煤礦安全監(jiān)控分站的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤礦安全監(jiān)控分站，包含有ARM中央處理器，與所述ARM中央處理器輸入端通過接口電路連接的鍵盤輸入單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元和ISP編程接口，與所述ARM中央處理器輸出端通過接口電路連接的開關(guān)量輸出單元、液晶顯示單元、電源監(jiān)控單元和通訊單元，所述通訊單元采用RS485-1通訊單元和RS485-2通訊單元兩個相互獨立的通訊系統(tǒng)，分別與上位機和下位20種總線型傳感器通訊連接，所述ARM中央處理器通過主板供電單元與本安直流電源連接，所述模擬量輸入單元分別與8種模擬型傳感器的模擬量端口連接，通過ARM中央處理器自動計算模擬量傳感器的數(shù)據(jù)。本實用新型電源功耗低，實現(xiàn)28種傳感器的運行監(jiān)控監(jiān)測情況，保障煤礦安全生產(chǎn)的進行。
【專利說明】煤礦安全監(jiān)控分站

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及礦用監(jiān)控設(shè)備領(lǐng)域，具體的說是一種煤礦安全監(jiān)控分站。

【背景技術(shù)】
[0002]礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是人們根據(jù)礦井自然災(zāi)害規(guī)律為預(yù)防礦井瓦斯、煤塵、火災(zāi)事故，改善礦井安全生產(chǎn)狀況，實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)所必須強制采取的一項重要措施。監(jiān)測監(jiān)控分站是安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的核心。其反應(yīng)速度、準確性、本身的安全、可靠性決定著監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的性能。
[0003]目前，市場上的監(jiān)測監(jiān)控分站，存在著檢測種類不全面、測量精度低、通訊可靠性差等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述存在的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種煤礦安全監(jiān)控分站，電源功耗低，實現(xiàn)28種傳感器的運行監(jiān)控監(jiān)測情況，降低井下事故發(fā)生幾率，保障煤礦安全生產(chǎn)的進行。
[0005]為達到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種煤礦安全監(jiān)控分站,包含有ARM中央處理器,與所述ARM中央處理器輸入端通過接口電路連接的鍵盤輸入單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元和ISP編程接口，與所述ARM中央處理器輸出端通過接口電路連接的開關(guān)量輸出單元、液晶顯示單元、電源監(jiān)控單元和通訊單元，所述通訊單元采用RS485-1通訊單元和RS485-2通訊單元兩個相互獨立的通訊系統(tǒng)，分別與上位機和下位20種總線型傳感器通訊連接，所述ARM中央處理器通過主板供電單元與本安直流電源連接，所述模擬量輸入單元分別與8種模擬型傳感器的模擬量端口連接，通過ARM中央處理器自動計算模擬量傳感器的數(shù)據(jù)。
[0007]所述主板供電單元主要由順次連接的防反二極管D10、共模電感LU、隔離開關(guān)電源U10、超低壓差線性直流電源Ull及外圍電路元件組成，本安直流電源的12V電壓經(jīng)過隔離開關(guān)電源UlO轉(zhuǎn)換成5V電壓，再經(jīng)過超低壓差線性直流電源Ull轉(zhuǎn)換為3.3V電壓為ARM中央處理器供電。
[0008]本安直流電源的12V電壓經(jīng)過變壓器TlO與防反二極管DlO連接，所述共模電感Lll與隔離開關(guān)UlO之間并聯(lián)連接有電容器ClO和C11，所述隔離開關(guān)電源UlO經(jīng)過并聯(lián)連接的變壓器T2M、電容器C12、電容器C13轉(zhuǎn)換成5V電壓，所述電容器C13的兩端分別通過電阻R20和電阻R21與超低壓差線性直流電源Ull連接，所述超低壓差線性直流電源Ull經(jīng)過并聯(lián)連接的電容器C14、電容器C15和電容器C16轉(zhuǎn)換成3.3V電壓。
[0009]經(jīng)超低壓差線性直流電源Ull轉(zhuǎn)換而成的3.3V直流電壓與電源監(jiān)控單元的監(jiān)控電源U12及外圍元件連接，當(dāng)3.3V電源電壓超出允許范圍，監(jiān)控電源U12發(fā)出復(fù)位信號。
[0010]還包括遙控輸入單元，所述遙控輸入單元與ARM中央處理器連接，所述遙控輸入單元接收紅外遙控器的信號，所述紅外遙控器由順次連接的按鍵電路、與門電路U32、STC12LE5201單片機U31、12M晶體振蕩器Y1、紅外遙控代碼發(fā)射二極管D1、三極管Q31及外圍電路元件組成，按鍵后，根據(jù)與門電路U32邏輯控制，STC12LE5201單片機U31產(chǎn)生外部中斷，掉電模式喚醒，12M晶體振蕩器Yl啟動，根據(jù)按鍵對應(yīng)的指令將紅外遙控代碼由二極管D1、三極管Q31發(fā)送到遙控輸入單元。
[0011]本實用新型采用先進的高效率、低功耗的ARM嵌入式中央處理器，利用捕獲單元對八路模擬量端口的頻率進行計算，處理能力強，具有自主控制和智能管理功能；設(shè)計了高效率的開關(guān)穩(wěn)壓、超低壓差的線性穩(wěn)壓措施，減小了分站的功耗；利用電源監(jiān)控芯片，實時監(jiān)測電源狀態(tài)，及明恢復(fù)系統(tǒng)；利用ARM中央處理器中的兩個RS485通訊端口，形成兩個獨立的RS485通訊系統(tǒng)，分別實現(xiàn)與上位機及下位總線型傳感器的通訊，互不干擾，并能根據(jù)總線型傳感器數(shù)量、接入的模擬量數(shù)量自動發(fā)送查詢數(shù)據(jù)、自動顯示傳感器測量數(shù)量、類型，節(jié)省大量時間，并有效提高通訊系統(tǒng)的及時性，在多個分站組成RS485通訊系統(tǒng)的情況下，RS485總線有多個相對獨立的子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)降低井下事故發(fā)生機率，保障了煤礦安全生產(chǎn)的進行，專門設(shè)計的紅外遙控系統(tǒng)，操作更加便捷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0013]圖2為主板供電單元的電路圖；
[0014]圖3為通訊單元的電路圖；
[0015]圖4為紅外遙控器的電路圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述:
[0017]如圖1和圖3所示，該煤礦安全監(jiān)控分站，包含有ARM中央處理器I，與所述ARM中央處理器I輸入端通過接口電路連接的鍵盤輸入單元3、模擬量輸入單元5、開關(guān)量輸入單元6和ISP編程接口 7，與所述ARM中央處理器I輸出端通過接口電路連接的開關(guān)量輸出單元10、液晶顯示單元11、電源監(jiān)控單元12和通訊單元,所述通訊單元采用RS485-1通訊單元8和RS485-2通訊單元9兩個相互獨立的通訊系統(tǒng)，分別與上位機和下位20種總線型傳感器通訊連接，所述ARM中央處理器I通過主板供電單元2與本安直流電源連接，所述模擬量輸入單元5分別與8種模擬型傳感器的模擬量端口連接，通過ARM中央處理器I自動計算模擬量傳感器的數(shù)據(jù)。
[0018]如圖2所示，作為優(yōu)選的方式，所述主板供電單元2主要由順次連接的防反二極管D10、共模電感L11、隔離開關(guān)電源U10、超低壓差線性直流電源Ull及外圍電路元件組成，本安直流電源的12V電壓經(jīng)過隔離開關(guān)電源UlO轉(zhuǎn)換成5V電壓，再經(jīng)過超低壓差線性直流電源Ull轉(zhuǎn)換為3.3V電壓為ARM中央處理器I供電。5V直流電壓除給接口電路供電外，還通過雙路隔離開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為相互獨立的5V直流電，供通訊電路使用，使兩個RS485通訊系統(tǒng)相互間的干擾降至最低。
[0019]進一步的，本安直流電源的12V電壓經(jīng)過變壓器TlO與防反二極管DlO連接，所述共模電感Lll與隔離開關(guān)UlO之間并聯(lián)連接有電容器ClO和C11，所述隔離開關(guān)電源UlO經(jīng)過并聯(lián)連接的變壓器T2M、電容器C12、電容器C13轉(zhuǎn)換成5V電壓，所述電容器C13的兩端分別通過電阻R20和電阻R21與超低壓差線性直流電源Ull連接，所述超低壓差線性直流電源Ull經(jīng)過并聯(lián)連接的電容器C14、電容器C15和電容器C16轉(zhuǎn)換成3.3V電壓。
[0020]進一步的，經(jīng)超低壓差線性直流電源Ul I轉(zhuǎn)換而成的3.3V直流電壓與電源監(jiān)控單元12的監(jiān)控電源U12及外圍元件連接，當(dāng)3.3V電源電壓超出允許范圍，監(jiān)控電源U12發(fā)出復(fù)位信號，及時恢復(fù)系統(tǒng)。
[0021]如圖3所示，作為優(yōu)選的方式，本實用新型還包括遙控輸入單元4，所述遙控輸入單元4與ARM中央處理器I連接。所述遙控輸入單元4接收紅外遙控器的信號，所述紅外遙控器由順次連接的按鍵電路、與門電路U32、STC12LE5201單片機U31、12M晶體振蕩器Yl、紅外遙控代碼發(fā)射二極管Dl、三極管Q31及外圍電路元件組成，按下按鍵S1、S2、S3、S4中的任意一個按鍵后，根據(jù)與門電路U32邏輯控制，STC12LE5201單片機U31產(chǎn)生外部中斷，掉電模式喚醒，12M晶體振蕩器Yl啟動，根據(jù)按鍵對應(yīng)的指令將紅外遙控代碼由二極管D1、三極管Q31發(fā)送到遙控輸入單元4。當(dāng)無按鍵按下時，STC12LE5201單片機U31進入掉電模式，12M晶體振蕩器Yl停振待命。
[0022]本實用新型在實際應(yīng)用過程中，ARM中央處理器I接收鍵盤輸入單元3、遙控輸入單元4的輸入信號，產(chǎn)生不同的指令，進行相應(yīng)的設(shè)置、顯示等操作。
[0023]模擬量輸入單元5將與分站八個模擬量端口相連接的200 - 1000HZ頻率信號經(jīng)過光電耦、電氣隔離、波形整形，送入ARM中央處理器ICPU的捕獲單元。捕獲單元時鐘為高精度32位時鐘，可實現(xiàn)高精度的頻率計算，并根據(jù)頻率計算結(jié)果，結(jié)合輸入類型，自動計算出輸入傳感器的數(shù)值。在液晶顯示單元11的液晶顯示屏上能夠自動顯示其有無斷線、類型、數(shù)值、單位，一目了然。ARM中央處理器I實時檢測開關(guān)量輸入單元6的狀態(tài)，將其狀態(tài)顯示在液晶顯示單元11的液晶屏上。
[0024]ARM中央處理器I內(nèi)部的兩個串行通訊端口形成兩套獨立的RS485通訊系統(tǒng):RS485-1通訊系統(tǒng)8和RS485-2通訊系統(tǒng)9。RS485-1通訊系統(tǒng)8與上位計算機進行通訊，接收上位計算機指令,根據(jù)上位機指令將要求的數(shù)據(jù)傳送回上位機。RS485-2通訊系統(tǒng)9與下位總線型傳感器進行通訊，定時向下位傳感器發(fā)送巡檢信號，接收下位傳感器數(shù)據(jù)。
[0025]分站的RS485通訊系統(tǒng)智能性地向上位機、下位機發(fā)送巡檢信號。對于模擬型傳感器，RS485可自動根據(jù)端口有無連接，將有效的數(shù)據(jù)傳送到上位機；對于總線型傳感器，分站在開機初始化過程中，通過上傳數(shù)據(jù)自動檢測出連接的總線型傳感器地址、數(shù)量，有效地擴大了輸入類型，節(jié)省上傳數(shù)據(jù)時間。在巡檢過程中只定時巡檢有連線的傳感器數(shù)據(jù)，將與其有實際連接的傳感器地址、類型、單位、數(shù)值等信息自動傳送到上位計算機，并根據(jù)傳感器上傳數(shù)據(jù)，將其類型、單位、數(shù)值顯示在液晶屏上。兩個RS485通訊單元采用循環(huán)冗余技術(shù)，提高了通訊的可靠性。
[0026]ARM中央處理器I將輸入模擬量、開關(guān)量狀態(tài)、總線傳感器輸入數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，產(chǎn)生瓦斯電閉鎖、風(fēng)電閉鎖功能并通過數(shù)字開關(guān)量輸出單元10控制報警器工作。
[0027]當(dāng)然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦安全監(jiān)控分站,包含有ARM中央處理器(I),與所述ARM中央處理器(I)輸入端通過接口電路連接的鍵盤輸入單元(3)、模擬量輸入單元(5)、開關(guān)量輸入單元(6)和ISP編程接口(7)，與所述ARM中央處理器(I)輸出端通過接口電路連接的開關(guān)量輸出單元(10)、液晶顯示單元(11)、電源監(jiān)控單元(12)和通訊單元，其特征在于，所述通訊單元采用RS485-1通訊單元(8)和RS485-2通訊單元(9)兩個相互獨立的通訊系統(tǒng)，分別與上位機和下位20種總線型傳感器通訊連接，所述ARM中央處理器(I)通過主板供電單元(2)與本安直流電源連接，所述模擬量輸入單元(5)分別與8種模擬型傳感器的模擬量端口連接，通過ARM中央處理器(I)自動計算模擬量傳感器的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦安全監(jiān)控分站，其特征在于，所述主板供電單元(2)主要由順次連接的防反二極管D10、共模電感L11、隔離開關(guān)電源U10、超低壓差線性直流電源Ull及外圍電路元件組成，本安直流電源的12V電壓經(jīng)過隔離開關(guān)電源UlO轉(zhuǎn)換成5V電壓，再經(jīng)過超低壓差線性直流電源Ull轉(zhuǎn)換為3.3V電壓為ARM中央處理器(I)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦安全監(jiān)控分站，其特征在于，本安直流電源的12V電壓經(jīng)過變壓器TlO與防反二極管DlO連接，所述共模電感Lll與隔離開關(guān)UlO之間并聯(lián)連接有電容器ClO和Cl I，所述隔離開關(guān)電源UlO經(jīng)過并聯(lián)連接的變壓器T2M、電容器C12、電容器C13轉(zhuǎn)換成5V電壓，所述電容器C13的兩端分別通過電阻R20和電阻R21與超低壓差線性直流電源Ull連接，所述超低壓差線性直流電源Ull經(jīng)過并聯(lián)連接的電容器C14、電容器C15和電容器C16轉(zhuǎn)換成3.3V電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦安全監(jiān)控分站，其特征在于，經(jīng)超低壓差線性直流電源Ull轉(zhuǎn)換而成的3.3V直流電壓與電源監(jiān)控單元(12)的監(jiān)控電源U12及外圍元件連接，當(dāng)3.3V電源電壓超出允許范圍，監(jiān)控電源U12發(fā)出復(fù)位信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦安全監(jiān)控分站，其特征在于，還包括遙控輸入單元(4)，所述遙控輸入單元(4)與ARM中央處理器(I)連接，所述遙控輸入單元(4)接收紅外遙控器的信號，所述紅外遙控器由順次連接的按鍵電路、與門電路U32、STC12LE5201單片機U31、12M晶體振蕩器Y1、紅外遙控代碼發(fā)射二極管D1、三極管Q31及外圍電路元件組成，按鍵后，根據(jù)與門電路U32邏輯控制，STC12LE5201單片機U31產(chǎn)生外部中斷，掉電模式喚醒，12M晶體振蕩器Yl啟動，根據(jù)按鍵對應(yīng)的指令將紅外遙控代碼由二極管D1、三極管Q31發(fā)送到遙控輸入單元(4)。
【文檔編號】G05B19/418GK204086946SQ201420414722
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月26日
【發(fā)明者】岳建才, 呂建云, 賈承恩, 陳軍, 馬圣亮, 王欣, 李建軍 申請人:山東中天泰和實業(yè)有限公司