一种智能风量风压监测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井通风系统领域，具体地涉及一种智能风量风压监测仪。
【背景技术】
[0002]矿井通风系统由主通风机、通风网络、局部通风机和附属设施组成。主通风机承担着矿井的供风、排除有害气体和粉尘，以及调节井下微气候的任务，其效率是影响矿井主通风系统可靠运转的重要因素之一，具体表现在主通风机的风量和风压能否稳定、高效地保持在合理的工控范围内，即主通风机的工况指标决定其实际运转效率，并反映其余矿井通风网络的匹配性。矿井通风系统风量的稳定性差，不仅会导致井下各用风地点风量不足，而且容易引起瓦斯积聚，继而可能造成瓦斯窒息和爆炸事故。实时监测主通风机风量、风压的大小成为判断矿井通风系统稳定性的关键。其稳定可靠运行对煤矿的安全生产至关重要。
[0003]目前，主通风机风量的准确检测仍是风量监测仪的难点。传统的测量方法如:风表或电子风表测定法、皮托管动态测定法、附壁静压片测定法，都需要安装测试支架和传感器，并做大量准备工作，同时受矿井回风中含尘量高、湿度大、气流脉动强以及风硐的影响。这些测定方法繁琐、测量困难、误差大，不能长时间稳定的监测。现有的煤矿主通风机在线监测系统多为一个较独立的系统，独自工作，尚未与整个煤矿的监控系统形成网络。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述的缺点问题，提出了一种智能风量风压监测仪；本发明提高了矿井监控自动化水平，同时还可以传送至矿井分站处理系统，为通风机的控制调节提供依据；而且具有成本低、使用方便、测量精度高、兼容多种煤矿监控系统(如KJ66、KJ90、KJ95系统等)、性能稳定等优点。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种智能风量风压监测仪，包括信号采集模块、人机交互模块、信号输出模块和通信模块；其结构特点是:所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述信号输出模块包括分频整形光耦模块和V/T转换电流输出模块；所述通信模块包括RS-485总线和CAN总线电路。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述负压传感器采用压敏电阻式CYB-23，所述差压传感器采用差压膜合差动变压器构成的CYB-25，所述低通滤波电路模块采用巴特沃斯低通滤波器，本滤波器的截止频率为10Hz。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述微处理器采用具有CIP-51微处理器内核的C8051F020单片机，它内置64k字节 Flash, 4352 字节片内 RAM, Watchl05 Dog 电路，12 位 ADC 和 DAC0
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述分频整形光耦模块采用8位PffM输出模式，采集风量风压需要的频率为200-1000HZ。
[0010]作为本发明的另一种优选方案,所述V/T转换电流输出模块采用4-20mA电流型信号作为输出，米用内含缓冲放大器和参考电压源的V/ι转换芯片AD694。
[0011 ] 作为本发明的另一种优选方案，所述上位机通信模块采用RS-485总线和CAN总线电路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收发芯片采用CTM8251，内部集成了电源隔离、电气隔离和PCA82C251CAN收发器。
[0012]本发明的有益效果是。
[0013]本发明分析了静压差压法测量主通风机风量的原理，为主通风机风量在线检测提供了理论依据，并基于此理论，设计风量风压智能监测仪的硬件和软件结构，并对仪器测量精度进行了实验，实验结果表明:仪器的测量精度远远超过工业要求。本系统对通主风机风量风压值进行在线监测，具有成本低、使用方便、测量精度高、兼容性强和性能稳定等优点。
[0014]本发明以C8051F020单片机为控制核心，采用差压与负压变送器实时检测风量风压。变送器输出的模拟信号经采样滤波及控制器处理后，由中文数字窗口实时显示。采集到的风量风压值通过RS-485总线或CAN (Controller Area Network)总线直接上传到监控系统，这样很大程度上提高了矿井监控自动化水平；同时还可以传送至矿井分站处理系统，为通风机的控制调节提供依据。实验与现场应用证明了该系统的高精度性和稳定可靠性。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种智能风量风压监测仪的系统结构框图。
[0016]图2是本发明一种智能风量风压监测仪的系统主程序流程图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，为本发明一种智能风量风压监测仪的系统结构框图。其中包括信号采集模块、人机交互模块、信号输出模块和通信模块；其结构特点是:所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述信号输出模块包括分频整形光耦模块和V/T转换电流输出模块；所述通信模块包括RS-485总线和CAN总线电路。
[0018]本发明监测仪安装在主通风机房，在通风系统检测中处于关键位置，不仅要完成对两路传感器数据的采集、处理、显示与输出，而且要实现同监控室间的数据传输功能。本发明硬件电路主要包括:信号采集模块，人机交互模块，频率与电流输出模块，上位机通信模块。
[0019]所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述负压传感器采用压敏电阻式CYB-23，所述差压传感器采用差压膜合差动变压器构成的CYB-25 ;所述负压传感器和差压传感器分别检测断面静压差值和负压值，输出4-20mA电流信号，具有测量精度高，温漂系数低，稳定性好的优点。工业现场中的信号容易混叠大量的高频谐波，直接输入处理器会导致处理器误判，严重时会损坏仪器。本发明所述低通滤波电路模块采用巴特沃斯低通滤波器滤除高次谐波干扰，保证了对输入信号的正确采集；本滤波器的截止频率为10Hz。
[0020]所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述微处理器是整个系统的核心，承担着信号的采集、处理、输出和数据通信等任务，其稳定性决定了系统的可靠性。本发明系统采用Silicon Labs公司生产的具有CIP-51微处理器内核的C8051F020单片机，它内置64k字节Flash，4352字节片内RAM，Watch Dog电路，12位ADC和DAC。C8051F020具有丰富的片内资源，这既简化了外部电路又提高了系统稳定性。键盘和液晶屏完成参数设定，数据显示。
[0021]本发明所述分频整形光耦模块采用8位PffM输出模式，采集风量风压需要的频率为200-1000HZ。所述V/T转换电流输出模块采用4-20mA电流型信号作为输出，采用内含缓冲放大器和参考电压源的V/I转换芯片AD694。
[0022]本发明所述上位机通信模块采用RS-485总线和CAN总线电路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收发芯片采用CTM8251，内部集成了电源隔离、电气隔离和PCA82C251CAN收发器。目前在矿井应用中，RS-485总线较CAN总线更普遍。波特率选择为2400Hz时，RS-485总线的理论传输距离为1800米，所以当风机房与监控室的距离超过1500米时，需采用传输距离更远、性能更可靠的CAN总线。CAN控制器选用SJA1000芯片，CAN收发芯片采用CTM8251，内部集成了电源隔离、电气隔离和PCA82C251CAN收发器，应用更便捷。
[0023]如图2所示，为本发明一种智能风量风压监测仪的系统主程序流程图。本发明软件部分包括信号数字滤波模块、数据处理与存储模块、人机交互模块、信号输出以及RS-485总线和CAN总线通讯模块；主程序按照数据的传输方向顺序设计，上电后进入初始化设置，读取片外E2PROM中的系统设置，然后判断键盘是否按下，有则进入菜单设置界面，没有则进行信号采集滤波，数据处理，实时显示，输出频率与模拟电压信号，向监控系统传输数据。
【主权项】
1.一种智能风量风压监测仪，包括信号采集模块、人机交互模块、信号输出模块和通信模块；其特征在于:所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述信号输出模块包括分频整形光耦模块和V/T转换电流输出模块；所述通信模块包括RS-485总线和CAN总线电路。2.根据权利要求1所述的一种智能风量风压监测仪，其特征在于:所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述负压传感器采用压敏电阻式CYB-23，所述差压传感器采用差压膜合差动变压器构成的CYB-25，所述低通滤波电路模块采用巴特沃斯低通滤波器，本滤波器的截止频率为10Hz。3.根据权利要求1所述的一种智能风量风压监测仪，其特征在于:所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM ;所述微处理器采用具有CIP-51微处理器内核的〇8051^)20单片机，它内置641^字节？13811，4352字节片内RAM，Watchl05 Dog电路，12位ADC 和 DAC。4.根据权利要求1所述的一种智能风量风压监测仪，其特征在于:所述分频整形光耦模块采用8位PffM输出模式，采集风量风压需要的频率为200-1000HZ。5.根据权利要求1所述的一种智能风量风压监测仪，其特征在于:所述V/T转换电流输出模块采用4-20mA电流型信号作为输出，采用内含缓冲放大器和参考电压源的V/I转换芯片AD694。6.根据权利要求1所述的一种智能风量风压监测仪，其特征在于:所述上位机通信模块采用RS-485总线和CAN总线电路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收发芯片采用CTM8251，内部集成了电源隔离、电气隔离和PCA82C251CAN收发器。
【专利摘要】一种智能风量风压监测仪。本发明提高了矿井监控自动化水平，同时还可以传送至矿井分站处理系统，为通风机的控制调节提供依据；而且具有成本低、使用方便、测量精度高、兼容多种煤矿监控系统（如KJ66、KJ90、KJ95系统等）、性能稳定等优点。包括信号采集模块、人机交互模块、信号输出模块和通信模块；其结构特点是：所述信号采集模块包括负压传感器和差压传感器、采样电阻、低通滤波电路模块；所述人机交互模块包括微处理器、键盘、液晶屏、E2PROM；所述信号输出模块包括分频整形光耦模块和V/T转换电流输出模块；所述通信模块包括RS-485总线和CAN总线电路。
【IPC分类】F04D27/00, E21F17/18, E21F1/00
【公开号】CN105587339
【申请号】CN201410567251
【发明人】褚秀清
【申请人】褚秀清
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月23日