煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置的製作方法
2023-07-14 15:59:46 1
專利名稱：煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線監測裝置，特別是一種對煤礦環境參數和工況 參數的無線監測裝置，屬於監測領域。
技術背景井下環境參數包括瓦斯(CH,)、硫化氫(H2S)、 一氧化碳(C0)、溫度 (°C)、氧氣(02);工況參數包括煤礦井下大型機電設備，(如釆煤機、 刮板溜子、轉載機、皮帶機、液壓泵站、移動變電站、水泵等設備)的開/ 停、電壓、電流、溫度、功率等設備的運行及故障狀態。現有的環境參數及 工況參數監測的傳輸方式均為有線傳輸監測，由於受有線傳輸制約，許多環 境參數和工況參數無法進行有線傳輸(如井下釆空區和綜釆工作面的環境參 數及採煤機在工作時的各種運行狀態及故障狀態)。煤礦井下環境參數及主要機電設備工況參數監測裝置主要布設在工作人 員可到達位置安裝的裝置，這種裝置主要依靠井下工作人員按煤礦安全規程 要求固定相關裝置到相應位置來監測周圍的環境參數及機電設備工況參數。 特別是煤礦井下的採空區、綜釆工作面等，由於環境條件惡劣，環境參數及 工況參數監測裝置無法安裝及傳輸，因此，井下釆空區、綜採工作面環境參 數監測裝置無法安裝及傳輸，因此，井下釆空區、綜釆工作面環境參數及工 況參數無法進行實時監測。在釆空區瓦斯的聚集是造成重大瓦斯爆炸事故的 主要隱患，極易造成人員的重大傷亡。同時在綜釆工作面的大型釆煤機的設 備工況參數的監測及遠程故障診斷信號無法有效地傳輸，極易造成大型釆煤機設備損壞並停產，造成重大經濟損失。現有的煤礦井下大型機電設備，如刮板溜子、轉載機、皮帶機、液壓泵 站、移動變電站、水泵等均需要對其工況參數(如設備的開/停)進行工況參
數監測，傳統的傳輸方式均為有線傳輸監測，而且對遠程故障診斷的需求無 法進行。
釆煤機工況參數(電壓、電流、溫度、設備的運行及故障狀態等)，因 其特殊的往返移動式工作方式，無法進行有線傳輸監測及滿足遠程故障診斷 的需求。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在於針對現有技術的不足，提供一種結 構簡單、傳輸信道可靠的遠距離無線監測裝置，將其井下的瓦斯、硫化氫、 一氧化碳、溫度、氧氣等環境參數傳感器和機電設備工況參數傳感器配合使 用，實現遠距離環境參數和工況參數的監測。
為此，本實用新型提供了一種煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置， 其特徵在於，包括用於對煤礦環境參數和工況監測參數進行釆集、編碼並通 過射頻發送器進行發送的前端釆集發射設備，用於對所述前端釆集發射設備 的信號進行接收的無線監測器。
本實用新型採用無線技術對遠距離的井下環境參數和機電設備工況參數 進行監測，避免了由於煤礦井下惡劣環境無法進行環境參數和井下機電設備 的工況參數的監測，從而造成礦井重大事故的發生、人員傷亡和機電設備的 損壞。對井下環境參數的監測釆用無線監測技術不僅僅是為節約大量有線電 纜，關鍵是它還將在礦井遇到重大災害時，破壞了有線傳輸系統，利用無線 監測裝置及其自動組網技術可形成無線傳輸系統，仍然可對井下環境參數進 行安全監測，是解決煤礦安全救援救災的重要監測手段，在煤礦安全生產中 具有重要的意義。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖i為本實用新型第一優選實施例的系統示意圖2為本實用新型前端釆集發射設備的結構示意圖3為本實用新型無線監測器的結構示意圖；圖4為固定安裝於釆煤機工作面的前端採集發射設備的裝配示意圖； 圖5-1為本實用新型前端採集發射設備的電源電路圖； 圖5-2為本實用新型前端釆集發射設備的SDRAM存儲電路圖； 圖5-3為本實用新型前端採集發射設備的FLASH存儲電路圖； 圖5-4為本實用新型前端採集發射設備的傳感器接口電路圖； 圖5-5為本實用新型前端採集發射設備的射頻發送器接口電路圖； 圖6-1為本實用新型無線監測器的電源電路圖； 圖6-2為本實用新型無線監測器的射頻接收器接口電路圖； 圖6-3為本實用新型無線監測器的USB接口電路圖；具體實施方式
圖1為本實用新型第一優選實施例的系統示意圖。如圖1所示，本實用 新型包括用於對煤礦環境參數和工況監測參數進行採集、編碼並通過射頻發 送器進行發送的前端採集發射設備1,用於對所述前端釆集發射設備的信號 進行接收的無錢監測器2。圖2為本實用新型前端採集發射設備的結構示意圖。如圖2所示，前端採集發射設備1包括對煤礦環境參數或工況監測參數進行感應並採集的傳感 器3，對傳感器3採集的電信號進行打包並編碼的釆樣控制模塊4，將釆樣控 制模塊4的輸出信號進行射頻發送的射頻發送器5。本實施例中，傳感器3 可為感應瓦斯(CH4)、硫化氫(H2S)、 一氧化碳(C0)、溫度(°C)、氧氣 (02)等的傳感器。上述實施例中，採樣控制模塊4可以為低功耗、主頻大於等於64兆赫茲 並支持WinCE、 Linux等作業系統的16/32位微處理器。本實施例中，採樣控 制模塊採用S3C44BOX處理器；所述射頻發送器為Zigbee (紫蜂技術)射頻 發送器；作業系統採樣Linux系統。S3C44B0X處理器採用ARM7TDMI核心， 是一款低功耗、高性能16/32位RISC微處理器，主頻達64MHz，板載接口豐 富，支持juC/0S-I1和juCLinux等作業系統，160引腳LQFP封裝。內核工作 電壓為2.5V, I/O 口和存儲電路工作電壓為3.3V。 S3C44B0X集成了大量的功 能單元，其中包括2個UART接口、 8通道10bitADC、電源控制功能、日曆功 能的實時時鐘、看門狗定時器、PLL時鐘產生器等。S3C44B0X將系統的存儲 空間分成8組(Bank),每組的大小是32MB，共256MB。 BankO到Bank5用 於ROM或SRAM， Bank6和Bank7用於ROM、 SRAM或SDRAM， S3C44B0X採用nGCS [7: 0]8個通用片選信號選擇這些組。各種環境參數和工況參數傳感器將釆集到 的環境參數工況參數信息傳送給處理器S3C44B0X,處理器對這些數據進行打 包處理(如設置時間、日期和設備編號等)後傳送至Zigbee模塊，然後通過無線方式發射出去。圖3為本實用新型無線監測器的結構示意圖。如圖3所示，無線監測器2包括接收前端採集發射設備1發送的射頻信號的射頻接收器6，對該射頻信 號進行解析、處理和比較判斷的處理器7，將所述處理器7處理後的信號傳 送到煤礦安全監測監控系統進行顯示、存儲和報警的通信模塊。處理器7 的輸出信號分別輸出至進行顯示的顯示器8,輸出至用於保存所述輸出信號 的存儲模塊9，輸出至用於進行報警的報警模塊10。射頻接收器6可採用 Zigbee(紫蜂技術)射頻接收器。本實施例中，採用S3C2410X處理器和Linux 作業系統來實現。S3C2410X處理器是一款基於ARM920T內核的16/32位RISC 嵌入式處理器，主要面向手持式設備以及高性價比、低功耗的應用，具有存 儲管理單元(畫U),主頻可達203MHz，支持WinCE、 Lirmx等搡作系統，272 引腳FBGA封裝。S3C2410X集成了大量的功能單元，其中包括1個LCD控制 器、觸控螢幕接口、 3個UART通道、2個USB主機接口和1個USB設備接口、 8 通道10bitADC、日曆功能的RTC、看門狗定時器、PLL時鐘產生器等。S3C2410X 將系統的存儲空間分成8組(Bank),每組的大小是128MB,共1GB。 BankO 到Bank5的開始地址是固定的，用於ROM或SRAM， Bank6和Bank7用於ROM、 SRAM或SDR細，這兩個組可編程且大小相同，S3C2410X採用nGCS[7: 0] 8個
通用片選信號選擇這些組。環境參數和工況參數數據通過Zigbee模塊接收到 以後送至處理器進行解析和處理，處理完畢後進行顯示、存儲和報警等操作。 顯示包括當前環境參數和工況參數數據的顯示和最近一段時間的一個變化曲 線的顯示，讓工作人員更直觀地了解最近一段時間環境參數數據和工況參數 的變化趨勢，提前做好預警預報工作。存儲是將最近一段時間內的參數數據 保存，工作人員可以直接將手持監測器境參數數據和工況參數的變化趨勢， 提前做好預警預報工作。存儲是將最近一段時間內的參數數據保存，工作人 員可以直接將手持監測器通過手持監測器上的USB接口直接連接到PC機上來 讀取保存的數據文件，或直接在井下轉接入現有的煤礦安全監測監控系統。 報警的主要目.的是當出現環境參數和工況參數信息超過用戶的規定值時，發 出告警，提示工作人員釆取預防措施，避免事故的發生或自動控制斷電等措 施。報警主要是當環境參數和工況參數超過或低於某一用戶設定的門限值時， 發出報警聲音或轉接入現有煤礦安全監測監控系統中。從而按煤礦有關安全 規程規定進行斷電控制和對機電設備故障狀態進行報警、顯示並通過網際網路 進行遠程診斷。上述實施例中，無線監測器2可為手持移動式或固定式。圖4為固定安 裝於釆煤機工作面的前端採集發射設備的裝配示意圖。如圖4所示，前端採 集發射設備1通過RS232接口來釆集釆煤機11的參數，再經無線鏈路發送至 無線監測器2。圖5-1為本實用新型前端採集發射設備的電源電路圖。其中2.5V給 S3C44B0X處理器的內核供電，3. 3V給處理器的I/O 口和其他集成晶片提供電圖5-2、 5-3為本實用新型前端採集發射設備的存儲電路圖。使用了一片 1Mx 16bit的Flash和一片4M x 16bit的SDRAM，處理器通過nGCSO與片外的 Flash相連，地址線A1-A20與Flash的AO-A19相連，片外的SDRAM與處理 器的專用SDRAM片選信號nSCSO相連。
圖5-4為本實用新型前端採集發射設備的傳感器接口電路圖。傳感器數據通過Ul送入處理器S3C44B0X的串口 0,處理後的數據通過處理器的串口 1被送至射頻發送器。
圖5-5為本實用新型前端釆集發射設備的射頻發送器接口電路圖。
圖6-1為本實用新型無線監測器的電源電路圖。其中1.8V給處理器的核供電，3. 3V給處理器的I/O 口和其他集成晶片提供電源。
圖6-2為本實用新型無線監測器的射頻接收器接口電路圖。
圖6-3為本實用新型無線監測器的USB接口電路圖，主要提供USB連接。最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍。
權利要求1. 一種煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其特徵在於，包括 用於對煤礦環境參數和工況監測參數進行釆集、編碼並通過射頻發送器進 行發送的前端採集發射設備，用於對所述前端採集發射設備的信號進行接 收的無線監測器。
2. 根據權利要求l所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其特徵在於，所述前端釆集發射設備包括對煤礦環境參數或工況監測參數進 行感應並釆集的傳感器，對所述傳感器採集的電信號進行打包並編碼的釆 樣控制模塊，將所述釆樣控制模塊的輸出信號進行射頻發送的射頻發送 器。
3. 根據權利要求2所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述釆樣控制模塊為低功耗、主頻大於等於64兆赫茲並支持 WinCE和/或Linux作業系統的16/32位微處理器。
4. 根據權利要求2所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述釆樣控制模塊為S3C44B0X處理器；所述射頻發送器為 Zigbee射頻發送器。
5. 根據權利要求l所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述無線監測器包括接收所述前端釆集發射設備發送的射頻信 號的射頻接收器，對所述射頻信號進行解析、處理和比較判斷的處理器， 所述處理器的輸出信號分別輸出至進行顯示的顯示器，輸出至用於保存所 述輸出信號的存儲模塊，輸出至用於進行報警的報警模塊。
6. 根據權利要求5所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述處理器為低功耗、主頻大於等於203兆赫茲、支持WinCE 和/或Linux作業系統並具有存儲管理單元的處理器。
7. 根據權利要求5所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述處理器為S3C2410X處理器。
8. 根據權利要求l所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，其 特徵在於，所述無線監測器包括接收所述前端釆集發射設備發送的射頻信 號的射頻接收器，對所述射頻信號進行解析和處理的處理器，將所述處理 器處理後的信號傳送到煤礦安全監測監控系統進行顯示、存儲和報警的通 信模塊。
9. 根據權利要求5或8所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置， 其特徵在於，所述射頻接收器為Zigbee射頻接收器。
10. 根據權利要求l、 5或8所述的煤礦環境參數及工況參數無線監測 裝置，其特徵在於，所述無線監測器為手持移動式或固定式。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦環境參數及工況參數無線監測裝置，包括用於對煤礦環境參數和工況監測參數進行採集、編碼並通過射頻發送器進行發送的前端採集發射設備，用於對所述前端採集發射設備的信號進行接收的無線監測器。對井下環境參數的監測採用無線監測技術不僅僅是為節約大量有線電纜，關鍵是它還將在礦井遇到重大災害時，破壞了有線傳輸系統，利用無線監測裝置及其自動組網技術可形成無線傳輸系統，仍然可對井下環境參數進行安全監測，是解決煤礦安全救援救災的重要監測手段，在煤礦安全生產中具有重要的意義。
文檔編號G08C17/02GK201022018SQ20072003120
公開日2008年2月13日 申請日期2007年2月8日 優先權日2007年2月8日
發明者偉 周, 弋 孫, 柏 宋, 華 朱 申請人:西安科技大學