無線可攜式甲烷巡更檢測儀的製作方法
2023-10-05 09:41:14
專利名稱：無線可攜式甲烷巡更檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線可攜式甲烷巡更檢測儀，具體地說，涉及一種用於在煤 礦井下檢測甲烷濃度並通過井下無線監控系統實時向上位機上傳數據或者通過礦用巡更 系統非實時向上位機上傳數據的無線可攜式甲烷巡更檢測儀。
背景技術：
目前市場使用的傳感器大致分為兩種，一種是可攜式傳感器，這種傳感器攜帶使 用方便，但是不能向上位機上傳數據；另一種是有線類固定式傳感器，這種傳感器能夠通過 電纜光纜實時向上位機上傳傳感器數據，但這種傳輸方式有一個缺點就是井下布線繁瑣， 安裝維護成本較大，而且傳輸線路很容易受到破壞，特別是當發生煤礦安全事故時，線纜有 可能會遭到致命的損壞，不能為搜救工作及事態檢測提供有效的信息。
發明內容本實用新型的目的是提供一種能實施傳輸井下甲烷濃度數據的無線可攜式甲烷 巡更檢測儀。實現上述目的的技術方案是一種無線可攜式甲烷巡更檢測儀，包括單片機及其 最小系統電路、電源電路、按鍵及開關機電路，電源電路和按鍵及開關機電路均與單片機及 其最小系統電路連接，還包括與單片機及其最小系統電路輸入端連接的時鐘電路、甲烷採 集放大電路、紅外遙控接收電路和RFID讀卡電路，以及與單片機及其最小系統電路的輸出 端連接的數碼管顯示電路、無線收發電路和報警電路；所述的單片機及其最小系統電路中 的單片機U1是內部集成一個八位單片機的射頻晶片；所述的甲烷採集放大電路由瓦斯傳 感頭U8、運放U2C、運放U2D、運放U2B和運放U2A組成，瓦斯傳感頭U8與電阻R4、R9、電位 器R6組成一個電橋，R7、R8、R11與運放U2C及運放U2D這兩個運放組成一個差分放大電路， R16、R17、R19、R15和一個運放U2B組成一個負反饋放大電路，運放U2A組成一個電壓跟隨 器，R12、C20組成一個低通濾波器。本實用新型的主要功能是檢測甲烷濃度，並通過可靠的兩種通信方式把數據上傳 到上位機電腦，另外還有一些輔助功能包括時鐘讀取顯示、電池電量採集顯示、甲烷濃度超 標報警、電池欠壓檢測報警、欠壓關機等。
圖1為本實用新型的電路結構框圖；圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。如圖1、2所示，一種無線可攜式甲烷巡更檢測儀，包括單片機及其最小系統電路
41、電源電路2、按鍵及開關機電路10，電源電路2和按鍵及開關機電路10均與單片機及其 最小系統電路1連接，還包括與單片機及其最小系統電路1輸入端連接的時鐘電路4、甲烷 採集放大電路5、紅外遙控接收電路6和RFID讀卡電路8，以及與單片機及其最小系統電路 1的輸出端連接的數碼管顯示電路9、無線收發電路7和報警電路3 ；所述的單片機及其最 小系統電路1中的單片機Ul是內部集成一個八位單片機的射頻晶片；所述的甲烷採集放大 電路5由瓦斯傳感頭U8、運放U2C、運放U2D、運放U2B和運放U2A組成，瓦斯傳感頭U8與 電阻R4、R9、電位器R6組成一個電橋，R7、R8、Rll與運放U2C及運放U2D這兩個運放組成 一個差分放大電路，R16、R17、R19、R15和一個運放U2B組成一個負反饋放大電路，運放U2A 組成一個電壓跟隨器，R12、C20組成一個低通濾波器。 如圖1、2所示，單片機及其最小系統電路1中的最小系統電路由集成塊JP1、J2、 J3、穩壓管 D1、電阻 R5、電阻 R13、電阻 R14、R2、晶振 Y1、電容 C14、C15、Cl、C2、C3、C4、C5、 C6、C17組成；所述的J2、J3構成電池充放電電路，J2焊接電池的正極、負極和充電引腳，J3 焊接一個充電接口 ；穩壓管D1、電阻R5和電容C6構成復位電路，集成塊JPl用來接程序燒 寫口，晶振Yl和電容C14、C15構成時鐘電路，C14和C15為晶振負載電容，C1、C3、C17是濾 波電容。如圖1、2所示，報警電路3由三極體Q1、蜂鳴器Jl和電阻R3組成，三極體Ql的基 極接電阻R3，三極體Ql的集電極接蜂鳴器J1，電阻R3接單片機的52腳。如圖1、2所示，時鐘電路4由電容C27和晶片U12、U7組成，C27與U7並聯，U12是 低功耗的時鐘晶片，U12與U7連接，U12的7腳與單片機的50腳連接。如圖1、2所示，紅外遙控接收電路6由電阻R20、晶片U10、電阻R34和電容C25組 成，晶片UlO的1腳接單片機的1腳，晶片UlO的2腳接地，UlO的3腳與電容C25的正極 連接，電阻R34的一端與電源電路(2)連接，另一端與電容C25的正極連接。如圖1、2所示，無線收發電路7包括內置天線ANTl和ANT2、電容C13、C18、C16、 C9、阻抗變換器L9、線圈L7、L3、L4，內置天線ANTl和ANT2分別與電容C13、L7、C18相連， 線圈L7和C13並聯，電容C18的另一端與阻抗變換器L9的1腳連接，L9的3腳分別與線 圈L3和電容C9連接，阻抗變換器L9的4腳分別與線圈L4和電容C9連接，L9的2腳與電 容C16連接，電容C16的另一端接地，線圈L3與單片機Ul的36腳連接，線圈L4與單片機 Ul的35腳連接。如圖1、2所示，RFID讀卡電路8由晶片U9、三極體Q2、電容C12和電阻R18組成， 電阻R18的一端與單片機Ul的48腳連接，另一端與三極體Q2的基極連接，三極體Q2的集 電極與晶片U9的10腳連接，電容C12的正極接晶片U9的10腳，電容C12的負極接地。如圖1、2所示，按鍵和開關機電路10由D觸發器U3、三極體Q3、電容C19、C22、C26 和電阻R24、R1、R10組成，電容C19的正極接D觸發器U3的14腳，負極分別接D觸發器U3 的6、7、8、9、10腳，電容C22與電阻RlO並聯，D觸發器U3的4腳分別與電阻Rl和電容C26 連接，電阻R24的一端接D觸發器U3的1腳，另一端接三極體D3的基極。本實用新型的工作原理如下如圖2所示，單片機及其最小系統電路1的單片機是主晶片U1，它是Freescale公 司的射頻晶片MC13211，內部集成一個八位單片機；J2、J3構成電池充放電電路，J2焊接電 池的三根線(正極負極和充電引腳)，J3焊接一個充電接口用來配套充電器上的充電口。D1、R5、C6構成復位電路，R5和C6構成了延時，D1起快速放電作用，JP1用來接程序燒寫口。 R13和R14對供電電壓進行分壓輸出給AD 口作為電源電量檢測用。晶振Y1和電容C14、 C15構成時鐘電路，給主晶片MC13211提供時鐘，C14和C15為晶振負載電容用於調整晶振 的振蕩頻率。CI、C3、C17是濾波電容，並且CI、C3、C17分別加於內部ADC供電VDDAD、射頻 Modem供電VBATT和單片機供電VDD三個供電引腳，C2、C4、C5、C7是起去耦作用，R2起上 拉作用。如圖2所示，電源電路2由兩個線性穩壓晶片U4、U11和四個電容C8、Cll、C23、 C24組成，U11穩出直流2. 8V給傳感頭供電，U4穩出3V給除傳感頭外的元器件供電，C8、 Cll、C23、C24均起濾波作用。如圖2所示，報警電路3中當FM為高電平，三極體Q1導通，蜂鳴器J1鳴叫，電阻 R3起限流作用。如圖2所示，時鐘電路4中的U12是一款低功耗的時鐘晶片，單片機可以實時從時 鍾晶片中讀取當前的時間值。U7是晶振給時鐘晶片提供標準的時鐘頻率，電容C27用來校 正晶振U7的振蕩頻率。如圖2所示，甲烷採集放大電路5中的U8是瓦斯傳感頭，它與電阻R4、R9、電位器 R6組成一個電橋，調節R6可使電橋平衡，平衡時電橋兩端電壓差為0，可定義為甲烷濃度的 零點，當空氣中存在甲烷時，傳感頭部分電平發生變化，電橋平衡被破壞。R7、R8、R11與運 放U2C和運放U2D組成一個差分放大電路，用來放大從電橋過來的差分信號，R16、R17、R19、 R15和運放U2B組成一個負反饋放大電路，再次放大代表甲烷濃度的信號，電容C21起信號 的旁路作用，C10在放大電路中起相位補償防止自激的作用。運放U2A組成一個電壓跟隨 器，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點，起阻抗變換的作用。R12、C20組成一個低通濾波 器，用來濾除放大電路中的低頻幹擾。如圖2所示，紅外遙控接收電路6中電阻R20、R34起上拉作用，電容C25起去耦 作用，紅外遙控用於對甲烷軟體零點、放大倍數、補償係數、時間、報警點等參數的設置與調 整，方便用戶使用。如圖2所示，無線收發電路7中的無線信號經由C13、L7和C18進行濾波去耦，阻 抗變換器L9進行阻抗變換，再由C9、L3、L4將信號傳給單片機U1處理部分，C16的作用是 濾波。ANT1和ANT2是內置天線。如圖2所示，RFID讀卡電路8中的R18和三極體Q2用來控制讀卡模塊的供電，當 RFSW為高電平時模塊才正常工作，該模塊內置圓形天線可直接讀取地址信息扣和人員信息 卡(即普通的IC卡)的信息，信息以RS232的數據格式輸出給單片機U1處理。電容C12 起濾波作用。如圖2所示，數碼管顯示電路9中的電阻R25、R26 R33均起限流作用。如圖2所示，按鍵及開關機電路10中的U3是D觸發器，3弓丨腳有上升沿則1弓丨腳 輸出Q取反，若輸出Q為低電平，三極體Q3導通，系統正常工作，若輸出Q為高電平則系統 關機。R1、C26組成上電復位電路，B+上電後，4腳電平為高則清零輸出Q，系統開機，穩定後 4腳為低電平可進行正常的按鍵開關機。J4接按鍵面板，R10起下拉作用，開關鍵KGJ沒按 下時，懸空為低電平，按下後與B+短接為高電平，U3輸出取反進行開關機切換，C22用來旁 路濾除低頻雜波。另外單片機U1也可以通過二極體D4來進行關機操作，主要在電池電壓低於關機電壓時單片機Ui檢測後自動對系統進行關機處理.
權利要求一種無線可攜式甲烷巡更檢測儀，包括單片機及其最小系統電路(1)、電源電路(2)、按鍵及開關機電路(10)，電源電路(2)和按鍵及開關機電路(10)均與單片機及其最小系統電路(1)連接，其特徵在於還包括與單片機及其最小系統電路(1)輸入端連接的時鐘電路(4)、甲烷採集放大電路(5)、紅外遙控接收電路(6)和RFID讀卡電路(8)，以及與單片機及其最小系統電路(1)的輸出端連接的數碼管顯示電路(9)、無線收發電路(7)和報警電路(3)；所述的單片機及其最小系統電路(1)中的單片機U1是內部集成一個八位單片機的射頻晶片；所述的甲烷採集放大電路(5)由瓦斯傳感頭U8、運放U2C、運放U2D、運放U2B和運放U2A組成，瓦斯傳感頭U8與電阻R4、R9、電位器R6組成一個電橋，R7、R8、R11與運放U2C及運放U2D這兩個運放組成一個差分放大電路，R16、R17、R19、R15和一個運放U2B組成一個負反饋放大電路，運放U2A組成一個電壓跟隨器，R12、C20組成一個低通濾波器。
2.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於所述的單片機及 其最小系統電路(1)中的最小系統電路由集成塊JP1、J2、J3、穩壓管D1、電阻R5、電阻R13、 電阻 R14、R2、晶振 Y1、電容 C14、C15、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C17 組成；所述的 J2、J3 構成 電池充放電電路，J2焊接電池的正極、負極和充電引腳，J3焊接一個充電接口 ；穩壓管D1、 電阻R5和電容C6構成復位電路，集成塊JPl用來接程序燒寫口，晶振Yl和電容C14、C15 構成時鐘電路，C14和C15為晶振負載電容，C1、C3、C17是濾波電容。
3.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於所述的報警電路(3)由三極體Q1、蜂鳴器Jl和電阻R3組成，三極體Ql的基極接電阻R3，三極體Ql的集電 極接蜂鳴器J1，電阻R3接單片機的52腳。
4.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於所述的時鐘電路(4)由電容C27和晶片U12、U7組成，C27與U7並聯，U12是低功耗的時鐘晶片，U12與U7 連接，U12的7腳與單片機的50腳連接。
5.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於所述的紅外遙控 接收電路(6)由電阻R20、晶片U10、電阻R34和電容C25組成，晶片UlO的1腳接單片機的 1腳，晶片UlO的2腳接地，UlO的3腳與電容C25的正極連接，電阻R34的一端與電源電路 (2)連接，另一端與電容C25的正極連接。
6.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於所述的無線收發 電路(7)包括內置天線4^1和4附2、電容(13、(18、(16、09、阻抗變換器1^9、線圈1^7、1^3、 L4,內置天線ANTl和ANT2分別與電容C13、L7、C18相連，線圈L7和C13並聯，電容C18的 另一端與阻抗變換器L9的1腳連接，L9的3腳分別與線圈L3和電容C9連接，阻抗變換器 L9的4腳分別與線圈L4和電容C9連接，L9的2腳與電容C16連接，電容C16的另一端接 地，線圈L3與單片機Ul的36腳連接，線圈L4與單片機Ul的35腳連接。
7.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於RFID讀卡電路 (8)由晶片U9、三極體Q2、電容C12和電阻R18組成，電阻R18的一端與單片機Ul的48腳 連接，另一端與三極體Q2的基極連接，三極體Q2的集電極與晶片U9的10腳連接，電容C12 的正極接晶片U9的10腳，電容C12的負極接地。
8.根據權利要求1所述的無線可攜式甲烷巡更檢測儀，其特徵在於按鍵和開關機電 路(10)由D觸發器U3、三極體Q3、電容C19、C22、C26和電阻R24、Rl、RlO組成，電容C19 的正極接D觸發器U3的14腳，負極分別接D觸發器U3的6、7、8、9、10腳，電容C22與電阻RlO並聯，D觸發器U3的4腳分別與電阻Rl和電容C26連接， 電阻R24的一端接D觸發器 U3的1腳，另一端接三極體D3的基極。
專利摘要一種無線可攜式甲烷巡更檢測儀，包括單片機及其最小系統電路、電源電路、按鍵及開關機電路，電源電路和按鍵及開關機電路均與單片機及其最小系統電路連接，還包括與單片機及其最小系統電路輸入端連接的時鐘電路、甲烷採集放大電路、紅外遙控接收電路和RFID讀卡電路，以及與單片機及其最小系統電路的輸出端連接的數碼管顯示電路、無線收發電路和報警電路；所述的單片機及其最小系統電路中的單片機U1是內部集成一個八位單片機的射頻晶片。本實用新型能實施傳輸井下甲烷濃度數據，並通過可靠的兩種通信方式把數據上傳到上位機電腦，另外還有一些輔助功能包括時鐘讀取顯示、電池電量採集顯示、甲烷濃度超標報警、電池欠壓檢測報警、欠壓關機等。
文檔編號G01N33/00GK201615900SQ201020101398
公開日2010年10月27日 申請日期2010年1月26日 優先權日2010年1月26日
發明者餘日存, 婁華平, 張冬亮, 張吉哲, 張廣雷, 鬱春雷 申請人:江蘇三恆科技集團有限公司;宜興市三恆自動化儀表有限公司