发明内容
本发明解决的具体问题是,提供一种矿用隔爆兼本安型多媒体计算机,包括隔爆机壳、盖板、键盘翻转装置和计算机控制电路;计算机控制电路包括:工控板、信号控制模块、信号隔离模块和USB信号转换模块;隔爆机壳与盖板之间构成隔爆腔;计算机控制电路设置在隔爆腔内,其特点是:
所述盖板上设有窗口,所述显示屏设置在隔爆腔内,且显示屏幕正对盖板的窗口,在显示屏幕外设置有钢化玻璃,该钢化玻璃固定在盖板的内表面;键盘嵌在所述键盘翻转装置上,所述键盘翻转装置通过铰接机构与盖板相铰接,以便键盘翻转装置在与盖板成0度至90度之间转动;
所述工控板输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块;并且,工控板接收信号隔离模块输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,进行处理后输出到显示屏显示;
所述信号隔离模块接收所述工控板输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,并将收到的信号分别进行信号隔离处理后,输出USB信号到USB信号转换模块,输出RS485信号到RS485信号接口,输出RS232信号到信号控制模块;并且信号隔离模块接收信号控制模块输出的RS232信号,进行隔离处理后,输出到工控板;信号隔离模块接收信号控制模块输出的USB信号,进行隔离处理后,输出到工控板;信号隔离模块接收RS485信号接口输出的RS485信号,进行隔离处理后,输出到工控板;
所述信号控制模块接收信号隔离模块输出的RS232信号,进行转换以及隔离处理,输出电流信号到外部装置;并且信号控制模块接收外部装置输出的电流信号,进行转换以及隔离处理后,输出RS232信号到信号隔离模块;
所述USB信号转换模块接收信号隔离模块输出的USB信号,进行处理后,输出音频信号到矿用本安型耳麦,输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备;USB信号转换模块接收矿用本安型耳麦113输出的音频信号,接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号,进行处理后,输出USB信号到信号隔离模块;并且USB信号转换模块与矿用本安型键盘配接。
本发明具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能,并隔离输入输出信号,具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能,在隔爆腔中通过信号隔离模块同时隔离RS232、RS485和USB信号,并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号,信号抗干扰能力强,所需隔爆腔体积小;成本低,重量轻;本发明将显示屏设置在隔爆腔内,并在显示屏幕外设置有钢化玻璃,保证隔爆性能;还将显示屏、键盘以及主机集成一体,集成度高,结构简单;键盘与主机不需要外连接线,携带和使用很方便,键盘使用时可通过联结机构打开,不用时可合上,对显示屏起到进一步的保护作用,隔爆性好,性能安全可靠,能满足煤矿井下长期在线监控的使用需求;
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,所述工控板与USB无线模块进行双向信号通讯;所述工控板将收到的信号进行处理,将处理后的信号通过USB无线模块发送到基站,并且,所述工控板通过USB无线模块接收基站发出的信号,进行处理,输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,所述信号控制模块包括RS232信号转TTL电平模块、第一光隔离模块、TTL电平转RS232信号模块和RS232信号转电流信号模块;其中,所述RS232信号转TTL电平模块接收信号隔离模块输出的RS232信号,将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块进行光隔离,所述第一光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块,所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块,所述RS232信号转电流信号模块将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置。该优选方案中,信号控制模块先将RS232转换成TTL电平信号,进行输入输出隔离后,将TTL电平信号转换成RS232信号,再将RS232信号转换成电流信号输出,电路结构简单,成本低,没有采用常规的将RS232信号转换成RS485信号进行隔离的电路。。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,所述信号控制模块还包括TTL电平转RS232信号模块、第二光隔离模块、RS232信号转TTL电平模块和电流信号转RS232信号模块;其中,所述电流信号转RS232信号模块接收外部装置输出的电流信号,将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块;所述RS232信号转TTL电平模块将RS232信号信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块进行光隔离,所述第二光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块,所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,显示屏为液晶屏,由矿用本安驱动电路驱动,无需逆变器,成本低,重量轻,安全性高。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,铰接机构由固定铰耳、转轴、旋转铰耳构成,固定铰耳的顶部与盖板的下端联接,固定铰耳凸出部位插入到旋转铰耳凹槽中,旋转铰耳下部侧表与键盘翻转装置侧壁联接,转轴穿过固定铰耳和旋转铰耳通孔,由螺母锁定。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,所述键盘翻转装置包括键盘固定面板和翻转机壳,翻转机壳通过铰接机构与盖板的下端铰接,所述固定面板盖在翻转机壳上端形成盒体,键盘嵌入盒体内。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,所述键盘翻转装置还包括固定扣,固定扣由底座、固定环和挂钩构成,其中,底座固定在翻转机壳上,固定环固定在底座上,挂钩固定在盖板上并与底座相对应,当翻转机壳合上时,固定环挂在挂钩上固定翻转机壳。
根据本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的优选方案,在所述隔爆机壳上设置有起吊环,用于计算机搬运时悬挂固定;进线隔爆装置和出线隔爆装置分别设置在隔爆机壳的两侧,并与所述计算机控制电路电连接,进一步保证隔爆性能。
本发明所述的矿用隔爆兼本安型多媒体计算机的有益效果是,本发明具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能,并隔离输入输出信号,具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能,在隔爆腔中通过信号隔离模块同时隔离RS232、RS485和USB信号,并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号,信号抗干扰能力强,所需隔爆腔体积小;成本低,重量轻;本发明将显示屏设置在隔爆腔内,并在显示屏幕外设置有钢化玻璃,保证隔爆性能;还将显示屏、键盘以及主机集成一体,集成度高,结构简单;键盘与主机不需要外连接线,携带和使用很方便,键盘使用时可通过联结机构打开,不用时可合上,对显示屏起到进一步的保护作用,隔爆性好,性能安全可靠;数据输入和数据输出分别通过进线隔爆装置和出线隔爆装置,进一步保证隔爆性能;由于具有USB无线模块,能够与机站进行双工无线通讯;另外,采用本安输出驱动多路LED背光模块,无需逆变器;本发明功能多,体积小,成本低,重量轻,使用方便、可靠,安全性高,可广泛应用于矿井监控。
具体实施方式
参见图1和图2,一种矿用隔爆兼本安型多媒体计算机,由计算机控制电路、保险管101、总电源开关7、开关电源3、逆变变压器4、隔爆机壳9、盖板1、显示屏12、键盘翻转装置18、键盘21、矿用本安驱动电路105、USB无线模块108、矿用本安型耳麦113、以太网信号接口114、矿用本安型USB闪存盘115、RS485信号接口117、进线隔爆装置19和出线隔爆装置20构成;计算机控制电路布置在工控板6、电源板17和信号隔离板5上,信号隔离板5包括信号隔离模块100、USB信号转换模块110和信号控制模块109;
逆变变压器4底部采用导热绝缘板23螺钉联接到隔爆机壳9内部,保证热量能快速传递到隔爆机壳9表面,工控板6上面安装有散热片22,增大其散热面积,保证了内部电气元件长期安全工作。
外接127V AC电源从进线隔爆装置19输入,通过总电源开关7分成两路;通过信号隔离板5输出各类本质安全型信号从出线隔爆装置20输出。
隔爆机壳9采用钢板焊接制成,隔爆机壳9与盖板1采用螺栓连接,二者之间构成隔爆腔;工控板6、电源板17和信号隔离板5均通过螺钉联接固定在隔爆腔内部的安装柱上,所述盖板1上设有窗口,显示屏12设置在隔爆腔内,且显示屏幕正对盖板1的窗口,在显示屏幕外设置有钢化玻璃10,所述钢化玻璃10四周由钢化玻璃压条13固定在盖板1的内表面,显示屏12四周通过显示屏压条11固定在钢化玻璃压条13上,钢化玻璃压条13为金属材料,且其下面通过橡胶垫防止钢化玻璃10压碎。显示屏压条11为塑料材料,同时通过橡胶垫防止显示屏12压碎;键盘21嵌在所述键盘翻转装置18上,且通过螺纹联接固定,键盘21采用不锈钢键盘且带触摸板;所述键盘翻转装置18通过铰接机构与盖板1相铰接,以便键盘翻转装置18在与盖板1成0度至90度之间转动,且当键盘翻转装置18与盖板1成0度时,键盘翻转装置18为显示屏幕的盖;
其中:
逆变变压器4连接在总电源与电源板17之间,进行AC-AC的隔离和降压;具体为输入127V交流,输出为11V交流;
所述的开关电源3输入为127V交流,所述开关电源3为工控板6、矿用本安驱动电路105供电;
所述的电源板17实现将11V交流转换为两路输出,一路供电给信号隔离模块100隔离输出端、USB信号转换模块110、矿用本安型耳麦113、矿用本安型USB闪存盘115、矿用本安型键盘21;另一路供电给信号控制模块109;
所述工控板6输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块100;并且,工控板6接收信号隔离模块100输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,进行处理后输出到显示屏12显示;
所述信号隔离模块100接收所述工控板6输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,并将收到的信号分别进行信号隔离处理后,输出USB信号到USB信号转换模块110,输出RS485信号到RS485信号接口117,输出RS232信号到信号控制模块109;并且信号隔离模块100接收信号控制模块109输出的RS232信号,进行隔离处理后,输出到工控板6;信号隔离模块100接收信号控制模块109输出的USB信号,进行隔离处理后,输出到工控板6;信号隔离模块100接收RS485信号接口117输出的RS485信号,进行隔离处理后,输出到工控板6;RS485信号接口117与具有RS485接口的配接设备连接;具体实施例中所述信号隔离模块100由USB信号隔离模块118、RS232信号隔离模块119和RS485信号隔离模块120构成;
所述信号控制模块109接收信号隔离模块100输出的RS232信号,进行转换以及隔离处理,输出电流信号到外部装置112;并且信号控制模块109接收外部装置112输出的电流信号,进行转换以及隔离处理后,输出RS232信号到信号隔离模块100;
所述USB信号转换模块110接收信号隔离模块100输出的USB信号,进行处理后,输出音频信号到矿用本安型耳麦113,输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备;USB信号转换模块110接收矿用本安型耳麦113输出的音频信号,接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号,进行处理后,输出USB信号到信号隔离模块100;并且USB信号转换模块110与矿用本安型键盘21配接,接收矿用本安型键盘21输出的信号。
参见图4,具体实施例中,所述的USB信号转换模块110内设有USB信号转换器121、音频转换模块122和网络转换模块123;所述的USB信号转换器121实现一路USB信号转换成四路USB信号,一路配接矿用本安型键盘21,另一路配接矿用本安型USB闪存盘115;音频转换模块122实现USB信号转换成音频信号输出给矿用本安型耳麦113,数字信号隔离后再转换成音频信号,抗干扰强,音质较好。网络转换模块123实现USB信号转换成以太网信号,输出给以太网信号接口114,先隔离再转换的方法减小了隔爆腔的体积,节约成本和减轻了重量。
所述工控板6与USB无线模块108进行双向信号通讯;所述工控板6将收到的信号进行处理,将处理后的信号通过USB无线模块108发送到基站,并且,所述工控板6通过USB无线模块108接收基站发出的信号,进行处理,输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块100,所述的USB无线模块108为信号转换和输出模块,具体为USB WIFI模块。
显示屏12为液晶屏,采用LED背光屏,24V直流供电,由矿用本安驱动电路105驱动。参见图5,所述的显示模板124和工控板6均与开关电源4连接,开关电源4输出6组24V电压,分别为第一背光模块125至第六背光模块130供电,无需逆变器;显示模板124信号由工控板6输入;矿用本安驱动电路105经过二级限流和两极过压保护,输出驱动6组灯组和液晶屏的显示模块,达到GB.3836.4关于本质安全的参数指标要求,防止高压引起的安全隐患。
参见图6,其中,所述信号控制模块109由RS232信号转TTL电平模块132、第一光隔离模块133、TTL电平转RS232信号模块134、RS232信号转电流信号模块135、TTL电平转RS232信号模块136、第二光隔离模块137、RS232信号转TTL电平模块138和电流信号转RS232信号模块139构成;其中,所述RS232信号转TTL电平模块132接收信号隔离模块100输出的RS232信号,将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块133进行光隔离,满足矿用本质安全的介电强度的要求,所述第一光隔离模块133将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块134,所述TTL电平转RS232信号模块134将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块135,所述RS232信号转电流信号模块135将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置112;外部装置112可以是矿用本安型随钻测量装置;
所述电流信号转RS232信号模块139接收外部装置112输出的电流信号,将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块138;所述RS232信号转TTL电平模块138将RS232信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块137进行光隔离,所述第二光隔离模块137将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块136,所述TTL电平转RS232信号模块136将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块100。
信号控制模块109能实现与矿用本安型随钻测量装置的长距离双工通信,既能完成RS232信号的接收、编码、解码并转换成电流信号,也能完成电流信号的接收,编码,解码并转换成RS232信号。
如图7所示,具体说明RS232信号隔离模块119的工作原理:
从TTL电平转为RS2323信号的原理:
由于二极管与电容的作用,使得在二极管D7与电容C6交接处的电压以及二极管D4与电容C5交接处的电压保持在-3V~-15V。当TXD0为″1″时,三极管Q1截止,RXDIN0上的电压与TXD_IN0(TXDIN1)电压相等,也是-3~-15V,为″1″电平;当TXD0为″0″时,三极管Q1导通,则RXDIN0电压约为+5V,这个电压在+3~+15V之间为RS232的电平″0″;从而实现了从TTL到RS232的电平转换。
同理,当TXD1为″1″电平时,三极管Q4截止,RXDIN1上的电压与TXDIN1电压相等,也是-3~-15V,为″1″电平;当TXD1为″0″电平时,三极管Q4导通,则RXDIN1电压约为+5V,这个电压在+3~+15V之间为RS232的电平″0″;从而实现了从TTL到RS232的电平转换。
从RS232信号转换为TTL电平的原理:
当TXDIN0为″1″电平,即-3~-15V时,三极管Q3截止,RXD0电压约为5V,为″1″电平,光耦G1导通,RXD1为高电平“1”,三极管Q4截止,RXDIN1输出为-3~-15V电压,即为输出的RS232电平“1”;当TXDIN0为″0″电平时,三极管Q3导通,RXD0电压为0V,电平为″0″,光耦G1截止,TXD1为高电平,三极管Q3截止。
同理:当TXDIN1为″1″电平时,即-3~-15V时,三极管Q2截止,RXD1电压约为5V,为″1″电平,光耦G2导通,RXD1为高电平“1”,三极管Q4截止,RXDIN1输出为-3~-15V电压,即为输出的RS232电平“1”;当TXDIN1为″0″电压约为+5V时,三极管Q2导通,RXD1电压为0V,电平为″0″,光耦G2截止,TXD0为高电平,三极管Q2截止。
本电路成本低,数据转换延时小。
如图8,RS485收发器U1、U2是实现RS485收发,光耦G1、G2实现通信信号TTL电平隔离,光耦G3实现控制信号的隔离,隔离电压为2500V,使其达到矿用隔爆设备的介电强度的要求,芯片U3A、U3B是单稳振荡器,控制RS485收发器U1、U2的收发使能脚来控制RS485的数据收发时间,其初始状态时,芯片U3A、U3B的Q端是低电平;RS485收发器U1、U2都处于接收状态,如当RS485收发器U1收到数据时,起始位从1到0的变化触发U3A的Q端变为高电平,RS485收发器U2的发送器处于工作状态;同时低电平清除U3B的Q端,使得RS485收发器U1处于接收状态。U3A产生的脉冲宽度与电容C1和电阻R15有关系。
参见图9至图13,在具体实施例中,铰接机构由固定铰耳14、转轴15、旋转铰耳16构成,旋转铰耳16为“U”型,固定铰耳14为“T”型,固定铰耳14的顶部与盖板1的下端联接,固定铰耳14凸出部位插入到旋转铰耳16凹槽中,同时凸出部位与旋转铰耳16两侧留有间隙B,旋转铰耳16下部侧表与键盘翻转装置18侧壁联接,转轴15穿过固定铰耳14和旋转铰耳16通孔,由弹垫24、平垫25和螺母26锁定;固定铰耳14与旋转铰耳16上设置结构限位,保证键盘翻转装置18只能绕转轴15旋转到90°打开状态。
在具体实施例中,所述键盘翻转装置18由键盘固定面板181、翻转机壳182和固定扣183构成,翻转机壳182通过铰接机构与盖板1的下端铰接,所述固定面板181盖在翻转机壳182上端形成盒体,键盘21嵌入盒体内;固定扣183由底座183A、固定环183B和挂钩183C构成,其中,底座183A固定在翻转机壳182上,固定环183B固定在底座183A上,挂钩183C固定在盖板1上并与底座183A相对应,当翻转机壳182合上时,固定环183B挂在挂钩183C上固定翻转机壳182。
在具体实施例中,在隔爆机壳9上设置有起吊环2,进线隔爆装置19和出线隔爆装置20分别设置在隔爆机壳9的两侧,并与所述计算机控制电路电连接,进线隔爆装置19由压紧螺母19-1、阻燃密封圈19-2、压紧垫片19-3组成,出线隔爆装置20主要由压紧螺母20-1、阻燃密封圈20-2、压紧垫片20-3组成。
在具体实施例中,总电源开关7通过螺钉固定在隔爆腔内部,并用环氧胶灌封,旋转圆钮8套在总电源开关7的手柄上,并伸出隔爆机壳9,旋转圆钮8与隔爆机壳9螺纹联接。