CN2220531Y

CN2220531Y - 煤矿井下安全多功能测试仪

Info

Publication number: CN2220531Y
Application number: CN 94214464
Authority: CN
Inventors: 秦真文; 许跃武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2004-06-16

Abstract

一种煤矿井下安全多功能测试仪，由可燃气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、红外光发射接收的煤粉尘传感器、低功耗80C131单片机、键盘、时钟、LED液晶显示、信号采集放大电路、模拟转换电路、模拟开关接口电路和电源组成。模拟开关接口电路由连接成锁存器的八D触发器、八选一模拟开关和作为电子开关的五个场效应管及其五个偏置电阻构成。本检测仪精度高、设有声光报警、体积小、重量轻、方便携带，是一种智能型多参数检测仪器。

Description

煤矿井下安全多功能测试仪

燃爆是煤矿采煤工作面最大的不安全因素，直接危害煤矿职工和国家财产的安全。因此，必须对燃爆因素，如瓦斯、温度、煤粉尘、风速、湿度随时进行检测，发现超标及时处理，以确保安全。

目前使用的安全检测仪，一种是系统机，另一种是便携机。系统机适合固定的检测场合，监测的数据可以在地面显示处理，但价格昂贵很难普及。目前便携机功能单一，检测精度低，使用时需操作者实时观察，检测时间间隔入为因素影响大。检测多种参数时携带机种多，使用极为不便，容易疏漏而造成危害。

本实用新型的目的是设计生产一种集检测瓦斯、温度、煤粉尘、风速、湿度五种指标于一体，附加电子时钟，共计六种功能的煤矿井下安全多功能测试仪。

本实用新型采用五种传感器分时检测瓦斯、温度、煤粉尘、风速和湿度五种信号，由各种非电物理量转换为电信号后，经放电器放大，由模拟开关分时送给模数转换器A/D，转换为数字量。这些转换后的数字量送给单片机进行标度变换、线性补偿和温度补偿，处理后的数据送外存记录并进显示器显示。同时把处理后的数据和规定指标比较判断，决定是否需要进行声光报警。

模数转换器是所有检测通道的公用部分，要使多个传感器输出的多种信号共用一个模数转换器，就必须进行多路信号转换，本实用新型的技术要点就在于设计一种用于检测通道选择的模拟开关接口电路，采用一片多路(八选一)模拟开关进行随机切换，并在切换信号通道的同时，对传感器和放大器的电源也进行切换，以降低功耗。

模拟开关接口电路由连接成锁存器的八D触发器、八选一模拟开关、和作为电子开关的五个场效应管(PFET)及其五个偏置电阻构成。74HC273型八D触发器的D1～D8八条输入线分别和单片机80CC31的低八位数据线D0～D7相连，其清零端CLR通过电阻接+5V，其时钟脉冲输入端CLK接单片机的写线，其输出端Q1～Q5分别接PFET管TQ1～TQ5的栅极，Q6～Q8端接CD4051型八选一模拟开关的A0～A2端，用来选择模拟通道。CD4051型八选一模拟开关的I₀/O₀～I₄/O₄的模拟输入端分别接放大器U1～U5的输出端。1₅/O₅输入端接机内温度补偿放大器U6的输出端；O/I输出端接A/D模数转换器HI5812的输入端，VEE接地。VEE选择端接地为有效。

本实用新型的优点是：

1、本检测仪为集检测瓦斯、温度、煤粉尘、风速、湿度五种指标于一体，附加电子时钟，共计六种功能的煤矿井下安全检测仪。

2、精度高，是一种智能型检测仪。

3、体积小、重量轻、方便携带。

4、设有声光报警，并且报警时所检测的数据和相对于北京时间均被记录。

5、具有多种打印功能。

附图1、模拟开关接口电路。

附图2A、煤矿井下多功能安全检测仪电路图A部分。

附图2B、煤矿井下多功能安全检测仪电路图B部分。

附图2C、煤矿井下多功能安全检测仪电路图C部分。

下面结合附图用实施例对本实用新型作进一步的描述：煤矿井下安全多功能测试仪主要由低功耗80C131单片机、键盘、时钟、LED液晶显示、信号采集放大电路、模拟转换电路、检测通道选通的模拟开关接口电路和电源部分组成。整机原理图如图2A、图2B、图2C所示(由于图较大，一张纸印不下，固由A、B、C三部分拼接而成)。

单片机系统采用最小系统设计，为降低功耗，除单片机采用低功耗芯片80C131之外，地址锁存器用74HC373，程序存储器用27C64，数据存储用低功耗的电可擦除和编程的只读存储器，断电时仍可保存数据。单片机外部存储数据是采用I²C串行接口。时钟和LED液晶显示器也是采用I²C串行接口。

I²C串行接口存储器的SCL接P1.7、SDA接P1.6。时钟芯片的SCL接P1.5，SDA接P1.4，INT接INTO。单片机的INTO引脚用作I/O口用。1²C串行接口的液晶显示器和时钟共用一个接口。时钟和液晶显示器和单片机的通讯选择是由时钟芯片PCF8583的A0、A1、A2地址编址而定。A0、A1、A2的编址可保证通讯正确。

键盘接口的实现：由于查询方式的键盘占用CPU的时间长，不利于降低功耗，因此本仪器采用中断方式。又因单片机的I/O口已被使用，所以采用74HC164八位并出，串入集成芯片和80C131的INT1、T0、T1引脚相连接而成。T0、T1均为I/O方式工作，T0引脚作为RXD串出端，T1为同步移位脉冲。由软件实现全双工串行通讯。

实现中断和键盘查询具体方法如下：在整机上电初始化时，74HC164输出端为全“0”，RO寄存器设为“08H”作为键值寄存器。当有键按下时，INT1由高电位变为低电平，引起中断。关INT1中断，换I/O线工作。74HC164八位输出端全部置为“1”，然后把“FEH”串行输出，每移入74HC164一位，RO寄存器内容减1，同时检测INT1线是否为“0”，依此循环，使INT1为D为止。寄存器RO的内容就是键值。然后用查表法转功能键处理程序。中断返回前，输出“OOH”使74HC164八位输出端为全“0”，开中断，返回数据采集系统。数据采集系统是由传感器、放大器和模数转换器组成。

瓦斯检测是用2MOO8型可燃气体传感器、温度检测用高精度AD590温度传感器，湿度传感器采用电阻湿度传感器、风速用微压传感器、煤粉尘用红外光发射接收原理进行检测。

下面较详细地介绍用于检测通道选通的模拟开关接口电路的结构和工作原理：

模数转换器是所有检测通道的公用部分，本仪器采用HI5812型12位超低功耗A/D模数转换器，它只有一个输入端。为了实现多路转换必须采用一多路模拟开关进行随机切换，并在切换信号通道的同时，对传感器和放大器的电源也进行切换，以降低功耗。

模拟开关接口电路由连接成锁存器的八D触发器(74HC273)、八选一模拟开关(CD4051)和作为电子开关的五个场效应管(TQ1～TQ5)及其五个偏置电阻构成，如图1所示。74HC273型八D触发器的D1～D8八条输入线分别和单片机80CC31的低八位数据线D0～D7相连，其清零端CLR通过电阻接+5V，其时钟脉冲输入端CLK接单片机的写线，其输出端Q1～Q5分别接PFET管TQ1～TQ5的栅极，Q6～Q8端接CD4051型八选一模拟开关的AO～A2端，用来选择模拟通道。CD4051型八选一模拟开关的I₀/O₀～I₄/O₄的模拟输入端分别接放大器U1～U5的输出端。I₅/O₅输入端接机内温度补偿放大器U6的输出端； O/I输出端接A/D模数转换器HI5812的输入端，VEE接地。VEK选择端接地为有效。

工作原理：此接口主要是用来选择模拟通道的电源和模拟输出信号与模拟转换器的。而电源的接通、关断与模数转换器的接通与关断必须是同步的。如：需要接通瓦斯检测时，74HC273的Q1需输出高电平，其他Q2～Q5为低电平“0”，此时TQ1导通，接通瓦斯通道电源，74HC273的Q6、Q7、Q8输出“000”，CD4051的A0、A1、A2为“000”，模拟开关接通I₀/O₀第一条输入线。换句话说，需要接通哪路电源时74HC273的输出端的相应端需置为高电平，需要关断电源时，74HC273的输出端复位为低电平“0”。CD4051模拟开关的八个输入端是通过A0、A1、A2三条线输入相应三位二进制数来决定是哪条输入端被选中。三位二进制数为000至111。前面举例中三条线均输入O，即“000”，选中XO，即选中第一个输入端。如果用八位二进制表示。模拟开关选择占八位二进制数的高三位。低五位的输出状态决定电源通道的导通与关断。上例中把低五位和高三位合并为一个字节为“01H”，也即选中瓦斯通道电源和模拟开关的第一个输入端。概括起来说：电源开关和模拟通道是由74HC273控制。

74HC273与单片机的通讯是：单片机的外部数据存储空间留给接口，此接口只用了外部数据存储的写操作，读操作未用，单片机每执行一次写操作，把选择状态通过数据总线，写到74HC273，而74HC273的锁存操作是在写信号的上升沿实现的。也就是当单片机执行写操作时WR变为低电平，经过六个时钟周期变为高电平。在变为高电平之前，CPU已把数据在数据总线上稳定输出。 WR(写)线由低变高时，74HC273实现了锁存。选择状态字如下表：

状态字	电源通道	模拟通道	检测内容
状态字	电源通道	模拟通道	检测内容	01H	TQ1	(I₀/O₀)X0	瓦斯
22H	TQ2	(I₁/O₁)X1	湿度	01H	TQ1	(I₀/O₀)X0	瓦斯
22H	TQ2	(I₁/O₁)X1	湿度	44H	TQ3	(I₂/O₂)X2	粉尘
68H	TQ4	(I₃/O₃)X3	风速	44H	TQ3	(I₂/O₂)X2	粉尘
68H	TQ4	(I₃/O₃)X3	风速	90H	TQ5	(I₄/O₄)X4	温度
50H		(I₅/O₅)X5	机内温度	90H	TQ5	(I₄/O₄)X4	温度

在每次检测五种信号之前，都要检测一次机内温度，在主程序中以便进行温度补偿，在检测温度时通道选择子程序如下：

ORG

PUSH A ：保护现场

MOV DPH，#OFFH ：高位地址

MOV A，#50H ：取状态字

MOVX@RO，A ：输出状态字

POP ：恢复现场

RET ：返回

执行此程序，只接通机内温度放大器U6和模数转换器通道，其他通道均被关掉。在这段程序中RO寄存器的内容为低8位地址。写74HC273未用地址，因此不论RO的内容如何均不影响正确执行。

在初始化时，五种信号检测设定为连续检测方式。在程序运行中也可通过键盘输入命令设定为间隔方式。不论哪种方式，在检测之前都要执行一次通道选择子程序。以接通相应的电源和模拟开关。该汇编子程序如下：

ORG

TD：PUSH A ：保护现场

PUSH B ：保护现场

MOV DPH，#OFFH ：设高八位地址为空

MOV A，7FH ：取状态字

MOV B，A ：保存状态字

JB ACC.4，TDO ：是第六通道转

RL A ：状态字左移一位，选下一个通道

MOV 7FH，A ：状态字送回存储单元

MOV A，B ：上一次状态字送A

ANL A，#OEOH ：低五位清“0”

SWPA A ：高低四位互换

RR A ：A2、A1、A0移至低三位

INCA ：选下一个模拟开关

RLA ：恢复A2、A1、A0原位

SWPA A ：

ORLA，7FH ：高三位和低五位合并一个字节

MOV 7FH，A ：送回原存储单元

MOVX@RO，A ：输出状态字

SJMP TD1 ：转恢复现场返回TDO：MOV A，#01H ：是第六通道，恢复一通道

MOV 7FH，A ：送存储单元保存

MOVX @RO，A ：输出状态字TD1：POP B ：恢复现场

POP A

RET ：返回

程序中7FH为状态字的存储单元，在初始化时置为“01H”。

到此为止，已详尽地描述了本实用新型的技术内容并全面介绍了这种煤矿井下多功能安全检测仪。

Claims

1、一种煤矿井下安全多功能测试仪，由可燃气体传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、红外光发射接收的煤粉尘传感器、低功耗80Cl31单片机、键盘、时钟、LED液晶显示、信号采集放大电路、模拟转换电路和电源部分组成，其特征在于还具有用于检测通道选通的模拟开关接口电路，模拟开关接口电路由连接成锁存器的八D触发器、八选一模拟开关和作为电子开关的五个场效应管(PFET)及其五个偏置电阻构成，74HC273型八D触发器的D1～D8八条输入线分别和单片机80CC31的低八位数据线D0～D7相连，其清零端CLR通过电阻接+5V，其时钟脉冲输入端CLK接单片机的写线，其输出端Q1～Q5分别接PFET管TQ1～TQ5的栅极，Q6～Q8端接CD4051型八选一模拟开关的A0～A2端，用来选择模拟通道；CD4051型八选一模拟开关的I₀/O₀～I₄/O₄的模拟输入端分别接放大器U1～U5的输出端。I₅/O₅输入端接机内温度补偿放大器U6的输出端；O/I输出端接A/D模数转换器HI5812的输入端，VEE接地，VEE选择端接地为有效。