CN206114697U - 双向风速传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向风速传感器，包括外壳，所述外壳设置有光报警灯、悬挂器、蜂鸣器、电缆接头和数码显示管，所述外壳底部设置有背靠背皮托管，所述背靠背皮托管包括面向风向的正压端口和背向风向的负压端口；所述外壳内设置有传感器电路，所述传感器电路包括可编程微处理器、连接数码显示管的驱动电路、连接光报警灯和蜂鸣器的声光报警驱动电路、连接背靠背皮托管的微压差传感器、红外遥控接收电路和CAN模块。本实用新型采用微压差原理检测风速、CAN总线数字信号传输，适用于矿井或隧道中通风等场合。

Description

双向风速传感器

技术领域

本实用新型属于煤矿安全监控自动化仪器仪表领域，涉及一种矿用双向风速传感器。

背景技术

长期以来我国对煤矿或非煤矿矿井环境通风的检测主要采用单向风速传感器检测的方式；这种检测方式对井下反风或因瓦斯突出引起的反风检测不到，存在着巨大的安全隐患。另外，传感器传输信号为模拟信号传输方式。这种方式易受传输介质、环境电磁干扰等因素影响，从而使监测数据产生误差。越来越不能适应现代化矿井的环境监控信息采集、传输、处理和现场控制的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种采用微压差原理检测风速、CAN总线数字信号传输的双向风速传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的双向风速传感器，包括外壳，所述外壳设置有光报警灯、悬挂器、蜂鸣器、电缆接头和数码显示管，所述外壳底部设置有背靠背皮托管，所述背靠背皮托管包括面向风向的正压端口和背向风向的负压端口；

所述外壳内设置有传感器电路，所述传感器电路包括可编程微处理器、连接数码显示管的驱动电路、连接光报警灯和蜂鸣器的声光报警驱动电路、连接背靠背皮托管的微压差传感器、红外遥控接收电路和CAN模块；

所述可编程微处理器的电压输入端连接第一电源模块，所述第一电源模块的电压输入端连接电缆接头，所述可编程微处理器的显示输出端连接驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的报警信号输出端连接声光报警驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的模拟量输入端连接微压差传感器的电信号输出端，所述微压差传感器的电压输入端连接有第二电源模块，所述可编程微处理器的开关量数字信号输入端连接红外遥控接收电路的信号输出端，所述可编程微处 理器的CAN信号传输端连接CAN模块，所述CAN模块的总线信号传输端连接电缆接头。

所述声光报警电路包括三极管，所述三极管的基极并联有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接可编程微处理器的报警信号输出端，所述第二电阻接地，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接有包含四个端口的接线端子，所述接线端子的第一端口连接光报警灯，第二端口接地，第三端口串联第三电阻和蜂鸣器。

所述红外遥控接收电路包括红外接收管，所述红外接收管的电压输入端连接电源，所述红外接收管的接地端接地，所述红外接收管的输出端连接可编程微处理器的开关量数字信号输入端，所述红外接收管的电压输入端和接地端并联第一电容，所述红外接收管的电压输入端和输出端并联第四电阻。

所述微压差传感器的电压输入端连接第二电源模块的输出端，所述第二电源模块的电压输入端连接电源正极，所述第二电源模块的接地端和微压差传感器的接地端共同连接电源的负极，所述第二电源模块的电压输入端和接地端之间并联第二电容，所述微压差传感器的输出端连接可编程微处理器的模拟量输入端。

所述光报警灯由发光二极管构成。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本实用新型中，背靠背皮托管具有正、反方向的测量微压差的功能，通过微压差传感器，可将压力信号转换为电信号，经可编程微处理器处理后，显示输出检测值；

(2)本实用新型中，摒弃了传统的多路模拟电信号的传输模式，采用CAN信号现场总线传输方式，本实用新型监测数据采用主动上传、多主竞争的方式，最大限度地降低了总线数据流量，极大地提升了系统的通信效率，并保证了监控系统数据采集的实时性；

(3)本实用新型采用红外线遥控方式设置工作参数，包括本实用新型的地址、高低报警门限、工作方式，还可以对监测值进行校准；

(4)本实用新型中设置有连接了光报警器和蜂鸣器的声光报警驱动电路，当监测值超过预先设定的门限时，发出声光报警信号，光报警器和蜂鸣器工作报 警；

(5)本实用新型中采用CAN模块，CAN节点具有故障自动闭锁功能，当由于意外因素导致发送数据失败累计超过一定次数后，该设备自动脱离总线，从而不会对总线上其它设备的正常通信造成任何影，同时CAN模块局部网络具有独立运行能力，当网络某处发生故障时，其它局部网络可以继续正常运行，从而极大地提高了网络的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理框图；

图3是图2中声光报警驱动电路图；

图4是图2中红外遥控接收电路图；

图5是图2中微压差传感器的电路连接图。

附图标记:1外壳；2光报警灯；3悬挂器；4蜂鸣器；5电缆接头；6数码显示管；7背靠背皮托管；

P+正压端口；P-负压端口；R1第一电阻；R2第二电阻；R3第三电阻；R4第四电阻；C1第一电容；C2第二电容；Q1三极管；J1接线端子；U1红外接收管；UA1第二电源模块；UA2微压差传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型的双向风速传感器，本实用新型采用本安结构设计，如图1所示，包括外壳1，所述外壳1采用不锈钢材料制成，防护等级符合IP54要求，所述外壳1设置有光报警灯2、悬挂器3、蜂鸣器4、电缆接头5和数码显示管6，所述光报警灯2由发光二极管构成，所述数码显示管6的型号可为TOP-8302，所述外壳1底部设置有背靠背皮托管7，所述背靠背皮托管7包括面向风向的正压端口P+和背向风向的负压端口P-。

所述外壳1内设置有传感器电路，如图2所示，所述传感器电路包括可编程微处理器、连接数码显示管的驱动电路、连接光报警灯2和蜂鸣器4的声光报警 驱动电路、连接背靠背皮托管7的微压差传感器、红外遥控接收电路和CAN模块。所述可编程微处理器的型号可选为PIC18F458，所述驱动电路可采用MC14489驱动芯片，所述微压差传感器的型号可选用INCH-D-4，所述CAN模块的型号可选用MCP2551。

所述可编程微处理器的电压输入端连接第一电源模块，所述第一电源模块的电压输入端连接电缆接头5，通过电缆接头5为电源模块供电，进而为可编程微处理器供电。所述可编程微处理器的显示输出端连接驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的报警信号输出端连接声光报警驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的模拟量输入端连接微压差传感器的电信号输出端，所述微压差传感器的压力检测端口通过软管连接背靠背皮托管，所述微压差传感器的电压输入端连接有第二电源模块，所述可编程微处理器的开关量数字信号输入端连接红外遥控接收电路的信号输出端，所述可编程微处理器的CAN信号传输端连接CAN模块，所述CAN模块的总线信号传输端连接电缆接头5，用于将检测数据定时主动传送给主机或关联设备。所述第一电源模块的型号可选用LP2951，所述第二电源模块的型号可选用7805。

如图3所示，所述声光报警电路包括三极管Q1，所述三极管Q1的基极并联有第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1连接图2中可编程微处理器的报警信号输出端，所述第二电阻R2接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接有包含四个端口的接线端子J1，所述接线端子J1的第一端口连接图2中所示的光报警灯2，第二端口接地，第三端口串联第三电阻R3和图2中所示的蜂鸣器4。

如图4所示，所述红外遥控接收电路包括红外接收管U1，所述红外接收管U1的型号可选用为TSOP18，所述红外接收管U1的电压输入端连接电源，为其供电，所述红外接收管U1的接地端接地，所述红外接收管U1的输出端连接图2中所示的可编程微处理器的开关量数字信号输入端，所述红外接收管U1的电压输入端和接地端并联第一电容C1，所述红外接收管U1的电压输入端和输出端并联第四电阻R4。

如图5所示，所述微压差传感器UA2的电压输入端连接第二电源模块UA1的输出端，所述第二电源模块UA1的电压输入端连接电源正极，所述第二电 源模块UA1的接地端和微压差传感器UA2的接地端共同连接电源的负极，电源为第二电源模块UA1供电，进而对微压差传感器UA2进行供电，所述第二电源模块UA1的电压输入端和接地端并联之间第二电容C2，所述微压差传感器UA2的输出端连接图2中所示的可编程微处理器的模拟量输入端。

本实用新型摒弃了传统的多路模拟电信号的传输模式，采用CAN数字信号现场总线传输方式，当监测值在正常范围内，微压差传感器通过总线定时向主控机上传数据。若微压差传感器采集到任一监测值超过预先设定的门限时，立即主动向中心站主控机上传该数据。这种定时与立即传输相结合的传输方式最大限度地降低了总线数据流量，极大地提升了系统的通信效率，并保证了监控系统数据采集的实时性。

本实用新型的具体技术方案：采用背靠背皮托管7检测风向正端与背端产生的微小压力差，通过微压差传感器，将压力信号转换为电信号送入可编程微处理器，经可编程微处理器计算、处理后，进行显示输出和数据传输。采用CAN总线数据传输方式，将检测数据定时主动传送给主机或关联设备。

本实用新型的工作过程：

将本实用新型悬挂安装在矿井通风巷道中，背靠背皮托管7正压端口P+面向风向，负压端口P-背向风向。巷道中的风速为0.4-15m/s，INCH-D-4微压差传感器的检测压力范围±250Pa，输出2.25±2V(将±25.4mm水柱范围压力信号转换为2.52±2V的电信号)。

当巷道中产生正向风时，在背靠背皮托管7正压端口P+与负压端口P-产生正压力差，通过软管传导至微压差传感器的压力检测端口，微压差传感器的电信号输出端口输出2.25-4.25V的电压信号，可编程微处理器中每250ms采集一次风速检测值，将采集到的数值，采用了八次平均值、中值滤波、峰值滤波的方法进行数据处理，处理后的数据经显示输出端口传输给驱动电路，数码显示管进行显示输出，并每4S通过可编程微处理器的CAN信号输出端口发送一次检测数据。

当巷道中产生反向风时，在背靠背皮托管7正压端口P+与负压端口P-产生负压力差，通过软管传导至微压差传感器的压力检测端口；微压差传感器的电信号输出端口输出2.25-0.25V的电压信号，可编程微处理器采集到反向风值时，按反向风处理。

当可编程微处理器检测到的值超过设定的报警门限值时，打开可编程微处理 器的报警信号输出端口连接的声光报警电路，发出声、光报警信号。

红外接收管U1输出端与可编程微处理器的开关量数字信号输入端口连接。当红外遥控接收电路接收参数设置命令时，可编程微处理器根据指令，对本实用新型的工作参数(地址编码、报警限等)进行设置，或对本实用新型的精度进行校准操作，保证了传感器的检测精度。

本实用新型的主要技术参数可如下：

1、工作电压范围：DC(11-19)V；

2、额定工作电压：DC18V；额定工作电流：100mA。

3、输出信号

a)数字信号：CAN总线信号，传输速率为5kbps，传输距离3km。

b)频率信号：200～1000Hz(0～15m/s),传输距离3km。

c)开关量信号：开(正风或无风)，关(反风)

4、测量范围：±(0.4～15)m/s

5、测量误差：±2％

6、光报警信号：在黑暗中20m处清晰可见。

7、报警声级强度：在距其1m远处的声响信号的声级强度不小于80dB(A)。

8、防护等级：IP54

9、外形尺寸：L×W×H：307mm×125mm×50mm。

10、重量：1kg。

尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.双向风速传感器，包括外壳，所述外壳设置有光报警灯、悬挂器、蜂鸣器、电缆接头和数码显示管，其特征在于，所述外壳底部设置有背靠背皮托管，所述背靠背皮托管包括面向风向的正压端口和背向风向的负压端口；

所述外壳内设置有传感器电路，所述传感器电路包括可编程微处理器、连接数码显示管的驱动电路、连接光报警灯和蜂鸣器的声光报警驱动电路、连接背靠背皮托管的微压差传感器、红外遥控接收电路和CAN模块；

所述可编程微处理器的电压输入端连接第一电源模块，所述第一电源模块的电压输入端连接电缆接头，所述可编程微处理器的显示输出端连接驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的报警信号输出端连接声光报警驱动电路的信号输入端，所述可编程微处理器的模拟量输入端连接微压差传感器的电信号输出端，所述微压差传感器的电压输入端连接有第二电源模块，所述可编程微处理器的开关量数字信号输入端连接红外遥控接收电路的信号输出端，所述可编程微处理器的CAN信号传输端连接CAN模块，所述CAN模块的总线信号传输端连接电缆接头。

2.根据权利要求1所述的双向风速传感器，其特征在于，所述声光报警电路包括三极管，所述三极管的基极并联有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接可编程微处理器的报警信号输出端，所述第二电阻接地，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接有包含四个端口的接线端子，所述接线端子的第一端口连接光报警灯，第二端口接地，第三端口串联第三电阻和蜂鸣器。

3.根据权利要求1所述的双向风速传感器，其特征在于，所述红外遥控接收电路包括红外接收管，所述红外接收管的电压输入端连接电源，所述红外接收管的接地端接地，所述红外接收管的输出端连接可编程微处理器的开关量数字信号输入端，所述红外接收管的电压输入端和接地端并联第一电容，所述红外接收管的电压输入端和输出端并联第四电阻。

4.根据权利要求1所述的双向风速传感器，其特征在于，所述微压差传感器的电压输入端连接第二电源模块的输出端，所述第二电源模块的电压输入端连接电源正极，所述第二电源模块的接地端和微压差传感器的接地端共同连接电源 的负极，所述第二电源模块的电压输入端和接地端之间并联第二电容，所述微压差传感器的输出端连接可编程微处理器的模拟量输入端。

5.根据权利要求1或2所述的双向风速传感器，其特征在于，所述光报警灯由发光二极管构成。