CN204166678U - 煤矿井下多气体浓度采集传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤矿井下多气体浓度采集传输装置，包括多个数据采集终端和一个或多个数据传输终端，数据采集终端包括第一微控制器模块、第一串口转WiFi无线模块和第一供电电源，第一微控制器模块由第一C8051F单片机、第一晶振电路和第一复位电路组成，第一C8051F单片机输入端接有CO气体浓度检测电路和O2气体浓度检测电路；数据传输终端包括第二微控制器模块和第二供电电源，以及第二串口转WiFi无线模块和RS-485通信电路模块，第二微控制器模块由第二C8051F单片机以及第二晶振电路和第二复位电路组成。本实用新型实现方便且成本低，使用操作便捷，工作稳定性高，气体浓度检测精度高、成本低，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿井下环境安全监控技术领域，具体涉及一种煤矿井下多气体浓度采集传输装置。
背景技术
我国煤炭储量丰富，煤炭一直以来都是我国最主要的一次能源。然而，煤炭开采往往伴随着高风险，煤矿事故不断发生，造成了严重的人员伤亡、经济及政治损失。如何加强矿灾防治工作，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运行，成为煤矿工作的重要任务。实践证明，快速、准确地对矿井气体进行检测对减少矿井火灾与瓦斯爆炸是非常重要的。煤矿井下气体浓度检测是保障煤矿安全的必须基础，是煤矿灾害预防、治理和救灾决策的根本依据。
现有技术中，根据设备安放地点不同，煤矿井下气体浓度检测方法有地面型和井下型两种，地面型通过“束管”抽吸井下气样到地面，采用地面分析仪器分析，进行连续监测；但由于其抽气管路过长，气样分析实时性差，且易于因管路风阻过大或管路漏气故障等因素影响气体分析的精确性，从而影响监测的准确性，材料、施工和维护成本都很高。井下型通过放置在井下的监测设备，对所需要监测的参数进行现场监测采样、分析处理，从而尽可能避免因抽气管路过长带来的监测分析误差，提高了监测的实时性和准确性，同时在各个环节都大大节约了成本。但是，现有技术中井下型的监测设备是在井下采集数据并分析处理得到结果，地面的工作人员想要知道井下的环境状况，还需要井下工作人员返回地上后才能得知。而且，现有技术中井下型的监测设备主要还是对单一气体浓度进行检测分析，要分析多种气体浓度，就得携带或安放多个监测设备，使用操作不方便，且监测成本高。另外，现有技术中井下型监测设备的监测精度也有待提高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作便捷，工作稳定性高，气体浓度检测精度高、成本低，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：包括布设在煤矿井下的多个数据采集终端和与多个数据采集终端无线连接并通信的一个或多个数据传输终端，所述数据采集终端包括第一微控制器模块、第一串口转WiFi无线模块和为数据采集终端中各用电模块供电的第一供电电源，所述第一微控制器模块由第一C8051F单片机以及与第一C8051F单片机相接的第一晶振电路和第一复位电路组成，所述第一串口转WiFi无线模块与第一C8051F单片机相接，所述第一C8051F单片机的输入端接有CO气体浓度检测电路和O2气体浓度检测电路，所述第一供电电源由第一电池和与第一电池相接的第一电源管理电路模块组成；所述数据传输终端包括第二微控制器模块和为数据传输终端中各用电模块供电的第二供电电源，以及用于与第一串口转WiFi无线模块无线连接并通信的第二串口转WiFi无线模块和用于通过RS-485总线与地面工作站计算机连接并通信的RS-485通信电路模块，所述第二微控制器模块由第二C8051F单片机以及与第二C8051F单片机相接的第二晶振电路和第二复位电路组成，所述第二串口转WiFi无线模块和RS-485通信电路模块均与第二C8051F单片机相接，所述第二供电电源由第二电池和与第二电池相接的第二电源管理电路模块组成。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一电池为第一3.7V锂电池，所述第一电源管理电路模块包括第一电源管理芯片TPS62203，所述第一电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第一3.7V锂电池的正极输出端VCC1_battery相接，且通过非极性电容C7接地；所述第一3.7V锂电池的负极输出端接地；所述第一电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L1，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V，且通过非极性电容C8接地。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一C8051F单片机为第一单片机芯片C8051F040，所述第一晶振电路由晶振JZ1、电阻R17、电容C13和电容C14组成，所述晶振JZ1的一端、电阻R17的一端和电容C13的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ1的另一端、电阻R17的另一端和电容C14的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地；所述第一复位电路由复位按键SW1、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C12组成，所述复位按键SW1的一端与电阻R9的一端、电阻R10的一端和电容C12的一端相接，所述复位按键SW1的另一端与电容C12的另一端和电容C11的一端相接，所述电阻R9的另一端与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述电阻R10的另一端和电容C11的另一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述C0气体浓度检测电路包括英国CiTiceL公司生产的型号为4CM的C0气体传感器和第一芯片LMP91000，所述第一芯片LMP91000的第14引脚与C0气体传感器的计数端引脚C相接，所述第一芯片LMP91000的第13引脚与C0气体传感器的参考端引脚R相接，所述第一芯片LMP91000的第12引脚与C0气体传感器的工作端引脚W相接，所述第一芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C2接地；所述第一芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第一芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C1和电阻R1；所述第一芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R2与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R3与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的54引脚相接，所述第一芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R4和非极性电容C3接地，所述电阻R4和非极性电容C3的连接端为C0气体浓度检测电路的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的19引脚相接。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述O2气体浓度检测电路包括英国CiTiceL公司生产的型号为4OXV的O2气体传感器和第二芯片LMP91000，所述第二芯片LMP91000的第13引脚和第14引脚均与O2气体传感器的阴极引脚VE-相接，所述第二芯片LMP91000的第12引脚与O2气体传感器的阳极引脚VE+相接，所述第二芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C4接地；所述第二芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第二芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C5和电阻R5；所述第二芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R7与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R8与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的53引脚相接，所述第二芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R6和非极性电容C6接地，所述电阻R6和非极性电容C6的连接端为C0气体浓度检测电路的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的18引脚相接。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一串口转WiFi无线模块的型号为USR-WIFI232-B，所述第一串口转WiFi无线模块的3.3V引脚与第一电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述第一串口转WiFi无线模块的GND引脚接地，所述第一串口转WiFi无线模块的UART_TXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第一串口转WiFi无线模块的UART_RXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二电池为第二3.7V锂电池，所述第二电源管理电路模块包括第二电源管理芯片TPS62203，所述第二电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第二3.7V锂电池的正极输出端VCC2_battery相接，且通过非极性电容C9接地；所述第二3.7V锂电池的负极输出端接地；所述第二电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L2，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第二电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC2_3.3V，且通过非极性电容C10接地。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二C8051F单片机为第二单片机芯片C8051F040，所述第二晶振电路由晶振JZ2、电阻R20、电容C15和电容C16组成，所述晶振JZ2的一端、电阻R20的一端和电容C15的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ2的另一端、电阻R20的另一端和电容C16的一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C15的另一端和电容C16的另一端均接地；所述第一复位电路由复位按键SW2、电阻R18、电阻R19、电容C17和电容C18组成，所述复位按键SW2的一端与电阻R18的一端、电阻R19的一端和电容C17的一端相接，所述复位按键SW2的另一端与电容C17的另一端和电容C18的一端相接，所述电阻R18的另一端与第二电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述电阻R19的另一端和电容C18的另一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述RS-485通信电路模块包括RS-485收发器芯片SP3485，所述RS-485收发器芯片SP3485的第1引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第54引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第2引脚和第3引脚均与所述第二单片机芯片C8051F040的第55引脚相接，且通过电阻R11接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第4引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第53引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第5引脚接地，所述RS-485收发器芯片SP3485的第8引脚与第二电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接；所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚与第7引脚之间接有电阻R13，所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚通过电阻R16与RS-485总线中的A线相接，且通过电阻R14接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第7引脚通过电阻R15与RS-485总线中的B线相接，且通过电阻R12接地。
上述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二串口转WiFi无线模块的型号为USR-WIFI232-B，所述第二串口转WiFi无线模块的3.3V引脚与第二电源管理电路模块的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述第二串口转WiFi无线模块的GND引脚接地，所述第二串口转WiFi无线模块的UART_TXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第二串口转WiFi无线模块的UART_RXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型采用了集成化、模块化的设计，结构简单，设计合理，实现方便且成本低。
2、本实用新型的数据采集终端与数据传输终端之间，采用了WiFi无线通信的方式，在前期调试以及后期使用时，均无需进行复杂的连线，且数据传输方便、稳定、可靠，数据采集及传输速度快，使用方便。
3、本实用新型能够同时对C0气体和O2气体浓度进行采集，无需再使用单独的C0气体监测设备和O2气体监测设备，使用操作方便，且能够降低气体监测成本。
4、本实用新型能够在煤矿井下全天24小时连续工作，第一电源管理电路模块和第二电源管理电路模块的设计合理，能够明显提高第一电池和第二电池的效率，使得数据采集终端和数据传输终端能够在煤矿井下工作更长久，工作稳定性高。
5、本实用新型采用了英国CiTiceL公司生产的型号为4CM的C0气体传感器对C0气体浓度进行检测，并采用了英国CiTiceL公司生产的型号为4OXV的O2气体传感器对O2气体浓度进行检测，配合设计的外围气体检测电路，C0气体浓度检测和O2气体浓度检测的精度高。
6、本实用新型的实用性强，使用效果好，推广应用价值高。
综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作便捷，工作稳定性高，气体浓度检测精度高、成本低，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型数据采集终端的电路原理框图。
图3为本实用新型数据传输终端的电路原理框图。
图4为本实用新型第一电源管理电路模块的电路原理图。
图5为本实用新型第一C8051F单片机、第一晶振电路和第一复位电路的电路连接关系示意图。
图6为本实用新型C0气体浓度检测电路的电路原理图。
图7为本实用新型O2气体浓度检测电路的电路原理图。
图8为本实用新型第一串口转WiFi无线模块的电路原理图。
图9为本实用新型第二电源管理电路模块的电路原理图。
图10为本实用新型第二C8051F单片机、第二晶振电路和第二复位电路的电路连接关系示意图。
图11为本实用新型RS-485通信电路模块的电路原理图。
图12为本实用新型第二串口转WiFi无线模块的电路原理图。
附图标记说明:
1—数据采集终端； 1-1—第一C8051F单片机；
1-2—第一供电电源； 1-21—第一电池；
1-22—第一电源管理电路模块； 1-3—第一串口转WiFi无线模块；
1-4—C0气体浓度检测电路； 1-5—O2气体浓度检测电路；
1-6—第一晶振电路； 1-7—第一复位电路；
2—数据传输终端； 2-1—第二C8051F单片机；
2-2—第二供电电源； 2-21—第二电池；
2-22—第二电源管理电路模块； 2-3—第二晶振电路；
2-4—第二复位电路； 2-5—第二串口转WiFi无线模块；
2-6—RS-485通信电路模块。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型包括布设在煤矿井下的多个数据采集终端1和与多个数据采集终端1无线连接并通信的一个或多个数据传输终端2，所述数据采集终端1包括第一微控制器模块、第一串口转WiFi无线模块1-3和为数据采集终端1中各用电模块供电的第一供电电源1-2，所述第一微控制器模块由第一C8051F单片机1-1以及与第一C8051F单片机1-1相接的第一晶振电路1-6和第一复位电路1-7组成，所述第一串口转WiFi无线模块1-3与第一C8051F单片机1-1相接，所述第一C8051F单片机1-1的输入端接有C0气体浓度检测电路1-4和O2气体浓度检测电路1-5，所述第一供电电源1-2由第一电池1-21和与第一电池1-21相接的第一电源管理电路模块1-22组成；所述数据传输终端2包括第二微控制器模块和为数据传输终端2中各用电模块供电的第二供电电源2-2，以及用于与第一串口转WiFi无线模块1-3无线连接并通信的第二串口转WiFi无线模块2-5和用于通过RS-485总线与地面工作站计算机3连接并通信的RS-485通信电路模块2-6，所述第二微控制器模块由第二C8051F单片机2-1以及与第二C8051F单片机2-1相接的第二晶振电路2-3和第二复位电路2-4组成，所述第二串口转WiFi无线模块2-5和RS-485通信电路模块2-6均与第二C8051F单片机2-1相接，所述第二供电电源2-2由第二电池2-21和与第二电池2-21相接的第二电源管理电路模块2-22组成。
如图4所示，本实施例中，所述第一电池1-21为第一3.7V锂电池，所述第一电源管理电路模块1-22包括第一电源管理芯片TPS62203，所述第一电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第一3.7V锂电池的正极输出端VCC1_battery相接，且通过非极性电容C7接地；所述第一3.7V锂电池的负极输出端接地；所述第一电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L1，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V，且通过非极性电容C8接地。
如图5所示，本实施例中，所述第一C8051F单片机1-1为第一单片机芯片C8051F040，所述第一晶振电路1-6由晶振JZ1、电阻R17、电容C13和电容C14组成，所述晶振JZ1的一端、电阻R17的一端和电容C13的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ1的另一端、电阻R17的另一端和电容C14的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地；所述第一复位电路1-7由复位按键SW1、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C12组成，所述复位按键SW1的一端与电阻R9的一端、电阻R10的一端和电容C12的一端相接，所述复位按键SW1的另一端与电容C12的另一端和电容C11的一端相接，所述电阻R9的另一端与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述电阻R10的另一端和电容C11的另一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
如图6所示，本实施例中，所述C0气体浓度检测电路1-4包括英国CiTiceL公司生产的型号为4CM的C0气体传感器和第一芯片LMP91000，所述第一芯片LMP91000的第14引脚与C0气体传感器的计数端引脚C相接，所述第一芯片LMP91000的第13引脚与C0气体传感器的参考端引脚R相接，所述第一芯片LMP91000的第12引脚与C0气体传感器的工作端引脚W相接，所述第一芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C2接地；所述第一芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第一芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C1和电阻R1；所述第一芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R2与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R3与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的54引脚相接，所述第一芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R4和非极性电容C3接地，所述电阻R4和非极性电容C3的连接端为C0气体浓度检测电路1-4的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的19引脚相接。
如图7所示，本实施例中，所述O2气体浓度检测电路1-5包括英国CiTiceL公司生产的型号为4OXV的O2气体传感器和第二芯片LMP91000，所述第二芯片LMP91000的第13引脚和第14引脚均与O2气体传感器的阴极引脚VE-相接，所述第二芯片LMP91000的第12引脚与O2气体传感器的阳极引脚VE+相接，所述第二芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C4接地；所述第二芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第二芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C5和电阻R5；所述第二芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R7与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R8与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的53引脚相接，所述第二芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R6和非极性电容C6接地，所述电阻R6和非极性电容C6的连接端为C0气体浓度检测电路1-4的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的18引脚相接。
如图8所示，本实施例中，所述第一串口转WiFi无线模块1-3的型号为USR-WIFI232-B，所述第一串口转WiFi无线模块1-3的3.3V引脚与第一电源管理电路模块1-22的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述第一串口转WiFi无线模块1-3的GND引脚接地，所述第一串口转WiFi无线模块1-3的UART_TXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第一串口转WiFi无线模块1-3的UART_RXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
如图9所示，本实施例中，所述第二电池2-21为第二3.7V锂电池，所述第二电源管理电路模块2-22包括第二电源管理芯片TPS62203，所述第二电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第二3.7V锂电池的正极输出端VCC2_battery相接，且通过非极性电容C9接地；所述第二3.7V锂电池的负极输出端接地；所述第二电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L2，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第二电源管理电路模块2-22的3.3V电压输出端VCC2_3.3V，且通过非极性电容C10接地。
如图10所示，本实施例中，所述第二C8051F单片机2-1为第二单片机芯片C8051F040，所述第二晶振电路2-3由晶振JZ2、电阻R20、电容C15和电容C16组成，所述晶振JZ2的一端、电阻R20的一端和电容C15的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ2的另一端、电阻R20的另一端和电容C16的一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C15的另一端和电容C16的另一端均接地；所述第一复位电路1-7由复位按键SW2、电阻R18、电阻R19、电容C17和电容C18组成，所述复位按键SW2的一端与电阻R18的一端、电阻R19的一端和电容C17的一端相接，所述复位按键SW2的另一端与电容C17的另一端和电容C18的一端相接，所述电阻R18的另一端与第二电源管理电路模块2-22的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述电阻R19的另一端和电容C18的另一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
如图11所示，本实施例中，所述RS-485通信电路模块2-6包括RS-485收发器芯片SP3485，所述RS-485收发器芯片SP3485的第1引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第54引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第2引脚和第3引脚均与所述第二单片机芯片C8051F040的第55引脚相接，且通过电阻R11接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第4引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第53引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第5引脚接地，所述RS-485收发器芯片SP3485的第8引脚与第二电源管理电路模块2-22的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接；所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚与第7引脚之间接有电阻R13，所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚通过电阻R16与RS-485总线中的A线相接，且通过电阻R14接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第7引脚通过电阻R15与RS-485总线中的B线相接，且通过电阻R12接地。RS-485总线中的A线和B线是数据信号平衡传输的双绞线。
如图12所示，本实施例中，所述第二串口转WiFi无线模块2-5的型号为USR-WIFI232-B，所述第二串口转WiFi无线模块2-5的3.3V引脚与第二电源管理电路模块2-22的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述第二串口转WiFi无线模块2-5的GND引脚接地，所述第二串口转WiFi无线模块2-5的UART_TXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第二串口转WiFi无线模块2-5的UART_RXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
本实用新型使用时，将多个数据采集终端1、一个或多个数据传输终端2布设在煤矿井下，每个数据传输终端2与一个或多个数据采集终端1无线连接并通信；数据采集终端1中，C0气体浓度检测电路1-4对煤矿井下C0气体的浓度进行实时检测并将所检测到的信号输出给所述第一微控制器模块，O2气体浓度检测电路1-5对煤矿井下O2气体的浓度进行实时检测并将所检测到的信号输出给所述第一微控制器模块，所述第一微控制器模块将其接收到的信号通过第一串口转WiFi无线模块1-3发送给数据传输终端2；数据传输终端2中，所述第二微控制器模块通过第二串口转WiFi无线模块2-5接收第一串口转WiFi无线模块1-3发送的数据，并将接收到的数据通过RS-485通信电路模块2-6传输给地面工作站计算机3，供地面工作站计算机3作进一步分析处理。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：包括布设在煤矿井下的多个数据采集终端(1)和与多个数据采集终端(1)无线连接并通信的一个或多个数据传输终端(2)，所述数据采集终端(1)包括第一微控制器模块、第一串口转WiFi无线模块(1-3)和为数据采集终端(1)中各用电模块供电的第一供电电源(1-2)，所述第一微控制器模块由第一C8051F单片机(1-1)以及与第一C8051F单片机(1-1)相接的第一晶振电路(1-6)和第一复位电路(1-7)组成，所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)与第一C8051F单片机(1-1)相接，所述第一C8051F单片机(1-1)的输入端接有C0气体浓度检测电路(1-4)和O2气体浓度检测电路(1-5)，所述第一供电电源(1-2)由第一电池(1-21)和与第一电池(1-21)相接的第一电源管理电路模块(1-22)组成；所述数据传输终端(2)包括第二微控制器模块和为数据传输终端(2)中各用电模块供电的第二供电电源(2-2)，以及用于与第一串口转WiFi无线模块(1-3)无线连接并通信的第二串口转WiFi无线模块(2-5)和用于通过RS-485总线与地面工作站计算机(3)连接并通信的RS-485通信电路模块(2-6)，所述第二微控制器模块由第二C8051F单片机(2-1)以及与第二C8051F单片机(2-1)相接的第二晶振电路(2-3)和第二复位电路(2-4)组成，所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)和RS-485通信电路模块(2-6)均与第二C8051F单片机(2-1)相接，所述第二供电电源(2-2)由第二电池(2-21)和与第二电池(2-21)相接的第二电源管理电路模块(2-22)组成。
2.按照权利要求1所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一电池(1-21)为第一3.7V锂电池，所述第一电源管理电路模块(1-22)包括第一电源管理芯片TPS62203，所述第一电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第一3.7V锂电池的正极输出端VCC1_battery相接，且通过非极性电容C7接地；所述第一3.7V锂电池的 负极输出端接地；所述第一电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L1，所述第一电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V，且通过非极性电容C8接地。
3.按照权利要求2所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一C8051F单片机(1-1)为第一单片机芯片C8051F040，所述第一晶振电路(1-6)由晶振JZ1、电阻R17、电容C13和电容C14组成，所述晶振JZ1的一端、电阻R17的一端和电容C13的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ1的另一端、电阻R17的另一端和电容C14的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地；所述第一复位电路(1-7)由复位按键SW1、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C12组成，所述复位按键SW1的一端与电阻R9的一端、电阻R10的一端和电容C12的一端相接，所述复位按键SW1的另一端与电容C12的另一端和电容C11的一端相接，所述电阻R9的另一端与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述电阻R10的另一端和电容C11的另一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
4.按照权利要求3所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述C0气体浓度检测电路(1-4)包括英国CiTiceL公司生产的型号为4CM的C0气体传感器和第一芯片LMP91000，所述第一芯片LMP91000的第14引脚与C0气体传感器的计数端引脚C相接，所述第一芯片LMP91000的第13引脚与C0气体传感器的参考端引脚R相接，所述第一芯片LMP91000的第12引脚与C0气体传感器的工作端引脚W相接，所述第一芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C2接地；所述第一芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第一芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C1和电阻 R1；所述第一芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R2与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R3与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第一芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的54引脚相接，所述第一芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R4和非极性电容C3接地，所述电阻R4和非极性电容C3的连接端为C0气体浓度检测电路(1-4)的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的19引脚相接。
5.按照权利要求3所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述O2气体浓度检测电路(1-5)包括英国CiTiceL公司生产的型号为4OXV的O2气体传感器和第二芯片LMP91000，所述第二芯片LMP91000的第13引脚和第14引脚均与O2气体传感器的阴极引脚VE-相接，所述第二芯片LMP91000的第12引脚与O2气体传感器的阳极引脚VE+相接，所述第二芯片LMP91000的第6引脚与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，且通过非极性电容C4接地；所述第二芯片LMP91000的第1引脚、第7引脚和第11引脚均接地，所述第二芯片LMP91000的第9引脚和第10引脚之间接有并联的非极性电容C5和电阻R5；所述第二芯片LMP91000的第3引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第59引脚相接，且通过电阻R7与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第4引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的60引脚相接，且通过电阻R8与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接；所述第二芯片LMP91000的第2引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的53引脚相接，所述第二芯片LMP91000的第8引脚通过串联的电阻R6和非极性电容C6接地，所述电阻R6和非极性电容C6的连接端为C0气体浓度检测电路(1-4)的输出端CO_OUT且与所述第一单片机芯片C8051F040的18引脚相接。
6.按照权利要求3所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)的型号为USR-WIFI232-B，所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)的3.3V引脚与第一电源管理电路模块(1-22)的3.3V电压输出端VCC1_3.3V相接，所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)的GND引脚接地，所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)的UART_TXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第一串口转WiFi无线模块(1-3)的UART_RXD引脚与所述第一单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
7.按照权利要求3所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二电池(2-21)为第二3.7V锂电池，所述第二电源管理电路模块(2-22)包括第二电源管理芯片TPS62203，所述第二电源管理芯片TPS62203的第1引脚和第3引脚均与第二3.7V锂电池的正极输出端VCC2_battery相接，且通过非极性电容C9接地；所述第二3.7V锂电池的负极输出端接地；所述第二电源管理芯片TPS62203的第2引脚接地，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚和第5引脚之间接有电感L2，所述第二电源管理芯片TPS62203的第4引脚为第二电源管理电路模块(2-22)的3.3V电压输出端VCC2_3.3V，且通过非极性电容C10接地。
8.按照权利要求7所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二C8051F单片机(2-1)为第二单片机芯片C8051F040，所述第二晶振电路(2-3)由晶振JZ2、电阻R20、电容C15和电容C16组成，所述晶振JZ2的一端、电阻R20的一端和电容C15的一端均与所述第一单片机芯片C8051F040的第26引脚相接，所述晶振JZ2的另一端、电阻R20的另一端和电容C16的一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第27引脚相接，所述电容C15的另一端和电容C16的另一端均接地；所述第一复位电路(1-7)由复位按键SW2、电阻R18、电阻R19、电容C17和电容C18组成，所述复位按键SW2的一端与电阻R18的一端、电阻R19的一端和电容C17的一端相接，所述复位按键SW2的另一端与电容C17的另一端 和电容C18的一端相接，所述电阻R18的另一端与第二电源管理电路模块(2-22)的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述电阻R19的另一端和电容C18的另一端均与所述第二单片机芯片C8051F040的第5引脚相接。
9.按照权利要求8所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述RS-485通信电路模块(2-6)包括RS-485收发器芯片SP3485，所述RS-485收发器芯片SP3485的第1引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第54引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第2引脚和第3引脚均与所述第二单片机芯片C8051F040的第55引脚相接，且通过电阻R11接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第4引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第53引脚相接，所述RS-485收发器芯片SP3485的第5引脚接地，所述RS-485收发器芯片SP3485的第8引脚与第二电源管理电路模块(2-22)的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接；所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚与第7引脚之间接有电阻R13，所述RS-485收发器芯片SP3485的第6引脚通过电阻R16与RS-485总线中的A线相接，且通过电阻R14接地；所述RS-485收发器芯片SP3485的第7引脚通过电阻R15与RS-485总线中的B线相接，且通过电阻R12接地。
10.按照权利要求8所述的煤矿井下多气体浓度采集传输装置，其特征在于：所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)的型号为USR-WIFI232-B，所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)的3.3V引脚与第二电源管理电路模块(2-22)的3.3V电压输出端VCC2_3.3V相接，所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)的GND引脚接地，所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)的UART_TXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第61引脚连接，所述第二串口转WiFi无线模块(2-5)的UART_RXD引脚与所述第二单片机芯片C8051F040的第62引脚连接。
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Granted publication date: 20150218 Termination date: 20151028 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |