CN103615290A

CN103615290A - 一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站

Info

Publication number: CN103615290A
Application number: CN201310646130.8A
Authority: CN
Inventors: 苗丙; 郭磊; 闫伟峰
Original assignee: BEIJING RUISAI GREAT WALL AVIATION MEASUREMENT CONTROL TECHNOLOGY CO LTD; AVIC Intelligent Measurement Co Ltd
Current assignee: BEIJING RUISAI GREAT WALL AVIATION MEASUREMENT CONTROL TECHNOLOGY CO LTD; AVIC Intelligent Measurement Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明公开了一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，适用于煤矿安全监控领域，语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站由隔爆外壳及安装在外壳内部的分站主板、液晶显示板、CAN语音通信板、电源转换板、本安电源板及底板组成。本发明不仅实现了采集、控制、显示与通讯等煤矿安全监控分站的基本功能，在具有煤尘、瓦斯等爆炸性气体的煤矿井环境中，对环境参数及工况参数进行监测与控制，还在不用额外布线的前提下，实现了煤矿安全监控分站与中心站的语音对讲，并且实现了对每一路本安电源在线监测，为用户在安装使用、调试维护过程中时节省工作时间，进而提高了生产效率。

Description

一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站

技术领域

本发明属于煤矿安全监控技术领域，涉及一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，尤其涉及一种在具有煤尘、瓦斯等爆炸性气体的煤矿井环境中，对环境参数及工况参数进行监测与控制，并进行语音信息传输及对本安电源在线监测的矿用智能监控设备。

背景技术

煤矿安全监控分站(简称分站)是煤矿安全监控系统中不可或缺的一个电气设备，用于连接传感器、执行器与井上中心站，实现对输入信号的监测、与井上中心站的通讯以及对本地或远程用电设备的通断电控制。目前，用户使用的各种型号分站设备，只满足用户最基本的使用需求，由于现有分站只能监测传感器信号而无法对传感器使用的本安电源进行实时监测、只能传输数据信息而缺少语音通信的附加功能，因此，在分站使用过程中，存在调试困难，使用不方便，浪费大量人力物力的缺点。

例如，在使用过程中，总是需要与井上中心站通话，经过相互配合操作才能完成分站的检修，当分站安装地点与井下通话点很远的时候，工人往往需要在通话点与分站安装点之间往返数次才能完成当日的工作。再者，由于井下传感器种类繁多，与本安电源之间的距离远近不一，而本安电源带载能力有限，再加上煤矿井下电源检测设备有限，因此，在对本安电源使用中，用户只能凭经验对本安电源进行分配，当电源处于临界值时，轻微的电源波动容易造成传感器重启、死机等现象，直接影响系统监控性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，不仅可以实现对输入信号的监测、与井上中心站的通讯以及对本地或远程用电设备的通断电控制，还提供语音通信功能和实时监测本安电源功能。

本发明的技术方案：语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站由1块分站主板、1块CAN语音通信板、1块电源转换板、1块液晶显示板、3块本安电源板、1块底板和隔爆外壳组成。底板固定在隔爆外壳腔体内，分站主板、CAN语音通信板、电源转换板、本安电源板插在底板对应的插槽上，并通过压条固定在隔爆外壳腔体内。液晶显示板固定在隔爆外壳盖上，通过扁平线与分站主板连接。

所述分站主板包括ARM微控制器模块、CAN总线通信接口、RS485总线接口、外部存储模块、遥控输入模块。其中，CAN总线通信接口为分站主板与井上中心站进行数据传输接口，RS485总线通信接口为分站主板与传感器、执行器进行数据传输接口。

所述CAN语音通信板包含RS485总线通信接口、CAN总线通信接口、音频编解码模块、音频功放芯片和地址选择开关。其中，CAN总线通信接口为CAN语音通信板与井上中心站进行数据传输接口，且与分站主板共用一条CAN总线电缆，RS485总线通信接口为CAN语音通信板与分站主板的通信接口，地址选择开关由1个12位BCD码拨盘开关组成，用于设置CAN语音通信板的在RS485总线结构的地址。CAN语音通信板需要外接一台本安型音频输入输出设备，该音频输入输出设备无需外部供电，只包括喇叭输出模块、麦克输入模块和一个控制按键。

所述底板包含一个电源监测电路，该电路分别与本安电源板和分站主板连接，分站主板通过电源监测电路可以对本安电源电压和电流进行采集，其中对电流采集使用非接触电流互感器。另外，底板还包括PCB连接线、插槽X3～X8、接线端子X1、X2、X9～X13，其中PCB连接线用于插槽X3～X8之间以及插槽X3～X8与接线端子X1、X2、X9～X13之间的电气线路连接，实现插在底板插槽上的各电路板之间以及语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站与外部设备的数据传输与电气连接。

所述的液晶显示板包含一个64K真彩色4.3寸液晶LCD显示屏。

所述的本安电源板，每一块本安电源板可以输出两路500mA、24V的本安电源。

所述的电源转换板实现电源的转换，将输入的电源转换为12V为CAN语音通信板提供电源，将输入的电源转换为5V为分站主板提供电源。

本发明提出的语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站主要优点如下：利用基于ARM处理器的嵌入式系统技术开发的矿用安全监控分站，其数据采集能力更强，电源帯载能力更大，而且无需单独布线，实现了分站与井上中心站之间的语音通信，使分站的调试、检修更加方便，节省井下工作人员宝贵的工作时间。通过分站语音通信，可以实现语音报警，进而可以依据分站采集的传感器数据判断环境状态，当有危险时，为井下人员指示逃生路线。通过对本安电源的在线监测，为传感器、执行器的安装提供理论依据，提高传感器、执行器运行稳定性，进而提高煤矿安全监控系统的可靠性，保障煤矿生产安全进行。本发明充分考虑了煤矿企业需求，从煤矿井下工作人员切身利益出发，方便井下工作人员的使用，节省了井下工作人员的工作时间，节约了煤矿生产成本，提高了工作效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站的结构框图。

图2是本发明的语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站的硬件功能电路连接图。

附图编号说明

分站主板1、CAN语音通信板2、电源转换板3、液晶显示板4、本安电源板5、底板6、隔爆外壳7。

具体实施方式

语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站由1块分站主板1、1块CAN语音通信板2、1块电源转换板3、1块液晶显示板4、3块本安电源板5、1块底板6和隔爆外壳7组成。如图1所示，底板6通过螺钉固定在隔爆外壳7腔体内，分站主板1插在底板6的插槽X6上固定，CAN语音通信板2插在底板6的插槽X7上固定，3本安电源板5分别插在底板6的插槽X3～X5上固定，电源转换板3插在底板6的插槽X8上固定。液晶显示板4通过螺钉固定在隔爆外壳7的箱盖上，通过扁平线与分站主板1连接。语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站通过X19～X27将外部电缆引入到隔爆外壳7腔体内，并将电缆拧紧在接线端子上，实现语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站与外部设备的信息传输和电气连接。其中，接线端子X1用于连接备用电源，X2用于连接隔爆电源，X9用于连接音频输入输出设备，X10用于CAN总线连接，实现分站与井上中心站的连接，X11～X13用于RS485总线和本安电源的连接，实现分站与传感器、执行器的信息传输。

语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站各部分电路连接如图2所示，分站主板1与传感器、执行器通过RS485总线实现传感器信号采集与执行器的断电控制，通过CAN总线与中心站实现通讯。

CAN语音通信板2与分站主板1共用一条CAN总线与井上中心站连接，并通过4芯矿用信号电缆与音频输入输出设备连接，将输入的音频信号进行压缩、按一定的编码规则转换成CAN数据帧，通过CAN总线发送至中心站，中心站使用相应的解码设备，解析出声音信号，同样的，CAN语音通信板2可以将中心站端发送的符合编码规则的CAN数据帧转换成语音信号，通过音频输入输出设备输出，从而实现语音对讲。

本安电源板5为传感器、执行器提供本安电源，同时，分站主板1通过底板6上的电源监测电路实时监测每一路本安电源的电压和电流，并将监测结果通过液晶显示板显示，同时通过CAN总线上传至井上中心站。

液晶显示板4用来显示语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站采集的传感器数值、执行器状态、语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站通讯状态和每一路本安电源的电压值和电流值等信息，供现场工作人员查看。

电源转换板3实现电源的转换，将输入的电源转换为12V为CAN语音通信板2提供电源，将输入的电源转换为5V为分站主板1提供电源。

电缆引入装置X14～X22为语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站引入矿用电缆的接口，用于保证语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站与电源、传感器等设备的可靠连接，防止失爆。

在语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站通过CAN总线接收到中心站的初始化命令后，根据初始化定义通过RS485总线对传感器进行采集，并将采集到的值与中心站下发的控制阈值进行比较，如果采集到的传感器数值超过控制阈值，则语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站会通过RS485向相应的执行器发送控制命令，同时将采集的传感器数值和执行器状态进行本地显示和上传至中心站。

当用户需要对语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站进行现场维护，井下工作人员需要与井上中心站工作人员进行语音通话时，即可使用音频输入输出设备的控制按键，通过语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站向井上中心站发送呼叫请求，通过语音通信确认维修结果。当中心站监测到井下某一区域出现瓦斯突出时，通过向语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站发送语音广播报警，向井下工作人员，尤其是工作面一线工作人员播报危险区域范围、安全撤离路线等，指引井下人员向安全区域撤离。另外，分站主板1通过RS485总线定时轮询CAN语音通信板2的状态，并可以根据采集的传感器数值控制CAN语音通信板进行本地报警。

语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站还可以为传感器、执行器等用电设备提供本安电源，分站主板1通过电源监测电路监测每一路本安电源电流值和电压值。分站主板1通过非接触电流互感器采集本安电源的电流值，采集过程中不影响本安电源的正常使用，进而实现了本安电源电压与电流的在线监测。分站主板1将本安电源监测结果通过液晶显示板4进行显示，用户可以根据液晶显示板4显示的本安电源电压值和电流值，调整本安电源分配方案。同时，语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站将每一路本安电源的电压值、电流值通过CAN总线发送至井上中心站，当井下设备出现故障时，用户可以通过查询历史记录来分析故障原因，进行故障定位。

以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，包括1块分站主板（1）、1块电源转换板（3）、1块液晶显示板（4）、3块本安电源板（5）、1块底板（6）和隔爆外壳（7），其特征是，底板（6）固定在隔爆外壳（7）腔体内，分站主板（1）、CAN语音通信板（2）、电源转换板（3）、本安电源板（5）插在底板（6）对应的插槽上，并通过压条固定在隔爆外壳（7）腔体内；液晶显示板（4）固定在隔爆外壳（7）盖上，液晶显示板（4）通过扁平线与分站主板（1）连接，所述分站主板（1）包括ARM微控制器模块、CAN总线接口1、RS485总线接口1、外部存储模块、遥控输入模块，其中，CAN总线接口1为分站主板（1）与井上中心站进行数据传输接口，RS485总线接口1为分站主板（1）与传感器、执行器进行数据传输接口；所述CAN语音通信板（2）包含RS485总线接口2、CAN总线接口2、音频编解码模块、音频功放芯片和地址选择拨码开关，其中，CAN总线接口2为CAN语音通信板（2）与井上中心站进行数据传输接口，且与分站主板（1）共用一条CAN总线电缆，RS485总线接口2为CAN语音通信板（2）与分站主板（1）的通信接口，地址选择开关由1个12位BCD码拨盘开关组成，用于设置CAN语音通信板（2）的在RS485总线结构的地址，所述CAN语音通信板（2）外接一台本安型音频输入输出设备，该音频输入输出设备包括喇叭输出模块、麦克输入模块和一个控制按键，所述底板（6）包含一个电源监测电路，该电路分别与本安电源板（5）和分站主板（1）连接，分站主板（1）通过电源监测电路对本安电源电压和电流进行采集，其中对电流采集使用非接触电流互感器，所述底板（6）还包括PCB连接线、插槽X3～X8、接线端子X1、X2、X9～X13，插槽X3～X8之间以及插槽X3～X8与接线端子X1、X2、X9～X13之间用PCB连接线连接。

2.根据权利要求1所述的语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，其特征是，所述液晶显示板（4）包含一个64K真彩色4.3寸液晶LCD显示屏。

3.根据权利要求1所述的语音对讲及在线监测本安电源的矿用安全监控分站，其特征是，所述的本安电源板（3），每一块可以输出两路500mA、24V的本安电源。