礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置的製作方法
2023-06-29 01:27:06 1
專利名稱：礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬礦井生產安全監控裝置，特別涉及一種礦井，特別是煤礦井下生產綜合環境智能監控數據採集通訊裝置。
背景技術：
近幾年來，煤礦安全監控系統有很大發展，主要是基於數據機的DCS通信系統或者是RS232、RS485的通信系統。上述系統可以實現基本的通信，提高了礦井生產的安全係數，但是這些系統存在著許多不足，如網絡結構與通信方式不規範，系統都有自己獨立的通信系統，傳輸速率低，一般在4800B/S以下；缺乏統一的通信協議及信息交換標準；信號處理精度不高；傳輸線上數據的抗幹擾能力低。
發明內容
本發明的目的在於克服上述技術不足，提供一種應用CAN總線的卓越性能和技術組建硬體系統，實現實時檢測煤礦井下瓦斯濃度、CO濃度、井下溫度、粉塵濃度、通風情況、風機開停狀態等參數，並可以完成軟體監控、超限聲光報警、開關相關設備，特別是裝置中加了符合CAN2.0B協議的通信控制器和收發器，能與上位機通信，實現信息的交換和數據上傳的礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置。
本發明解決技術問題採用的技術方案是一種由電源電路、傳感器電路、模入通道電路、聲光報警電路和執行器電路組成的礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置，其特點是在系統中設置了中央處理器電路、LCD驅動電路和通信接口電路；中央處理器電路它包括中央處理器U13、軟體監視器U4、非門U3A、晶體振蕩器y1、二極體D1、開關S1、電容C2、C4、C5和電阻R6、R7；U13的1腳接R7一端、U3A的2腳和通信接口電路中的通信控制器U14的17腳，2腳接模入通道電路中的採樣保持器U6的LC端，3、4、5腳分別接多路模擬開關U2的9、10、11腳，6腳接U6的OUT端，7腳接傳感器電路的C22、R36的一端和光電耦合器A1的4腳，8、9腳分別接LCD驅動電路中的LCD驅動晶片U20的RD、WR端和U14的5、6腳，11腳接C2、D1一端和+5V電源，12腳接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13腳接C4、y1一端，14腳接U14的3腳、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16腳接聲光報警電路的R10一端，19、20、21腳分別接執行器電路的R40、R38、R42一端，25、28腳分別接U20的DATA、CS端，29腳接U4的6腳，30腳接U14的4腳，31腳接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8腳和地，32腳分別接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11腳和+5V電源，33～40腳分別接U14的23～28、1、2腳；U4的1腳接8腳，2腳接+5V電源，3、4腳接地，7腳接U3A的1腳。
LCD驅動電路它包括LCD驅動晶片U20、晶體振蕩器y3、電容C25～C27和可調電阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1腳、C27一端和+5V電源，VLCD端接R32的2、3腳，VSS端接C27另一端和地。
通信接口電路它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN總線收發器U18、發電隔離器U15、U16、CAN總線、晶體振蕩器y2、電容C6、C7、C11、C17～C19和電阻R16～R20、R22～R24；U14的9腳接y2、C18一端，10腳接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13腳接R17一端，19腳接R19一端和U16的6腳；U15的2腳接+5V電源，3腳接R17另一端，6腳接R18一端和U18的1腳，7腳接R18另一端、+5V電源和U16的2腳；U16的3腳接R20的一端，7腳接R19的另一端和+5V電源；U18的2腳接C17、R22一端和地，3腳接C17另一端和+5V電源，4腳接R20的另一端，6腳接CAN一邊，7腳接CAN的另一邊，8腳接R22的另一端，CAN的兩邊端頭分別接電阻R23、R24的兩端。
本發明的有益效果是該裝置對煤礦井下的瓦斯濃度、CO濃度、井下溫度、粉塵濃度、通風情況、風機開停狀態等參數實現實時檢測，並可以完成軟體監控、超限聲光報警、開關相關設備；特別是裝置中加了符合CAN2.0B協議的通信控制器和接收器，能與上位機通信，實現信息的交換和數據上傳；傳輸速率高；具有統一的通信協議及信息交換標準，信號處理精度高，傳輸線上數據抗幹擾能力強。對煤礦井下安全生產十分有利。
以下結合附圖以實施例具體說明。
圖1示礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置的結構框圖。
圖2示圖1的中央處理器電路、LCD驅動電路、通信接口電路原理圖。
圖3示圖1的電源電路原理圖。
圖4示圖1的聲光報警電路原理圖。
圖5示圖1的模擬通道電路原理圖。
圖6示圖1的傳感器電路原理圖。
圖7示圖1的執行器電路原理圖。
圖中，1-電源電路；2-中央處理器電路；3-通信接口電路；4-聲光報警電路；5-LCD驅動電路；6-模入通道電路；7-傳感器電路；8-執行器電路；U1-一氧化碳傳感器；U2-多路模擬開關；U4-軟體監視器；U5、U23、U24-繼電器；U6-採樣保持器；U7-高精度集成穩壓器；U8-集成溫度傳感器；U9-風速傳感器；U10、U12-三端固定正穩壓電源；U11-三端固定負穩壓電源；U13-中央處理器；U14-CAN總線收發器；U15、U16-光電隔離器；U18-CAN總線收發器；U17、AR1～HR4-運算放大器；U19-高濃度甲烷傳感器；U20-LCD驅動晶片；U21-開停傳感器；U22-粉塵傳感器；U23、U24、U25-固態繼電器；Z1、Z2、Z3-電池；y1～y3-晶體振蕩器；S1-開關；CAN-總線；T1、T2-變壓器；D7、D8-整流橋；LS1-蜂鳴器；DS1-顯示燈；SENSOR-瓦斯傳感器；A-光電耦合器；Q1～Q4-三極體；C16、C28～C30-電解電容；C1～C15、C17～C25-電容；D1、D5、D6-二極體；D2-穩壓二極體；R1～R4、R6～R31、R33、R34、R36、R38～R45-電阻；R5、R13、R15、R24、R32、R35、R37-可變電阻；具體實施方式
參照附圖，該裝置由電源電路1、傳感器電路7、模入通道電路6、聲光報電路4和執行器電路8組成，其特點是在系統中設置了中央處理器電路2、LCD驅動電路5和通信接口電路3；中央處理器電路3它包括中央處理器U13、軟體監視器U4、非門U3A、晶體振蕩器y1、二極體D1、開關S1、電容C2、C4、C5和電阻R6、R7；U13的1腳接R7一端、U3A的2腳和通信接口電路中的通信控制器U14的1 7腳，2腳接模入通道電路6中的採樣保持器U6的LC端，3、4、5腳分別接多路模擬開關U2的9、10、11腳，6腳接U6的OUT端，7腳接傳感器電路7的C22、R36的一端和光電耦合器A1的4腳，8、9腳分別接LCD驅動電路5中的LCD驅動晶片U20的RD、WR端和U14的5、6腳，11腳接C2、D1一端和+5V電源，12腳接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13腳接C4、y1一端，14腳接U14的3腳、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16腳接聲光報警電路4的R10一端，19、20、21腳分別接執行器電路8的R40、R38、R42一端，25、28腳分別接U20的DATA、CS端，29腳接U4的6腳，30腳接U14的4腳，31腳接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8腳和地，32腳分別接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11腳和+5V電源，33～40腳分別接U14的23～28、1、2腳；U4的1腳接8腳，2腳接+5V電源，3、4腳接地，7腳接U3A的1腳。
LCD驅動電路5它包括LCD驅動晶片U20、晶體振蕩器y3、電容C25～C27和可調電阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1腳、C27一端和+5V電源，VCCD端接R32的2、3腳，VSS端接C27另一端和地。
通信接口電路3它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN總線收發器U18、發電隔離器U15、U16、CAN總線、晶體振蕩器y2、電容C6、C7、C11、C17～C19和電阻R16～R20、R22～R24；U14的9腳接y2、C18一端，10腳接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13腳接R17一端，19腳接R19一端和U16的6腳；U15的2腳接+5V電源，3腳接R17另一端，6腳接R18一端和U18的1腳，7腳接R18另一端、+5V電源和U16的2腳；U16的3腳接R20的一端，7腳接R19的另一端和+5V電源；U18的2腳接C17、R22一端和地，3腳接C17另一端和+5V電源，4腳接R20的另一端，6腳接CAN一邊，7腳接CAN的另一邊，8腳接R22的另一端，CAN的兩邊端頭分別接電阻R23、R24的兩端。
電源電路1(見附圖3)它包括三端固定正穩壓電源U10、U12、三端固定負穩壓電源U11、變壓器T1、T2、整流橋D7、D8、二極體D5、D6、電解電容C16、C28～C30和電容C8～C10、C13～C15；T1的1、2腳分別接220V電源，3、4腳分別接D7的3、4腳；D7的1腳接C29的負極、C14的一端和U11的3腳，2腳接C28的正極、C13的一端和U10的1腳；U10的2腳接U11的2腳、C8、C9、D5、D6一端、C13、C14另一端、C28負極、C29的正極和地，3腳接C8、D5另一端和+15/+12V電源；U11的1腳接C9、D6的另一端和-15/-12V電源；T2的1、2腳接220V電源，3、4腳分別接D8的3、4腳；D8的1腳接C30、C16負極、C15、C10一端、U12的2腳和地，2腳接C30正極、C15另一端和U12的1腳；U12的3腳接C10另一端、C16的正極和+5V電源。
聲光報警電路4(見附圖4)它包括運算放大器U17、三極體Q1、穩壓二極體D2、蜂鳴器LS1、顯示燈DS1電容C3、C12可變電阻R24和電阻R8～R10、R21、R25；U17的1腳接R24的2腳，2腳接R21、C12一端，C12另一端接地，3腳接R25、R9一端，R9另一端接地，4腳接C13和-12V電源、C3另一端和地，6腳接R8一端，7腳接+12V電源和R24的3腳；R8、R25另一端接R21另一端和D2一端、DS1、LS1一端；Q1的基極接R10的另一端，集電極接DS1、LS1的另一腳，發射極接D2另一端和地。
模入電路6(見附圖5)，它包括多路模擬開關U2、採樣保持器U6和電容C1；U2的1腳接傳感器電路7的R26、C21的一端，C21另一端接地，3腳接U6的INPUT端，5腳接傳感器電路7的AR4的4腳和R372、3腳，6腳接+5V電源，7、8腳接地，12腳接傳感器電路7的R27的一端和U9的OUT端，13腳接傳感器電路7的AR2的4腳和R5的2、3腳，14腳接C23、R1的一端和SENSOR的負極，15腳接AR3的4腳和R15的2腳，16腳接+5V電源；U6的V+端接+15V電源，LO端接C1一端和地；CH端接C1另一端，V-端接-15V電源。
傳感器電路7(見附圖6)它包括一氧化碳傳感器U1、高精度集成穩壓器U7、集成溫度傳感器U8、風速傳感器U9、高濃度甲烷傳感器U19、開停傳感器21、粉塵傳感器U22、運算放大器AR1～AR4、瓦斯傳感器SENSOR、光電耦合器A1、電池Z1、Z2、Z3、電容C20～C24、可變電阻R5、R13、R15、R35、R37和電阻R1～R4、R11～R15、R26～R28、R33、R34、R36；U1的1腳接AR1的3腳，2腳接AR1的1腳，3腳接R2的一端；AR1的2腳接+5V電源；AR2的1腳接R2的另一端和R4的一端，R4的另一端R5的1腳，2腳接R3、C20一端，R3、C20的另一端接地，3腳接+15V電源，5腳接-15V電源；U19的1腳接Z1的正極，3腳接Z1的負極，2腳接R26的另一端，U7的1腳接AR3的3腳和+15V電源，2腳接R12的一端，3腳接R11的一端和地；AR3的1腳接R13的2腳、R14的一端和U8的1腳，R12另一端接R13的1、3腳，R14的另一端接R15的1、3腳，2腳接R11另一端，5腳接U8的2腳和-15V電源；U9的1腳接+5V電源，3腳接R27的另一端和地；U21的1腳接+15V電源，2腳接R33的一端，3腳接地；A1的1腳接R33的另一端，2腳接+12V電源，3腳接地；R36的另一端接C22的另一端和地；U22的1腳接R35的1、3腳，2腳接Z3的負極，Z3的正極接R35的2腳；AR4的1腳接R37、R34的另一端和C24一端，C24另一端接地，2腳接R28的一端，R28的另一端接地，3腳接+15V電源，5腳接-15V電源。
執行器電路8(見附圖7)它包括固態繼電器U23、U24、U25、三極體Q2～Q4、電容C24、C25和電阻R29～R31、R38～R45；U23的1腳接R29一端，R29的另一端接+5V電源，2腳接Q2的集電極，3腳接R44的一端，4腳接C24的一端，C24的另一端接R44另一端；Q2的基極接R38的另一端和R39的一端，發射極接R39的另一端和地；U24的1腳接R30一端，R30另一端接+5V電源，2腳接Q3的集電極，3腳接R45一端，4腳接C25的一端，C25另一端接R45的另一端；Q3的基極接R40的另一端和R41一端，發射極接R41另一端和地；U25的1腳接Q4的集電極和R31的一端，R31的另一端接+5V電源，2腳接Q4的發射極、R43的一端和地；Q4的基極接R42、R43另一端。
該裝置系統工作原理一氧化碳傳感器U1、高濃度甲烷傳感器U19、低濃度甲烷傳感器SENSOR粉塵傳感器U22、溫度傳感器U8、風速傳感器U9將井下對應參數轉換為電信號，電信號再經濾波、放大、採樣後，轉換為中央處理器U13可以接受的信號送入U13的模擬信號輸入口。U13利用其內部的A/D轉換器進行A/D轉換。U13將轉換後的數據與其報警極限值比較，如果達到報警值則啟動聲光報警，顯示燈DS1會以一定頻率內爍，蜂鳴器LS1會發出「嘟、嘟」聲響。同時U13通過固態繼電器U25關斷不安全設備。
風速傳感器U9用來監測井下的通風量，如果風量不足則U13通過開/停傳感器U21讀風機狀態，如果風機為開，則通過繼電器U23打開備用風機，如果風機為關，則通過繼電器U24打開常用風機。
集成溫度傳感器U8用來檢測井下溫度值，便幹隨時掌握井下的溫度變化情況。
通信控制器U14、光電隔離器U15、U16和CAN總線收發器U18為CAN總線接口，用來實現監測節點與上位機的通信，一方面，上位機可以實時監測各節點處參數情況；另一方面井下各參數的報警極限值由上位機通過總線給井下中央處理器，可以根據監測點所放置的不同位置而賦予節點不同的極限值。
軟體監視器U4的作用是，如果監測系統程序跑飛或進入死循環，U4可及時發現，並給出一個復位信號，同時施加中央處理器U13和總線CAN通信控制器U14上，實現系統重新啟動。
權利要求
1.一種礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置，由電源電路(1)、傳感器電路(7)、模入通道電路(6)、聲光報警電路(4)和執行器電路(8)組成，其特徵在於在系統中設置了中央處理器電路(2)、LCD驅動電路(5)和通信接口電路(3)；中央處理器電路(3)它包括中央處理器U13、軟體監視器U4、非門U3A、晶體振蕩器y1、二極體D1、開關S1、電容C2、C4、C5和電阻R6、R7；U13的1腳接R7一端、U3A的2腳和通信接口電路中的通信控制器U14的17腳，2腳接模入通道電路6中的採樣保持器U6的LC端，3、4、5腳分別接多路模擬開關U2的9、10、11腳，6腳接U6的OUT端，7腳接傳感器電路(7)的C22、R36的一端和光電耦合器A1的4腳，8、9腳分別接LCD驅動電路(5)中的LCD驅動晶片U20的RD、WR端和U14的5、6腳，11腳接C2、D1一端和+5V電源，12腳接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13腳接C4、y1一端，14腳接U14的3腳、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16腳接聲光報警電路4的R10一端，19、20、21腳分別接執行器電路8的R40、R38、R42一端，25、28腳分別接U20的DATA、CS端，29腳接U4的6腳，30腳接U14的4腳，31腳接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8腳和地，32腳分別接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11腳和+5V電源，33～40腳分別接U14的23～28、1、2腳；U4的1腳接8腳，2腳接+5V電源，3、4腳接地，7腳接U3A的1腳。
2.根據權利要求1所述的礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置，其特徵在於LCD驅動電路(5)它包括LCD驅動晶片U20、晶體振蕩器y3、電容C25～C27和可調電阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1腳、C27一端和+5V電源，VCCD端接R32的2、3腳，VSS端接C27另一端和地。
3.根據權利要求1所述的礦井綜合環境智能監控數據採集通訊裝置，其特徵在於通信接口電路(3)它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN總線收發器U18、發電隔離器U15、U16、CAN總線、晶體振蕩器y2、電容C6、C7、C11、C17～C19和電阻R16～R20、R22～R24；U14的9腳接y2、C18一端，10腳接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13腳接R17一端，19腳接R19一端和U16的6腳；U15的2腳接+5V電源，3腳接R17另一端，6腳接R18一端和U18的1腳，7腳接R18另一端、+5V電源和U16的2腳；U16的3腳接R20的一端，7腳接R19的另一端和+5V電源；U18的2腳接C17、R22一端和地，3腳接C17另一端和+5V電源，4腳接R20的另一端，6腳接CAN一邊，7腳接CAN的另一邊，8腳接R22的另一端，CAN的兩邊端頭分別接電阻R23、R24的兩端。
全文摘要
本發明屬礦井生產安全監控裝置，特別涉及一種礦井，特別是煤礦井下生產綜合環境智能監控數據採集通訊裝置，由電源電路(1)、傳感器電路(7)、模入通道電路(6)、聲光報警電路(4)和執行器電路(8)組成，在系統中設置了中央處理器電路(2)、LCD驅動電路(5)和通信接口電路(3)；中央處理器電路(3)它包括中央處理器U
文檔編號G08C19/00GK1664511SQ20051004562
公開日2005年9月7日 申請日期2005年1月7日 優先權日2005年1月7日
發明者付華, 杜曉坤 申請人:遼寧工程技術大學