CN109632592A - 大气粉尘监测信号数据转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了大气粉尘监测信号数据转换装置，所述带通滤波放大电路将型号为GCG1000的粉尘浓度传感器RS485接口输出的200‑1000Hz频率信号经带通滤波器滤除异频干扰后进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200‑1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，之后进入频率电压转换芯片U1、电阻R6‑电阻R11、电容C7‑电容C9、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V‑6V电压信号，最后进入电压调节电路，首先通过阻抗匹配电路无衰减的获得2V‑6V电压信号，之后经放大器进行比例放大，MOS管T1反馈调压、二极管D1和二极管D2隔离3V以下15V以上的信号后传输到GPRS通讯模块的RS232接口。有效的解决了监控中心服务器接收信号不够精确及不明确接收到的信号的具体位置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿、大气粉尘监测技术领域，特别是涉及大气粉尘监测信号数据转换装置。
背景技术
煤矿生产中会产生大量的粉尘，粉尘不仅给煤矿生产带来粉尘爆炸等安全问题还极大的影响煤矿工人的健康问题（引起呼吸道疾病、尘肺病等），因此对粉尘进行测量、监测，进而进行防尘控制十分必要，目前主要采用型号为GCG1000的粉尘浓度传感器采集煤矿大气粉尘浓度的瞬时信息，通过RS485串口线进入数据转换装置转换后（A/D转换装置或RS232等转换为相应通讯模块或电脑能接收的信号）以串行方式接到相应GPRS通讯模块、电脑RS232串口上，运用GPRS网络或Internet网传送到监控中心服务器以进行远程监测，然而这种数据转换装置在接收信号时易受外界频率信号干扰、转换后信号存在不满足RS232通讯接口对信号幅度（+3V~+15V）的要求，使监控中心服务器接受到的信号不精确，另外监控中心服务器往往接收的是一个煤矿中多个区域、多个煤矿的监测信号，监控中心服务器需明确接收到的信号的具体位置。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供大气粉尘监测信号数据转换装置，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了监控中心服务器接收信号不够精确及不明确接收到的信号的具体位置的问题。
其解决的技术方案是，包括粉尘浓度传感器、GPS定位模块、GPRS通讯模块、监控中心服务器，所述粉尘浓度传感器采集的煤矿大气粉尘浓度信息和GPS定位模块定位的粉尘浓度传感器位置信息通过串口接到GPRS通讯模块，GPRS通讯模块通过GPRS网络发送到监控中心服务器，其特征在于，在粉尘浓度传感器和GPRS通讯模块之间连接有频率谐振电路、频率电压转换电路、电压调节电路，所述带通滤波放大电路将型号为GCG1000的粉尘浓度传感器RS485接口输出的200-1000Hz频率信号经电容C1、电容C2、电感L1和电感L2、电感L3、电容C3组成的带通滤波器滤除异频干扰后进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，之后进入频率电压转换芯片U1、电阻R6-电阻R11、电容C7-电容C9、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V-6V电压信号，最后进入电压调节电路，首先通过电感L9、电感L10、电容C13、电容C14组成的阻抗匹配电路无衰减的获得2V-6V电压信号，之后经运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行比例放大，放大后信号经MOS管T1反馈调压、二极管D1和二极管D2隔离3V以下15V以上的信号后传输到GPRS通讯模块的RS232接口。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1，粉尘浓度传感器输出的200-1000Hz频率信号经带通滤波器滤除异频干扰，进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，某一确定的频率信号还经电阻R3、电感L8、电容C10组成的选频电路后反馈到带通滤波器的输入端，进一步滤除异频干扰，以输出纯净的某一确定的频率信号，避免了受外界频率信号干扰的问题；
2，经频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V-6V电压信号，阻抗匹配电路无衰减进入运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行比例放大，放大后信号一路经二极管D1隔离3V以下、二极管D2隔离15V以上的干扰信号号通过，即允许幅值在3V-15V有用信号通过，时间上不重叠的噪声干扰进行抑制，另一路，当信号低于3V或高于15V时，相应稳压管Z1、Z2击穿，放大后信号加到MOS管T1的栅极，信号的大/小使MOS管T2漏源间的阻值相应变小/变大，运算放大器AR1放大倍数进行变大/变小，输出满足GPRS通讯模块的RS232接口信号幅度的3V-15V电压信号，提高了监控中心服务器接受信号的精度；
3，GPS定位模块定位的粉尘浓度传感器位置信息通过串口接到GPRS通讯模块，GPRS通讯模块通过GPRS网络发送到监控中心服务器，监控中心服务器能够明确接收的信息的具体位置，更有利于进行分析、针对处理。
附图说明
图1为本发明的电路模块图。
图2为本发明的电路原理图。
图3为本发明的电压调节电路信号流向图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例一，大气粉尘监测信号数据转换装置，包括粉尘浓度传感器、GPS定位模块、GPRS通讯模块、监控中心服务器，所述粉尘浓度传感器采集的煤矿大气粉尘浓度信息和GPS定位模块定位的粉尘浓度传感器位置信息通过串口接到GPRS通讯模块（可选择定位和通讯一体的型号为SKC111的GSM+GPRS+GPS模块），GPRS通讯模块通过GPRS网络发送到监控中心服务器，由监控中心服务器能够明确接收的信息的具体位置，更有利于使用数据库软件等对所在煤矿的某一区域的大气粉尘浓度信息进行相应的分析，为降尘针对处理提供依据，降低煤矿工作环境安全问题及大气粉尘对人员健康的损害，在粉尘浓度传感器和GPRS通讯模块之间连接有频率谐振电路、频率电压转换电路、电压调节电路，所述带通滤波放大电路将型号为GCG1000的粉尘浓度传感器RS485接口输出的200-1000Hz频率信号经电容C1、电容C2、电感L1和电感L2、电感L3、电容C3组成的带通滤波器滤除异频干扰后进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，某一确定的频率信号还经电阻R3、电感L8、电容C10组成的选频电路后反馈到带通滤波器的输入端，进一步滤除异频干扰，以输出纯净的某一确定的频率信号，之后进入频率电压转换芯片U1、电阻R6-电阻R11、电容C7-电容C9、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V-6V电压信号，最后进入电压调节电路，首先通过电感L9、电感L10、电容C13、电容C14组成的阻抗匹配电路无衰减的获得2V-6V电压信号，之后经运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行比例放大，放大后信号一路经二极管D1隔离3V以下、二极管D2隔离15V以上的干扰信号号通过，其中电阻R14、电阻R15为上拉电阻，即允许幅值在3V-15V有用信号通过，时间上不重叠的噪声干扰进行抑制，另一路，当信号低于3V或高于15V时，相应稳压管Z1、Z2击穿，放大后信号加到MOS管T1的栅极，信号的大/小使MOS管T2漏源间的阻值相应变小/变大，运算放大器AR1放大倍数进行变大/变小，输出3V-15V电压信号传输到GPRS通讯模块的RS232接口。
实施例二，在实施例一的基础上，所述频率谐振电路接收型号为GCG1000的粉尘浓度传感器X1（其利用光散射原理检测煤矿井下空气的粉尘质量浓度，测量误差≤±10％）RS485接口输出的200-1000Hz频率信号，通过电容C1、电容C2、电感L1和电感L2、电感L3、电容C3组成的带通滤波器滤除异频干扰后，进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，某一确定的频率信号还经电阻R3、电感L8、电容C10组成的选频电路后反馈到带通滤波器的输入端，进一步滤除异频干扰，以输出纯净的某一确定的频率信号，包括型号为GCG1000的粉尘浓度传感器X1，粉尘浓度传感器X1的引脚1和电容C1的一端连接电源+24V，粉尘浓度传感器X1的引脚3和电容C1的另一端连接地，粉尘浓度传感器X1的引脚2连接电容C1的负极，电容C1的正极分别连接电感L1 的一端、电容C2的负极，电容C2的正极连接电感L2 的一端，电感L2 的另一端分别连接电感L3 的一端、电容C3的一端，电感L1 的另一端、电容C3的另一端均连接地，电感L3 的另一端分别连接电容C4的一端、可变电容CP1的一端、接地电感L4的一端，电容C4的另一端分别连接三极管Q1的基极、接地电阻R2的一端、电阻R1的一端，三极管Q1的发射极分别连接接地可变电容CP3的一端、电感L5的右端、电容C5的一端、电容C6的一端、接地电感L6的一端，电感L5的左端分别连接可变电容CP1的另一端、接地可变电容CP2的一端，三极管Q1的集电极分别连接电感L7的一端、电容C5的另一端、电容C7的一端，电阻R1的另一端、电感L7的另一端、电容C9的一端均连接电源+6V，电容C9的另一端连接地，电容C7的另一端为频率谐振电路的输出信号，电容C7的另一端还连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电感L8的一端、电容C10的一端、电容C1的负极，电感L8的另一端和电容C10的另一端连接地。
实施例三，在实施例二的基础上，所述电压调节电路经电感L9、电感L10、电容C13、电容C14组成的阻抗匹配电路无衰减的获得频率电压转换电路输出的2V-6V电压信号，之后经运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行同相比例放大， 放大后信号一路经二极管D1隔离3V以下、二极管D2隔离15V以上的干扰信号号通过，其中电阻R14、电阻R15为上拉电阻，即允许幅值在3V-15V有用信号通过，时间上不重叠的噪声干扰进行抑制，另一路，当信号低于3V或高于15V时，相应稳压管Z1、Z2击穿，放大后信号加到MOS管T1的栅极，信号的大/小使MOS管T2漏源间的阻值相应变小/变大，运算放大器AR1放大倍数进行变大/变小，输出3V-15V电压信号传输到GPRS通讯模块的RS232接口，包括电感L9，电感L9的一端连接频率电压转换芯片U1的引脚1，电感L9的另一端分别连接接地电容C13的一端、电感L10的一端，电感L10的另一端分别连接接地电容C14的一端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、MOS管T1的漏极，运算放大器AR1的VCC端连接电源+6V，运算放大器AR1的GND端连接电源+2V，运算放大器AR1的反相输入端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12 的一端，电阻R12 的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、稳压管Z1的正极、电阻R14的一端、二极管D1的正极，电阻R14的另一端连接电源+3V，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极、电阻R15的一端、稳压管Z2的负极，电阻R15的另一端连接电源+15V，稳压管Z1的负极、稳压管Z2的正极、电解电容E1的负极均连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接接地电阻R13的一端、接地电容C15的一端，二极管D2的正极为电压调节电路的输出信号；
所述频率电压转换电路接收频率谐振电路输出的确定频率信号，通过频率电压转换芯片U1（型号可为LM331）、电阻R4-电阻R9、电容C8、电容C11、电容C12、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与确定频率信号成线性的2V-6V电压信号，包括频率电压转换芯片U1，频率电压转换芯片U1的引脚8连接电源+6V，频率电压转换芯片U1的引脚3、引脚4连接地，频率电压转换芯片U1的引脚5分别连接接地电容C11的一端、电阻R8的一端，频率电压转换芯片U1的引脚7分别连接接地电阻R5的一端、电阻R6的一端，频率电压转换芯片U1的引脚6分别连接电容C8的一端、电阻R4的一端，电阻R8的另一端、电阻R6的另一端、电阻R4的另一端均连接电源+6V，电容C8的另一端连接电容C7的另一端，频率电压转换芯片U1的引脚2连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接电位器RP1的上端和可调端，电位器RP1的下端连接地，频率电压转换芯片U1的引脚1分别连接接地电阻R9的一端、接地电容C12的一端，频率电压转换芯片U1的引脚1为频率电压转换电路的输出信号。
本发明具体使用时，包括粉尘浓度传感器、GPS定位模块、GPRS通讯模块、监控中心服务器，所述粉尘浓度传感器采集的煤矿大气粉尘浓度信息和GPS定位模块定位的粉尘浓度传感器位置信息通过串口接到GPRS通讯模块（可选择定位和通讯一体的型号为SKC111的GSM+GPRS+GPS模块），GPRS通讯模块通过GPRS网络发送到监控中心服务器，由监控中心服务器能够明确接收的信息的具体位置，更有利于使用数据库软件等对所在煤矿的某一区域的大气粉尘浓度信息进行相应的分析，为降尘针对处理提供依据，降低煤矿工作环境安全问题及大气粉尘对人员健康的损害，在粉尘浓度传感器和GPRS通讯模块之间连接有频率谐振电路、频率电压转换电路、电压调节电路，所述带通滤波放大电路将型号为GCG1000的粉尘浓度传感器RS485接口输出的200-1000Hz频率信号经电容C1、电容C2、电感L1和电感L2、电感L3、电容C3组成的带通滤波器滤除异频干扰后进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，某一确定的频率信号还经电阻R3、电感L8、电容C10组成的选频电路后反馈到带通滤波器的输入端，进一步滤除异频干扰，以输出纯净的某一确定的频率信号，之后进入频率电压转换芯片U1、电阻R6-电阻R11、电容C7-电容C9、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V-6V电压信号，最后进入电压调节电路，首先通过电感L9、电感L10、电容C13、电容C14组成的阻抗匹配电路无衰减的获得2V-6V电压信号，之后经运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行比例放大，放大后信号一路经二极管D1隔离3V以下、二极管D2隔离15V以上的干扰信号号通过，其中电阻R14、电阻R15为上拉电阻，即允许幅值在3V-15V有用信号通过，时间上不重叠的噪声干扰进行抑制，另一路，当信号低于3V或高于15V时，相应稳压管Z1、Z2击穿，放大后信号加到MOS管T1的栅极，信号的大/小使MOS管T2漏源间的阻值相应变小/变大，运算放大器AR1放大倍数进行变大/变小，输出3V-15V电压信号传输到GPRS通讯模块的RS232接口，提高了监控中心服务器接受信号的精度。
Claims (3)
1.大气粉尘监测信号数据转换装置，包括粉尘浓度传感器、GPS定位模块、GPRS通讯模块、监控中心服务器，所述粉尘浓度传感器采集的煤矿大气粉尘浓度信息和GPS定位模块定位的粉尘浓度传感器位置信息通过串口接到GPRS通讯模块，GPRS通讯模块通过GPRS网络发送到监控中心服务器，其特征在于，在粉尘浓度传感器和GPRS通讯模块之间连接有频率谐振电路、频率电压转换电路、电压调节电路，所述带通滤波放大电路将型号为GCG1000的粉尘浓度传感器RS485接口输出的200-1000Hz频率信号经电容C1、电容C2、电感L1和电感L2、电感L3、电容C3组成的带通滤波器滤除异频干扰后进入三极管Q1为核心的可调并联谐振电路与200-1000Hz频率信号中某一确定的频率信号进行谐振，其中谐振的频率由电感L4、电感L5、可变电容CP1-可变电容CP3组成的匹配网络对200-1000Hz频率信号产生的阻抗与电容C6、电感L6组成的并联谐振电路产生的谐振的频率决定，之后进入频率电压转换芯片U1、电阻R6-电阻R11、电容C7-电容C9、电位器RP1组成频率电压转换电路转换为与频率成线性的2V-6V电压信号，最后进入电压调节电路，首先通过电感L9、电感L10、电容C13、电容C14组成的阻抗匹配电路无衰减的获得2V-6V电压信号，之后经运算放大器AR1、电阻R10-电阻R12组成的放大器进行比例放大，放大后信号经MOS管T1反馈调压、二极管D1和二极管D2隔离3V以下15V以上的信号后传输到GPRS通讯模块的RS232接口。
2.如权利要求1所述大气粉尘监测信号数据转换装置，其特征在于，所述频率谐振电路包括型号为GCG1000的粉尘浓度传感器X1，粉尘浓度传感器X1的引脚1和电容C1的一端连接电源+24V，粉尘浓度传感器X1的引脚3和电容C1的另一端连接地，粉尘浓度传感器X1的引脚2连接电容C1的负极，电容C1的正极分别连接电感L1 的一端、电容C2的负极，电容C2的正极连接电感L2 的一端，电感L2 的另一端分别连接电感L3 的一端、电容C3的一端，电感L1 的另一端、电容C3的另一端均连接地，电感L3 的另一端分别连接电容C4的一端、可变电容CP1的一端、接地电感L4的一端，电容C4的另一端分别连接三极管Q1的基极、接地电阻R2的一端、电阻R1的一端，三极管Q1的发射极分别连接接地可变电容CP3的一端、电感L5的右端、电容C5的一端、电容C6的一端、接地电感L6的一端，电感L5的左端分别连接可变电容CP1的另一端、接地可变电容CP2的一端，三极管Q1的集电极分别连接电感L7的一端、电容C5的另一端、电容C7的一端，电阻R1的另一端、电感L7的另一端、电容C9的一端均连接电源+6V，电容C9的另一端连接地，电容C7的另一端为频率谐振电路的输出信号，电容C7的另一端还连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电感L8的一端、电容C10的一端、电容C1的负极，电感L8的另一端和电容C10的另一端连接地。
3. 如权利要求1所述大气粉尘监测信号数据转换装置，其特征在于，所述电压调节电路包括电感L9，电感L9的一端连接频率电压转换芯片U1的引脚1，电感L9的另一端分别连接接地电容C13的一端、电感L10的一端，电感L10的另一端分别连接接地电容C14的一端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、MOS管T1的漏极，运算放大器AR1的VCC端连接电源+6V，运算放大器AR1的GND端连接电源+2V，运算放大器AR1的反相输入端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12 的一端，电阻R12 的另一端分别连接运算放大器AR1的输出端、稳压管Z1的正极、电阻R14的一端、二极管D1的正极，电阻R14的另一端连接电源+3V，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极、电阻R15的一端、稳压管Z2的负极，电阻R15的另一端连接电源+15V，稳压管Z1的负极、稳压管Z2的正极、电解电容E1的负极均连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接接地电阻R13的一端、接地电容C15的一端，二极管D2的正极为电压调节电路的输出信号；
所述频率电压转换电路包括频率电压转换芯片U1，频率电压转换芯片U1的引脚8连接电源+6V，频率电压转换芯片U1的引脚3、引脚4连接地，频率电压转换芯片U1的引脚5分别连接接地电容C11的一端、电阻R8的一端，频率电压转换芯片U1的引脚7分别连接接地电阻R5的一端、电阻R6的一端，频率电压转换芯片U1的引脚6分别连接电容C8的一端、电阻R4的一端，电阻R8的另一端、电阻R6的另一端、电阻R4的另一端均连接电源+6V，电容C8的另一端连接电容C7的另一端，频率电压转换芯片U1的引脚2连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接电位器RP1的上端和可调端，电位器RP1的下端连接地，频率电压转换芯片U1的引脚1分别连接接地电阻R9的一端、接地电容C12的一端，频率电压转换芯片U1的引脚1为频率电压转换电路的输出信号。
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