專利名稱：一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)的采集器及記錄分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)的裝置，包括采集器及記錄分析器，國(guó)際專利分類號(hào)為E21F 17/18。
目前對(duì)煤礦井下有害氣體的監(jiān)測(cè)，如公告號(hào)為CN 2264911Y發(fā)明人為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的數(shù)字式多功能瓦斯報(bào)警器，又如公開號(hào)為CN 1096846A發(fā)明人為于斌、宋緒發(fā)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大多數(shù)局限于對(duì)瓦斯即CH4的監(jiān)測(cè)。但隨著人們對(duì)勞動(dòng)環(huán)境要求的不斷提高，對(duì)其它有害氣體如CO、CO2、SH、SO2、NO2，對(duì)有益氣體O2及其它因素如溫度、濕度等，進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和分析也是十分必要的，而這樣的裝置在煤礦井下卻很少見。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種對(duì)煤礦井下多種氣體如CH4、CO、CO2、SH、SO2、NO2以及O2、溫度、濕度進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和分析的裝置。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)裝置的采集器是這樣的由MAX8862集成電路U14和ICL7660集成電路U15組成本采集器的電源電路；PIC16C63單片機(jī)U12和鍵K1、K2、K3組成單片機(jī)與鍵盤電路；PIC16C63單片機(jī)U12的A口、B口和C口，SNR4HCA373集成電路U10的8個(gè)輸出鎖存端口Q0-Q7，MAX4052集成電路U11組成控制接口電路；X24F128集成電路U8、PCF8583集成電路U9組成存儲(chǔ)與時(shí)鐘電路；揚(yáng)聲器Y和發(fā)光二極管D4組成聲光報(bào)警電路；光敏二極管D3、MAX921集成電路U13和LM120液晶顯示器LCD組成液晶顯示電路；CH4傳感器與MAX748集成電路U1A、U1B，CO傳感器與MAX748集成電路U2A、U2B，RH傳感器與INA118集成電路U3，HT傳感器與INA118集成電路U4組成傳感器與調(diào)整電路電路；MAX478集成電路U7和MAX148集成電路U5、AD8303集成電路U6組成放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；O2傳感器與MAX748集成電路U16A、U16B，CO2傳感器與MAX748集成電路U17A、U17B，SH傳感器與MAX748集成電路U18A、U18B，SO2傳感器與MAX748集成電路U19A、U19B，NO2傳感器與MAX748集成電路U20A、U20B組成擴(kuò)展電路。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)裝置的記錄分析器是這樣的由PS1000-5集成電路U34組成電源電路；8032單片機(jī)U21、MAX813L集成電路U30和74LS373集成電路U22、U23組成單片機(jī)電路；27256集成電路U24組成程序存儲(chǔ)器電路；6264集成電路U25組成數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器電路；AT28F020集成電路U26、U27、U28及MAX662集成電路U29組成記錄存儲(chǔ)器電路和表格存儲(chǔ)器電路；DS12887集成電路U31組成時(shí)鐘電路；8032單片機(jī)U21的RXD引腳為數(shù)據(jù)線P3.0，TXD引腳為時(shí)鐘線P3.1組成數(shù)據(jù)通訊接口電路；8255集成電路U32的PA口、PB口組成液晶顯示器接口電路；鍵鍵盤與8255集成電路U32的PC口組成鍵盤電路；8255集成電路U33的PA口、PB口組成打印機(jī)接口電路。
本實(shí)用新型的有益效果在于該裝置能對(duì)煤礦井下多種氣體CH4、CO、CO2、SH、SO2、NO2以及O2、溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，既能防止瓦斯爆炸又能給勞保部門改善勞動(dòng)環(huán)境條件提供可靠的數(shù)據(jù)分析。
附


圖1是本實(shí)用新型采集器的框圖。
附圖2是本實(shí)用新型采集器電源電路的原理圖。
附圖3是本實(shí)用新型采集器單片機(jī)與鍵盤電路的原理圖。
附圖4是本實(shí)用新型采集器控制接口電路的原理圖。
附圖5是本實(shí)用新型采集器存儲(chǔ)器與時(shí)鐘電路的原理圖。
附圖6是本實(shí)用新型采集器聲光報(bào)警電路的原理圖。
附圖7是本實(shí)用新型采集器液晶顯示器電路的原理圖。
附圖8是本實(shí)用新型采集器傳感器與調(diào)整電路CH4、CO部分的原理圖。
附圖9是本實(shí)用新型采集器傳感器與調(diào)整電路濕度部分的原理圖。
附
圖10是本實(shí)用新型采集器傳感器與調(diào)整電路溫度部分的原理圖。
附
圖11是本實(shí)用新型采集器放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理圖。
附
圖12是本實(shí)用新型采集器擴(kuò)展電路的原理圖。
附
圖13是本實(shí)用新型記錄分析器的框圖。
附
圖14是本實(shí)用新型記錄分析器單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器、表格存儲(chǔ)器及記錄存儲(chǔ)器、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通訊接口部分的電路原理圖。
附
圖15是本實(shí)用新型記錄分析器電源、液晶顯示器接口、打印機(jī)接口及鍵盤部分的電路原理圖。
本氣體監(jiān)測(cè)裝置采集器的構(gòu)造原理如下如附
圖1的框圖所示，該采集器由電源、單片機(jī)與鍵盤、控制接口、存儲(chǔ)器與時(shí)鐘、聲光報(bào)警、液晶顯示器、傳感器與調(diào)整、放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展九部分部電路分構(gòu)成。
電源如附圖2圖所示，采用兩節(jié)3.6V電池串聯(lián)后作為穩(wěn)壓器U14的輸入電壓，OUT2提供3.175V電壓，為U5、U6、U8、U9、U10、U11、U12、U13、U14、U15提供電源；OUT1提供+5V電壓，經(jīng)U15反相后，組成一組±5V電壓，為U1、U2、U3、U4、U7提供工作電源。T4、T5、R36、R39、R40、R41組成電池容量檢測(cè)電路，R37、R36分壓點(diǎn)DYK-OUT接至8輸入端模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多路CH5輸入端，當(dāng)DYK端輸入一個(gè)高電平時(shí)，T5、T4導(dǎo)通，啟動(dòng)一次模數(shù)轉(zhuǎn)換判其轉(zhuǎn)換結(jié)果，可判定是否能連續(xù)工作8小時(shí)。
單片機(jī)與鍵盤如附圖3所示，單片機(jī)選用U12內(nèi)部有28個(gè)功能寄存器、192個(gè)RAM、8級(jí)堆棧，有內(nèi)部外部中斷功能，有22個(gè)I/O引腳，時(shí)鐘頻率可達(dá)20MHZ，片內(nèi)設(shè)有4K×14ROM，并有休眠功能。有關(guān)功能寄存器和I/O口設(shè)定如下，22個(gè)I/O線可分為A、B、C三個(gè)口，A口只有6個(gè)I/O線(RA0-RA5)，其中RA4為開漏輸出，B口和C口各8條I/O線，分別為RB0-RB7，RC0-RC7。本機(jī)設(shè)三個(gè)按鍵，K1接于RB4，K2接于RB5，K3接于RB6，每個(gè)按鍵都要通過一個(gè)限流電阻接T2，當(dāng)RA5輸出為高電平時(shí)T2導(dǎo)通鍵盤有效，在顯示、讀寫存儲(chǔ)器、時(shí)鐘和檢測(cè)中鍵盤無效。
控制接口電路如附圖4所示，U10的8個(gè)輸出鎖存端口Q0-Q7，U11的多路開關(guān)N0A至N3A及N0B至N3B，圖3中單片機(jī)的A、B、C口組成控制接口，進(jìn)行初始化、顯示、聲光報(bào)警、讀寫存貯器、時(shí)間操作、檢測(cè)等控制。圖4中CT為3PIN插頭，1腳接U11數(shù)據(jù)線N3A，2腳接U11時(shí)鐘線N3B，3腳接地，這個(gè)插頭用于采集器與記錄分析器聯(lián)結(jié)用。
存儲(chǔ)器與時(shí)鐘電路如附圖5所示，存貯器U8容量為16KB，片內(nèi)固化了本機(jī)顯示器所用的數(shù)字、符號(hào)及漢字代碼，同時(shí)也是記錄用存貯器。時(shí)鐘U9引腳7與圖3單片機(jī)U12引腳13聯(lián)結(jié)，時(shí)鐘誤差可通過C12來調(diào)正。存貯器和時(shí)鐘芯片用同一數(shù)據(jù)線由U8、U9各自引腳5引出和圖3單片機(jī)U12引腳RC4相連，通訊時(shí)由地址字的低四位區(qū)別通過多路開關(guān)U11接通和單片機(jī)的通訊。
聲光報(bào)警電路如附圖6所示，三級(jí)管T1為信號(hào)放大，揚(yáng)聲器Y和發(fā)光二極管D4為聲光轉(zhuǎn)換，信號(hào)取自圖4U11的14引腳N2A。
液晶顯示器電路如附圖7所示，LM120為液晶顯示器帶背光，每次啟動(dòng)液晶顯示器都要設(shè)置背光條件，圖4中U10的輸出端Q7置為高電平，圖7中R31的SG-N端為高電平，U13為電壓比較器輸出端OUT電平的高低取決于光敏二極管D3，環(huán)境光線較暗光敏二極管的內(nèi)阻較高時(shí)，電壓比較器的IN+輸入端的電壓大于IN-的輸入端電壓，電壓比較器輸出高電平T3導(dǎo)通，液晶顯示器背光亮，反之則反。LM120的D0至D7為輸入端，顯示信號(hào)取自圖3單片機(jī)U12的RB0至RB7引腳即B口。
傳感器與調(diào)整電路分氣體、濕度和溫度三個(gè)部分氣體部分如附圖8所示，CH4和CO傳感器均為原電池型，1、2引腳加工作電壓，3腳是電流輸出端；U1A運(yùn)算放大器為CH4提供工作電壓，由W1來調(diào)整和適的工作點(diǎn)，U1B運(yùn)放把CH4輸出的電流輸換為電壓；CO電路與CH4原理相同從略。濕度部分如附圖9所示，濕度傳感器RH引腳3接電源正引腳1接地，引腳2為信號(hào)電壓輸出，經(jīng)U4放大后6腳輸出濕度電壓。溫度部分如附
圖10所示，溫度傳感器HT是一個(gè)兩端半導(dǎo)體，它隨溫度變化系統(tǒng)數(shù)為每度2mv，U4對(duì)溫度傳感器變化的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，2腳為輸入6腳為輸出。
放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如附
圖11所示，其作用是把傳感器電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)，由MAX148十位模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5和AD8303十二位數(shù)模轉(zhuǎn)換器U6及MAX478放大器U7組成。來自CH4、CO、RH和HT各傳感器電路的電壓信號(hào)依次與U5的CH0至CH3輸入引腳聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由其輸出引腳DOUT竄行輸出至圖3單片機(jī)U12的一個(gè)輸入引腳RC5。
擴(kuò)展電路如附
圖12所示，圖中有O2、CO2、SH、SO3、NO2五種氣體傳感器，其原理與圖8傳感器與調(diào)整電路氣體部分完全相同。
本氣體監(jiān)測(cè)裝置采集器的主要作用是，通過其所設(shè)的各種傳感器CH4、CO、RH和HT，將相應(yīng)瓦斯、一氧化碳、濕度和溫度的量等進(jìn)行檢測(cè)。采集器的顯示器的顯示屏上水平逐行設(shè)置了一些命令選項(xiàng)1、檢測(cè)對(duì)象CH4、CO、RH和HT；2、擴(kuò)展檢測(cè)CO2、SH、SO2、NO2和O2；3、保存數(shù)據(jù)；4、將數(shù)據(jù)送入記錄分析器。采集器的鍵盤有三個(gè)鍵，K1使選擇由上向下，K2使選擇由下向上，K3用來確定選擇。在不進(jìn)行記錄分析和報(bào)表打印時(shí)，本采集器可以與記錄分析器斷開聯(lián)結(jié)脫機(jī)工作，由班組長(zhǎng)手執(zhí)或攜帶身上。本采集器在井下24小時(shí)3班交換使用，每班開始上班時(shí)電源電路能自檢機(jī)內(nèi)電池容量是否能工作8小時(shí)，詳見電源電路有關(guān)說明。
本氣體監(jiān)測(cè)裝置的記錄分析器構(gòu)造原理如下如附
圖13的框圖所示，該記錄分析器由電源、單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器、表格存儲(chǔ)器、記錄存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)通訊接口、液晶顯示器接口、鍵盤、打印機(jī)接口十一個(gè)部分構(gòu)成。
單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器、表格存儲(chǔ)器、記錄存儲(chǔ)器、時(shí)鐘部分如
圖14所示
U21為單片機(jī)8032有四個(gè)I/O口，其中P0口為地址低8位和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用口，P2用作地址高8位，P3口的P3.1、P3.2為串行方式和時(shí)鐘線，P3口的其它位線和P1口的8位分別控制記錄存貯器U25至U28、時(shí)鐘、打印接口、顯示接口的使能和片選。U30能使單片機(jī)可靠復(fù)位，此芯片除提供單片機(jī)復(fù)位信號(hào)外，還給U31提供復(fù)位信號(hào)。U24為外部程序存貯器，各種功能程序均固化在該芯片內(nèi)。U25為數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器是在顯示打印時(shí)用的讀寫存貯器。U26至U28為記錄數(shù)據(jù)和表格用的存儲(chǔ)器，這些芯片在寫入時(shí)需要要VPP引腳加上一個(gè)+12V的寫入電壓由U29提供。P3.0為數(shù)據(jù)線P3.1為時(shí)鐘線，在通訊前要對(duì)此兩腳設(shè)置為半雙工異步通訊方式，并且傳輸速率要設(shè)定在9.6K波特率以下，以便和采集器保證正確的通訊。時(shí)鐘芯片采用DS12887自帶鋰電池，有一組8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口通過AS引腳分離，此腳接在U21單片機(jī)的ALE端，當(dāng)下降沿時(shí)鎖存地址。圖中CZ為3PIN插座，1腳接U21數(shù)據(jù)線RXD，2腳接U21時(shí)鐘線TXD，3腳接地，這個(gè)插座用于記錄分析器與圖4采集器插頭CT聯(lián)結(jié)用。
電源、液晶顯示器接口、鍵盤、打印機(jī)接口電路如
圖15所示PS1000-5集成電路U34為AC220V/+5V開關(guān)電源，它輸出+5V、2A的電流為整機(jī)提供電源。本機(jī)24個(gè)鍵，接在U32的PC口和PB5、PB6、PB7上。液晶顯示器是128×64點(diǎn)陣，可顯示各種命令的提示，曲線及修改表格時(shí)的狀態(tài)。U32的PB0-PB4為其數(shù)據(jù)線，PA口為其控制線。本機(jī)采用的是EPSON公司LQ-150K型打印機(jī)，和其它類型不通用，打印機(jī)通過U33芯片的PA、PB與單片機(jī)U21機(jī)通訊。記錄分析器顯示器的顯示屏上也是水平逐行設(shè)置了一些命令選項(xiàng)1、日期與時(shí)間校正；2、曲線顯示。記錄分析器的鍵盤有二十四個(gè)鍵K1-K16十六個(gè)鍵0-9及A-F為數(shù)字鍵；K17、K18和K19為選擇功能鍵，供上選、下選和確定用；K20、K21、K22、K23為打印功能鍵，供曲線打印、報(bào)表打印、混合打印和暫停打印用；K24為本機(jī)復(fù)位鍵。
當(dāng)采集器插頭CT與記錄分析器插座CZ對(duì)接后，記錄分析器可將采集器送來的多種氣體如CH4、CO、CO2、SH、SO2、NO2以及O2、溫度、濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、顯示或打印，給勞保部門改善勞動(dòng)環(huán)境條件提供可靠的數(shù)據(jù)分析。
權(quán)利要求1.一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)裝置的采集器，其特征在于由MAX8862集成電路U14和ICL7660集成電路U15組成本采集器的電源電路；PIC16C63單片機(jī)U12和鍵K1、K2、K3組成單片機(jī)與鍵盤電路；PIC16C63單片機(jī)U12的A口、B口和C口，SNR4HCA373集成電路U10的8個(gè)輸出鎖存端口Q0-Q7，MAX4052集成電路U11組成控制接口電路；X24F128集成電路U8、PCF8583集成電路U9組成存儲(chǔ)與時(shí)鐘電路；揚(yáng)聲器Y和發(fā)光二極管D4組成聲光報(bào)警電路；光敏二極管D3、MAX921集成電路U13和LM120液晶顯示器LCD組成液晶顯示電路；CH4傳感器與MAX748集成電路U1A、U1B，CO傳感器與MAX748集成電路U2A、U2B，RH傳感器與INA118集成電路U3，HT傳感器與INA118集成電路U4組成傳感器與調(diào)整電路電路；MAX478集成電路U7和MAX148集成電路U5、AD8303集成電路U6組成放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；O2傳感器與MAX748集成電路U16A、U16B，CO2傳感器與MAX748集成電路U17A、U17B，SH傳感器與MAX748集成電路U18A、U18B，SO2傳感器與MAX748集成電路U19A、U19B，NO2傳感器與MAX748集成電路U20A、U20B組成擴(kuò)展電路。
2.一種用于煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)裝置的記錄分析器，其特征在于由PS1000-5集成電路U34組成電源電路；8032單片機(jī)U21、MAX813L集成電路U30和74LS373集成電路U22、U23組成單片機(jī)電路；27256集成電路U24組成程序存儲(chǔ)器電路；6264集成電路U25組成數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器電路；AT28F020集成電路U26、U27、U28及MAX662集成電路U29組成記錄存儲(chǔ)器電路和表格存儲(chǔ)器電路；DS12887集成電路U31組成時(shí)鐘電路；8032單片機(jī)U21的RXD引腳為數(shù)據(jù)線P3.0，TXD引腳為時(shí)鐘線P3.1組成數(shù)據(jù)通訊接口電路；8255集成電路U32的PA口、PB口組成液晶顯示器接口電路；鍵鍵盤與8255集成電路U32的PC口組成鍵盤電路；8255集成電路U33的PA口、PB口組成打印機(jī)接口電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種煤礦有害氣體監(jiān)測(cè)裝置,國(guó)際專利分類號(hào)為E21F 17/18。其目的在于提供一種對(duì)井下多種有害氣體如CH
文檔編號(hào)E21F17/18GK2370160SQ9921067
公開日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1999年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月11日
發(fā)明者秦真文, 于景芳 申請(qǐng)人:秦真文