CN207730257U - 一种煤层气储运全程监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤层气储运监测领域。一种煤层气储运全程监测装置，包括电源模块、红外唤醒模块、电路自检模块、并行选择电路模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块、存储器、SD卡、控制模块、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏。本实用新型实现了煤层气物流管理与参数监测的一体化监测，同时实现了煤层气仓储阶段与运输阶段的全程智能监测。

Description

一种煤层气储运全程监测装置

技术领域

本实用新型涉及煤层气储运监测领域。

背景技术

煤层气俗称“瓦斯”，是指一种蕴藏于煤层当中的可燃气体，其成分以甲烷为主，含量约为整个煤层气的80%-90%。煤层气属于天然气的一种，是一种理想的清洁能源并且储量丰富。据国际能源机构估计，全球路基煤田当中深度超过2Km的煤层气储量约为260 万亿m³，这个数量是常规天然气可探明储量的两倍多。我国煤田众多，煤层气资源丰富，其中煤层气储量超过5000亿m³ 的煤层气盆地就有10多个并且多为深度较浅的煤层气田，其中深度在1000m 以内的煤层气约占我国煤层气储藏总量的38.8%，非常利于开采。然而，由于一系列技术难题，我国煤层气的利用率很低。这些技术难题主要包括开采技术和储运技术，其中开采技术随着广泛研究已经逐渐成熟，而储运技术中最关键的储运监测技术则一直是一项空白。传统的气体储运方式为压缩运输，其储运罐的压力高达25MPa，在灌装和运输可燃性气体时非常危险，严重限制了煤层气的应用范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种煤层气储运全程监测装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种煤层气储运全程监测装置，包括电源模块、红外唤醒模块、电路自检模块、并行选择电路模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块、存储器、SD卡、控制模块、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏，红外唤醒模块、电路自检模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块连接并行选择电路模块，并行选择电路模块、存储器、SD卡、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏连接控制模块。

作为一种优选方式：电源模块由第一片LP5996芯片电路、第二片LP5996芯片电路和9014三极管控制电路构成，红外唤醒模块由9012三极管控制电路和GP2W0116YPS芯片电路构成，电路自检模块由MAX931芯片电路构成，并行选择电路模块由74LVC1G332芯片电路构成，按键唤醒电路模块由按键唤醒电路构成，危险感知模块由ADXL345芯片电路构成，存储器由MT29F128G08AB芯片构成的，SD卡为MICRO SD，控制模块为STM32F407芯片，实时时钟传感器为PCF8563芯片传感器，温度传感器为SHT31芯片传感器，振动与冲击传感器为H3LIS331芯片传感器，第一片LP5996芯片电路为红外唤醒模块、并行选择电路模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块供电，9014三极管控制电路连接第二片LP5996芯片电路，第二片LP5996芯片电路为电路自检模块、存储器、SD卡、控制模块、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏供电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实现了煤层气物流管理与参数监测的一体化监测，同时实现了煤层气仓储阶段与运输阶段的全程智能监测。当储运过程中监测参数发生异常(比如温度、压力信号异常)或有特殊情况发生(比如意外跌落或碰撞)，则本实用新型装置会发出红色预警、黄色预警和蓝色预警三种不同等级的预警信息。监测装置具备自检功能，当监测装置自身发生故障，如电量不足、传感器故障或存储器故障时装置同样给出预警提示信息。

附图说明

图1是第一片LP5996芯片电路示意图；

图2是9014三极管控制电路示意图；

图3是第二片LP5996芯片电路示意图；

图4是9012三极管控制电路示意图；

图5是GP2W0116YPS芯片电路示意图；

图6是MAX931芯片电路示意图；

图7是74LVC1G332芯片电路示意图；

图8是按键唤醒电路示意图；

图9是ADXL345芯片电路示意图；

图10 是MT29F128G08AB芯片连接示意图；

图11是MICRO SD连接示意图；

图12是STM32F407芯片连接示意图；

图13是PCF8563芯片传感器连接示意图；

图14是SHT31芯片传感器连接示意图；

图15是H3LIS331芯片传感器连接示意图。

具体实施方式

本实用新型的电源模块由第一片LP5996芯片电路、9014三极管控制电路、第二片LP5996芯片电路构成，如图1所示，本实用新型通过第一片LP5996芯片电路提供恒定的3.3V电源（图中标记为3.3V_HX），所有其它电路图中标注有3.3V_HX的都有第一片LP5996芯片电路供电，如图3所示，第二片LP5996芯片电路提供可控的3.3V电源，通过如图2所示的9014三极管控制电路对第一、第二片LP5996芯片进行协调控制，实现不同模块的分区分时供电，两者之间通过EN2电路通道连接（图2和图3中各有一个标注的EN2接口）；红外唤醒模块由9012三极管控制电路和GP2W0116YPS芯片电路构成。如图4和图5所示，9012三极管控制电路和GP2W0116YPS芯片电路通过RXD电路通道连接，当GP2W0116YPS芯片收到红外信号时，向R_WAKUP电路通道发出一个3.3V的高电平信号，如图7所示，74LVC1G332芯片通过R_WAKUP电路通道收到3.3V的高电平信号后通过WAKUP电路通道发出唤醒信号，如图12所示，STM32F407芯片通过WAKUP电路通道收到唤醒信号后，STM32F407芯片开始启动相关唤醒中断工作；如图6所示，MAX931芯片电路的IN-脚连接蓄电池电源（battery）, MAX931芯片电路的IN+脚连接第二LB5996芯片电路提供的供可控的3.3V电源，当MAX931芯片电路通过比较IN+脚和IN-脚电压的高低判定是否电池电量不足，如果IN+脚电压高于IN-脚电压（代表蓄电池电源电量即将不足，电压开始下降），开始启动声光报警，否则不报警，同时通过TEST电路通道发出一个3.3V的高电平信号，如图7所示，74LVC1G332芯片通过TEST电路通道收到3.3V的高电平信号后通过WAKUP电路通道发出唤醒信号，如图12所示，STM32F407VGT芯片通过WAKUP电路通道收到唤醒信号后，STM32F407VGT芯片开始启动相关中断工作；如图8所示，当有按键按下时，向R_WAKUP电路通道发出一个3.3V的高电平信号，如图7所示，74LVC1G332芯片通过R_WAKUP电路通道收到3.3V的高电平信号后通过WAKUP电路通道发出唤醒信号，如图12所示，STM32F407芯片通过WAKUP电路通道收到唤醒信号后，STM32F407VGT芯片开始启动相关中断工作；如图12、13、14、15所示，PCF8563芯片传感器（实时时钟传感器）、SHT31芯片传感器（温度传感器）、H3LIS331芯片传感器（振动与冲击传感器）连接STM32F407芯片（控制模块），ADXL345芯片电路（危险感知模块）H3LIS331连接STM32F407芯片（控制模块）、，当ADXL345芯片电路通过SDA1和SCL1电路通道收到控制信号后开始进行危险感知，如图9所示，如果感知结果认为是危险发生，则通过L_LNT1电路通道向74LVC1G332芯片发出信号，如图7所示，74LVC1G332芯片通过L_LNT1电路通道收到信号后，通过WAKUP电路通道发出唤醒信号，如图12所示，STM32F407芯片通过WAKUP电路通道收到唤醒信号后，STM32F407VGT芯片开始启动相关中断工作，进一步判定该危险为红色预警、黄色预警还是蓝色预警；如图10、图11、图12所示，STM32F407芯片连接MICRO SD和MT29F128G08AB芯片，对监测数据进行记录和存储；STM32F407VGT芯片连接LCD显示屏，用于监测数据的显示。

本是实用新型适用于煤层气储存与运输整个阶段，而这一阶段短则数月长则可以持续数年，为了保证监测设备的独立性和可靠性，同时增加监测的适用性，采用内部可充电电池供电。这样在有限的电池电量基础上，为了满足如此长时间的使用，则需要进行低功耗设计。本实用新型采用了基于状态设计的智能低功耗策略，将系统分为：停机态、运行态、休眠态和挂起态四个状态。当本实用新型处于停机态时，整个系统下电；当处于运行态时，完成煤层气储运信息的采集、存储、传输与显示功能；当监测装置部分模块不需要工作时(比如读数时，传感模块可以关闭)，系统进入挂起态，此时只有部分模块工作，从而降低装置功耗；当监测装置完成所有工作后进入休眠态，此时装置只有“值班”电路工作，装置功耗水平最低。本监测装置的最低功耗水平≤800微安。

为了实现监测装置的微型化，本实用新型采集圆柱形外观设计，这就使得整个装置可以嵌入到煤层气储存仓库墙壁或者运输罐壁中，实现监测装置与储运包装的有机融合。

监测装置拥有两个面板：前面板和后面板。监测装置的前面板包括LCD显示屏、开关按钮、读取按钮、电源指示灯、状态指示灯和红外读数接口几个部分。其中单击开关按钮，监测装置整体上电，处于工作状态，再次单击开关按钮则装置下电，处于停机状态。数据显示屏可以以曲线的形式显示整个储运过程的监测数据并且可以以数值形式单独显示监测数据中的最大值和最小值。监测装置采用内部电池的方式供电，电源指示灯用来指示系统电池的电量，当系统处于运行状态后，电源指示灯常亮；而当电池容量不足时，电源指示灯开始按照1Hz的频率闪烁。系统状态指示灯用于指示监测装置的自身状态，当系统处于运行状态时，状态指示灯处于熄灭状态；当监测参数发生红色预警时，状态指示灯按照2Hz的频率闪烁；当监测参数发生黄色预警时，状态指示灯按照1Hz的频率闪烁；当监测参数发生蓝色预警时，状态指示灯按照0.5Hz的频率闪烁；当监测装置自检发生故障时，状态指示灯处于常亮状态。监测装置上电后处于工作状态，而工作状态分为运行态与非运行态两种状态。当监测装置处于运行态时，数据显示器会显示监测数据；而当装置处于非运行状态时单击读取按钮，可以唤醒装置将采集的数据显示在LCD显示屏上。监测装置的后面板安装有几种储运监测传感器。监测装置安装时，具有LCD显示屏的前面板一侧面向仓库墙壁外侧，方便管理者读取监测数据，而装有传感器的后面板一侧面向仓库内壁或运输罐内壁，便于传感器实时、准确的监测罐内煤层气的温度、压力和振动与冲击等信息。为了增加监测装置的可靠性并且保证监测装置对煤层气本身储运设备无影响，监测装置采用层次化设计。采用该设计的监测装置较常规监测系统增加了防水、绝热与电磁兼容设计，从外到内依次为抗压层、防水层、绝热层、电磁屏蔽层和内部保护层。此外，本监测装置采用保密性和电磁兼容性能较好地红外通信方式作为通信手段以增加系统的电磁兼容性和监测数据的保密性。

Claims (2)

1.一种煤层气储运全程监测装置，其特征在于：包括电源模块、红外唤醒模块、电路自检模块、并行选择电路模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块、存储器、SD卡、控制模块、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏，红外唤醒模块、电路自检模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块连接并行选择电路模块，并行选择电路模块、存储器、SD卡、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器、LCD显示屏连接控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气储运全程监测装置，其特征在于：电源模块由第一片LP5996芯片电路、第二片LP5996芯片电路和9014三极管控制电路构成，红外唤醒模块由9012三极管控制电路和GP2W0116YPS芯片电路构成，电路自检模块由MAX931芯片电路构成，并行选择电路模块由74LVC1G332芯片电路构成，按键唤醒电路模块由按键唤醒电路构成，危险感知模块由ADXL345芯片电路构成，存储器由MT29F128G08AB芯片构成的，SD卡为MICROSD，控制模块为STM32F407芯片，实时时钟传感器为PCF8563芯片传感器，温度传感器为SHT31芯片传感器，振动与冲击传感器为H3LIS331芯片传感器，第一片LP5996芯片电路连接红外唤醒模块、并行为选择电路模块、按键唤醒电路模块、危险感知模块提供电源，9014三极管控制电路连接第二片LP5996芯片电路，第二LP5996芯片电路连接电路自检模块、存储器、SD卡、控制模块、实时时钟传感器、温度传感器、振动与冲击传感器和LCD显示屏。