CN101788547A - 具有双向数据传输功能的甲烷传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双向数据传输功能的甲烷传感器，其中，甲烷传感器用于获得本地甲烷浓度信号；采集单元用于采集由甲烷传感器检测的甲烷浓度信号；处理器处理来自采集单元的本地甲烷浓度信号，得到本地甲烷浓度值数据、含有本地标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自远端的甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端甲烷浓度值数据；双向数据通信单元将处理器输出的甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给处理器；甲烷浓度显示单元分别显示处理器输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；甲烷浓度报警器根据处理器输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

Description

具有双向数据传输功能的甲烷传感器

技术领域

本发明涉及一种甲烷传感器，特别涉及一种具有双向数据传输功能的甲烷传感器。

背景技术

现有甲烷传感器就其基本工作过程而言，皆为本地采集环境甲烷浓度信息，通过本机的转换和处理电路，形成量化的甲烷浓度信息。通过传感器本身具有的显示器件进行本地显示；通过本机的处理电路将采集值同设定的报警值相比较，超限则予以报警；同时，单向上传。而基于全矿信息透明化的监控系统发展方向，要求井下终端设备具有双向的信息传输及人机交互功能。对于甲烷传感器来讲，即要求能够采集和显示本地的甲烷浓度，进行本地的超限报警，又能够利用远程通讯功能，输出远端相关地点的甲烷浓度和报警信息。当井下其它地点发生灾害事件时，本地人员可通过设置于本地的传感器的显示信息，及时获得灾害发生的地点信息及灾害程度信息。避免逃生自救的盲目性。

发明内容

本发明的目的是提供一种既可以上传本地甲烷浓度信息又可以接收来自远端的甲烷浓度信息的双向数据传输功能的甲烷传感器。

根据本发明第一方面，具有双向数据传输功能的甲烷传感器包括：

甲烷传感器，用于检测本地环境中的甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；

采集单元，用于采集由甲烷传感器检测的甲烷浓度信号；

处理器，用于处理来自采集单元的甲烷浓度信号，得到本地甲烷浓度值数据、含有本地标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自远端的甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端甲烷浓度值数据；

双向数据通信单元，用于将处理器输出的甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给处理器；

甲烷浓度显示单元，用于分别显示处理器输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；

甲烷浓度报警器，用于根据处理器输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

其中，所述处理器通过对来自采集单元的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度值数据，将所述甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到所述甲烷浓度报警信号，以及将所述甲烷浓度值数据与预置的本地标识进行打包处理，得到所述的含有本地标识的甲烷浓度数据包。

其中，所述处理器通过对来自远端的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到带有标识的作为远端甲烷浓度值数据。

其中，所述甲烷浓度显示单元包括：

显示驱动模块，用于驱动所述本地甲烷浓度值数据信号和远端甲烷浓度值数据信号；

远端甲烷浓度显示模块，用于显示由所述显示驱动模块驱动的本地甲烷浓度值数据信号；

本地甲烷浓度显示模块，用于显示由所述显示驱动模块驱动的远端甲烷浓度数据信号。

本发明的甲烷传感器还包括设置单元，用于预置所述甲烷浓度报警阈值和本地标识。

此外，本发明的甲烷传感器还包括单向模拟通信单元，用于接收处理器输出的其频率与甲烷浓度成正比单向模拟信号。

其中，所述采集单元具有放大来自甲烷传感器的甲烷浓度信号的放大器。

其中，所述采集单元还具有将已放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。

作为选择，所述处理器具有将放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。

根据本发明的第二方面，具有双向数据传输功能的甲烷传感器包括：

甲烷浓度检测桥路，用于检测本地甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；

放大电路，用于放大甲烷浓度检测桥路输出的甲烷浓度信号；

微处理器，用于将所述放大电路输出的甲烷浓度信号转换成数字信号，经由运算处理，形成用于显示的本地甲烷浓度数据、带有本地标识的本地甲烷浓度数据包以及甲烷浓度报警信号；以及用于经由拆包处理，从来自远端的甲烷浓度数据包中得到用于显示的远端甲烷浓度值数据及其标识；

双向数据通信接口，用于将微处理器输出的本地甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给微处理器；

甲烷浓度显示单元，用于分别显示微处理器输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；

甲烷浓度报警器，用于根据微处理器输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

综上所述，本发明的传感器是针对基于全息化、透明化的监控系统发展方向而开发的一种甲烷传感器，能够执行数据双向信息传输，采集和显示本地的甲烷浓度和进行本地的超限报警，可将本地的甲烷浓度信息上传至远端的主机(或分站)，可以接收和输出主机(或分站)等上游设备传送的其它地点的甲烷浓度和报警信息等。因此本发明具有以下技术效果：

1)能够采集和显示本地的甲烷浓度，进行本地的超限报警，又能够利用远程通讯功能，输出远端相关地点的甲烷浓度和报警信息。

2)当井下其它地点发生灾害事件时，本地人员可通过设置于本地的传感器的显示信息，及时获得灾害发生的地点信息及灾害程度信息，避免逃生自救的盲目性。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的双向数据传输功能的甲烷传感器第一实施例的电原理图；

图2是显示图1中的甲烷浓度显示单元结构的示意图；

图3是本发明的双向数据传输功能的甲烷传感器第二实施例的电原理图；

图4是图3所示的本发明的第二实施例的电路图。

具体实施方式

图1显示了本发明的具有双向数据传输功能的甲烷传感器的第一实施例，包括：

甲烷传感器1，用于检测本地环境中的甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；

采集单元2，用于采集由甲烷传感器1检测的甲烷浓度信号；

处理器3，用于：1)处理来自采集单元2的甲烷浓度信号，得到用于显示本地甲烷浓度值的甲烷浓度值数据、含有本地标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号；2)处理来自远端的甲烷浓度数据包，得到用于显示的带有标识的远端甲烷浓度值数据；

双向数据通信单元6，用于将处理器3输出的甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给处理器3；

甲烷浓度显示单元5，用于分别显示处理器3输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据及其标识；

甲烷浓度报警器4，用于根据处理器3输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

采集单元2至少具有一个放大器，用于放大来自甲烷传感器1的甲烷浓度信号。

采集单元2还可以有一个模数转换器，用于将已放大的甲烷浓度信号进行模数转换，得到数字化的甲烷浓度信号。

另一方面，由于目前的处理器都具有模数转换器，即处理器3具有将放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器，因此，采集单元2可不设置模数转换器。

处理器3通过对来自采集单元2的甲烷浓度信号(若该甲烷浓度信号为模拟信号，则需要进行模数转换)进行运算处理，得到甲烷浓度值数据，将所述甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到所述甲烷浓度报警信号，以及将所述甲烷浓度值数据与预置的本地标识进行打包(或封装)处理，得到所述的含有本地标识的甲烷浓度数据包。

处理器3可以将甲烷浓度值数据送至甲烷浓度显示单元进行显示，以事实显示当前的本地甲烷浓度值。如果甲烷浓度值大于预置的甲烷浓度报警阈值，则处理器3向甲烷浓度报警器4发出报警启动信号，使得甲烷浓度报警器4发出声光报警信号。处理器3将含有本地标识的甲烷浓度数据包发送给双向数据通信单元6，以便传送给远端的主机。

另一方面，处理器3还通过对来自远端的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到作为远端甲烷浓度值显示信号的远端甲烷浓度值数据和远端标识。这样，本发明的传感器就可以得知整个矿井的甲烷浓度分布情况，即灾害发生的地点信息及灾害程度，有利于井下人员有目的的逃生自救。

图2显示了图1所示的甲烷浓度显示单元5的具体结构，包括：

显示驱动模块51，用于驱动从处理器3输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；

远端甲烷浓度显示模块52，用于显示由所述显示驱动模块51驱动的本地甲烷浓度值数据；

本地甲烷浓度显示模块53，用于显示由所述显示驱动模块51驱动的远端甲烷浓度值数据。

图3显示了本发明的传感器的第二实施例，该第二实施例与第一实施例的区别仅仅在于，增设了设置单元7和单向模拟通信单元8。设置单元7用于预置甲烷浓度报警阈值和本地标识，用户可以根据需要设定甲烷浓度报警阈值，并且可以调整或改变该传感器的标识。单向模拟通信单元8用于接收处理器3输出的其频率与甲烷浓度成正比单向模拟信号，并将其上传至分站等设备。

上述双向数据通信单元6和单向模拟通信单元8通过有线或无线方式实现双向和单向传输。

本发明的本地标识和远端标识是地点编号，它与甲烷浓度值结合使用，用于显示具体的矿井地点的甲烷浓度。

图4显示了本发明的第二实施例的具体电路，在图4中，甲烷传感器1为催化燃烧式甲烷敏感元件MJC4，它是由黑、白元件RH、RB同R5、R6及W1构成电桥，用于采集环境的甲烷气体浓度信息。电桥的A、B两端输出随外界甲烷气体浓度变化的电信号。此电信号经过由IC3(放大模块)等元件组成的采集单元2进行放大处理，传输到微处理器IC4内部的A/D采集电路，形成数字信号。经微处理器3的运算处理，形成甲烷浓度信息。浓度信息可通过显示驱动模块IC6及本地甲烷浓度显示模块53即数码显示模块S1进行本地显示；单向模拟通信单元8由VT3等组成，用于输出由微处理器IC4输出的与浓度成正比的频率信号，可单向上传至分站等设备；当甲烷浓度超过设定值时，可通过IC8、VL1、VL2等组成的甲烷浓度报警单元4输出声光报警信号。IC2、IC7为开关型稳压电源模块，具有过热及短路保护功能，可为敏感元件及本机其它单元提供稳定的电源供应。

本发明的双向数据通信单元6是IC7等元件构成的RS485双向通信接口电路；另外，本发明的远端甲烷浓度显示模块52由显示模块S2及IC6部分管脚组成。经过本机采集和处理得到的甲烷浓度信息，通过通信接口电路上传至分站等设备，再通过分站传输至地面中心站。中心站接收并处理井下多个传感器传输来的各地点的浓度信息，当某地点的甲烷浓度超限，中心站可按预设的逻辑关系，将此超限信息(包括浓度值，地点编号)经过井下分站下传至设置于其它地点的“具有双向传输功能的甲烷传感器”。同理，其它传感器的超限信息，亦可通过中心站以数字通信的方式转发至本传感器。本传感器经接口电路接收的信息，由本机的微处理器处理后，传输至数码显示电路予以显示。当远端传来报警信息时，既可以通过数码显示模块显示信息的源地址，监测参数值；又可通过声光输出电路输出报警信号。

DC1为具有隔离功能的电源模块，为RS485通信芯片提供电源。IC1、IC2组成的电源电路为本传感器的其它单元提供电源。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有双向数据传输功能的甲烷传感器，包括：

甲烷传感器(1)，用于检测本地环境中的甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；

采集单元(2)，用于采集由甲烷传感器(1)检测的甲烷浓度信号；

处理器(3)，用于处理来自采集单元(2)的甲烷浓度信号，得到本地甲烷浓度值数据、含有本地标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自远端的甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端甲烷浓度值数据；

双向数据通信单元(6)，用于将处理器(3)输出的甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给处理器(3)；

甲烷浓度显示单元(5)，用于分别显示处理器(3)输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；

甲烷浓度报警器(4)，用于根据处理器(3)输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

2.根据权利要求1所述的甲烷传感器，其中所述处理器(3)通过对来自采集单元(2)的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度值数据，将所述甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到所述甲烷浓度报警信号，以及将所述甲烷浓度值数据与预置的本地标识进行打包处理，得到所述的含有本地标识的甲烷浓度数据包。

3.根据权利要求1或2所述的甲烷传感器，其中所述处理器(3)通过对来自远端的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到带有标识的作为远端甲烷浓度值数据。

4.根据权利要求3所述的甲烷传感器，其中所述甲烷浓度显示单元(5)包括：

显示驱动模块(51)，用于驱动所述本地甲烷浓度值数据信号和远端甲烷浓度值数据信号；

远端甲烷浓度显示模块(52)，用于显示由所述显示驱动模块(51)驱动的本地甲烷浓度值数据信号；

本地甲烷浓度显示模块(53)，用于显示由所述显示驱动模块(51)驱动的远端甲烷浓度数据信号。

5.根据权利要求4所述的甲烷传感器，还包括设置单元(7)，用于预置所述甲烷浓度报警阈值和本地标识。

6.根据权利要求4所述的甲烷传感器，还包括单向模拟通信单元(8)，用于接收处理器(3)输出的其频率与甲烷浓度成正比单向模拟信号。

7.根据权利要求4所述的甲烷传感器，其中所述采集单元(2)具有放大来自甲烷传感器(1)的甲烷浓度信号的放大器。

8.根据权利要求7所述的甲烷传感器，其中所述采集单元(2)还具有将已放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。

9.根据权利要求7所述的甲烷传感器，其中所述处理器(3)具有将放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。

10.一种具有双向数据传输功能的甲烷传感器，包括：

甲烷浓度检测桥路，用于检测本地甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；

放大电路，用于放大甲烷浓度检测桥路输出的甲烷浓度信号；

微处理器，用于将所述放大电路输出的甲烷浓度信号转换成数字信号，经由运算处理，形成用于显示的本地甲烷浓度数据、带有本地标识的本地甲烷浓度数据包以及甲烷浓度报警信号；以及用于经由拆包处理，从来自远端的甲烷浓度数据包中得到用于显示的远端甲烷浓度值数据及其标识；

双向数据通信接口，用于将微处理器输出的本地甲烷浓度数据包发送给远端，以及将来自远端的甲烷浓度数据包发送给微处理器；

甲烷浓度显示单元，用于分别显示微处理器输出的本地甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；

甲烷浓度报警器，用于根据微处理器输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警。

Images