CN223528158U - 一种本安型矿用无线传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种本安型矿用无线传感器，包括MCU单片机、电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路。本实用新型通过采用低功耗的MCU单片机，配合无线传感器的间歇工作模式，使得碳酸铁锂3.3V电池的使用时间增长，通过信号转换电路对输入信号进行转换，可以得出无线传感器的准确值，降低误差和信号的干扰，另外采用Lora无线形式进行信号的传输，保证了信号传输的距离，且输出电源在短路的情况下，能够及时关断电源输出，降低大电流烧坏设备内部线路或造成外部的短路火花的现象，符合本安的要求，从而解决了功耗问题、信号传输的距离问题和本质安全的问题，满足使用需求。

Description

一种本安型矿用无线传感器

技术领域

本实用新型涉及无线传感器技术领域，尤其涉及一种本安型矿用无线传感器。

背景技术

目前存在的关于矿用无线传感器的产品都工作在不断电的状态下，其功耗大且不具备长期工作能力，信号的传输大部分都是采用AD值进行传递，容易受干扰且误差大；信号的接收使用WIFI或蓝牙等无线形式，接收距离受限；且电源输出更不具备本安的要求，为此本申请提出了一种本安型矿用无线传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种本安型矿用无线传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种本安型矿用无线传感器，包括MCU单片机、电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池，所述MCU单片机与电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池电性连接，信号转换电路和电源输出保护电路电性连接有外部传感器的信号输入端。

优选的，所述电源控制电路包括芯片U6，芯片U6的引脚1电性连接有二极管D3的正极和电感器L1的一端，电感器L1的另一端与芯片U6的引脚5电性连接，二极管D3的负极电性连接有电阻R16的一端、电容C12的一端、电容C13的一端和电容C14的一端，电阻R16的另一端电性连接有电阻R23的一端，芯片U6的引脚3与电阻R23的一端和电阻R16的另一端电性连接，芯片U6的引脚5和引脚4分别电性连接有电容C21的一端和电容C22的一端，电容C21的另一端、电容C22的另一端、芯片U6的引脚2、电阻R23的另一端、电阻C12的另一端、电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地，芯片U6的引脚5还电性连接有三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极电性连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端电性连接有三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极电性连接有电阻R11的一端和电容C10的一端，电容C10的另一端和三极管Q2的发射极均接地，电阻R11的另一端电性连接有12V_POW_EN电源。

优选的，所述电源控制电路还包括MOS管Q3和三极管Q4，MOS管Q3的源极电性连接有RoLa_+3V的电源，MOS管Q3的栅极电性连接有电阻R36的一端和电阻R37的一端，电阻R36的另一端和MOS管Q3的漏极均电性连接有电源V的正极，电阻R37的另一端与三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q4的基极电性连接有电阻R41的一端和电容C34的一端，电容C34的另一端和三极管Q4的发射极均接地，电阻R41的另一端电性连接有RoLa_POW电源。

优选的，所述信号转换电路包括运算放大器U8，运算放大器U8的引脚5电性连接有电容C1的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地，运算放大器U8的引脚3电性连接有电阻R3的一端，运算放大器U8的引脚4电性连接有电阻R10的一端、电阻R12的一端和电容C11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R3的另一端电性连接有电阻R7的一端、电阻R2的一端、电容C7的一端和电感器ED1的一端，电阻R7的另一端、电容C7的另一端和电感器ED1的另一端均接地，电阻R2的另一端与外部传感器的信号输入端IN1电性连接，运算放大器U8的引脚2接地，电阻R12的另一端和电容C11的另一端均与运算放大器U8的引脚1电性连接，运算放大器U8的引脚1电性连接有二极管D1的正极、电阻R6的一端、电阻R13的一端和电容C8的一端，电阻R13的另一端和电容C8的另一端均接地，电阻R6的另一端电性连接有SINGLE_OUT网络，电阻R6通过SINGLE_OUT网络与MCU单片机电性连接。

优选的，所述电源输出保护电路包括运算放大器U11，运算放大器U11的引脚3电性连接有电阻R74的一端、电阻R76的一端和电阻R72的一端，电阻R74的另一端和电阻R76的另一端均接地，电阻R72的另一端电性连接有电阻R68的一端、电阻R69的一端和MOS管Q6的源极，MOS管Q6的漏极电性连接有电阻R70的一端，电阻R70的另一端与MOS管Q6的栅极电性连接，MOS管Q6的栅极电性连接有电阻R71的一端，电阻R71的一端还与电阻R70的另一端电性连接，电阻R71的另一端与运算放大器U11的引脚1电性连接，运算放大器U11的引脚4电性连接有电阻R75的一端和电阻R73的一端，电阻R75的另一端和运算放大器U11的引脚2均接地，电阻R73的另一端与电阻R69的另一端电性连接，电阻R73的另一端还电性连接有二极管D4的正极。

优选的，所述MCU单片机为低功率单片机，其进入休眠时候的电流低于1uA。

优选的，所述电阻R69为采样电阻。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用低功耗的MCU单片机，配合无线传感器的间歇工作模式，使得碳酸铁锂3.3V电池的使用时间增长，通过信号转换电路对输入信号进行转换，可以得出无线传感器的准确值，降低误差和信号的干扰，另外采用Lora无线形式进行信号的传输，保证了信号传输的距离，且输出电源在短路的情况下，能够及时关断电源输出，降低大电流烧坏设备内部线路或造成外部的短路火花的现象，符合本安的要求，从而解决了功耗问题、信号传输的距离问题和本质安全的问题，满足使用需求。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种本安型矿用无线传感器的连接框图；

图2为本实用新型提出的一种本安型矿用无线传感器的电源控制电路中与芯片U6连接的电路图；

图3为本实用新型提出的一种本安型矿用无线传感器的电源控制电路中与MOS管Q3和三极管Q4连接的电路图；

图4为本实用新型提出的一种本安型矿用无线传感器的信号转换电路的电路图；

图5为本实用新型提出的一种本安型矿用无线传感器的电源输出保护电路的电路图。

具体实施方式

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。

参照图1-5，一种本安型矿用无线传感器，包括MCU单片机、电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池，MCU单片机与电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池电性连接，信号转换电路和电源输出保护电路电性连接有外部传感器的信号输入端，其中MCU单片机为低功率单片机，其进入休眠时候的电流低于1uA；

电源控制电路包括芯片U6，芯片U6的引脚1电性连接有二极管D3的正极和电感器L1的一端，电感器L1的另一端与芯片U6的引脚5电性连接，二极管D3的负极电性连接有电阻R16的一端、电容C12的一端、电容C13的一端和电容C14的一端，电阻R16的另一端电性连接有电阻R23的一端，芯片U6的引脚3与电阻R23的一端和电阻R16的另一端电性连接，芯片U6的引脚5和引脚4分别电性连接有电容C21的一端和电容C22的一端，电容C21的另一端、电容C22的另一端、芯片U6的引脚2、电阻R23的另一端、电阻C12的另一端、电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地，芯片U6的引脚5还电性连接有三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极电性连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端电性连接有三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极电性连接有电阻R11的一端和电容C10的一端，电容C10的另一端和三极管Q2的发射极均接地，电阻R11的另一端电性连接有12V_POW_EN电源；

电源控制电路还包括MOS管Q3和三极管Q4，MOS管Q3的源极电性连接有RoLa_+3V的电源，MOS管Q3的栅极电性连接有电阻R36的一端和电阻R37的一端，电阻R36的另一端和MOS管Q3的漏极均电性连接有电源V的正极，电阻R37的另一端与三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q4的基极电性连接有电阻R41的一端和电容C34的一端，电容C34的另一端和三极管Q4的发射极均接地，电阻R41的另一端电性连接有RoLa_POW电源；

信号转换电路包括运算放大器U8，运算放大器U8的引脚5电性连接有电容C1的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地，运算放大器U8的引脚3电性连接有电阻R3的一端，运算放大器U8的引脚4电性连接有电阻R10的一端、电阻R12的一端和电容C11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R3的另一端电性连接有电阻R7的一端、电阻R2的一端、电容C7的一端和电感器ED1的一端，电阻R7的另一端、电容C7的另一端和电感器ED1的另一端均接地，电阻R2的另一端与外部传感器的信号输入端IN1电性连接，运算放大器U8的引脚2接地，电阻R12的另一端和电容C11的另一端均与运算放大器U8的引脚1电性连接，运算放大器U8的引脚1电性连接有二极管D1的正极、电阻R6的一端、电阻R13的一端和电容C8的一端，电阻R13的另一端和电容C8的另一端均接地，电阻R6的另一端电性连接有SINGLE_OUT网络，电阻R6通过SINGLE_OUT网络与MCU单片机电性连接；

电源输出保护电路包括运算放大器U11，运算放大器U11的引脚3电性连接有电阻R74的一端、电阻R76的一端和电阻R72的一端，电阻R74的另一端和电阻R76的另一端均接地，电阻R72的另一端电性连接有电阻R68的一端、电阻R69的一端和MOS管Q6的源极，MOS管Q6的漏极电性连接有电阻R70的一端，电阻R70的另一端与MOS管Q6的栅极电性连接，MOS管Q6的栅极电性连接有电阻R71的一端，电阻R71的一端还与电阻R70的另一端电性连接，电阻R71的另一端与运算放大器U11的引脚1电性连接，运算放大器U11的引脚4电性连接有电阻R75的一端和电阻R73的一端，电阻R75的另一端和运算放大器U11的引脚2均接地，电阻R73的另一端与电阻R69的另一端电性连接，电阻R73的另一端还电性连接有二极管D4的正极，其中电阻R69为采样电阻；本实用新型通过采用低功耗的MCU单片机，配合无线传感器的间歇工作模式，使得碳酸铁锂3.3V电池的使用时间增长，通过信号转换电路对输入信号进行转换，可以得出无线传感器的准确值，降低误差和信号的干扰，另外采用Lora无线形式进行信号的传输，保证了信号传输的距离，且输出电源在短路的情况下，能够及时关断电源输出，降低大电流烧坏设备内部线路或造成外部的短路火花的现象，符合本安的要求，从而解决了功耗问题、信号传输的距离问题和本质安全的问题，满足使用需求。

工作原理：使用时，通过12V_POW_EN电源和Rola_POW电源进行电源的打开和关断控制，休眠的时候把这两个引脚拉低，断开VCC和RoLa_+3V的电源，进入低功耗状态，工作的时候将此两个引脚置高进行供电，进行工作，从而实现对无线传感器的间歇工作模式的调整，休眠时间越长，碳酸铁锂3.3V电池使用时间也越长，避免其长时间工作消耗电能的情况；

在工作的过程中，电流经过电阻R7会产生压降，电流越大，压降越大，压降电压经过运算放大器U8处理，并进行实际的误差线路调整，再通过SINGLE_OUT网络给到MCU单片机进行电压判断，给进来的电流与电压的关系是线性关系，由此得出AD值的大小对应到无线传感器值的大小，从而可以得出无线传感器的准确值，降低误差的产生；

另外在工作过程中，通过采样电阻R69对无线传感器输出的电压进行采样，其采样电阻R69两端压降给到运算放大器U11进行比较，正常情况下，负端电压比正端电压高，运算放大器U11的输出端引脚1一直维持低电平输出，MOS管Q6在栅极为低的情况下，维持导通状态，不影响电压的输出；当输出电压对地短路时，采样电阻R69两端瞬间会产生较大压降，从而让运算放大器U11的正端电压比负端电压高，运算放大器U11会由低电平转为输出高电平去给到MOS管Q6的栅极，让MOS管Q6截止输出，从而保护了内部大电流的产生和外部的火花现象，从而实现出现短路时，及时关断电源的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，包括MCU单片机、电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池，所述MCU单片机与电源控制电路、信号转换电路、电源输出保护电路、LORA模块、电压检测电路和碳酸铁锂3.3V电池电性连接，信号转换电路和电源输出保护电路电性连接有外部传感器的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述电源控制电路包括芯片U6，芯片U6的引脚1电性连接有二极管D3的正极和电感器L1的一端，电感器L1的另一端与芯片U6的引脚5电性连接，二极管D3的负极电性连接有电阻R16的一端、电容C12的一端、电容C13的一端和电容C14的一端，电阻R16的另一端电性连接有电阻R23的一端，芯片U6的引脚3与电阻R23的一端和电阻R16的另一端电性连接，芯片U6的引脚5和引脚4分别电性连接有电容C21的一端和电容C22的一端，电容C21的另一端、电容C22的另一端、芯片U6的引脚2、电阻R23的另一端、电阻C12的另一端、电容C13的另一端和电容C14的另一端均接地，芯片U6的引脚5还电性连接有三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极电性连接有电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端电性连接有三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极电性连接有电阻R11的一端和电容C10的一端，电容C10的另一端和三极管Q2的发射极均接地，电阻R11的另一端电性连接有12V_POW_EN电源。

3.根据权利要求1所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述电源控制电路还包括MOS管Q3和三极管Q4，MOS管Q3的源极电性连接有RoLa_+3V的电源，MOS管Q3的栅极电性连接有电阻R36的一端和电阻R37的一端，电阻R36的另一端和MOS管Q3的漏极均电性连接有电源V的正极，电阻R37的另一端与三极管Q4的集电极电性连接，三极管Q4的基极电性连接有电阻R41的一端和电容C34的一端，电容C34的另一端和三极管Q4的发射极均接地，电阻R41的另一端电性连接有RoLa_POW电源。

4.根据权利要求1所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述信号转换电路包括运算放大器U8，运算放大器U8的引脚5电性连接有电容C1的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地，运算放大器U8的引脚3电性连接有电阻R3的一端，运算放大器U8的引脚4电性连接有电阻R10的一端、电阻R12的一端和电容C11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R3的另一端电性连接有电阻R7的一端、电阻R2的一端、电容C7的一端和电感器ED1的一端，电阻R7的另一端、电容C7的另一端和电感器ED1的另一端均接地，电阻R2的另一端与外部传感器的信号输入端IN1电性连接，运算放大器U8的引脚2接地，电阻R12的另一端和电容C11的另一端均与运算放大器U8的引脚1电性连接，运算放大器U8的引脚1电性连接有二极管D1的正极、电阻R6的一端、电阻R13的一端和电容C8的一端，电阻R13的另一端和电容C8的另一端均接地，电阻R6的另一端电性连接有SINGLE_OUT网络，电阻R6通过SINGLE_OUT网络与MCU单片机电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述电源输出保护电路包括运算放大器U11，运算放大器U11的引脚3电性连接有电阻R74的一端、电阻R76的一端和电阻R72的一端，电阻R74的另一端和电阻R76的另一端均接地，电阻R72的另一端电性连接有电阻R68的一端、电阻R69的一端和MOS管Q6的源极，MOS管Q6的漏极电性连接有电阻R70的一端，电阻R70的另一端与MOS管Q6的栅极电性连接，MOS管Q6的栅极电性连接有电阻R71的一端，电阻R71的一端还与电阻R70的另一端电性连接，电阻R71的另一端与运算放大器U11的引脚1电性连接，运算放大器U11的引脚4电性连接有电阻R75的一端和电阻R73的一端，电阻R75的另一端和运算放大器U11的引脚2均接地，电阻R73的另一端与电阻R69的另一端电性连接，电阻R73的另一端还电性连接有二极管D4的正极。

6.根据权利要求1所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述MCU单片机为低功率单片机，其进入休眠时候的电流低于1uA。

7.根据权利要求5所述的一种本安型矿用无线传感器，其特征在于，所述电阻R69为采样电阻。