CN111487293A - 一种矿用气体多参数便携检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用气体多参数便携检测仪，包括能源系统、控制系统和机构系统。能源系统包括：电源模块、无线充电模块；控制系统包括：中央处理执行器、环境参数检测模块、无线通信模块、人体微感应传感器、微储存模块、设备自检模块、显示模块、报警模块；机构系统包括：设备外壳、按键等。本发明通过数据中心制定巡检地图及巡检点，并发送至矿用气体多参数便携检测仪上，方便检测人员路线规划及进行准确且不漏项检测；数据可通过无线通讯模块实时上传，并备份至微储存模块；所测参数及人员定位同时上传至数据中心，进行数据记录及分析；设备自检数据上传至数据中心，实现设备全生命周期管理。

Description

一种矿用气体多参数便携检测仪
技术领域
本发明属于矿用安全设备技术领域，具体涉及一种矿用气体多参数便携检测仪。
背景技术
煤矿在煤炭开采过程中会产生各种不同类型的气体样品,矿井中的有害气体对井下作业人员的生命安全造成了极大地威胁，因此对它们的正确分析是预防矿井煤炭自燃、瓦斯爆炸的重要手段。
目前我国采用的矿用气体便携检测仪，系统有数据信号滞后性，且各设备信号交互需通过基站进行，并未实现物联网方便操作者的使用跟故障问题的及时处理；需单独设立人员定位模块，定位不够精准。
因此为了提高矿用气体多参数便携检测仪的时效性、准确性、人性化使用，亟需建立一种矿用气体多参数便携检测仪，提高矿井气体检测的宽度、精度和准度。
发明内容
本发明的目的是克服现有的技术上存在的不足，提供了一种矿用气体多参数便携检测仪，其特别适用现代化矿井的使用，该系统可以对矿井气体进行精准定位、多参数测定，并实时上传记录、处理数据，测试全过程数字、曲线图可视化，巡检地图显示巡检点地标及流程进度，如遇某种气体超限，则四重报警，全方位提醒工作人员进行处理；本发明还具有人体体征探测，防止带病作业，通过无线通讯系统，可及时救助工作人员；本发明还具有自检功能，及时上传设备信息，可远程进行设备软件维护，掌握设备全生命周期。本发明具有时效性高、准确性高、操作简单、人性化、便于维护等特点，适用于各类现代化矿井的使用，实用性强、使用效果好，便于推广使用。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种矿用气体多参数便携检测仪，包括能源系统、控制系统和机构系统；能源系统包括：电源模块和无线充电模块；控制系统包括：中央处理执行器、环境参数检测模块、无线通信模块、人体微感应传感器、微储存模块、设备自检模块、显示模块和报警模块；机构系统包括：设备外壳和按键；
矿用气体多参数便携检测仪由能源系统为内部供电；控制系统中，通过环境参数检测模块、人体微感应传感器采集的信息上传至中央处理执行器，经运算后，得到周围环境情况及人体情况，并通过无线通讯模块上传至数据中心；
环境参数检测模块包括：催化燃烧传感器、电化学传感器、红外传感器；催化燃烧传感器用于测量环境中：CH4、SO2浓度，电化学传感器用于测量环境中：CO、O2、H2S浓度，红外传感器用于测量环境中：CO2浓度；各模块将采集到的浓度电信号传输至中央处理执行器，随后进行保存数据及通过无线通讯模块上传至数据中心进行数据处理；
微储存模块，用于实时存储环境检测参数；
人体微感应传感器检测人体生命体征包括：心跳和体温，用于识别使用人员的健康参数；该人体微感应传感器对人体体征参数进行自动监测，读入中央处理执行器，中央处理执行器与无线通信模块和显示模块连接，通过无线通信模块上传数据至数据中心进行处理、分析并转化为员工档案数据，当检测到体征参数出现异常时，会有报警显示，防止身体异常情况下作业，引发不安全事故；
无线充电模块，通过电磁感应原理，设备背盖上的线圈产生感应电流，再将交流电转化为直流电后，通过电源模块给检测仪进行充电；
设备自检模块，用于检测检测仪状态，完成系统启动时传感器功能的检测，测试传感器是否正常，并得出系统工作环境的数据以选择相应的数据权值；开机后，通过主函数，首先调用系统自检函数进行自检，程序首先会给出一个延时，防止因为开机后系统不稳定造成读数错误，之后程序会依次启动各个传感器，根据电压信号判断传感器是否正常，传感器检测确认无误后，显示模块显示“准备就绪”；
显示模块，用于显示：时间、电量、地图、地标、各检测气体浓度、气体状态和人员信息；
按键用于各个传感器检测限值得设定以及各数据的检索。
本发明进一步的改进在于，其特征在于，数据中心通过无线通信模块发送巡检地图和巡检点信息至矿用气体多参数便携检测仪中央处理执行器，同时进行人员及设备定位，通过显示模块指引操作人员根据巡检地图到达测量地点，进行检测。
本发明进一步的改进在于，报警模块具有四重报警功能，即声音报警、灯光报警、震动报警和屏幕报警，全方位提醒使用人员；屏幕报警时，当出现某气体浓度超限，屏幕自动亮起，并且显示该气体信息字体变为红色。
本发明进一步的改进在于，无线通信模块包含采用3种方式：蓝牙模块、WIFI模块和4G/5G模块。
本发明进一步的改进在于，该检测仪内部采用单片机51，Arduino核心板。
本发明进一步的改进在于，显示模块采用TFT液晶屏模块240*320TFT，对数据进行分区显示，清楚直观。
本发明进一步的改进在于，无线充电模块采用大容量续航电池，保证可持续使用24h；采用快充技术，充满耗时2h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明将采用无线通讯模块及服务器，实现物联网，实时快速互传数据，精准定位人员设备位置。
2、本发明将工作人员人体体征信息上传至数据中心，经过分析符合下井条件，允许下井，如不符合拒绝其带病作业；如在井下突遇身体不适，通过无线通讯模块，上传数据至数据中心进行调度，且发送信号至该人员200m范围内其他工作人员求助，并发送信号至就近车辆进行求助。
3、本发明充分考虑到人工记录巡检点位置信息之前依靠纸笔，现将巡检地图通过数据中心传至本装置，并带有巡检地标，防止人员漏检及方便查看路径。
4、本发明考虑到设备采用有线充电，充电装置及充电线易损坏，因此采用无线充电，快速、便捷且损耗低。
5、本发明结构稳定、安全性、时效性、准确性、人性化高，设备操作简单，使操作人员使用更便捷。
综上所述，与现有技术相比，本发明(矿用气体多参数便携检测仪)具有以下优点：1、可实现设备定位；2、传输巡检点位置；3、实时上传气体检测信息，提高了检测数据传递时效性、准确性；4、使用物联网技术，实现设备与设备之间自动发送求救信号，设备与车之间发送求救信号，方便救助；5、设备内置自检模块，实现设备全生命周期管理；6、设备软件故障远程分析处理修复，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的模块连接示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种矿用气体多参数便携检测仪，包括能源系统、控制系统和机构系统。能源系统包括：电源模块、无线充电模块；控制系统包括：环境参数检测模块、通信模块、人体微感应传感器、微储存模块、设备自检模块、显示模块、报警模块；机构系统包括：设备外壳、按键模块等。环境参数检测模块包括：催化燃烧传感器、电化学传感器、红外传感器。
如图1所示，中央处理执行器与环境参数检测模块、人体微感应传感器、电源模块、无线充电模块、按键模块、显示模块、报警模块均单向连接；即各传感器分别采集相关电信号后通过中央处理执行器传输信息至数据中心进行数据处理。
如图1所示，中央处理执行器与蓝牙模块、WIFI模块、4G/5G模块、微存储模块、设备自检模块均采用双向连接；即将通过各传感器模块采集到的电信号通过中央处理执行器存储至微存储模块，也通过中央处理执行器调用已存储的数据信息；各传感器模块采集到的电信号也可通过中央处理执行器及无线通讯模块上传至数据中心，数据中心也可将数据通过其传输至中央处理执行器；设备自检模块可将采集的电流、电压等电信号通过中央处理执行器传输至数据中心，数据中心也可将设定的各正常指标数据信息通过中央处理执行器传输至设备自检模块。
如图1所示，蓝牙模块、WIFI模块、5G模块与数据中心双向无线传输；数据中心与云计算双向传输，即中央执行处理器通过无线通讯模块与数据中心进行数据交互，数据中心通过与云计算的数据交互进行数据的整合处理。
本实施例中，所述的矿用气体多参数便携检测仪，下井前通过人体微感应传感器探测人体体征状态，如异常则报警提示且系统拒绝其带病作业，如正常则允许其下井作业；在井下工作期间出现身体异常情况，则报警提示并通过无线通讯模块发送信号至其200m范围内其他工作人员矿用气体多参数便携检测仪上，进行求助，同时发送信号至就近车辆，进行求助。
通过多个气体传感器进行环境多参数测量，结合显示模块，及时准确显示环境参数，并通过无线通信模块实时上传数据中心，进行数据分析。设备自检模块，首先进行系统检测，如发生故障，可通过无线通信模块实现远程修复；其次，将设备的传感器及电池电压信号上传至数据中心，当传感器或电池电压信号波动较大时，给设备及数据中心发出报警信号，以便及时处理。
本实施例中具体工作流程为：数据中心设置巡检地图及巡检点标定，发送至矿用气体多参数便携检测仪上，工作人员通过屏幕显示到达地标位置进行数据测定，选定巡检点地标，选择确定进行检测，环境参数及地标位置实时上传至检测中心，进行数据曲线拟合，及综合数据分析，并可上传至云计算，进行大数据分析，随后矿用气体多参数便携检测仪可接收分析结果，随即进行下一巡检点进行检测。
本实施例中，可自定义设置报警点，如果超限，则四重冗余报警同时进行。
本实施例中，矿用气体多参数便携检测仪通过设备自检模块及无线通信模块上传设备电流、电压等信息至数据中心，进行设备全生命周期管理，如遇设备软件故障，上传数据至云计算进行分析并实时处理故障。
本发明的工作原理为：根据危害，我们将煤矿井下有毒有害气体分为可燃气体和有毒气体两大类。由于它们性质和危害不同，其检测手段也有所不同。
煤矿井下环境中的可燃气体主要分为CH4、CO、H2S等，易引发火灾和爆炸；煤矿井下环境中的有毒气体主要分为CO、H2S等，对井下工作人员造成危害最大。少量吸入有毒气体会造成身体不适或产生并发症，而长期在此环境工作会造成残疾、癌变。
为安全起见，按照《煤矿安全规程》设定气体浓度达到规范浓度发出警告警报。
通讯原理：
无线通讯模块支持4G与5G，矿区通过小站(小型基站)构建通信网络，基站与控制中心连接。正常工况下，瓦斯检测仪传感器将气体信息转换为电信号，单片机模块再转为数字信号，通过无线通讯模块发送给井下基站，再由基站通过光纤发送给控制中心服务器，分析并存储数据。
当工作人员在井下遇到危险时，瓦斯检测仪通过4G/5G协议中设备到设备通讯(D2D:device-to-device)技术，直接给周边检测仪或井下无轨胶轮车发出求救信号，帮助被困人员脱困，此技术可有效解决通讯延迟问题，给井下人员安全提供多种保障。同时，瓦斯检测仪将求救信号发送至控制中心，实时上报情况。
设备全生命周期管理原理：
给每台瓦斯检测仪分配唯一的IMEI码，相当于设备的身份证。当设备开始启用时，在调度中心上位系统进行激活，并绑定至个人。在使用过程中，将设备的传感器及电池电压信号上传至设备全生命周期管理系统中，进行预判，当传感器或电池电压信号波动较大时，给设备及上位系统发出报警信号，以便及时更换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，包括能源系统、控制系统和机构系统；能源系统包括：电源模块和无线充电模块；控制系统包括：中央处理执行器、环境参数检测模块、无线通信模块、人体微感应传感器、微储存模块、设备自检模块、显示模块和报警模块；机构系统包括：设备外壳和按键；
矿用气体多参数便携检测仪由能源系统为内部供电；控制系统中，通过环境参数检测模块、人体微感应传感器采集的信息上传至中央处理执行器，经运算后，得到周围环境情况及人体情况，并通过无线通讯模块上传至数据中心；
环境参数检测模块包括：催化燃烧传感器、电化学传感器、红外传感器；催化燃烧传感器用于测量环境中：CH4、SO2浓度，电化学传感器用于测量环境中：CO、O2、H2S浓度，红外传感器用于测量环境中：CO2浓度；各模块将采集到的浓度电信号传输至中央处理执行器，随后进行保存数据及通过无线通讯模块上传至数据中心进行数据处理；
微储存模块，用于实时存储环境检测参数；
人体微感应传感器检测人体生命体征包括：心跳和体温，用于识别使用人员的健康参数；该人体微感应传感器对人体体征参数进行自动监测，读入中央处理执行器，中央处理执行器与无线通信模块和显示模块连接，通过无线通信模块上传数据至数据中心进行处理、分析并转化为员工档案数据，当检测到体征参数出现异常时，会有报警显示，防止身体异常情况下作业，引发不安全事故；
无线充电模块，通过电磁感应原理，设备背盖上的线圈产生感应电流，再将交流电转化为直流电后，通过电源模块给检测仪进行充电；
设备自检模块，用于检测检测仪状态，完成系统启动时传感器功能的检测，测试传感器是否正常，并得出系统工作环境的数据以选择相应的数据权值；开机后，通过主函数，首先调用系统自检函数进行自检，程序首先会给出一个延时，防止因为开机后系统不稳定造成读数错误，之后程序会依次启动各个传感器，根据电压信号判断传感器是否正常，传感器检测确认无误后，显示模块显示“准备就绪”；
显示模块，用于显示：时间、电量、地图、地标、各检测气体浓度、气体状态和人员信息；
按键用于各个传感器检测限值得设定以及各数据的检索。
2.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，数据中心通过无线通信模块发送巡检地图和巡检点信息至矿用气体多参数便携检测仪中央处理执行器，同时进行人员及设备定位，通过显示模块指引操作人员根据巡检地图到达测量地点，进行检测。
3.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，报警模块具有四重报警功能，即声音报警、灯光报警、震动报警和屏幕报警，全方位提醒使用人员；屏幕报警时，当出现某气体浓度超限，屏幕自动亮起，并且显示该气体信息字体变为红色。
4.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，无线通信模块包含采用3种方式：蓝牙模块、WIFI模块和4G/5G模块。
5.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，该检测仪内部采用单片机51，Arduino核心板。
6.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，显示模块采用TFT液晶屏模块240*320TFT，对数据进行分区显示，清楚直观。
7.根据权利要求1所述的一种矿用气体多参数便携检测仪，其特征在于，无线充电模块采用大容量续航电池，保证可持续使用24h；采用快充技术，充满耗时2h。
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