CN220912662U - 一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，属于嵌入式模拟信号高频数据采集分析技术领域，包含电源管理模块、指示灯、按键、振动传感器、声音传感器、ADC模块、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块、WiFi模块和ARM核心处理器，通过在箕斗内部安装箕斗异常运行状态检测装置，实时采集箕斗运行中的振动、声音、倾角等数据，并以无线方式将数据上传至服务器，箕斗实时运行状态信息结合箕斗异常状态分析算法模型，形成箕斗振动/声音异识别与定位系统，实现箕斗异常声音与振动位置识别、箕斗异常预警。有效的解决了煤矿箕斗人工检修的时间短、检测方式单一、检测结果误差大的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于嵌入式模拟信号高频数据采集分析技术领域，尤其涉及一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置。
背景技术
煤矿箕斗的日常巡检工作主要依靠人工乘坐在箕斗中通过耳听、眼看的方式来判断箕斗是否存在异常撞击，每日检修时间较短(2-3小时)，无法实时监测箕斗运行状态；其次，人工监听易受提升速度、负载等客观因素影响，无法完全反映箕斗运行过程中真实情况。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种检测精度高、工作安全稳定的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，合理的部署箕斗异常运行状态检测装置的安装位置，能够准确、可靠的实现箕斗运行数据的采集、分析与传输。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，包含电源管理模块、指示灯、按键、振动传感器、声音传感器、ADC模块、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块、WiFi模块和ARM核心处理器，所述振动传感器依次经过声音传感器、ADC模块连接ARM核心处理器，所述ARM核心处理器分别与电源管理模块、指示灯、按键、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块和WiFi模块连接；
其中，电源管理模块，用于给箕斗异常运行状态检测装置供电，将外部电池输入电压转换成实际需要的电压；
指示灯和按键可用于提示信息和参数配置，为操控者提供反馈信息，并提示系统正常运行；
振动传感器，用于实时采集煤矿箕斗振动信号参数；
声音传感器，用于实时采集煤矿箕斗声音信号参数；
ADC模块，用于将传感器的模拟信号转换成数字信号；
低功耗定时模块，用于在箕斗异常运行状态检测装置没有检测任务时使其进入低功耗模式，节约电池电量；
倾角传感器，用于检测箕斗运行时的倾斜角度；
复位模块，用于维持处理器的稳定运行；
数据存储模块，用于在井下无线信号不好的时候临时存储传感器数据，待到井口无线信号良好时进行发送；
WiFi模块，用于建立状态检测装置与井口基站之间的高速无线通信，实现传感器数据的快速上传，同时也可对煤矿箕斗异常运行状态检测装置进行参数配置与程序升级。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述振动传感器和声音传感器为IEPE类型传感器，采用24V 4mA恒流源供电，振动传感器的测量范围±50g、极限范围±100gpk、灵敏度100mV/g，声音传感器的测量范围动态17dBA至138dBA、频率范围3.15Hz至20KHz、灵敏度50mV/Pa、温度范围-20℃至70℃。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述电源管理模包含IEPE恒流源电路和IEPE信号滤波电路，包含芯片OPA4197和芯片LM317，其中，芯片OPA4197为4通道轨到轨精密运算放大器，OPA4197与周边电路配合组成一个高通滤波器，有效提高了输入信号的准确性；LM317为可调节三端正电压稳压器，配合309R电阻组成4mA的恒流源电路为IEPE类型的振动、声音传感器供电。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述ADC模块采用芯片AD7606，该芯片具有8路16位200K速度的同步采样能力，具有高分辨率、双极性输入、多路同步高速模数转换的特点。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述低功耗定时模块的芯片型号为STM32L051C8T6为ARM Cortex-M0内核的32位低功耗MCU,最低休眠电流只有1.5uA。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述数据存储模块采用Micro SD卡槽，支持32GB容量大小的SD卡，主处理器通过SDMMC总线与SD卡通信，最大总线速度为50MHz。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述WiFi模块采用芯片型号为AP6181的中国台湾正基的WiFi模组，集成了IEEE 802.11b/g/nMAC、基带、射频以及功率放大器、电源管理装置、SDIO2.0或SPI接口，其无线局域网符合IEEE802.11b/g/n标准，单操作电压为3.3v，使用SDIO接口与处理器相连。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述电源管理模块包括芯片K7805和芯片TPS70933：
其中，K7805为直流电源降压模块，具有输入电压范围宽(6.5V—32V)；
TPS70933是一种固定输出电压为3.3V的正向低压差线性稳压器，其输入电压范围3.5V-36V，静态电流只有1uA,可将电池电压转换为3.3V为处理器使用。
作为本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的进一步优选方案，所述ARM核心处理器采用的是ARM-Cortex-M7内核系列芯片。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置中所述分布式智能采集分析终端能够与监测站服务器之间采用高速以太网通讯的方式传输数据；所述提升机振动信号采集装置中数据采集、数据分析、数据传输与相关控制装置均内置到所述分提升机振动信号采集装置上，不仅缩短了传统模拟信号传输距离，降低了干扰，并彻底解决了现场工作设备的数据采集难、分析慢、传输短等问题，针对现场的重要工作设备，通过合理的部署分布式智能采集分析终端，能够简单、可靠以及稳定的实现设备工作时的数据采集、数据分析与数据传输功能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对技术方案描述中所使用的附图作简单的说明。显而易见，下述附图仅仅是本实用新型的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的结构示意图；
图2是本实用新型中一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置硬件框图；
图3是本实用新型所述IEPE恒流源电路和IEPE信号滤波电路示意图；
图4是本实用新型所述ADC模块电路示意图；
图5是本实用新型所述低功耗定时模块电路示意图；
图6是本实用新型所述数据存储系统电路示意图；
图7是本实用新型WiFi模块电路示意图；
图8是本实用新型中电源管理系统电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本实用新型所述一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的结构示意图。
如图1所示，煤矿箕斗异常运行状态检测装置(1)在箕斗运行时会采集运行时的振动、声音、角度数据，待到箕斗上升至井口时将箕斗运行数据无线发送至井口基站(2)，井口基站随后会将数据通过以太网线转发至上层服务器(3)。
图2为本实用新型中一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置硬件框图。一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，包含电源管理模块、指示灯、按键、振动传感器、声音传感器、ADC模块、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块、WiFi模块和ARM核心处理器，所述振动传感器依次经过声音传感器、ADC模块连接ARM核心处理器，所述ARM核心处理器分别与电源管理模块、指示灯、按键、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块和WiFi模块连接。
如图2所示，本实用新型中箕斗异常运行状态检测装置硬件框图，包括：电源管理模块(1)，用于给箕斗异常运行状态检测装置供电，将外部电池输入电压转换成实际需要的电压；指示灯(2)按键(3)可用于提示信息和参数配置，为操控者提供反馈信息，并提示系统正常运行；振动传感器(4)声音传感器(5)为IEPE类型传感器，采用24V 4mA恒流源供电，振动传感器的测量范围±50g、极限范围±100gpk、灵敏度100mV/g，声音传感器的测量范围动态17dBA至138dBA、频率范围3.15Hz至20KHz、灵敏度50mV/Pa、温度范围-20℃至70℃；ADC模块(6)用于将传感器的模拟信号转换成数字信号；低功耗定时模块(7)用于在箕斗异常运行状态检测装置没有检测任务时使其进入低功耗模式，节约电池电量；倾角传感器(8)用于检测箕斗运行时的倾斜角度；复位模块(9)用于维持处理器的稳定运行；数据存储模块(10)用于在井下无线信号不好的时候临时存储传感器数据，待到井口无线信号良好时进行发送；WiFi模块(11)用于建立状态检测装置与井口基站之间的高速无线通信，实现传感器数据的快速上传，同时也可对煤矿箕斗异常运行状态检测装置进行参数配置与程序升级；
图3为本实用新型所述IEPE恒流源电路和IEPE信号滤波电路示意图。如图3所示，包括：OPA4197(1)为4通道轨到轨精密运算放大器，OPA4197与周边电路配合组成一个高通滤波器，有效提高了输入信号的准确性；LM317(2)为可调节三端正电压稳压器，配合309R电阻组成4mA的恒流源电路为IEPE类型的振动、声音传感器供电。
图4为本实用新型所述ADC模块电路示意图。如图4所示，包括：AD7606(1)，该芯片具有8路16位200K速度的同步采样能力，具有高分辨率、双极性输入、多路同步高速模数转换的特点。
图5为本实用新型所述低功耗定时模块电路示意图。如图5所示，包括：STM32L051C8T6(1)为ARM Cortex-M0内核的32位低功耗MCU,最低休眠电流只有1.5uA。
图6为本实用新型所述数据存储系统电路示意图。如图6所示，包括：Micro SD卡槽(1)可以支持32GB容量大小的SD卡，主处理器通过SDMMC总线与SD卡通信，最大总线速度为50MHz，完全满足井下的数据存储需求。
图7为本实用新型WiFi模块电路示意图。如图7所示，包括：AP6181(1)为中国台湾正基的WiFi模组，集成了IEEE 802.11b/g/n MAC、基带、射频以及功率放大器、电源管理装置、SDIO2.0或SPI接口，其无线局域网符合IEEE802.11 b/g/n标准，单操作电压为3.3v，使用SDIO接口与处理器相连。
图8为本实用新型所述电源管理系统电路示意图。如图8所示，包括：K7805(1)为直流电源降压模块，具有输入电压范围宽(6.5V—32V)，输出电压稳定，可长时间空载运行，静态功耗极低，效率高达96％，体积小等优点，具有过流、过热、短路等多种保护功能。TPS70933(2)是一种固定输出电压为3.3V的正向低压差线性稳压器，其输入电压范围3.5V-36V，静态电流只有1uA,可将电池电压转换为3.3V为处理器使用。
进一步，本实施例中处理器采用的是ARM-Cortex-M7内核系列芯片；IEPE恒流源芯片采用的是LM317系列；IEPE信号滤波电路采用的是OPA4197系列；ADC采集芯片采用的AD7606系列；无线WIFI通信芯片采用的是AP6181系列；数据存储系统Micro SD卡采用的是凯侠32GB系列；低功耗定时系统芯片采用的是STM32LO系列；电源管理系统芯片采用的是K7805系列和TPS70933系列。
以上所述仅为本实用新型所提供的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：包含电源管理模块、指示灯、按键、振动传感器、声音传感器、ADC模块、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块、WiFi模块和ARM核心处理器，所述振动传感器依次经过声音传感器、ADC模块连接ARM核心处理器，所述ARM核心处理器分别与电源管理模块、指示灯、按键、低功耗定时模块、倾角传感器、复位模块、数据存储模块和WiFi模块连接；
其中，电源管理模块，用于给箕斗异常运行状态检测装置供电，将外部电池输入电压转换成实际需要的电压；
指示灯和按键可用于提示信息和参数配置，为操控者提供反馈信息，并提示系统正常运行；
振动传感器，用于实时采集煤矿箕斗振动信号参数；
声音传感器，用于实时采集煤矿箕斗声音信号参数；
ADC模块，用于将传感器的模拟信号转换成数字信号；
低功耗定时模块，用于在箕斗异常运行状态检测装置没有检测任务时使其进入低功耗模式，节约电池电量；
倾角传感器，用于检测箕斗运行时的倾斜角度；
复位模块，用于维持处理器的稳定运行；
数据存储模块，用于在井下无线信号不好的时候临时存储传感器数据，待到井口无线信号良好时进行发送；
WiFi模块，用于建立状态检测装置与井口基站之间的高速无线通信，实现传感器数据的快速上传，同时也可对煤矿箕斗异常运行状态检测装置进行参数配置与程序升级。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述振动传感器和声音传感器为IEPE类型传感器，采用24V 4mA恒流源供电，振动传感器的测量范围±50g、极限范围±100gpk、灵敏度100mV/g，声音传感器的测量范围动态17dBA至138dBA、频率范围3.15Hz至20KHz、灵敏度50mV/Pa、温度范围-20℃至70℃。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述电源管理模包含IEPE恒流源电路和IEPE信号滤波电路，包含芯片OPA4197和芯片LM317，其中，芯片OPA4197为4通道轨到轨精密运算放大器，OPA4197与周边电路配合组成一个高通滤波器，有效提高了输入信号的准确性；LM317为可调节三端正电压稳压器，配合309R电阻组成4mA的恒流源电路为IEPE类型的振动、声音传感器供电。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述ADC模块采用芯片AD7606，该芯片具有8路16位200K速度的同步采样能力，具有高分辨率、双极性输入、多路同步高速模数转换的特点。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述低功耗定时模块的芯片型号为STM32L051C8T6为ARM Cortex-M0内核的32位低功耗MCU,最低休眠电流只有1.5uA。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述数据存储模块采用Micro SD卡槽，支持32GB容量大小的SD卡，主处理器通过SDMMC总线与SD卡通信，最大总线速度为50MHz。
7.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述WiFi模块采用芯片型号为AP6181的中国台湾正基的WiFi模组，集成了IEEE 802.11b/g/n MAC、基带、射频以及功率放大器、电源管理装置、SDIO2.0或SPI接口，其无线局域网符合IEEE802.11 b/g/n标准，单操作电压为3.3v，使用SDIO接口与处理器相连。
8.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述电源管理模块包括芯片K7805和芯片TPS70933：
其中，K7805为直流电源降压模块，具有输入电压范围为6.5V—32V；
TPS70933是一种固定输出电压为3.3V的正向低压差线性稳压器，其输入电压范围3.5V-36V，静态电流只有1uA,可将电池电压转换为3.3V为处理器使用。
9.根据权利要求1所述的一种煤矿箕斗异常运行状态检测装置，其特征在于：所述ARM核心处理器采用的是ARM-Cortex-M7内核系列芯片。
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