CN101778261A

CN101778261A - 煤矿斜巷轨道运输综合监控系统

Info

Publication number: CN101778261A
Application number: CN 201010018140
Authority: CN
Inventors: 钱建生; 厉丹; 王曙东; 王励彬
Original assignee: XUZHOU CUMT DAHUAYANG COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: XUZHOU CUMT DAHUAYANG COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2010-01-16
Filing date: 2010-01-16
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明公开了一种煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，涉及矿用监测监控系统领域。该系统由嵌入式微处理器电路U1、模拟量输入电路U2、开关量输入电路U3、以太网接口电路U4、RS485通信电路U5、开关量输出电路U6和电源管理电路U7组成；嵌入式微处理器电路U1包括嵌入式微处理器U1A、数据存储器U1_2、U1_3和程序存储器U1_7、U1_8。本发明的优点是：适用性强，操作简单方便，将数据，文字，声音，图像等多种媒体有机地结合在一起，提高了信息及系统的利用率，采用标准的TCP/IP协议，便于联网，可随时实现图像和声音的网络传输，有广阔的市场前景。

Description

煤矿斜巷轨道运输综合监控系统

技术领域

本发明涉及一种矿用监控系统，具体是一种煤矿斜巷轨道运输综合监控系统。更进一步说是一种对主要生产环节、重要设备及关键岗位进行实时图像音视频信号采集压缩，监视的关键设备，方便矿井工业以太网或者光纤传输，尤其适合于在煤矿井下工业电视系统中含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆环境中使用。

背景技术

目前，我国井下安全生产采用的监测监控系统多是90年代以前开发的，主要基于8/16位单片机和串行数据链路开发的，通信速率低。各种监测系统和控制系统采用不同的现场总线且各种系统的数据通信制式各不相同，相互之间不兼容，互联困难。现有的斜巷综合监测系统，基本都是通过大量的传感器进行信号监测，对斜巷各车场的甩车道岔及车场入口处人员情况以及设备控制情况监测很少，更无法实时的掌握现场视频图像信息。现有系统没有将数据，文字，声音，图像等多种媒体有机地结合在一起，难以提高信息及系统的利用率。多数煤矿没有建设井下工业以太网平台，无法为煤矿斜巷轨道运输综合监控系统提供高速的数据传输平台。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种煤矿斜巷轨道运输综合监控系统可解决目前煤矿安全生产监控系统中设备兼容性差和技术落后的问题，宽带网络取代传统的闭路电视系统，使信息网络与视频网络合二为一，不但可以在一般场所使用，还可以应用在煤矿井下等特殊要求的场所。

本发明是以如下技术方案实现的：一种煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，包括嵌入式微处理器电路U1，将模拟信号转化成数字信号输入嵌入式微处理器电路U1的模拟量输入电路U2，将开关量信号进行整形、驱动后输入嵌入式微处理器电路U1的开关量输入电路U3，与嵌入式微处理器电路U1进行数据传输的以太网接口电路U4，将其它分站输出的485或是232信号转换成TTL信号送给嵌入式微处理器电路U1的RS485通信电路U5，将嵌入式微处理器电路U1输出的控制信息进行锁存的开关量输出电路U6；所述的嵌入式微处理器电路U1包括嵌入式微处理器U1A，用来存储嵌入式微处理器U1A临时数据、数据计算中间处理结果等的数据存储器U1-2、U1-3和用来存储嵌入式微处理器U1A程序的程序存储器U1-7、U1-8；整个电路由电源模块U7供电。

工作原理是：模拟量数据从U2的A/D转换接口接入，然后传送到嵌入式微处理器U1A中，开关量数据经开关量输入电路U3整形、驱动后传送至嵌入式微处理器U1A中，其它厂家的分站信号经RS485通信电路U5输入到嵌入式微处理器U1A中，这些信号经过嵌入式微处理器U1A的处理转换成网络数字信号，网络数字信号通过以太网接口电路U4从RS485通信电路U5传送出去。而控制信号也可以从RS485通信电路U5输入，经过以太网接口电路U4传送给嵌入式微处理器U1A，U1A处理后发出控制信息，通过开关量输出电路U6锁存后经继电器去控制相应的设备。

本发明的有益效果是：1、该系统适用性强，可远程配置，主要用于煤矿井下安全生产监测监控系统；2、采用了数字信号处理器，能够在短时间内压缩尺寸更大更加清晰的画面；3、采用了嵌入式操作系统和音、视频压缩算法，使得图像传输更加流畅并且显示更加清晰细腻；4、误码率小于10^-9；5、具有接入网关的功能；6、采用了嵌入式服务器，浏览远程图像时不需要任何第三方软件支持，通过浏览器即可访问，操作简单方便；7、通信协议公开，采用标准的TCP/IP协议，便于联网，支持动态IP地址，可随时实现图像和声音的网络传输；8、该系统可扩展应用到有色金属矿山等其它行业，有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明电原理框图；

图2是嵌入式微处理器部分核心与电源管理电路原理图；

图3是8路模拟量输入电路原理图；

图4是16路开关量输入与485通信电路原理图；

图5是以太网接口电路原理图；

图6是8路开关量输出电路原理图。

图中：U1：嵌入式微处理器电路；

U1A：嵌入式微处理器，嵌入式微处理器电路的核心部分，实现采集数据的处理和存储，当分析数据如果处于警戒状态时能够自动向主站发送报警信号，并能自动采取必要的控制措施；

U1_2、U1_3：数据存储器，它主要存储临时数据，以及一些数据计算，处理的中间结果临时存放地，相当于内存；

U1_7和U1_8：程序存储器芯片，用来存储嵌入式微处理器U1A的程序，也可以长期保存采集数据的备份；

U2：模拟量输入电路，它把输入的模拟信号转化成数字信号送到嵌入式微处理器U1A中进行处理，该部分电路也可通过相应的跳线实现模拟电压、电流和频率量的采集；

U3：开关量输入电路，将经光隔离器送过来的开关量信号进行整形、驱动后送入嵌入式微处理器U1A进行处理；

U4：以太网接口电路，实现和嵌入式微处理器U1A数据的相互传输，将嵌入式微处理器U1A发送过来的数据转成相应的形式送给以太网物理层变压器芯片U4_1(实现以太网数据的码行转换和整形)，也可以将以太网物理层变压器芯片U4_1传过来的数据转成相应的形式送给嵌入式微处理器U1A；

U5：RS485通信电路，嵌入式微处理器U1A和其它分站点交换数据的接口，它把其它分站输出的485或是232信号转换成TTL信号送给嵌入式微处理器U1A；

U6：开关量输出电路，它把嵌入式微处理器U1A送过来的控制信息锁存在芯片内，以便于嵌入式微处理器U1A的总线用于其它用途，其中U11～U18为继电器输出芯片，主要是用来提供开关量信号用以控制一些设备；

U7：电源管理电路，主要提供系统所需要的+V、-V、+5VD、VDD3.3等电源。

具体实施方式

如图1所示，该系统由嵌入式微处理器电路U1、模拟量输入电路U2、开关量输入电路U3、以太网接口电路U4、RS485通信电路U5、开关量输出电路U6和电源管理电路U7组成。嵌入式微处理器电路U1包括嵌入式微处理器U1A、数据存储器U1_2、U1_3和程序存储器U1_7、U1_8。该系统使用嵌入式实时操作系统，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。还可以实现音视频信号的实时采集、A/D转换、压缩、网络传输、本地显示和摄像机云台控制。

如图2所示，在嵌入式微处理器部分核心电路中，嵌入式微控制器U1A采用嵌入式处理器PXA270，数据存储器U1_2、U1_3采用存储器HY57V561620，程序存储器U1_7、U1_8采用存储器28F128J3A。嵌入式微处理器U1A的地址总线脚MA_10～MA_24接数据存储器U1_2的地址线脚A0～A12、BA0、BA1和数据存储器U1_3的地址线脚A0～A12、BA0、BA1，U1A的地址总线脚MA_2～MA_24接程序存储器U1_7的地址线脚A0～A23和U1_8的地址线脚A0～A23，U1A的数据总线脚MD0～MD15接U1_2的数据输入脚DQ0～DQ15和U1_3的数据输入脚DQ0～DQ15，U1A的数据总线脚MD16～MD31接U1_7的数据输入脚DQ0～DQ15和U1_8的数据输入脚DQ0～DQ15，U1A的DQM_0、DQM_1、SDCKE_1、SDCLK_1、nSDCS_0、nSDRAS、nSDCAS、nWEU1_2脚对应连接数据存储器U1_2的LDQM、UDQM、SCKE、SCLK、nSCS、nSRAS、nSRCS、new脚，U1A的DQM_2、DQM_3、SDCKE_1、SDCLK_1、nSDCS_0、nSDRAS、nSDCAS、new脚对应连接数据存储器U1_3的LDQM、UDQM、SCKE、SCLK、nSCS、nSRAS、nSRCS、new脚，U1A的复位信号脚nRESET、使能引脚nOE、使能写引脚nWE、片选信号脚nCS0分别接U1_7的复位信号脚nRP、使能引脚nOE、写引脚nWE、片选引脚nCE0和U1_8的复位信号脚nRP、使能引脚nOE、写引脚nWE、片选引脚nCE0，U1A通过DQM_0～DQM_3脚及相应的信号控制线读写数据存储器U1_2、U1_3和程序存储器U1_7、U1_8。电源管理电路U7主要提供系统所需要的+V、-V、+5VD、VDD33等电源，部分系统所需要的核心电源此电路中未详细给出。

如图3所示，模拟量输入电路U2包括8路模拟量输入电路和A/D转换芯片max1148，模拟信号经过8路模拟量输入电路送入A/D转换芯片max1148中，模拟信号转化成数字信号后送入嵌入式微处理器U1A中进行处理。U1A的SSPSCLK_GPIO23、SSPSFRM_GPIO24、SSPTXD_GPIO25、SSPRXD_GPIO26、SSPEXTCLK_GPIO27、nPOE_GPIO48脚对应连接A/D转换芯片max1148的SCLK、CS、DIN、DOUT、SSTRB、SHDN脚，U1A通过SPI总线读取A/D转换芯片max1148转换的结果。

如图4所示，开关量输入电路U3包括16路开关量输入电路和开关量输入驱动芯片74LVC162245，16路开关量信号经16路开关量输入电路送入开关量输入驱动芯片74LVC162245中，开关量信号经整形、驱动后送入嵌入式微处理器U1A中进行处理。U1A的数据总线脚MD0～MD15接开关量输入驱动芯片74LVC162245的数据输入脚1A0～1A7和2A0～2A7，U1A的GPIO_12接开关量输入驱动芯片74LVC162245的20E脚和1OE脚，GPIO_12输出低电平时开关量输入驱动芯片74LVC162245工作，GPIO_12输出高电平是开关量输入驱动芯片74LVC162245停止工作。RS485通信电路U5采用接口芯片max232/max485，U1A的串口接收引脚ICP_RXD_GPIO46、串口发送引脚ICP_TXD_GPIO47、GPIO22分别先通过光耦合器接MAX485的数据接收引脚RD、数据发送引脚DI、数据方向控制引脚DE。

如图5所示，以太网接口电路U4采用网络接口芯片DM9000AE和以太网物理层变压器芯片U4_1。网络接口芯片DM9000AE将嵌入式微处理器U1A发送过来的数据转换成相应的形式送给以太网物理层变压器芯片U4_1(实现以太网数据的码行转换和整形)，也可以将以太网物理层变压器芯片U4_1传过来的数据转成相应的形式送给嵌入式微处理器U1A。U1A的地址线脚MA_1接网络接口芯片DM9000AE的访问类型控制引脚CMD，U1A的数据总线脚MD0～MD15接网络接口芯片DM9000AE的数据输入脚SD0～SD15，U1A的GPIO_1、片选信号脚nCS_4_GPIO80、使能写信号nWE、使能信号脚nOE、L_VSYNC_GPIO14脚分别接网络接口芯片DM9000AE的中断信号脚INT、片选信号脚CS#、网卡写信号脚IOW#、网卡读信号脚IOR#、复位信号脚PWRST#。

如图6所示，开关量输出电路U6包括八路开关量输出电路和输出锁存芯片74LS373，输出锁存芯片74LS373把嵌入式微处理器U1A送过来的控制信息锁存后经继电器U11～U18去控制相应的设备。U1A的数据总线脚MD0～MD7接输出锁存芯片74LS373的数据输入脚D0～D7，U1A的GPIO_0脚接输出锁存芯片74LS373的LE脚(11号管脚)，GPIO_0脚输出高电平时输出锁存芯片74LS373输出开关量控制信号。

模拟量数据从A/D转换芯片max1148的A/D转换接口接入，然后传送到嵌入式微处理器U1A中，开关量数据经开关量输入驱动芯片74LVC162245整形、驱动后被传送到嵌入式微处理器U1A中，其它厂家的分站信号从接口芯片max232/max485输入到嵌入式微处理器U1A中，这些输入的信号经过U1A的处理转换成网络数字信号，网络数字信号通过网络接口芯片DM9000AE和以太网物理层变压器芯片从max232/max485接口芯片传送出去。而控制信号也可以从max232/max485接口芯片输入，经过以太网物理层变压器芯片和网络接口芯片DM9000AE传送给嵌入式微处理器U1A，U1A处理后发出控制信息，通过输出锁存芯片74LS373锁存后经继电器U11～U18控制相应的设备。

电源均采用本质安全型，整个电路装置在一个金属或非金属制备的符合煤矿井下安全规范的密封壳体中。

Claims

1.一种煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：包括嵌入式微处理器电路U1，将模拟信号转化成数字信号输入嵌入式微处理器电路U1的模拟量输入电路U2，将开关量信号进行整形、驱动后输入嵌入式微处理器电路U1的开关量输入电路U3，与嵌入式微处理器电路U1进行数据传输的以太网接口电路U4，将其它分站输出的485或是232信号转换成TTL信号送给嵌入式微处理器电路U1的RS485通信电路U5，将嵌入式微处理器电路U1输出的控制信息进行锁存的开关量输出电路U6；所述的嵌入式微处理器电路U1包括嵌入式微处理器U1A，用来存储嵌入式微处理器U1A临时数据、数据计算中间处理结果等的数据存储器U1_2、U1_3和用来存储嵌入式微处理器U1A程序的程序存储器U1_7、U1_8；整个电路由电源模块U7供电。

上述电路安装在一个金属或非金属制备的符合煤矿井下安全规范的密闭壳体中。

2.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的嵌入式微控制器U1A采用嵌入式处理器PXA270，数据存储器U1_2、U1_3采用存储器HY57V561620，程序存储器U1_7、U1_8使用存储器28F128J3A。

3.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的模拟量输入电路U2采用A/D转换芯片max1148。

4.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的开关量输入电路U3采用开关量输入驱动芯片74LVC162245。

5.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的以太网接口电路U4采用网络接口芯片DM9000AE。

6.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的RS485通信电路U5采用接口芯片max232/max485。

7.根据权利要求1所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的开关量输出电路采用U6输出锁存芯片74LS373。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的煤矿斜巷轨道运输综合监控系统，其特征在于：所述的U1A的MA_10～MA_24脚接U1_2的A0～A12、BA0、BA1脚和U1_3的A0～A12、BA0、BA1脚，U1A的MA_2～MA_24脚接U1_7的A0～A23脚和U1_8的A0～A23脚，U1A的MD0～MD15脚接U1_2的DQ0～DQ15脚和U1_3的DQ0～DQ15脚，U1A的MD16～MD31脚接U1_7的DQ0～DQ15脚和U1_8的DQ0～DQ15脚，U1A的DQM_0、DQM_1、SDCKE_1、SDCLK_1、nSDCS_0、nSDRAS、nSDCAS、new脚对应连接U1_2的LDQM、UDQM、SCKE、SCLK、nSCS、nSRAS、nSRCS、new脚，U1A的DQM_2、DQM_3、SDCKE_1、SDCLK_1、nSDCS_0、nSDRAS、nSDCAS、new脚对应连接U1_3的LDQM、UDQM、SCKE、SCLK、nSCS、nSRAS、nSRCS、new脚，U1A的nRESET、nOE、nWE、nCS0脚对应连接U1_7的nRP、nOE、new、nCE0脚和U1_8的nRP、nOE、new、nCE0脚；U1A的SSPSCLK_GPIO23、SSPSFRM_GPIO24、SSPTXD_GPIO25、SSPRXD_GPIO26、SSPEXTCLK_GPIO27、nPOE_GPIO48对应连接U2的SCLK、CS、DIN、DOUT、SSTRB、SHDN脚；U1A的MD0～MD15脚接U3的1A0～1A7、2A0～2A7脚，U1A的GPIO_12脚接U3的2OE和1OE脚；U1A的MA_1脚接U4的CMD脚，U1A的MD0～MD15脚接U4的SD0～SD15脚，U1A的GPIO_1、nCS_4_GPIO80、nWE、nOE、L_VSYNC_GPIO14脚对应连接U4的INT、CS#、IOW#、IO#、PWRST#脚；U1A的ICP_RXD_GPIO46、ICP_TXD_GPIO47、GPIO22脚分别通过光耦合器接U5的RD、DI、DE脚；U1A的MD0～MD7脚接U6的D0～D7脚，U1A的GPIO_0脚接U6的LE脚。