CN103148893A - 煤矿用多参数传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿用传感器技术，尤其涉及煤矿用多参数传感器，包括：本安外壳内中央处理器分别电连接电源模块、声光报警电路、遥控接收电路、数据显示电路、信号输出电路、风速检测电路，特点在于中央处理器还电连接SPI数据总线，SPI数据总线分别电连接甲烷检测电路、温度检测电路，其中，SPI数据总线还电连接一氧化碳检测电路。共用一个壳体节约材料，共用一条总线电缆铺设简单、可靠性高，故障率低，整体耗能小，在煤矿安全监控系统中应用提高了该系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿用传感器技术，尤其涉及煤矿用多参数传感器。
背景技术
目前国内外市场上煤矿用甲烷传感器、煤矿用一氧化碳传感器、煤矿用温度传感器、煤矿用风速传感器均有成熟产品进行销售，但它们之间是相互独立的，没发现有煤矿用多参数传感器销售，国内外也未见有煤矿用多参数传感器的技术报道，特别在煤矿安全监控系统对某一点进行气体或风速监控时，需要单独布置不同气体传感器或风速传感器，布置量大，布线电缆消耗量大，耗能量大，可靠性低，故障率高，急需一种一体多参数煤矿用传感器出现，特别需要一种包括煤矿用甲烷传感器、煤矿用一氧化碳传感器、煤矿用温度传感器、煤矿用风速传感器功能的组合传感器。
发明内容
为了克服以上独立矿用传感器使用的技术不足，提供一种包括煤矿用甲烷传感器、煤矿用一氧化碳传感器、煤矿用温度传感器、煤矿用风速传感器功能的组合传感器。
本发明所要解决的技术问题的技术方案是：提供一种煤矿用多参数传感器，包括本安外壳内中央处理器150分别电连接电源模块121、声光报警电路122、遥控接收电路123、数据显示电路124、信号输出电路125、风速检测电路104，特点在于中央处理器150还电连接SPI数据总线120，SPI数据总线120分别电连接甲烷检测电路101、温度检测电路103。
其中：SPI数据总线120还电连接一氧化碳检测电路102。
其中：甲烷检测电路101、温度检测电路103共用一个集成芯片U2。
其中：风速检测电路104由超声波信号发射电路、超声波信号放大电路、包络检波电路及信号整形电路构成，超声波信号放大电路构成为超声波接收换能器P11的正、负极与信号衰减电阻R33并联，负极接地，正极连接耦合电容C30串联电阻R34接运算放大器U9A的反相输入端，电阻R35连接U9A的输出端和反相输入端，U9A输出端接电阻R36后接地，U9A输出端串接电容C34、电阻R39后接运算放大器U9B的反相输入端，电阻R40连接U9B的输出端和反相输入端，U9B输出端接电阻R41后接地，电阻R37、R38串联后一端接地，一端接电源，C33与R37并联后一端接电源，一端接U9A、U9B的同相输入端，电阻R38接电容C31， C31、C32串联后中间接地，C32接运算放大器U9A的8脚同时接电源，4脚接地。
本发明的有益效果是：中央处理器150电连接风速检测电路104，中央处理器150电连接SPI数据总线120，SPI数据总线120分别电连接甲烷检测电路101、温度检测电路103、一氧化碳检测电路102共用一个壳体节约材料，共用一条总线电缆铺设简单、可靠性高，故障率低，整体耗能小，在煤矿安全监控系统中应用提高了该系统的可靠性。
附图说明
图1本发明的原理框图；
图2实施例的电源模块的原理图；
图3实施例的甲烷检测电路及温度检测电路的原理图；
图4实施例的一氧化碳检测电路的原理图；
图5实施例的风速检测电路的原理图；
图6实施例的中央处理器、遥控接收电路和数据显示电路的原理图；
图7实施例的声光报警电路的原理图；
图8实施例的信号输出电路的原理图。
具体实施方式
附图编号
图中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44.电器元器件管脚号，101.甲烷检测电路，102.一氧化碳检测电路，103.温度检测电路，104.风速检测电路，120.SPI数据总线，121.电源模块，122.声光报警电路，123.遥控接收电路，124.数据显示电路，125.信号输出电路，150.中央处理器。
第一实施例
参见图1，一种煤矿用多参数传感器，包括本安外壳内中央处理器150分别电连接电源模块121、声光报警电路122、遥控接收电路123、数据显示电路124、信号输出电路125、风速检测电路104，特点在于中央处理器150还电连接SPI数据总线120，SPI数据总线120分别电连接甲烷检测电路101、温度检测电路103。
参见图2，电源模块为通用电源模块，主要由型号为TPS54040DGQ的集成芯片U1，型号为1N4732A的稳压二极管D3、D4，以及外围的电容C3-C8、电阻R1-R7、电感L1、肖特基二极管D1、D2构成，电源模块输入端VIN-9-24V与外部电源连接，输出端VOUT为各电路提供所需的电源。
参见图3，甲烷检测电路及温度检测电路为通用电路，包括上电缓冲电路、桥式检测电路、信号放大及量化电路，主要有上电缓冲电路KK1端接中央处理器150，甲烷元件P2与电阻R14、R15，电位器RW1及电容C13-C16组成桥式甲烷检测电路，由AN1+、AN1-端接集成芯片U2，温度元件P3与电阻R16-R18、电容C17-C19组成桥式温度检测电路，由AN2+、AN2-端接集成芯片U2，由集成芯片U2选用AD7705型号，将量化得出的16位数据经SPI数据总线120送入中央处理器150，构成信号放大及量化电路。
其中：甲烷检测电路101、温度检测电路103共用一个集成芯片U2。
参见图4，一氧化碳检测电路102由电化学一氧化碳元件、电压偏置电路、电极保护电路、电流-电压变换电路、信号放大及量化电路构成，为通用电路，主要由集成芯片U5A、电阻R20-R22、电容C25-C26连接组成电压偏置电路，连接一氧化碳元件CE、REF端子，MOS管V10、双向二极管D10、电阻R24组成电极保护电路，运算放大器U5B、电阻R23、R25-R27、电容C27-C30组成电流-电压变换电路，一氧化碳元件SE端子输出的电流信号经电流-电压变换电路转换为电压信号，由集成电路U6型号为AD7705构成信号放大及量化电路，放大、量化处理后经SPI数据总线120送入中央处理器150。
参见图5，风速检测电路104由超声波信号发射电路、超声波信号放大电路、包络检波电路及信号整形电路构成，超声波信号发射电路为通用电路，主要由集成施密特反相器U8E、U8D，电阻R30、R31，电位器RW2，电容C30组成振荡电路产生超声波信号，超声波信号直接耦合到U8A、U8B、U8C、U8F并联构成的功率驱动电路，驱动超声波发射元件P10将电能转化为机械能，其中：超声波信号放大电路构成为超声波接收换能器P11的正、负极与信号衰减电阻R33并联，负极接地，正极连接耦合电容C30串联电阻R34接运算放大器U9A的反相输入端，电阻R35连接U9A的输出端和反相输入端，U9A输出端接电阻R36后接地，U9A输出端串接电容C34、电阻R39后接运算放大器U9B的反相输入端，电阻R40连接U9B的输出端和反相输入端，U9B输出端接电阻R41后接地，电阻R37、R38串联后一端接地，一端接+5V电源，C33与R37并联后一端接+5V电源，一端接U9A、U9B的同相输入端，电阻R38接电容C31， C31、C32串联后中间接地，C32接运算放大器U9A的8脚同时接+5V电源，4脚接地，放大的电信号经电容C35耦合至由D16、R42-R43、C36-C38构成的无源下包络线检波电路，再耦合至U10A、U10B、R44-R50、C39、D17组成的滞回比较信号整形电路，整形为标准方波送于中央处理器150处理。
参见图6，中央处理器150U11型号为STC12C5A32S2，遥控接收电路123和数据显示电路124为通用电路，由型号为SC9149的集成电路U13及红外接收头V20型号为HS0038A2以及外围电阻R70- R74、电容C49-C52、三极管V21连接构成遥控接收电路，显示管理芯片U12选用ZLG7290型号管理三个0.8寸七段数码显示管构成数据显示电路124。
参见图7，声光报警电路122为通用电路，主要由集成MOS管阵列U15、U16、U17组成的推挽式功率驱动电路、蜂鸣器、电阻R80-R85、发光二极管D20-D23及连接端子P20-P22构成，中央处理器150的PWM模块可由遥控器调节输出不同频率信号，从而实现遥控蜂鸣器声音的大小。
参见图8，信号输出电路125为通用电路，主要由三极管V31-V33、发光二极管D32-D33、肖特基二极管D30-D31以及电阻R90-R97连接构成，信号输出电路由中央处理器的TX、RX端口控制，中央处理器将检测到的甲烷浓度值、一氧化碳浓度值、温度值、风速值打包成数据包，由TX 脚输出4800bps基带信号，当TX端口输出高电平时，V32导通，V31截止，BROWN端电压由基带干线控制为高电平，当TX端口输出低电平时， D32亮起，V32截止，V31导通，BROWN端电压被拉为低电平，当YELLOW端为高电平时V33导通，D33亮起，RX接收为低电平，当YELLOW端为低电平时V33截止，RX接收为高电平，当传感器接收正常时，发光二极管D33会不停的闪烁，当传感器发送正常时，发光二极管D32会不停的闪烁，使现场的工作人员能了解传感器与分站的通讯状态。
第二实施例
参见图1，一种煤矿用多参数传感器，包括本安外壳内中央处理器150分别电连接电源模块121、声光报警电路122、遥控接收电路123、数据显示电路124、信号输出电路125、风速检测电路104，特点在于中央处理器150还电连接SPI数据总线120，SPI数据总线120分别电连接甲烷检测电路101、温度检测电路103。
其中：SPI数据总线120还电连接一氧化碳检测电路102。
参见图2，电源模块为通用电源模块，主要由型号为TPS54040DGQ的集成芯片U1，型号为1N4732A的稳压二极管D3、D4，以及外围的电容C3-C8、电阻R1-R7、电感L1、肖特基二极管D1、D2构成，电源模块输入端VIN-9-24V与外部电源连接，输出端VOUT为各电路提供所需的电源。
参见图3，甲烷检测电路及温度检测电路为通用电路，包括上电缓冲电路、桥式检测电路、信号放大及量化电路，主要有上电缓冲电路KK1端接中央处理器150，甲烷元件P2与电阻R14、R15，电位器RW1及电容C13-C16组成桥式甲烷检测电路，由AN1+、AN1-端接集成芯片U2，温度元件P3与电阻R16-R18、电容C17-C19组成桥式温度检测电路，由AN2+、AN2-端接集成芯片U2，由集成芯片U2选用AD7705型号，将量化得出的16位数据经SPI数据总线120送入中央处理器150，构成信号放大及量化电路。
其中：甲烷检测电路101、温度检测电路103共用一个集成芯片U2。
参见图4，一氧化碳检测电路102由电化学一氧化碳元件、电压偏置电路、电极保护电路、电流-电压变换电路、信号放大及量化电路构成，为通用电路，主要由集成芯片U5A、电阻R20-R22、电容C25-C26连接组成电压偏置电路，连接一氧化碳元件CE、REF端子，MOS管V10、双向二极管D10、电阻R24组成电极保护电路，运算放大器U5B、电阻R23、R25-R27、电容C27-C30组成电流-电压变换电路，一氧化碳元件SE端子输出的电流信号经电流-电压变换电路转换为电压信号，由集成电路U6型号为AD7705构成信号放大及量化电路，放大、量化处理后经SPI数据总线120送入中央处理器150。
参见图5，风速检测电路104由超声波信号发射电路、超声波信号放大电路、包络检波电路及信号整形电路构成，超声波信号发射电路为通用电路，主要由集成施密特反相器U8E、U8D，电阻R30、R31，电位器RW2，电容C30组成振荡电路产生超声波信号，超声波信号直接耦合到U8A、U8B、U8C、U8F并联构成的功率驱动电路，驱动超声波发射元件P10将电能转化为机械能，其中：超声波信号放大电路构成为超声波接收换能器P11的正、负极与信号衰减电阻R33并联，负极接地，正极连接耦合电容C30串联电阻R34接运算放大器U9A的反相输入端，电阻R35连接U9A的输出端和反相输入端，U9A输出端接电阻R36后接地，U9A输出端串接电容C34、电阻R39后接运算放大器U9B的反相输入端，电阻R40连接U9B的输出端和反相输入端，U9B输出端接电阻R41后接地，电阻R37、R38串联后一端接地，一端接+5V电源，C33与R37并联后一端接+5V电源，一端接U9A、U9B的同相输入端，电阻R38接电容C31， C31、C32串联后中间接地，C32接运算放大器U9A的8脚同时接+5V电源，4脚接地，放大的电信号经电容C35耦合至由D16、R42-R43、C36-C38构成的无源下包络线检波电路，再耦合至U10A、U10B、R44-R50、C39、D17组成的滞回比较信号整形电路，整形为标准方波送于中央处理器150处理。
参见图6，中央处理器150U11型号为STC12C5A32S2，遥控接收电路123和数据显示电路124为通用电路，由型号为SC9149的集成电路U13及红外接收头V20型号为HS0038A2以及外围电阻R70- R74、电容C49-C52、三极管V21连接构成遥控接收电路，显示管理芯片U12选用ZLG7290型号管理三个0.8寸七段数码显示管构成数据显示电路124。
参见图7，声光报警电路122为通用电路，主要由集成MOS管阵列U15、U16、U17组成的推挽式功率驱动电路、蜂鸣器、电阻R80-R85、发光二极管D20-D23及连接端子P20-P22构成，中央处理器150的PWM模块可由遥控器调节输出不同频率信号，从而实现遥控蜂鸣器声音的大小。
参见图8，信号输出电路125为通用电路，主要由三极管V31-V33、发光二极管D32-D33、肖特基二极管D30-D31以及电阻R90-R97连接构成，信号输出电路由中央处理器的TX、RX端口控制，中央处理器将检测到的甲烷浓度值、一氧化碳浓度值、温度值、风速值打包成数据包，由TX 脚输出4800bps基带信号，当TX端口输出高电平时，V32导通，V31截止，BROWN端电压由基带干线控制为高电平，当TX端口输出低电平时， D32亮起，V32截止，V31导通，BROWN端电压被拉为低电平，当YELLOW端为高电平时V33导通，D33亮起，RX接收为低电平，当YELLOW端为低电平时V33截止，RX接收为高电平，当传感器接收正常时，发光二极管D33会不停的闪烁，当传感器发送正常时，发光二极管D32会不停的闪烁，使现场的工作人员能了解传感器与分站的通讯状态。
煤矿安全监控系统使用本发明时由信号输出电路125接入煤矿安全监控系统。
Claims (5)
1. 一种煤矿用多参数传感器，包括本安外壳内中央处理器分别电连接电源模块、声光报警电路、遥控接收电路、数据显示电路、信号输出电路、风速检测电路，特点在于中央处理器还电连接SPI数据总线，SPI数据总线分别电连接甲烷检测电路、温度检测电路。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿用多参数传感器，其特征在于：SPI数据总线还电连接一氧化碳检测电路。
3. 根据权利要求1所述的一种煤矿用多参数传感器，其特征在于：甲烷检测电路、温度检测电路共用一个集成芯片U2。
4. 根据权利要求2所述的一种煤矿用多参数传感器，其特征在于：甲烷检测电路、温度检测电路共用一个集成芯片U2。
5. 根据权利要求1或2或3或4所述的一种煤矿用多参数传感器，其特征在于：风速检测电路（104）由超声波信号发射电路、超声波信号放大电路、包络检波电路及信号整形电路构成，超声波信号放大电路构成为超声波接收换能器P11的正、负极与信号衰减电阻R33并联，负极接地，正极连接耦合电容C30串联电阻R34接运算放大器U9A的反相输入端，电阻R35连接U9A的输出端和反相输入端，U9A输出端接电阻R36后接地，U9A输出端串接电容C34、电阻R39后接运算放大器U9B的反相输入端，电阻R40连接U9B的输出端和反相输入端，U9B输出端接电阻R41后接地，电阻R37、R38串联后一端接地，一端接电源，C33与R37并联后一端接电源，一端接U9A、U9B的同相输入端，电阻R38接电容C31， C31、C32串联后中间接地，C32接运算放大器U9A的8脚同时接电源，4脚接地。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |