專利名稱：基于單片機(jī)的64路礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用氣體傳感器校驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種64路多濃度礦用氣體傳 感器智能校驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
礦用氣體傳感器作為能夠反映礦井下工作環(huán)境中各類易燃易爆、有毒有害氣體濃 度的主要器件被廣泛的應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)系統(tǒng)中，包含的主要類別有瓦斯傳感器、一 氧化碳傳感器、氧氣傳感器、硫化氫傳感器等，這些傳感器的檢測(cè)精度直接關(guān)系到整個(gè)煤礦 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作的可靠性，對(duì)檢測(cè)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性起著決定性的作用，目前煤礦 使用的氣體傳感器都是依據(jù)熱催化原理制成的，可以輸出表征被檢氣體濃度的電流信號(hào)或 者是頻率信號(hào)，由于熱催化式氣體敏感元件的特性使其在使用的過程中必然會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂 移和量程漂移導(dǎo)致不能準(zhǔn)確反映被檢氣體的濃度，因而必須對(duì)其進(jìn)行定期校準(zhǔn)來達(dá)到煤礦 安全生產(chǎn)的要求，在《煤礦安全規(guī)程》第162條規(guī)定，“甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀 等采用載體催化元件的甲烷檢測(cè)設(shè)備，每7天必須用校準(zhǔn)氣樣和空氣樣調(diào)校一次，每7天必 須對(duì)甲烷超限斷電功能進(jìn)行測(cè)試”。
目前自動(dòng)校驗(yàn)裝置最多可以同時(shí)校驗(yàn)8路傳感器，對(duì)于需要調(diào)校大量氣體傳感器 的煤礦來說需要同時(shí)購(gòu)置5-8臺(tái)礦用氣體校驗(yàn)儀才能滿足礦井安全生產(chǎn)的需求，這樣不僅 增加了設(shè)備成本，更增加了調(diào)校工作量，基于此我們研發(fā)出一種能同時(shí)調(diào)校64路傳感器的 自動(dòng)化校驗(yàn)儀，該型校驗(yàn)儀采用新的設(shè)計(jì)方案，可以同時(shí)完成對(duì)64路傳感器進(jìn)行多種濃度 的自動(dòng)調(diào)校，并對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和打印，同時(shí)在校驗(yàn)的過程中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到校驗(yàn)數(shù) 據(jù)的變化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何使得氣體傳感器校驗(yàn)?zāi)芡瑫r(shí)調(diào)校64路傳感 器的自動(dòng)化校驗(yàn)儀進(jìn)行多種濃度的自動(dòng)調(diào)校。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一種基于單片機(jī)的64路礦用氣體傳感器智能校 驗(yàn)儀，其特征在于包括微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元和氣路系統(tǒng)，所述微控 制器單元包括單片機(jī)、配套電源、晶振和復(fù)位電路，所述通信接口單元包括RS-232串口通 訊模塊，所述信號(hào)調(diào)理單元包括傳感器輸出信號(hào)的采集電路及氣體流量控制的模擬信號(hào)調(diào) 理電路，所述的氣路系統(tǒng)包括64路控制繼電器、流量控制器和電磁閥，所述信號(hào)調(diào)理單元、 所述氣路系統(tǒng)和瓦斯傳感器斷電信號(hào)通過I/O 口與單片機(jī)連接，所述氣路系統(tǒng)通過單片機(jī) 的I/O 口控制8個(gè)級(jí)聯(lián)的移位寄存器輸出64路繼電器的控制信號(hào)。
所述通信接口單元主要完成在所述單片機(jī)和上位機(jī)PC電腦之間通過所述RS-232 串口通訊模塊構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸線路。
所述信號(hào)調(diào)理單元主要完成對(duì)傳感器輸出的變送信號(hào)的采集和氣路系統(tǒng)中流量 計(jì)的模擬控制信號(hào)的調(diào)理，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)光耦隔離和整形后調(diào)制成頻率信號(hào)后通過I/O 口接入到所述單片機(jī)內(nèi)部。
所述的氣路系統(tǒng)是通過單片機(jī)的I/O 口控制8個(gè)級(jí)聯(lián)的移位寄存器輸出64路繼 電器的控制信號(hào)；所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體的流量控制是經(jīng)D/A及調(diào)理后的電壓信號(hào)輸出給流量控 制器來控制電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度，自動(dòng)根據(jù)待測(cè)傳感器的數(shù)量和位置控制標(biāo)準(zhǔn)氣體流量 的大小和輸出通道的開閉，通過自動(dòng)閉環(huán)控制為傳感器提供足夠的流量，在校驗(yàn)多臺(tái)氣體 傳感器時(shí)確保每一臺(tái)得到的氣體流量穩(wěn)定在調(diào)校傳感器規(guī)定的流量上，提高測(cè)量精度。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明降低了煤礦對(duì)礦用氣體傳感器校驗(yàn)調(diào)校和維護(hù)的投 入，減少了因?yàn)椴煌O(shè)備誤差的原因?qū)е聜鞲衅餍ｒ?yàn)誤差的累積，更加適合大中型煤礦使 用。


圖1是本發(fā)明基于單片機(jī)礦用氣體傳感器校驗(yàn)儀的原理框圖；圖2是本發(fā)明的氣路結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明微控制器原理圖；圖4是本發(fā)明頻率量信號(hào)采集控制電路；圖5是本發(fā)明頻率量信號(hào)采集整形電路；圖6是本發(fā)明模擬量信號(hào)的調(diào)理電路；圖7本發(fā)明通信接口電路圖；圖8是本發(fā)明繼電器控制圖；圖9是本發(fā)明的標(biāo)氣控制電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做出進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以使本專業(yè)的中 等技術(shù)人員在閱讀了本具體實(shí)施方式
后，能夠?qū)崿F(xiàn)為準(zhǔn)。
如圖1所述，本發(fā)明一種基于單片機(jī)的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，包括微控制 器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元和氣路系統(tǒng)。其中所述的微控制器單元包括C8051F020單片機(jī)和配套電源、晶振和復(fù)位電路；所述的通信接口單元包括RS-232串口通訊模塊；所述的信號(hào)調(diào)理單元包括傳感器輸出信號(hào)的采集電路及氣體流量控制的模擬信號(hào)調(diào) 理電路；所述的氣路系統(tǒng)包括64路控制繼電器、流量控制器和電磁閥；上述的通信接口單元通過串口通信接口模塊與微控制器連接。頻率量信號(hào)調(diào)理單元、 氣路系統(tǒng)都是通過I/O 口與單片機(jī)連接，模擬信號(hào)的調(diào)理電路接單片機(jī)的ADC。
如圖2所述，所述的氣路系統(tǒng)包括8路標(biāo)準(zhǔn)氣體、64路繼電器控制的電磁閥和流量 控制器。8路標(biāo)準(zhǔn)氣體可以是任何氣體或濃度，以校驗(yàn)時(shí)接入的標(biāo)準(zhǔn)氣為準(zhǔn)。
如圖3所示，微控制器單元CPU采用CYGNAL公司的C8051F020芯片，仿真器通過 JTAG仿真接口與單片機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)在線編程調(diào)試。電源模塊是采用12V的開關(guān)電源經(jīng) 過L7805三端穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換成5V直流電。電壓轉(zhuǎn)換采用TI公司的5V/3V高性能穩(wěn)壓芯片 TPS7333Q將+5V轉(zhuǎn)換成+3. 3V供單片機(jī)使用。模數(shù)電壓之間采用2歐姆電阻進(jìn)行隔離，模數(shù)地之間采用單點(diǎn)接地的方法用O歐姆電阻連接。復(fù)位電路采用MAXIM公司具有人工復(fù)位功能的MAX811芯片來實(shí)現(xiàn)。D/A調(diào)理電路采用正向比例放大電路，根據(jù)D/A調(diào)理后的電壓信號(hào)控制流量控制器以控制電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度。
如圖4所示，是傳感器輸出頻率信號(hào)采集的控制電路，控制信號(hào)經(jīng)Pl. ΓΡ1. 7輸出光耦6N137隔離后傳輸給模擬多路復(fù)用器HCC4067BF的控制端，傳感器的輸出頻率信號(hào)連接到HCC4067BF的Ι0(Γ 015上，控制端將傳輸過來的控制信號(hào)經(jīng)過譯碼后決定模擬多路復(fù)用器IO COM X端輸出哪一路傳感器信號(hào)到單片機(jī)，由于共連接了四塊HCC4067BF，所以發(fā)送一次控制命令可以將四路傳感器的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，。
如圖5所示，是傳感器輸出頻率信號(hào)采集的整形電路，由模擬多路復(fù)用器片輸出的傳感器信號(hào)，經(jīng)過⑶40106反相后經(jīng)過光耦6Ν137隔離整形輸出適合C8051F020端口要求的幅值為3. 3V的頻率信號(hào)，而后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的Pl. (ΓΡ1. 3，完成對(duì)傳感器輸出信號(hào)的米集。
如圖6所述，模擬量(流量計(jì)輸出和氣體傳感器模擬量變送輸出)經(jīng)RC低通濾波、 電壓跟隨和差分比例運(yùn)算調(diào)理后，送入單片機(jī)的A/D 口，采樣保持和ADC采用單片機(jī)片內(nèi)集成的資源。每次通入一種標(biāo)準(zhǔn)氣樣后要等待足夠的時(shí)間(約90-120秒)使氣體傳感器的數(shù)值達(dá)到穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)，讀回后與標(biāo)準(zhǔn)氣樣值進(jìn)行比較，如果偏差在要求的范圍內(nèi)則此傳感器通過校驗(yàn)，否則對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，再讀取數(shù)據(jù)，如經(jīng)過連續(xù)三次調(diào)校均不能達(dá)到要求則認(rèn)為此傳感器已壞，顯示“第η個(gè)傳感器在第N濃度不合格！〃，提示送廠家處理。
如圖7所述，通信接口單元采用了符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片ΜΑΧ3232，通過 Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)之間的通信。
如圖8所述，為64路繼電器控制電路主要是通過繼電器控制電磁閥通斷來進(jìn)一步控制是否給傳感器供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣體，PO. 4是數(shù)據(jù)信號(hào)端，PO. 5是時(shí)鐘信號(hào)端，PO. 6是復(fù)位控制端，將需要開通的繼電器控制信號(hào)編碼通過 數(shù)據(jù)信號(hào)端PO. 4傳輸?shù)揭莆患拇嫫?SN54ALS164J的A和B端口，在時(shí)鐘信號(hào)作用下將繼電器的控制信號(hào)傳輸?shù)揭莆患拇嫫鞯妮敵龆瞬⑿盘?hào)鎖存，經(jīng)過達(dá)林頓陣列ULN2803放大后控制64路繼電器的通斷，進(jìn)而控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。
如圖9所示，為標(biāo)準(zhǔn)氣體控制電路，控制信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)的Ρ2 口輸出到光耦 TIL113隔離整形后，控制繼電器的通斷進(jìn)而控制進(jìn)氣電磁閥的通斷來完成在傳感器調(diào)校過程中不同濃度氣體的自動(dòng)切換功能。
使用時(shí)，首先安裝智能調(diào)校檢測(cè)儀，技術(shù)領(lǐng)域的人員都能夠?qū)崿F(xiàn)。其次是智能調(diào)校檢測(cè)儀的使用操作方法。智能調(diào)校檢測(cè)儀可用觸摸屏操作，也可使用鍵盤操作。
權(quán)利要求
1.一種基于單片機(jī)的64路礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，其特征在于包括微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元和氣路系統(tǒng)，所述微控制器單元包括單片機(jī)、配套電源、晶振和復(fù)位電路，所述通信接口單元包括RS-232串口通訊模塊,所述信號(hào)調(diào)理單元包括傳感器輸出信號(hào)的采集電路及氣體流量控制的模擬信號(hào)調(diào)理電路，所述的氣路系統(tǒng)包括64路控制繼電器、流量控制器和電磁閥，所述信號(hào)調(diào)理單元、所述氣路系統(tǒng)和瓦斯傳感器斷電信號(hào)通過I/O 口與單片機(jī)連接，所述氣路系統(tǒng)通過單片機(jī)的I/O 口控制8個(gè)級(jí)聯(lián)的移位寄存器輸出64路繼電器的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的64路礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，所述通信接口單元主要完成在所述單片機(jī)和上位機(jī)PC電腦之間通過所述RS-232串口通訊模塊構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸線路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于的64路礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，所述信號(hào)調(diào)理單元主要完成對(duì)傳感器輸出的變送信號(hào)的采集和氣路系統(tǒng)中流量計(jì)的模擬控制信號(hào)的調(diào)理，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)光耦隔離和整形后調(diào)制成頻率信號(hào)后通過I/O 口接入到所述單片機(jī)內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦用氣體傳感器校驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種64路多濃度礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)系統(tǒng)。包括微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元和氣路系統(tǒng)，微控制器單元包括單片機(jī)、配套電源、晶振和復(fù)位電路，通信接口單元包括RS-232串口通訊模塊，信號(hào)調(diào)理單元包括傳感器輸出信號(hào)的采集電路及氣體流量控制的模擬信號(hào)調(diào)理電路，的氣路系統(tǒng)包括64路控制繼電器、流量控制器和電磁閥，信號(hào)調(diào)理單元、氣路系統(tǒng)和瓦斯傳感器斷電信號(hào)通過I/O口與單片機(jī)連接，氣路系統(tǒng)通過單片機(jī)的I/O口控制8個(gè)級(jí)聯(lián)的移位寄存器輸出64路繼電器的控制信號(hào)。本發(fā)明降低了煤礦對(duì)礦用氣體傳感器校驗(yàn)調(diào)校和維護(hù)的投入，減少了因?yàn)椴煌O(shè)備誤差的原因?qū)е聜鞲衅餍ｒ?yàn)誤差的累積。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102998421SQ20121044294
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者田慕琴, 劉曉峰, 李乃忠, 張雁鵬, 孟磊, 鄧生明 申請(qǐng)人:山西科致成科技有限公司