敏管、第一信号调理电路，960nm红外光传感电路包括960nm红外光敏管、第二信号调理电路，4400nm红外光传感电路包括4400nm红外光敏管、第三信号调理电路，760nm、960nm、4400nm红外光敏管一端分别与电源相连通、另一端接地，760nm、960nm、4400nm三个红外光敏管分别与三个信号调理电路并联相连接。
[0007] 所述的760nm红外光敏管为设有760nm滤光片的Ge探测器，960nm红外光敏管为设有960nm滤光片的Ge探测器；4400nm红外光敏管为设有4400nm滤光片的PbSe探测器。
[0008] 所述的信号调理电路包括两个并联分压电阻、两个串联分压电阻、一个限流电阻、两个滤波电容，两个串联分压电阻串联后与两个并联分压电阻、两个滤波电容相并联，后再与限流电阻相串联，用于对各路红外信号进行分压、限流和滤波，使其适应于CPU接口电路的AD端口的输入。
[0009] 本发明由于采用了760nm红外光传感电路、960nm红外光传感电路、4400nm红外光传感电路，与现有技术相比，其优点和有益效果是：集成了CAN总线接口，可直接接入车电信息网络，及时地将火警、工作状态等信息传输给车辆显控终端；由于选用了与碳氢火焰的三个较强光谱范围相适应的光敏元件，探测火警准确率高，防误报能力强，通过CPU采样、运算进行温度补偿，使探测灵敏度在宽温环境下保持一致；充分运用CPU的运算处理能力，进行故障自检、上电时间累计等工作，智能化程度显著得到提高。由于采用了双电源、双路CAN总线的冗余设计，当车辆严重颠簸或中弹起火致使某路电源或总线故障时，仍能不影响其正常工作。
附图说明
[0010] 以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 图1为本发明的三光谱军用车辆CAN总线光学探测器结构方框图；
[0012] 图2为本发明的电源滤波、转换电路原理图；
[0013] 图3为本发明的760nm红外光传感电路原理图；
[0014] 图4为本发明的960nm红外光传感电路原理图；
[0015] 图5为本发明的4400nm红外光传感电路原理图。
[0016] 附图标记
[0017] 电源滤波转换电路1；760nm红外光敏管2；信号调理3；960nm红外光敏管4；信号调理5；4400nm红外光敏管6；信号调理7；温度补偿8；CPU接口电路9；双色指示灯火通10；CAN总线接口11。
具体实施方式
[0018] 如图1所示，为本发明三光谱军用车辆CAN总线光学探测器的方框图，包括电源滤波转换电路1、温度补偿电路8、CPU接口电路9、双色指示灯电路10、CAN总线接口电路11和760nm、960nm、4400nm红外光传感电路，三个红外光传感电路与电源滤波转换电路、CPU的AD转换端口相连接，用于判断是否受到碳氢火焰光照射。电源滤波转换电路1输入端与双路电源相连接，输出端与各电路相连接，CAN总线接口电路11与双路CAN总线连接。所述的760nm红外光传感电路包括760nm红外光敏管2、信号调理电路3，960nm红外光传感电路包括960nm红外光敏管4、信号调理电路5，4400nm红外光传感电路包括4400nm红外光敏管6、信号调理电路7，电源滤波转换电路1与760nm、960nm、4400nm红外光传感电路相连，760nm、960nm、4400nm红外光传感电路、温度补偿电路8与CPU接口电路9相连，CPU接口电路9分别与CAN总线接口电路11、双色指示灯电路10相连通。所述的温度补偿电路8由热敏电阻和分压电阻组成，与CPU9的AD转换端口连接，其中热敏电阻为表面安装负温度系数片型100KΩ热敏电阻。CPU 9的AD转换端口检测分压电阻端的电压，在-40℃～+55℃范围内近似于线性变化，通过检测该电压值即可对红外光敏管判断受到光照的基准值进行修正，从而保证了探测灵敏度在宽温条件下的一致性。所述的CPU接口电路包括Freescale单片机MC9S12DP512、X5043S8I外部看门狗芯片、REF3040基准电压芯片、12MHz晶振、BDM程序下载、调试接口和芯片外围电阻、电容，CPU的AD转换端口端口接收来自红外光传感电路产生的电压信号，并进行记录。X5043S8I外部看门狗芯片可在程序跑飞的情况下令CPU复位重启。REF3040基准电压芯片为CPU进行AD转换提供电压参考基准。MC9S12DP512为
16位混合信号CPU，具有强大的信号处理、运算功能和多种、多路总线接口。CPU通过AD转换端口检测红外电压值是否过高或过低来判断其是否发生故障；通过其内部时钟计时把上电时间存储在EEPROM中；通过CAN总线端口把上述信息和火警信息发送给车辆显控终端。
所述的CAN总线接口电路依次连接隔离电源、信号芯片ADUM5402和两个CAN总线收发器TJA1050T，其中隔离电源、信号芯片ADUM5402与所述CPU的两路CAN控制器数据收发端连接，将CPU端的数据收发信号转换为CAN总线的差分信号，同时提供CAN总线接口电源和数据信号的隔离，保护内部电路。所述的双色指示灯电路包括φ5双色发光管L-59EGW-CA和限流电阻，与CPU 9的一端口连接，当光学探测器工作正常时CPU的IO口控制绿灯每5s闪烁一次，红外电路故障时不闪烁；当探测到火警时则CPU的IO口控制红灯亮以示警。
16位混合信号CPU，具有强大的信号处理、运算功能和多种、多路总线接口。CPU通过AD转换端口检测红外电压值是否过高或过低来判断其是否发生故障；通过其内部时钟计时把上电时间存储在EEPROM中；通过CAN总线端口把上述信息和火警信息发送给车辆显控终端。
所述的CAN总线接口电路依次连接隔离电源、信号芯片ADUM5402和两个CAN总线收发器TJA1050T，其中隔离电源、信号芯片ADUM5402与所述CPU的两路CAN控制器数据收发端连接，将CPU端的数据收发信号转换为CAN总线的差分信号，同时提供CAN总线接口电源和数据信号的隔离，保护内部电路。所述的双色指示灯电路包括φ5双色发光管L-59EGW-CA和限流电阻，与CPU 9的一端口连接，当光学探测器工作正常时CPU的IO口控制绿灯每5s闪烁一次，红外电路故障时不闪烁；当探测到火警时则CPU的IO口控制红灯亮以示警。
[0019] 如图2所示，为本发明的电源滤波、转换电路原理图，电源滤波转换电路1由依次连接的电容、共轭线圈滤波网络、源模块4NIC-DC5及其外围电路组成，电源滤波采用滤波网络，能够滤除电源中的瞬变尖峰电压、输出平稳的电压传递给电源模块4NIC-DC5的输入端口，其输出为平稳的5V电源，提供各电路工作所需电源。
[0020] 如图3所示，为本发明的760nm红外光传感电路原理图。红外光敏管2接收来自火焰的红外光源，红外光敏管2一端与电源相连通、另一端接地，红外光敏管2与信号调理电路3并联相连接。红外光敏管2为Ge探测器J16-5SP-R02M，探测器上设有760nm滤光片，使红外光敏管2的响应峰值波长为760nm。信号调理电路3包括并联分压电阻RS1、RS2，串联分压电阻R21、R24、限流电阻R17、滤波电容C1、C2，串联分压电阻R21、R24串联后与并联分压电阻RS1、RS2、两个滤波电容C1、C2相并联，后再与限流电阻R17相串联，用于对红外信号进行分压、限流和滤波，使其适应于CPU 9的AD端口的输入。当760nm红外光敏管2收到760nm波长的红外光时，其电阻值将发生变化，在电路上表现为电压的波动，CPU 9通过AD端口检测该电压值的变化，即可判断出是否有红外光照射。
[0021] 如图4所示，为本发明的960nm红外光传感电路原理图。红外光敏管4接收来自火焰的红外光源，红外光敏管4一端与电源相连通、另一端接地，红外光敏管4与信号调理电路5并联相连接。红外光敏管4为Ge探测器J16-5SP-R02M，探测器上设有960nm滤光片，使红外光敏管4的响应峰值波长为960nm。信号调理电路5包括并联分压电阻RS3、RS4，串联分压电阻R22、R25、限流电阻R17、滤波电容C1、C2，串联分压电阻R22、R25串联后与并联分压电阻RS3、RS4、两个滤波电容C1、C2相并联，后再与限流电阻R17相串联，用于对红外信号进行分压、限流和滤波，使其适应于CPU 9的AD端口的输入。当960nm红外光敏管4收到960nm波长的红外光时，其电阻值将发生变化，在电路上表现为电压的波动，CPU 9通过AD端口检测该电压值的变化，即可判断出是否有红外光照射。
[0022] 如图5所示，为本发明的4400nm红外光传感电路原理图。红外光敏管6接收来自火焰的红外光源，红外光敏管6一端与电源相连通、另一端接地，红外光敏管6与信号调理电路7并联相连接。红外光敏管6为PbSe探测器PE-0-51，探测器上设有4400nm滤光片，使红外光敏管6的响应峰值波长为4400nm。信号调理电路7包括并联分压电阻RS5、RS6，串联分压电阻R23、R26、限流电阻R17、滤波电容C1、C2，串联分压电阻R23、R26串联后与并联分压电阻RS5、RS6、两个滤波电容C1、C2相并联，后再与限流电阻R17相串联，用于对红外信号进行分压、限流和滤波，使其适应于CPU 9的AD端口的输入。当4400nm红外光敏管6收到4400nm波长的红外光时，其电阻值将发生变化，在电路上表现为电压的波动，CPU 9通过AD端口检测该电压值的变化，即可判断出是否有红外光照射。