实用新型内容
本实用新型解决的具体问题是,提供矿用隔爆兼本安型计算机,包括:工控板,USB无线模块,信号控制板,信号隔离模块,USB信号转换模块,其特点是:
所述工控板输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块;并且,工控板接收信号隔离模块输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,进行处理后输出到显示屏显示;
所述信号隔离模块接收所述工控板输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,并将收到的信号分别进行信号隔离处理后,输出USB信号到USB信号转换模块,输出RS485信号到RS485信号接口,输出RS232信号到信号控制板;并且信号隔离模块接收信号控制板输出的RS232信号,进行隔离处理后,输出到工控板;信号隔离模块接收USB信号转换模块输出的USB信号,进行隔离处理后,输出到工控板;信号隔离模块接收RS485信号接口输出的RS485信号,进行隔离处理后,输出到工控板;
所述信号控制板接收信号隔离模块输出的RS232信号,进行转换以及隔离处理,输出电流信号到外部装置;并且信号控制板接收外部装置输出的电流信号,进行转换以及隔离处理后,输出RS232信号到信号隔离模块;
所述USB信号转换模块接收信号隔离模块输出的USB信号,进行处理后,输出音频信号到矿用本安型耳麦,输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备;USB信号转换模块接收矿用本安型耳麦输出的音频信号,接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号,进行处理后,输出USB信号到信号隔离模块;并且USB信号转换模块与矿用本安型键盘配接。
本实用新型具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能,并隔离输入输出信号,具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能,在隔爆腔中通过信号隔离模块同时隔离RS232、RS485和USB信号,并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号,信号抗干扰能力强,所需隔爆腔体积小;成本低,重量轻。
根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案,所述工控板与USB无线模块进行双向信号通讯;所述工控板将收到的信号进行处理,将处理后的信号通过USB无线模块发送到基站,并且,所述工控板通过USB无线模块接收基站发出的信号,进行处理,输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块。
根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案,所述信号控制板包括RS232信号转TTL电平模块、第一光隔离模块、TTL电平转RS232信号模块和RS232信号转电流信号模块;其中,所述RS232信号转TTL电平模块接收信号隔离模块输出的RS232信号,将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块进行光隔离,所述第一光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块,所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块,所述RS232信号转电流信号模块将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置。该优选方案中,信号控制板先将RS232转换成TTL电平信号,进行输入输出隔离后,将TTL电平信号转换成RS232信号,再将RS232信号转换成电流信号输出,电路结构简单,成本低,没有采用常规的将RS232信号转换成RS485信号进行隔离的电路。
根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案,所述信号控制板还包括TTL电平转RS232信号模块、第二光隔离模块、RS232信号转TTL电平模块和电流信号转RS232信号模块;其中,所述电流信号转RS232信号模块接收外部装置输出的电流信号,将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块;所述RS232信号转TTL电平模块将RS232信号信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块进行光隔离,所述第二光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块,所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块。
根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案,显示屏为液晶屏,由矿用本安驱动电路驱动,无需逆变器,成本低,重量轻,安全性高。
本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的有益效果是,本实用新 型具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能,并隔离输入输出信号,具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能,在隔爆腔中通过信号隔离模块同时隔离RS232、RS485和USB信号,并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号,信号抗干扰能力强,所需隔爆腔体积小;由于具有USB无线模块,实现了与机站进行双工无线通讯;另外,采用本安输出驱动多路LED背光模块,无需逆变器;本实用新型功能多,体积小,成本低,重量轻,使用方便、可靠,安全性高,可广泛应用于矿井监控。
具体实施方式
参见图1至图4,一种矿用隔爆兼本安型计算机,由保险管1,总电源开关2,隔离变压器3,开关电源4,矿用本安驱动电路5,电源板6,工控板7,USB无线模块8,信号控制板9,信号隔离模块10,USB信号转换模块11,矿用本安型耳麦13,以太网信号接口14,矿用本安型USB闪存盘15,矿用本安型键盘16,RS485信号接口17,显示屏18组成。
其中:
隔离变压器3连接在总电源与电源板6之间,具体为隔离变压器3输入127V交流,输出为11V交流,采用隔离变压器实现强电和本安电路 之间的隔离,其隔离电压大于2500V;
所述的开关电源4输入为127V交流,所述开关电源4为工控板7、矿用本安驱动电路5供电;
所述的电源板6实现将11V交流转换为两路输出,一路供电给信号隔离模块10隔离输出端、USB信号转换模块11、矿用本安型耳麦13、矿用本安型USB闪存盘15、矿用本安型键盘16;另一路供电给信号控制板9;
所述工控板7输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块10;并且,工控板7接收信号隔离模块10输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,进行处理后输出到显示屏18显示;
所述信号隔离模块10接收所述工控板7输出的USB信号、RS232信号和RS485信号,并将收到的信号分别进行信号隔离处理后,输出USB信号到USB信号转换模块11,输出RS485信号到RS485信号接口17,输出RS232信号到信号控制板9;并且信号隔离模块10接收信号控制板9输出的RS232信号,进行隔离处理后,输出到工控板7;信号隔离模块10接收USB信号转换模块11输出的USB信号,进行隔离处理后,输出到工控板7;信号隔离模块10接收RS485信号接口17输出的RS485信号,进行隔离处理后,输出到工控板7;RS485信号接口17与具有RS485接口的配接设备连接;具体实施例中所述信号隔离模块10由USB信号隔离模块18、RS232信号隔离模块19和RS485信号隔离模块20构成;
所述信号控制板9接收信号隔离模块10输出的RS232信号,进行转换以及隔离处理,输出电流信号到外部装置12;并且信号控制板9接收外部装置12输出的电流信号,进行转换以及隔离处理后,输出RS232信号到信号隔离模块10;
所述USB信号转换模块11接收信号隔离模块10输出的USB信号,进 行处理后,输出音频信号到矿用本安型耳麦13,输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备;USB信号转换模块11接收矿用本安型耳麦13输出的音频信号,接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号,进行处理后,输出USB信号到信号隔离模块10;并且USB信号转换模块11与矿用本安型键盘16配接,接收矿用本安型键盘16输出的信号。
参见图3,具体实施例中,所述的USB信号转换模块11内设有USB信号转换器21、音频转换模块22和网络转换模块23;所述的USB信号转换器21实现1路USB信号转换成4路USB信号,一路配接矿用本安型键盘16,另一路配接矿用本安型USB闪存盘15;音频转换模块22实现USB信号转换成音频信号输出给矿用本安型耳麦13,数字信号隔离后再转换成音频信号,抗干扰强,音质较好。网络转换模块23实现USB信号转换成以太网信号,输出给以太网信号接口14,先隔离再转换的方法减小了隔爆腔的体积,节约成本和减轻了重量。
所述工控板7与USB无线模块8进行双向信号通讯;所述工控板7将收到的信号进行处理,将处理后的信号通过USB无线模块8发送到基站,并且,所述工控板7通过USB无线模块8接收基站发出的信号,进行处理,输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块10,所述的USB无线模块8为信号转换和输出模块,具体为USB WIFI模块。
显示屏18为液晶屏,采用LED背光屏,24V直流供电,由矿用本安驱动电路5驱动。参见图4,所述的显示模板24与工控板7和开关电源4连接,开关电源4输出6组24V电压,分别为第一背光模块25至第六背光模块30供电,无需逆变器;显示模板24信号由工控板7输入;矿用本安驱动电路5经过二级限流和两极过压保护,输出驱动6组灯组和液晶屏的现实模块,达到GB.3836.4关于本质安全的参数指标要求,防止高压引起的安全隐患。
参见图5,其中,所述信号控制板9由RS232信号转TTL电平模块32、第一光隔离模块33、TTL电平转RS232信号模块34、RS232信号转电流信号模块35、TTL电平转RS232信号模块36、第二光隔离模块37、RS232信号转TTL电平模块38和电流信号转RS232信号模块39构成;其中,所述RS232信号转TTL电平模块32接收信号隔离模块10输出的RS232信号,将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块33进行光隔离,满足矿用本质安全的介电强度的要求,所述第一光隔离模块33将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块34,所述TTL电平转RS232信号模块34将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块35,所述RS232信号转电流信号模块35将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置12;外部装置12可以是矿用本安型随钻测量装置;
所述电流信号转RS232信号模块39接收外部装置12输出的电流信号,将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块38;所述RS232信号转TTL电平模块38将RS232信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块37进行光隔离,所述第二光隔离模块37将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块36,所述TTL电平转RS232信号模块36将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块10。
信号控制板9能实现与矿用本安型随钻测量装置的长距离双工通信,既能完成RS232信号的接收、编码、解码并转换成电流信号,也能完成电流信号的接收,编码,解码并转换成RS232信号。
如图6所示,具体说明RS232信号隔离模块19的工作原理:
从TTL电平转为RS2323信号的原理:
由于二极管与电容的作用,使得在二极管D10与电容C8交接处的电压以及二极管D7与电容C7交接处的电压保持在-3V~-15V。当TXD0为″1″ 时,三极管Q1截止,RXDIN0上的电压与TXDIN0电压相等,也是-3~-15V,为″1″电平;当TXD0为″0″时,三极管Q1导通,则RXDIN0电压约为+5V,这个电压在+3~+15V之间为RS232的电平″0″;从而实现了从TTL到RS232的电平转换。
同理,当TXD1为″1″电平时,三极管Q4截止,RXDIN1上的电压与TXDIN1电压相等,也是-3~-15V,为″1″电平;当TXD1为″0″电平时,三极管Q4导通,则RXDIN1电压约为+5V,这个电压在+3~+15V之间为RS232的电平″0″;从而实现了从TTL到RS232的电平转换。
从RS232信号转换为TTL电平的原理:
当TXDIN0为″1″电平,即-3~-15V时,三极管Q3截止,RXD0电压约为5V,为″1″电平,光耦G1导通,RXD1为高电平“1”,三极管Q4截止,RXDIN1输出为-3~-15V电压,即为输出的RS232电平“1”;当TXDIN0为″0″电平时,三极管Q3导通,RXD0电压为0V,电平为″0″,光耦G1截止,TXD1为高电平,三极管Q3截止。
同理:当TXDIN1为″1″电平时,即-3~-15V时,三极管Q2截止,RXD1电压约为5V,为″1″电平,光耦G2导通,RXD1为高电平“1”,三极管Q4截止,RXDIN1输出为-3~-15V电压,即为输出的RS232电平“1”;当TXDIN1为″0″电压约为+5V时,三极管Q2导通,RXD1电压为0V,电平为″0″,光耦G2截止,TXD0为高电平,三极管Q2截止。
本电路成本低,数据转换延时小。
如图7,RS485收发器U1、U2是实现RS485收发,光耦G1、G2实现通信信号TTL电平隔离,光耦G3实现控制信号的隔离,隔离电压为2500V,使其达到矿用隔爆设备的介电强度的要求,芯片U3A、U3B是单稳振荡器,控制RS485收发器U1、U2的收发使能脚来控制RS485的数据收发时间,其初始状态时,芯片U3A、U3B的Q端是低电平;RS485收发器U1、U2 都处于接收状态,如当RS485收发器U1收到数据时,起始位从1到0的变化触发U3A的Q端变为高电平,RS485收发器U2的发送器处于工作状态;同时低电平清除U3B的Q端,使得RS485收发器U1处于接收状态。U3A产生的脉冲宽度与电容C1和电阻R15有关系。