CN105236044B - 井口煤仓仓位检测、显示方法 - Google Patents
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Abstract
一种井口煤仓仓位检测、显示方法。它是通过煤仓仓位检测装置装配结构进行落煤敲击已落煤的敲击声音频检测并对检测到的音频信号进行放大，再以给定采样速率依次传送；通过多路音频频率的选频滤波网络，以给定采样速率进行各个预设音频频率的同步选频滤波；对所选通的各个频率音频采样信号通过A/D转换器分别进行同步A/D转换并数值量化；对各个频率已量化的音频采样数据通过主控模块按给定采样数的平均值进行强度比较以鉴别数值最大音频数据；将鉴别出的强度数值最大音频数据按对应的预设仓位数据予以控制目的的信号输出和监视目的的声、光显示，即输出显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井口煤仓内存煤仓位的检测、显示方法。
背景技术
煤矿井口煤仓是矿井煤产品的总集散设施，其存储状态，即仓位关系到矿井上下生产、运输、选煤、管理等多系统运行，其实时监测具有很重要的工程意义。目前煤矿井口煤仓内存煤仓位的检测、显示方法不一，有些方法在实施上会产生很好的效果，但造价价格昂贵且故障率高，又维修维护困难；另一些虽造价低，但精度和其他性能低下，极易遭受机械撞击而损毁或遭粉尘附着、阻塞而失效，很不适应矿井井口煤仓工况。因此亟待研发一种能够实现适合矿井井口煤仓工况的高性价比煤仓仓位检测、显示方法。对于恶劣、复杂的煤仓工况，除了规避其对仓位检测不利方面外，尚可挖掘其对仓位检测的可利用特点。随着落煤所形成的充煤空间的变化，仓空空间会同步反向变化。对于落煤敲击已落煤的敲击声，使所形成的共振腔的容积和结构同步变化，因而其敲击声频率会随着充煤空间的变化而变化。利用这一原理，可研发一种基于音频频率的煤仓仓位检测、显示方法。
发明内容
为实现适合矿井井口煤仓工况的高性价比煤仓仓位检测、显示，本发明提供一种煤仓仓位检测、显示方法。它是通过煤仓仓位检测装置的装配结构进行落煤敲击声的音频检测并对检测到的音频信号进行放大，再以给定采样速率依次传送；通过多路音频频率的选频滤波网络，以给定采样速率进行各个预设音频频率的同步选频滤波；对所选通的各个频率音频采样信号通过A/D转换器分别进行同步A/D转换并数值量化；对各个频率已量化的音频采样数据通过主控模块按给定采样数的平均值进行强度比较以鉴别数值最大音频数据；将鉴别出的强度数值最大音频数据按对应的预设仓位数据予以控制目的的信号输出和监视目的的声、光显示，即输出显示。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
煤仓仓位检测、显示系统由传感模块SENS、多路选频滤波模块MCF、主控模块MCU、显示输出模块DOUT和工作电源模块UPS组成。传感模块SENS为以音频传感信号放大单元SSA实现落煤声音频检测传感、放大的电路系统，多路选频滤波模块MCF为以多路选频滤波单元CF和多路开关单元MS来实现多路音频选频滤波的电路系统，主控模块MCU为以A/D转换量化单元A/DTQ实现A/D转换量化、以为数据处理单元DP实现数据处理的电路系统，显示输出模块DOUT为以仓位显示单元SD实现数字显示，以声光报警单元SLA实现声光报警的电路系统，工作电源模块UPS为以正工作电源接线端Ep、负工作电源接线端En和接地端来为整个系统提供稳定电源的开关电源电路系统。
煤仓仓位检测装置作为煤仓仓位检测、显示系统的支撑硬件。
首先，通过煤仓仓位检测装置的装配结构进行落煤敲击声的音频检测，并对检测到的音频信号通过传感模块SENS的音频传感信号放大单元SSA进行放大，再以给定采样速率依次传送，即信号传感放大，输出音频传感信号s；接着，通过多路选频滤波模块MCF的多路选频滤波单元CF，即多路音频频率的选频滤波网络，进行各个预设音频频率的同步选频滤波，即多路选频滤波，输出第一音频信号s1，第二音频信号s2，…，第十六音频传感信号s16；再经多路选频滤波模块MCF的多路开关单元MS以给定采样速率循环选通，使选通音频信号so依次以第一音频信号s1，第二音频信号s2，…，第十六音频传感信号s16输出给主控模块MCU的A/D转换量化单元A/DTQ；而后，通过A/D转换量化单元A/DTQ，以给定采样速率，对所选通的各个频率音频信号分别进行同步A/D转换并数值量化，即A/D转换量化；再后，对各个频率已量化的音频采样数据通过主控模块MCU的数据处理单元DP，按给定采样数据的平均值进行强度比较，以鉴别数值最大音频数据，即数据处理；最后，将鉴别出的强度数值最大音频数据按对应的预设仓位数据，产生数码驱动数据和声光报警控制信号dALA，分别通过显示输出模块DOUT的仓位显示单元SD和声光报警单元SLA，予以控制目的的信号输出、监视目的的数字、声、光显示，即输出显示。
本发明的有益效果是：充分利用了煤仓的恶劣、复杂工况，规避了其对仓位检测、显示不利方面，挖掘了其对仓位检测、显示的可利用特点。在实施上会产生很好的效果，造价低、耐用性、可靠性高，维修维护方便；除检测装置外均有相关产品可改造运用，实施简单、易行，极易推广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例—煤仓仓位检测、显示方法的煤仓仓位检测装置装配视图。
图2是煤仓仓位检测、显示系统结构框图。
图3是音频传感信号放大电路结构图。
图4是多路选频滤波与多路开关电路结构图。
图5是数据处理电路结构图。
图6是仓位显示电路结构图。
图7是声光报警电路结构图。
图8是工作电源电路结构图。
在图1中：1.检测信号处理装置，2.煤仓壁，3.音频传感器，4.仓空空间，5.充煤空间。
在图2～8中：SENS为传感模块，MCF为多路选频滤波模块，MCU为主控模块，DOUT为显示输出模块，UPS为工作电源模块；SSA为音频传感信号放大单元，CF为多路选频滤波单元，MS为多路开关单元，A/DTQ为A/D转换量化单元，DP为数据处理单元，SD为仓位显示单元，SLA为声光报警单元；Ep为正工作电源接线端，En为负工作电源接线端；s为音频传感信号，s1为第一音频信号，s2为第二音频信号，…，s16为第十六音频传感信号，so为选通音频信号，Pcontr为选通控制数据线束，Pcodes为数码驱动数据线束，dALA为声光报警控制信号。
在图3中：3.1.应变片；Rs为应变电阻，RS1为应变桥臂平衡电阻，RS2为参考桥上臂电阻，RS3为参考桥下臂电阻；Cs为耦合电容，RS4为参考分压电阻，As为运放芯片，Rf为反馈电阻；a为应变电位信号，b为参考电位信号。
在图4中：RC11为第一音频左臂电阻，RC12为第一音频分压电阻，RC13为第一音频右臂电阻，CC11为第一音频左臂电容，CC12为第一音频分压电容，CC13为第一音频右臂电容；RC21为第二音频左臂电阻，RC22为第二音频分压电阻，RC23为第二音频右臂电阻，CC21为第二音频左臂电容，CC22为第二音频分压电容，CC23为第二音频右臂电容；…；RC161为第十六音频左臂电阻，RC162为第十六音频分压电阻，RC163为第十六音频右臂电阻，CC161为第十六音频左臂电容，CC162为第十六音频分压电容，CC163为第十六音频右臂电容。U1为多路模拟开关电路芯片。
在图5中：dAO为命令数据选择控制信号，d/CS为片选信号，RM1为采样耦合电阻，CM1为采样保持电容，L为干扰滤波电感，CM2为干扰滤波电容，d/WR为写信号；U2为主控制器芯片；d/RES为重置信号，RM2为重置分压电阻，RM3为重置放电电阻，CM3为重置缓冲电容，Kr为重置开关，Pcodes为数码数据线束，CM4为第一振荡电容，CM5为石英晶体振荡器，CM6为第二振荡电容，d/RD为读信号接线端。
在图6中：U3为LCD显示模块。
在图7中：LED为光报警灯，RA1为警灯限流电阻，Kres为清零开关，RA2为第二滤波电阻，RA3为第一滤波电阻，CA1为滤波电容，CA2为第一音频耦合电容，MIC为录音话筒，CA3为第二音频耦合电容；RA4为偏置电阻；U4为数码语音电路芯片；CA4为高频退偶电容，CA5为低频退偶电容，Keras为擦除开关，Krec为录音开关，RA5为振荡电阻，CA6为模拟高频退偶电容，CA7为模拟低频退偶电容，CA9为增益控制退偶电容，SPE为扬声器。
在图8中：Kp为电源开关，Br为整流桥，CP1为第一滤波电容，CP2为吸收电容，RP1为吸收电阻，DP1为整流二极管，U5为PWM控制器芯片，CP3为第二滤波电容，CP4为缓冲电容，RP2为分压电阻，Tr为输出变压器，RP3为限流电阻，DP0为吸收二极管，LC为反馈光耦器件，DP2为正工作电源整流二极管，CP5为正工作电源第一滤波电容，LP1为正工作电源滤波电感，CP7为正工作电源第二滤波电容，DP3为负工作电源整流二极管，CP6为负工作电源第一滤波电容，LP2为负工作理电源滤波电感，CP8为负工作电源第二滤波电容，RP4为反馈限流电阻，RP5为反馈分压第一电阻，CP9为自激吸收电容，U6为基准电压源器件，RP6为反馈分压第二电阻。
具体实施方式
在图1所示的本发明实施例—煤仓仓位检测装置装配视图中：煤仓仓位检测装置的装配关系涉及检测信号处理装置1、煤仓壁2、音频传感器3、仓空空间4、充煤空间5。两检测信号处理装置1分别安装在煤仓两侧的煤仓壁2顶板上面；各检测信号处理装置1的下部探伸出一音频传感器3，各音频传感器3穿过煤仓壁2顶板进入煤仓空间，使得其充分接收到煤仓接收落煤时仓空空间4的音频振动。利用煤仓接收落煤过程中充煤空间5的变化所造成的落煤敲击充煤空间5顶面的声音强度及声音在仓空空间4中频率的变化，音频传感器3接收到强度与频率随之同步变化的声音信号；通过音频传感器3，将该信号转换为随之同步变化的电信号；再通过检测信号处理装置1，将该电信号放大、处理、转换为煤仓充煤空间5顶面水平位置，即煤仓仓位的控制信号和指示数据。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示方法的煤仓仓位检测、显示系统结构框图中：
煤仓仓位检测、显示系统由传感模块SENS、多路选频滤波模块MCF、主控模块MCU、显示输出模块DOUT和工作电源模块UPS组成。传感模块SENS为以音频传感信号放大单元SSA实现落煤声音频检测传感、放大的电路系统，多路选频滤波模块MCF为以多路选频滤波单元CF和多路开关单元MS来实现多路音频选频滤波的电路系统，主控模块MCU为以A/D转换量化单元A/DTQ实现A/D转换量化、以为数据处理单元DP实现数据处理的电路系统，显示输出模块DOUT以仓位显示单元SD实现数字显示，以声光报警单元SLA实现声光报警的电路系统，工作电源模块UPS以正工作电源接线端Ep、负工作电源接线端En和接地端来为整个系统提供稳定电源的开关电源电路系统。
煤仓仓位检测装置作为煤仓仓位检测、显示系统的支撑硬件。
首先，通过煤仓仓位检测装置的装配结构进行落煤敲击声的音频检测，并对检测到的音频信号通过传感模块SENS的音频传感信号放大单元SSA进行放大，再以给定采样速率依次传送，即信号传感放大，输出音频传感信号s；接着，通过多路选频滤波模块MCF的多路选频滤波单元CF，即多路音频频率的选频滤波网络，进行各个预设音频频率的同步选频滤波，即多路选频滤波，输出第一音频信号s1，第二音频信号s2，…，第十六音频传感信号s16；再经多路选频滤波模块MCF的多路开关单元MS以给定采样速率循环选通，使选通音频信号so依次以第一音频信号s1，第二音频信号s2，…，第十六音频传感信号s16输出给主控模块MCU的A/D转换量化单元A/DTQ；而后，通过A/D转换量化单元A/DTQ，以给定采样速率，对所选通的各个频率音频信号分别进行同步A/D转换并数值量化，即A/D转换量化；再后，对各个频率已量化的音频采样数据通过主控模块MCU的数据处理单元DP，按给定采样数据的平均值进行强度比较，以鉴别数值最大音频数据，即数据处理；最后，将鉴别出的强度数值最大音频数据按对应的预设仓位数据，产生数码驱动数据和声光报警控制信号dALA，分别通过显示输出模块DOUT的仓位显示单元SD和声光报警单元SLA，予以控制目的的信号输出、监视目的的数字、声、光显示，即输出显示。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和图3所示的音频传感信号放大电路结构图中：
传感模块SENS的音频传感信号放大单元SSA是以应变片3.1的应变电阻Rs为信号源，以运放芯片As为核心的比较放大电路。
应变片3.1的应变电阻Rs一端连接到应变桥臂平衡电阻RS1的一端，该连接点作为应变电位信号a的引入端；应变片3.1的应变电阻Rs另一端连接到正工作电源接线端Ep；应变桥臂平衡电阻RS1的另一端连接到负工作电源接线端En。参考桥上臂电阻RS2与参考桥下臂电阻RS3串联，该串联连接点作为参考电位信号b的引入端；该串联支路跨接在正工作电源接线端Ep和负工作电源接线端En之间。耦合电容Cs的正极端与应变电位信号a的引入端连接，耦合电容Cs的负极端与运放芯片As的同相信号输入端连接。参考电位信号b的引入端与运放芯片As的反相信号输入端连接。参考分压电阻RS4与反馈电阻Rf串联，该串联点与运放芯片As的反相信号输入端连接；参考分压电阻RS4的另一端接地；反馈电阻Rf的另一端与运放芯片As的信号输出端连接，该输出端作为音频传感信号s的输出端。运放芯片As的正工作电源端连接到正工作电源接线端Ep；运放芯片As的负工作电源端连接到负工作电源接线端En。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和图4所示的多路选频滤波与多路开关电路结构图中：
多路选频滤波模块MCF是以多路选频滤波单元CF和多路开关单元MS构成的电路系统；多路选频滤波单元CF由多路RC选频滤波网络构成，多路开关单元MS以多路模拟开关电路芯片U1为核心。多路选频滤波单元CF由第一音频左臂电阻RC11、第一音频分压电阻RC12、第一音频右臂电阻RC13、第一音频左臂电容CC11、第一音频分压电容CC12、第一音频右臂电容CC13、第二音频左臂电阻RC21、第二音频分压电阻RC22、第二音频右臂电阻RC23、第二音频左臂电容CC21、第二音频分压电容CC22、第二音频右臂电容CC23、……、第十六音频左臂电阻RC161、第十六音频分压电阻RC162、第十六音频右臂电阻RC163、第十六音频左臂电容CC161、第十六音频分压电容CC162和第十六音频右臂电容CC163构成。多路开关单元MS由CD4067B型多路模拟开关电路芯片U1构成。
第一音频左臂电阻RC11的一端与第一音频分压电阻RC12的一端、第一音频右臂电阻RC13的一端同时连接，第一音频左臂电阻RC11的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第一音频分压电阻RC12的另一端接地，第一音频右臂电阻RC13的另一端连接到第一音频信号s1的输出端；第一音频左臂电容CC11与第一音频左臂电阻RC11并连，第一音频分压电容CC12与第一音频分压电阻RC12并连，第一音频右臂电容CC13与第一音频右臂电阻RC13并连。第二音频左臂电阻RC21的一端与第二音频分压电阻RC22的一端、第二音频右臂电阻RC23的一端同时连接，第二音频左臂电阻RC21的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第二音频分压电阻RC22的另一端接地，第二音频右臂电阻RC23的另一端连接到第二音频信号s2的输出端；第二音频左臂电容CC21与第二音频左臂电阻RC21并连，第二音频分压电容CC22与第二音频分压电阻RC22并连，第二音频右臂电容CC23与第二音频右臂电阻RC23并连。……。第十六音频左臂电阻RC161的一端与第十六音频分压电阻RC162的一端、第十六音频右臂电阻RC163的一端同时连接，第十六音频左臂电阻RC161的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第十六音频分压电阻RC162的另一端接地，第十六音频右臂电阻RC163的另一端连接到第十六音频信号s16的输出端；第十六音频左臂电容CC161与第十六音频左臂电阻RC161并连，第十六音频分压电容CC162与第十六音频分压电阻RC162并连，第十六音频右臂电容CC163与第十六音频右臂电阻RC163并连。
多路模拟开关电路芯片U1的24脚连接到正工作电源接线端Ep，多路模拟开关电路芯片U1的23脚、22脚、21脚、20脚、19脚、18脚、17脚、、16脚和9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚分别连接到第一音频信号s1的输出端、第二音频信号s2的输出端、第三音频信号s3的输出端、第四音频信号s4的输出端、第五音频信号s5的输出端、第六音频信号s6的输出端、第七音频信号s7的输出端、第八音频信号s8的输出端和第九音频信号s9的输出端、第十音频信号s10的输出端、第十一音频信号s11的输出端、第十二音频信号s12的输出端、第十三音频信号s13的输出端、第十四音频信号s14的输出端、第十五音频信号s15的输出端、第十六音频信号s16的输出端，多路模拟开关电路芯片U1的15脚悬空，多路模拟开关电路芯片U1的12脚接地。
在图4所示的多路选频滤波与多路开关电路结构图和图5所示的数据处理电路结构图中：多路模拟开关电路芯片U1的10脚、11脚和13脚、14脚分别连接到主控制器芯片U2的16脚、17脚和18脚、19脚。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和图5所示的数据处理电路结构图中：
主控模块MCU的A/D转换量化单元A/DTQ和数据处理单元DP均为以ATMega8型主控制器芯片U2为核心，并各利用主控制器芯片U2部分功能的电路系统。
主控制器芯片U2的28脚、27脚、26脚和25脚分别连接到片选信号d/CS的接线端、命令数据选择控制信号dAO的接线端、声光报警控制信号dALA的接线端和选通音频信号so的接线端。采样耦合电阻RM1与采样保持电容CM1串连，该串连支路采样耦合电阻RM1的一端与主控制器芯片U2的25脚连接，该串连支路采样保持电容CM1的一端与干扰滤波电感L的一端连接，并连接到正工作电源接线端Ep；干扰滤波电感L的另一端与干扰滤波电容CM2的一端连接，并与主控制器芯片U2的20脚连接，干扰滤波电容CM2的另一端接地；主控制器芯片U2的15脚与写信号d/WR的接线端连接；主控制器芯片U2的1脚与重置分压电阻RM2的一端、重置放电电阻RM3的一端和重置缓冲电容CM3的一端同时连接，并连接到重置信号d/RES的接线端；重置分压电阻RM2的另一端连接到正工作电源接线端Ep，重置放电电阻RM3的另一端通过重置开关Kr接地，重置缓冲电容CM3的另一端接地；主控制器芯片U2的7脚连接到正工作电源接线端Ep；石英晶体振荡器CM5跨接在主控制器芯片U2的9脚和10脚之间；第一振荡电容CM4与第二振荡电容CM6串连，该串连支路与石英晶体振荡器CM5并连，该串连点接地；主控制器芯片U2的14脚连接到读信号d/RD的接线端。主控制器芯片U2的21脚、23脚和24脚悬空；主控制器芯片U2的8脚接地。
在图5所示的数据处理电路结构图和图6所示的仓位显示电路结构图中：主控制器芯片U2的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和11脚、12脚、13脚分别连接到LCD显示模块U3的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚和12脚、13脚、14脚。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和6图所示的仓位显示电路结构图中：显示输出模块DOUT的仓位显示单元SD是以LCD显示模块U3为核心的电路系统。LCD显示模块U3的2脚、3脚、4脚、5脚和6脚分别连接到片选信号d/CS的接线端、重置信号d/RES的接线端、命令数据选择控制信号dAO的接线端、写信号d/WR的接线端和读信号d/RD的接线端；LCD显示模块U3的15脚、29脚均连接到正工作电源接线端Ep，LCD显示模块U3的16脚、28脚均接地，LCD显示模块U3的其余脚悬空。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和图7所示的声光报警电路结构图中：显示输出模块DOUT的声光报警单元SLA是以ISD1700型数码语音电路芯片U4为核心的电路系统。光报警灯LED的正极端连接到正工作电源接线端Ep，光报警灯LED的负极端通过警灯限流电阻RA1连接到数码语音电路芯片U4的2脚；数码语音电路芯片U4的1脚、5脚、6脚、7脚和14脚均连接到正工作电源接线端Ep；数码语音电路芯片U4的3脚通过清零开关Kres接地；第二滤波电阻RA2的一端与数码语音电路芯片U4的7脚连接，第二滤波电阻RA2的另一端与第一滤波电阻RA3的一端和滤波电容CA1的一端同时连接；滤波电容CA1的另一端接地；第一滤波电阻RA3的另一端与第一音频耦合电容CA2的一端连接，并连接到录音话筒MIC的一端；第一音频耦合电容CA2的另一端与数码语音电路芯片U4的10脚连接；第二音频耦合电容CA3的一端与数码语音电路芯片U4的11脚连接，第二音频耦合电容CA3的另一端与偏置电阻RA4的一端连接，该连接点连接到录音话筒MIC的另一端；偏置电阻RA4的另一端接地；高频退偶电容CA4跨接在数码语音电路芯片U4的28脚与正工作电源接线端Ep之间；低频退偶电容CA5的正极端连接到正工作电源接线端Ep，负极端接地；数码语音电路芯片U4的25脚通过擦除开关Keras接地；数码语音电路芯片U4的24脚通过录音开关Krec接地；数码语音电路芯片U4的23脚连接到声光报警控制信号dALA的接线端；数码语音电路芯片U4的20脚通过振荡电阻RA5接地；数码语音电路芯片U4的21脚通过模拟高频退偶电容CA6接地；模拟低频退偶电容CA7的正极端连接到数码语音电路芯片U4的21脚，负极端接地；增益控制退偶电容CA9的正极端连接到数码语音电路芯片U4的18脚，负极端接地；扬声器SPE跨接在数码语音电路芯片U4的13脚与15脚之间。数码语音电路芯片U4的8脚、12脚、16脚和28脚均接地。
在图2所示的煤仓仓位检测、显示系统结构框图和图8所示的工作电源电路结构图中：
工作电源模块UPS为以SD4842型PWM控制器芯片U5为核心的开关电源电路系统。
电源线通过电源开关KP连接到整流桥Br的交流输入端；整流桥Br的正极输出端与第一滤波电容CP1的正极连接，整流桥Br的负极输出端接壳。第一滤波电容CP1的负极接壳；吸收电容CP2与吸收电阻RP1并联，该并联支路的一端与第一滤波电容CP1的正极连接，另一端与吸收二极管DP0的负极连接；吸收二极管DP0的正与PWM控制器芯片U5的6、7、8脚连接。PWM控制器芯片U5的1、2脚接壳；PWM控制器芯片U5的3脚与第二滤波电容CP3的正极连接，第二滤波电容CP3的负极接壳；PWM控制器芯片U5的4脚通过缓冲电容CP4接壳；PWM控制器芯片U5的5脚悬空。分压电阻RP2跨接在第一滤波电容CP1的正极与PWM控制器芯片U5的3脚之间。
输出变压器Tr的原线圈同名端连接到第一滤波电容CP1的正极，其异名端连接到PWM控制器芯片U5的6、7、8脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端通过限流电阻RP3与整流二极管DP1的正极连接，整流二极管DP1的负极连接到PWM控制器芯片U5的3脚；输出变压器Tr的检测线圈异名端接壳；输出变压器Tr的第一副线圈同名端和第二副线圈异名端均接地；输出变压器Tr的第一副线圈异名端和第二副线圈同名端分别与正工作电源整流二极管DP2的正极和负工作电源整流二极管DP3的负极连接；正工作电源整流二极管DP2的负极同时与正工作电源第一滤波电容CP5的正极及正工作电源滤波电感LP1的一端连接；正工作电源第一滤波电容CP5的负极接地；正工作电源滤波电感LP1的另一端与正工作电源第二滤波电容CP7的正极连接，该连接点连接到正工作电源正极端Ep；负工作电源整流二极管DP3的正极同时与负工作电源第一滤波电容CP6的负极及负工作电源滤波电感LP2的一端连接；负工作电源滤波电感LP2的另一端与负工作电源第二滤波电容CP8的负极连接，该连接点连接到负工作电源负极端En。
反馈限流电阻RP4的一端连接到正工作电源正极端Ep，另一端与反馈光耦器件LC的1脚连接。反馈分压第一电阻RP5的一端连接到正工作电源正极端Ep，另一端与反馈分压第二电阻RP6的一端连接；反馈分压第二电阻RP6的另一端接地。基准电压源器件U6的正极与反馈光耦器件LC的2脚连接，基准电压源器件U6的负极接地，基准电压源器件U6的控制极连接到反馈分压第一电阻RP5与反馈分压第二电阻RP6的连接点。自激吸收电容CP9跨接在基准电压源器件U6的正极与控制极之间。反馈光耦器件LC的3脚接壳，反馈光耦器件LC的4脚与PWM控制器芯片U5的4脚连接。
Claims (10)
1.一种井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
煤仓仓位检测、显示系统由传感模块SENS、多路选频滤波模块MCF、主控模块MCU、显示输出模块DOUT和工作电源模块UPS组成；传感模块SENS为以音频传感信号放大单元SSA实现落煤声音频检测传感、放大的电路系统，多路选频滤波模块MCF为以多路选频滤波单元CF和多路开关单元MS来实现多路音频选频滤波的电路系统，主控模块MCU为以A/D转换量化单元A/DTQ实现A/D转换量化、以数据处理单元DP实现数据处理的电路系统，显示输出模块DOUT为以仓位显示单元SD实现数字显示，以声光报警单元SLA实现声光报警的电路系统，工作电源模块UPS为以正工作电源接线端Ep、负工作电源接线端En和接地端来为整个系统提供稳定电源的开关电源电路系统；
煤仓仓位检测装置作为煤仓仓位检测、显示系统的支撑硬件；
首先，通过煤仓仓位检测装置的装配结构进行落煤敲击声的音频检测，并对检测到的音频信号通过传感模块SENS的音频传感信号放大单元SSA进行放大，再以给定采样速率依次传送，即信号传感放大，输出音频传感信号s；接着，通过多路选频滤波模块MCF的多路选频滤波单元CF，即多路音频频率的选频滤波网络，进行各个预设音频频率的同步选频滤波，即多路选频滤波，输出第一音频信号s1，第二音频信号s2，以此类推，一直到第十六音频传感信号s16；再经多路选频滤波模块MCF的多路开关单元MS以给定采样速率循环选通，使选通音频信号so依次以第一音频信号s1，第二音频信号s2，以此类推，一直到第十六音频传感信号s16输出给主控模块MCU的A/D转换量化单元A/DTQ；而后，通过A/D转换量化单元A/DTQ，以给定采样速率，对所选通的各个频率音频信号分别进行同步A/D转换并数值量化，即A/D转换量化；再后，对各个频率已量化的音频采样数据通过主控模块MCU的数据处理单元DP，按给定采样数据的平均值进行强度比较，以鉴别数值最大音频数据，即数据处理；最后，将鉴别出的强度数值最大音频数据按对应的预设仓位数据，产生数码驱动数据和声光报警控制信号dALA，分别通过显示输出模块DOUT的仓位显示单元SD和声光报警单元SLA，予以控制目的的信号输出、监视目的的数字、声、光显示，即输出显示。
2.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
煤仓仓位检测装置的装配关系涉及检测信号处理装置、煤仓壁、音频传感器、仓空空间、充煤空间；两检测信号处理装置分别安装在煤仓两侧的煤仓壁顶板上面；各检测信号处理装置的下部探伸出一音频传感器，各音频传感器穿过煤仓壁顶板进入煤仓空间，使得其充分接收到煤仓接收落煤时仓空空间的音频振动；利用煤仓接收落煤过程中充煤空间的变化所造成的落煤敲击充煤空间顶面的声音强度及声音在仓空空间中频率的变化，音频传感器接收到强度与频率随之同步变化的声音信号；通过音频传感器，将该信号转换为随之同步变化的电信号；再通过检测信号处理装置，将该电信号放大、处理、转换为煤仓充煤空间顶面水平位置，即煤仓仓位的控制信号和指示数据。
3.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
传感模块SENS的音频传感信号放大单元SSA是以应变片的应变电阻Rs为信号源，以运放芯片As为核心的比较放大电路；
应变片的应变电阻Rs一端连接到应变桥臂平衡电阻RS1的一端，该连接点作为应变电位信号a的引入端；应变片的应变电阻Rs另一端连接到正工作电源接线端Ep；应变桥臂平衡电阻RS1的另一端连接到负工作电源接线端En；参考桥上臂电阻RS2与参考桥下臂电阻RS3串联，该串联连接点作为参考电位信号b的引入端；该串联支路跨接在正工作电源接线端Ep和负工作电源接线端En之间；耦合电容Cs的正极端与应变电位信号a的引入端连接，耦合电容Cs的负极端与运放芯片As的同相信号输入端连接；参考电位信号b的引入端与运放芯片As的反相信号输入端连接；参考分压电阻RS4与反馈电阻Rf串联，该串联点与运放芯片As的反相信号输入端连接；参考分压电阻RS4的另一端接地；反馈电阻Rf的另一端与运放芯片As的信号输出端连接，该输出端作为音频传感信号s的输出端；运放芯片As的正工作电源端连接到正工作电源接线端Ep；运放芯片As的负工作电源端连接到负工作电源接线端En。
4.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
多路选频滤波模块MCF是以多路选频滤波单元CF和多路开关单元MS构成的电路系统；多路选频滤波单元CF由多路RC选频滤波网络构成，多路开关单元MS以多路模拟开关电路芯片U1为核心；多路选频滤波单元CF由第一音频左臂电阻RC11、第一音频分压电阻RC12、第一音频右臂电阻RC13、第一音频左臂电容CC11、第一音频分压电容CC12、第一音频右臂电容CC13、第二音频左臂电阻RC21、第二音频分压电阻RC22、第二音频右臂电阻RC23、第二音频左臂电容CC21、第二音频分压电容CC22、第二音频右臂电容CC23、以此类推，一直到第十六音频左臂电阻RC161、第十六音频分压电阻RC162、第十六音频右臂电阻RC163、第十六音频左臂电容CC161、第十六音频分压电容CC162和第十六音频右臂电容CC163构成；多路开关单元MS由CD4067B型多路模拟开关电路芯片U1构成；
第一音频左臂电阻RC11的一端与第一音频分压电阻RC12的一端、第一音频右臂电阻RC13的一端同时连接，第一音频左臂电阻RC11的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第一音频分压电阻RC12的另一端接地，第一音频右臂电阻RC13的另一端连接到第一音频信号s1的输出端；第一音频左臂电容CC11与第一音频左臂电阻RC11并连，第一音频分压电容CC12与第一音频分压电阻RC12并连，第一音频右臂电容CC13与第一音频右臂电阻RC13并连；第二音频左臂电阻RC21的一端与第二音频分压电阻RC22的一端、第二音频右臂电阻RC23的一端同时连接，第二音频左臂电阻RC21的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第二音频分压电阻RC22的另一端接地，第二音频右臂电阻RC23的另一端连接到第二音频信号s2的输出端；第二音频左臂电容CC21与第二音频左臂电阻RC21并连，第二音频分压电容CC22与第二音频分压电阻RC22并连，第二音频右臂电容CC23与第二音频右臂电阻RC23并连；以此类推，一直到第十六音频左臂电阻RC161的一端与第十六音频分压电阻RC162的一端、第十六音频右臂电阻RC163的一端同时连接，第十六音频左臂电阻RC161的另一端连接到音频传感信号s的输出端，第十六音频分压电阻RC162的另一端接地，第十六音频右臂电阻RC163的另一端连接到第十六音频信号s16的输出端；第十六音频左臂电容CC161与第十六音频左臂电阻RC161并连，第十六音频分压电容CC162与第十六音频分压电阻RC162并连，第十六音频右臂电容CC163与第十六音频右臂电阻RC163并连；
多路模拟开关电路芯片U1的24脚连接到正工作电源接线端Ep，多路模拟开关电路芯片U1的23脚、22脚、21脚、20脚、19脚、18脚、17脚、16脚和9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚分别连接到第一音频信号s1的输出端、第二音频信号s2的输出端、第三音频信号s3的输出端、第四音频信号s4的输出端、第五音频信号s5的输出端、第六音频信号s6的输出端、第七音频信号s7的输出端、第八音频信号s8的输出端和第九音频信号s9的输出端、第十音频信号s10的输出端、第十一音频信号s11的输出端、第十二音频信号s12的输出端、第十三音频信号s13的输出端、第十四音频信号s14的输出端、第十五音频信号s15的输出端、第十六音频信号s16的输出端，多路模拟开关电路芯片U1的15脚悬空，多路模拟开关电路芯片U1的12脚接地。
5.根据权利要求4所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：多路模拟开关电路芯片U1的10脚、11脚和13脚、14脚分别连接到主控制器芯片U2的16脚、17脚和18脚、19脚。
6.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
主控模块MCU的A/D转换量化单元A/DTQ和数据处理单元DP均为以ATMega8型主控制器芯片U2为核心，并各利用主控制器芯片U2部分功能的电路系统；
主控制器芯片U2的28脚、27脚、26脚和25脚分别连接到片选信号d/CS的接线端、命令数据选择控制信号dAO的接线端、声光报警控制信号dALA的接线端和选通音频信号so的接线端；采样耦合电阻RM1与采样保持电容CM1串连，该串连支路采样耦合电阻RM1的一端与主控制器芯片U2的25脚连接，该串连支路采样保持电容CM1的一端与干扰滤波电感L的一端连接，并连接到正工作电源接线端Ep；干扰滤波电感L的另一端与干扰滤波电容CM2的一端连接，并与主控制器芯片U2的20脚连接，干扰滤波电容CM2的另一端接地；主控制器芯片U2的15脚与写信号d/WR的接线端连接；主控制器芯片U2的1脚与重置分压电阻RM2的一端、重置放电电阻RM3的一端和重置缓冲电容CM3的一端同时连接，并连接到重置信号d/RES的接线端；重置分压电阻RM2的另一端连接到正工作电源接线端Ep，重置放电电阻RM3的另一端通过重置开关Kr接地，重置缓冲电容CM3的另一端接地；主控制器芯片U2的7脚连接到正工作电源接线端Ep；石英晶体振荡器CM5跨接在主控制器芯片U2的9脚和10脚之间；第一振荡电容CM4与第二振荡电容CM6串连，该串连支路与石英晶体振荡器CM5并连，该串连点接地；主控制器芯片U2的14脚连接到读信号d/RD的接线端；主控制器芯片U2的21脚、23脚和24脚悬空；主控制器芯片U2的8脚接地。
7.根据权利要求6所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：主控制器芯片U2的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和11脚、12脚、13脚分别连接到LCD显示模块U3的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚和12脚、13脚、14脚。
8.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：显示输出模块DOUT的仓位显示单元SD是以LCD显示模块U3为核心的电路系统；LCD显示模块U3的2脚、3脚、4脚、5脚和6脚分别连接到片选信号d/CS的接线端、重置信号d/RES的接线端、命令数据选择控制信号dAO的接线端、写信号d/WR的接线端和读信号d/RD的接线端；LCD显示模块U3的15脚、29脚均连接到正工作电源接线端Ep，LCD显示模块U3的16脚、28脚均接地，LCD显示模块U3的其余脚悬空。
9.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：显示输出模块DOUT的声光报警单元SLA是以ISD1700型数码语音电路芯片U4为核心的电路系统；光报警灯LED的正极端连接到正工作电源接线端Ep，光报警灯LED的负极端通过警灯限流电阻RA1连接到数码语音电路芯片U4的2脚；数码语音电路芯片U4的1脚、5脚、6脚、7脚和14脚均连接到正工作电源接线端Ep；数码语音电路芯片U4的3脚通过清零开关Kres接地；第二滤波电阻RA2的一端与数码语音电路芯片U4的7脚连接，第二滤波电阻RA2的另一端与第一滤波电阻RA3的一端和滤波电容CA1的一端同时连接；滤波电容CA1的另一端接地；第一滤波电阻RA3的另一端与第一音频耦合电容CA2的一端连接，并连接到录音话筒MIC的一端；第一音频耦合电容CA2的另一端与数码语音电路芯片U4的10脚连接；第二音频耦合电容CA3的一端与数码语音电路芯片U4的11脚连接，第二音频耦合电容CA3的另一端与偏置电阻RA4的一端连接，该连接点连接到录音话筒MIC的另一端；偏置电阻RA4的另一端接地；高频退偶电容CA4跨接在数码语音电路芯片U4的28脚与正工作电源接线端Ep之间；低频退偶电容CA5的正极端连接到正工作电源接线端Ep，负极端接地；数码语音电路芯片U4的25脚通过擦除开关Keras接地；数码语音电路芯片U4的24脚通过录音开关Krec接地；数码语音电路芯片U4的23脚连接到声光报警控制信号dALA的接线端；数码语音电路芯片U4的20脚通过振荡电阻RA5接地；数码语音电路芯片U4的21脚通过模拟高频退偶电容CA6接地；模拟低频退偶电容CA7的正极端连接到数码语音电路芯片U4的21脚，负极端接地；增益控制退偶电容CA9的正极端连接到数码语音电路芯片U4的18脚，负极端接地；扬声器SPE跨接在数码语音电路芯片U4的13脚与15脚之间；数码语音电路芯片U4的8脚、12脚、16脚和28脚均接地。
10.根据权利要求1所述的井口煤仓仓位检测、显示方法，其特征是：
工作电源模块UPS为以SD4842型PWM控制器芯片U5为核心的开关电源电路系统；
电源线通过电源开关KP连接到整流桥Br的交流输入端；整流桥Br的正极输出端与第一滤波电容CP1的正极连接，整流桥Br的负极输出端接壳；第一滤波电容CP1的负极接壳；吸收电容CP2与吸收电阻RP1并联，该并联支路的一端与第一滤波电容CP1的正极连接，另一端与吸收二极管DP0的负极连接；吸收二极管DP0的正极与PWM控制器芯片U5的6、7、8脚连接；PWM控制器芯片U5的1、2脚接壳；PWM控制器芯片U5的3脚与第二滤波电容CP3的正极连接，第二滤波电容CP3的负极接壳；PWM控制器芯片U5的4脚通过缓冲电容CP4接壳；PWM控制器芯片U5的5脚悬空；分压电阻RP2跨接在第一滤波电容CP1的正极与PWM控制器芯片U5的3脚之间；
输出变压器Tr的原线圈同名端连接到第一滤波电容CP1的正极，其异名端连接到PWM控制器芯片U5的6、7、8脚；输出变压器Tr的检测线圈同名端通过限流电阻RP3与整流二极管DP1的正极连接，整流二极管DP1的负极连接到PWM控制器芯片U5的3脚；输出变压器Tr的检测线圈异名端接壳；输出变压器Tr的第一副线圈同名端和第二副线圈异名端均接地；输出变压器Tr的第一副线圈异名端和第二副线圈同名端分别与正工作电源整流二极管DP2的正极和负工作电源整流二极管DP3的负极连接；正工作电源整流二极管DP2的负极同时与正工作电源第一滤波电容CP5的正极及正工作电源滤波电感LP1的一端连接；正工作电源第一滤波电容CP5的负极接地；正工作电源滤波电感LP1的另一端与正工作电源第二滤波电容CP7的正极连接，该连接点连接到正工作电源正极端Ep；负工作电源整流二极管DP3的正极同时与负工作电源第一滤波电容CP6的负极及负工作电源滤波电感LP2的一端连接；负工作电源滤波电感LP2的另一端与负工作电源第二滤波电容CP8的负极连接，该连接点连接到负工作电源负极端En；
反馈限流电阻RP4的一端连接到正工作电源正极端Ep，另一端与反馈光耦器件LC的1脚连接；反馈分压第一电阻RP5的一端连接到正工作电源正极端Ep，另一端与反馈分压第二电阻RP6的一端连接；反馈分压第二电阻RP6的另一端接地；基准电压源器件U6的正极与反馈光耦器件LC的2脚连接，基准电压源器件U6的负极接地，基准电压源器件U6的控制极连接到反馈分压第一电阻RP5与反馈分压第二电阻RP6的连接点；自激吸收电容CP9跨接在基准电压源器件U6的正极与控制极之间；反馈光耦器件LC的3脚接壳，反馈光耦器件LC的4脚与PWM控制器芯片U5的4脚连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180904 Address after: 264003 No. 18 Xuefu Road, high tech Zone, Yantai, Shandong Patentee after: JINJIAN ENGINEERING DESIGN Co.,Ltd. Address before: 214122 1800 Lihu Avenue, Binhu District, Wuxi, Jiangsu Patentee before: Jiangnan University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Detection and display method of wellhead coal bunker position Effective date of registration: 20211220 Granted publication date: 20180619 Pledgee: Yantai financing guarantee Group Co.,Ltd. Pledgor: JINJIAN ENGINEERING DESIGN Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015473 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220629 Granted publication date: 20180619 Pledgee: Yantai financing guarantee Group Co.,Ltd. Pledgor: JINJIAN ENGINEERING DESIGN Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015473 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |