煤矿用自诊断乙烯传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及煤矿用自诊断乙烯传感器，本安外壳内本安电源电连接电池转换模块电连接中央处理器，本安电源还顺序电连接电源转换模块、乙烯检测电路、中央处理器，电源转换模块还电连接输出端口复用电路，电池转换模块电连接电源转换模块，中央处理器还分别红外连接红外遥控器，电连接显示模块，中央处理器电连接控制RS485通信模块、频率输出端、电流输出端的输出端口复用电路，特点在于乙烯检测电路。实现了电流型、频率型、RS485总线型输出多制式通信方式一体化，实现了对电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断，提高了抗干扰能力，信号输出平稳，手动及遥控零点、浓度灵敏度标校方便。
【专利说明】煤矿用自诊断乙烯传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿用传感器【技术领域】，涉及煤矿用乙烯传感器，尤其涉及煤矿用自诊断的乙烯传感器。
【背景技术】
[0002]目前，我国煤矿安全监测系统已取得长足发展，但还存在一些急需解决的问题，特别是在煤矿安全监测系统的信息采集与传输技术上的落后导致以下问题，受误报、监测盲区、采集方法落后、传感器调校周期短、智能化程度不高、维护工作量大、人员误操作等因素制约，严重影响了煤矿安全监控系统的可靠性。特别是现有煤矿用乙烯传感器无实质性故障自诊断功能，无元件损坏程度、电源工作状况是否正常的自诊断功能；只有有线数字信息传输功能或频率型信号传输功能，有信号线故障导致监控中断产生误报的技术问题等。目前不同矿山所采用的制式不同在选用时会造成不匹配等状况，乙烯传感器的自诊断功能不兀香。
实用新型内容
[0003]针对现有煤矿用乙烯传感器所存在的技术问题，增加自诊断功能。提供一种能够自行诊断元件损坏及电源是否正常工作，电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号是否故障的自诊断的煤矿用乙烯传感器，采用的乙烯检测电路提高了抗干扰能力，通过滤波设计使信号输出平稳，手动及遥控零点、浓度灵敏度标校方便。
[0004]本实用新型所要解决技术问题的技术方案是:提供一种煤矿用自诊断乙烯传感器，包括:本安外壳内本安电源电连接电池转换模块电连接中央处理器，本安电源还顺序电连接电源转换模块、乙烯检测电路、中央处理器，电源转换模块还电连接输出端口复用电路，电池转换模块电连接电源转换模块，中央处理器还分别红外连接红外遥控器，电连接显示模块，中央处理器电连接控制RS485通信模块、频率输出端、电流输出端的输出端口复用电路，特点在于:乙烯检测电路包括乙烯元件的WK、RF、CT端分别连接到乙烯元件接线端子J3的1、2、3端，乙烯元件接线端子J3的端子2通过场效应管SST177连接到端子1，场效应管SST177的G端通过电阻R21连接到+5V，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感NI连接到电容C9、C10、放大器U5的管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子2通过电感N2、电阻R22、R23连接到放大器U5管脚6，放大器U5管脚6通过电容ClO连接管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感N1、电容C9、电阻R22、电感N2连接到乙烯元件接线端子J3的端子2，放大器U5的管脚5通过电阻R24连接到2.5V，放大器U5管脚3通过电阻R28连接到2.5V，乙烯元件接线端子J3的端子I通过电感N3、电阻R25、电阻R26连接放大器U5的管脚2，电容C11、电容C12、电阻R27并联，一端接放大器U5的管脚1，一端接电阻R25和电阻R26的连接处，放大器U5管脚8通过电容C13连接管脚4，管脚8接+5V，管脚4接地，放大器U5管脚I通过电阻R29、电阻R30连接放大器U6管脚5，电阻R29、电阻R30的连接处通过电容C14接地，放大器U6管脚5通过电容C15连接放大器U6管脚3，放大器U6管脚3通过电阻R31接2.5V，放大器U6管脚2通过电阻R32、电位器W4、电阻R33连接放大器U6管脚6，电阻R36和电容C17并联，一端接放大器U6的管脚I，另一端接接放大器U6管脚2，电容C18和电阻R34并联，一端接接放大器U6管脚7另一端接放大器U6管脚6，接放大器U6管脚8通过电容C16连接管脚4，接放大器U6管脚8接+5V，接放大器U6管脚4接地，放大器U6管脚I通过电阻R37连接放大器U8管脚6，放大器U6管脚7通过电阻R35连接放大器U8管脚5，电容C20、电阻R38并联，一端接放大器U8管脚7，另一端接放大器U8管脚6，放大器U8管脚5通过电容C19接地，放大器U8管脚7通过电阻R39连接到单片机管脚电压信号输出端AN1，电压信号输出端ANl通过电容C22接地，2.5V通过电阻R41，电位器W3接地，电阻R41和电位器W3的连接处连接放大器U7管脚3，放大器U7管脚2连接其管脚1，放大器U7管脚I通过电阻R40连接放大器U8管脚5。
[0005]其中:无线模块与中央处理器电连接。
[0006]其中:输出端口复用电路包括选通开关U9的I管脚接电流输出端，2管脚接地，3管脚接频率输出端，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRLl与中央处理器的I/O 口连接，选通开关U9的4管脚接选通开关UlO的3管脚，选通开关UlO的I管脚与RS 485—A连接，2管脚接地，6管脚PORT—CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，选通开关Ull的I管脚接RS 485—B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRL3与中央处理器的I/O 口连接，电阻R9和选通开关UlO的4管脚相连接后，通过二极管D6和选通开关Ull的4管脚、电阻R15相连接，电阻R15和R9通过二极管D18相连接，电容C40、C41串联后分别接电阻R9和R15，C40、C41两电容串联的中点接地，C40、C41两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
[0007]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供了输出端口复用电路，实现了电流型、频率型、RS485总线型输出多制式通信方式一体化，满足目前煤矿安全监控系统不同通信制式的需求，能够通过有线或无线输出，信号实现了红外遥控功能，通过自诊断方法对中央处理器的软件编程，实现了本实用新型对电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断，同时实现了对乙烯元件的自诊断及信息传输，采用的乙烯检测电路提高了抗干扰能力，通过滤波设计使信号输出平稳，手动及遥控零点、浓度灵敏度标校方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1.本实用新型第一实施例结构原理图；
[0009]图2.本实用新型电源转换模块原理图；
[0010]图3.本实用新型乙烯检测电路原理图；
[0011]图4.本实用新型RS485通信模块原理图；
[0012]图5.本实用新型输出端口复用电路原理图；
[0013]图6.本实用新型显示模块原理图；
[0014]图7.本实用新型电池转换模块原理图；
[0015]图8.本实用新型第二实施例结构原理图；
[0016]图9.本实用新型无线模块原理图。【具体实施方式】
[0017]附图编号
[0018]图中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 为元器件的管脚号，101.本安电源，102.电池转换模块，103.电源转换模块，104.乙烯检测电路，105.中央处理器，106.RS485通信模块，107.频率输出端，108.电流输出端，109.显示模块，110.红外遥控器，111.输出端口复用电路，112.无线模块。
[0019]第一实施例
[0020]结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，一种煤矿用自诊断乙烯传感器，包括:本安外壳内本安电源101电连接电池转换模块102电连接中央处理器105，本安电源101还顺序电连接电源转换模块103、乙烯检测电路104、中央处理器105，电源转换模块103还电连接输出端口复用电路111，电池转换模块102电连接电源转换模块103，中央处理器105还分别红外连接红外遥控器110，电连接显示模块109，中央处理器105电连接控制RS485通信模块106、频率输出端107、电流输出端108的输出端口复用电路111。中央处理器105选用STM32F103V8T6型号的。特点在于:乙烯检测电路包括乙烯元件的WK、RF、CT端分别连接到乙烯元件接线端子J3的1、2、3端，乙烯元件接线端子J3的端子2通过场效应管SST177连接到端子1，场效应管SST177的G端通过电阻R21连接到+5V，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感NI连接到电容C9、C10、放大器U5的管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子2通过电感N2、电阻R22、R23连接到放大器U5管脚6，放大器U5管脚6通过电容ClO连接管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感N1、电容C9、电阻R22、电感N2连接到乙烯元件接线端子J3的端子2，放大器U5的管脚5通过电阻R24连接到2.5V，放大器U5管脚3通过电阻R28连接到2.5V，乙烯元件接线端子J3的端子I通过电感N3、电阻R25、电阻R26连接放大器U5的管脚2，电容C11、电容C12、电阻R27并联，一端接放大器U5的管脚1，一端接电阻R25和电阻R26的连接处，放大器U5管脚8通过电容C13连接管脚4，管脚8接+5V,管脚4接地，放大器U5管脚I通过电阻R29、电阻R30连接放大器U6管脚5，电阻R29、电阻R30的连接处通过电容C14接地，放大器U6管脚5通过电容C15连接放大器U6管脚3，放大器U6管脚3通过电阻R31接2.5V，放大器U6管脚2通过电阻R32、电位器W4、电阻R33连接放大器U6管脚6，电阻R36和电容C17并联，一端接放大器U6的管脚1，另一端接接放大器U6管脚2，电容C18和电阻R34并联，一端接接放大器U6管脚7另一端接放大器U6管脚6，接放大器U6管脚8通过电容C16连接管脚4，接放大器U6管脚8接+5V，接放大器U6管脚4接地，放大器U6管脚I通过电阻R37连接放大器U8管脚6，放大器U6管脚7通过电阻R35连接放大器U8管脚5，电容C20、电阻R38并联，一端接放大器U8管脚7，另一端接放大器U8管脚6，放大器U8管脚5通过电容C19接地，放大器U8管脚7通过电阻R39连接到单片机管脚电压信号输出端ANl，电压信号输出端ANl通过电容C22接地，2.5V通过电阻R41，电位器W3接地，电阻R41和电位器W3的连接处连接放大器U7管脚3，放大器U7管脚2连接其管脚1，放大器U7管脚I通过电阻MO连接放大器U8管脚5。
[0021]参见图5，其中:输出端口复用电路111包括选通开关U9的I管脚接电流输出端108，2管脚接地，3管脚接频率输出端107，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRLl与中央处理器105的I/O 口连接，选通开关U9的4管脚接选通开关UlO的3管脚，选通开关UlO的I管脚与RS 485—A连接，2管脚接地，6管脚PORT—CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，选通开关Ull的I管脚接RS 485—B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRL3与中央处理器105的I/O 口连接，电阻R9和选通开关UlO的4管脚相连接后，通过二极管D6和选通开关Ull的4管脚、电阻R15相连接，电阻R15和R9通过二极管D18相连接，电容C40、C41串联后分别接电阻R9和R15，C40、C41两电容串联的中点接地，C40、C41两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
[0022]参见图2，其中:电源转换模块为通用模块，Jl接本安电源输入端口，+IOV接电池转换模块输入端口，DC+ 9?24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供乙烯检测电路104及输出端口复用电路111使用由+5V电源转换模块输出端口接入，另一路经DC/DC变换器，变换成+3.3V供中央处理器105使用由+3V3电源转换模块输出端口接入。
[0023]参见图4，其中:RS485通信模块为通用模块，U4为低功耗RS485收发器，选用MAX3485型号的，完成信息的发送。
[0024]参见图6，其中:显示模块为通用模块，采用通用高亮度八段数码管，显示数值。
[0025]参见图7，其中:电池转换模块为通用模块。
[0026]第二实施例
[0027]结合图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9，一种煤矿用自诊断乙烯传感器，包括:本安外壳内本安电源101电连接电池转换模块102电连接中央处理器105，本安电源101还顺序电连接电源转换模块103、乙烯检测电路104、中央处理器105，电源转换模块103还电连接输出端口复用电路111，电池转换模块102电连接电源转换模块103，中央处理器105还分别红外连接红外遥控器110，电连接显示模块109，中央处理器105电连接控制RS485通信模块106、频率输出端107、电流输出端108的输出端口复用电路111。其中:中央处理器(105)选用STM32F103V8T6型号的。特点在于:乙烯元件的WK、RF、CT端分别连接到乙烯元件接线端子J3的1、2、3端。乙烯元件接线端子J3的端子2通过场效应管SST177连接到端子1，场效应管SST177的G端通过电阻R21连接到+5V，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感NI连接到电容C9、C10、放大器U5的管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子2通过电感N2、电阻R22、R23连接到放大器U5管脚6，放大器U5管脚6通过电容ClO连接管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感N1、电容C9、电阻R22、电感N2连接到乙烯元件接线端子J3的端子2，放大器U5的管脚5通过电阻R24连接到2.5V，放大器U5管脚3通过电阻R28连接到2.5V，乙烯元件接线端子J3的端子I通过电感N3、电阻R25、电阻R26连接放大器U5的管脚2，电容C11、电容C12、电阻R27并联，一端接放大器U5的管脚1，一端接电阻R25和电阻R26的连接处，放大器U5管脚8通过电容C13连接管脚4，管脚8接+5V,管脚4接地，放大器U5管脚I通过电阻R29、电阻R30连接放大器U6管脚5，电阻R29、电阻R30的连接处通过电容C14接地，放大器U6管脚5通过电容C15连接放大器U6管脚3，放大器U6管脚3通过电阻R31接2.5V，放大器U6管脚2通过电阻R32、电位器W4、电阻R33连接放大器U6管脚6，电阻R36和电容C17并联，一端接放大器U6的管脚1，另一端接接放大器U6管脚2，电容C18和电阻R34并联，一端接接放大器U6管脚7另一端接放大器U6管脚6，接放大器U6管脚8通过电容C16连接管脚4，接放大器U6管脚8接+5V，接放大器U6管脚4接地，放大器U6管脚I通过电阻R37连接放大器U8管脚6，放大器U6管脚7通过电阻R35连接放大器U8管脚5，电容C20、电阻R38并联，一端接放大器U8管脚7，另一端接放大器U8管脚6，放大器U8管脚5通过电容C19接地，放大器U8管脚7通过电阻R39连接到单片机管脚电压信号输出端ANl，电压信号输出端ANl通过电容C22接地，2.5V通过电阻R41，电位器W3接地，电阻R41和电位器W3的连接处连接放大器U7管脚3，放大器U7管脚2连接其管脚1，放大器U7管脚I通过电阻MO连接放大器U8管脚5。
[0028]参见图8，其中:无线模块112与中央处理器105电连接。
[0029]参见图5，其中:输出端口复用电路111包括选通开关U9的I管脚接电流输出端108，2管脚接地，3管脚接频率输出端107，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRLl与中央处理器105的I/O 口连接，选通开关U9的4管脚接选通开关UlO的3管脚，选通开关UlO的I管脚与RS 485—A连接，2管脚接地，6管脚PORT—CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，选通开关Ull的I管脚接RS 485—B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRL3与中央处理器105的I/O 口连接，电阻R9和选通开关UlO的4管脚相连接后，通过二极管D6和选通开关Ull的4管脚、电阻R15相连接，电阻R15和R9通过二极管D18相连接，电容C40、C41串联后分别接电阻R9和R15，C40、C41两电容串联的中点接地，C40、C41两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
[0030]参见图2，其中:电源转换模块为通用模块，Jl接本安电源输入端口，+IOV接电池转换模块输入端口，DC+ 9?24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供乙烯检测电路(104)及输出端口复用电路(111)使用由+5V电源转换模块输出端口接入，另一路经DC/DC变换器，变换成+3.3V供中央处理器(105)使用由+3V3电源转换模块输出端口接入。
[0031]参见图4，其中:RS485通信模块为通用模块，U4为低功耗RS485收发器，选用MAX3485型号的，完成信息的发送。
[0032]参见图6，其中:显示模块为通用模块，采用通用高亮度八段数码管，显示数值。
[0033]参见图7，其中:电池转换模块为通用模块。
[0034]参见图9，其中:无线模块为通用模块，无线数据传输采用的芯片是NordicSemiconductor公司生产的NRF24L01型，使用2.4GHz全球开放ISM频段。
[0035]为便于理解介绍一下本实用新型的工作原理:根据矿山目前使用的煤矿安全监控系统的信号输出类型，确定使用电流型输出或频率型输出或RS485总线型输出，采用红外遥控器设定信号输出类型，对应将输出端接入后，红外遥控器校准并调整本实用新型的初始状态，在有线信号正常时，使用有线输出信号形式，当有线信号中断时，自启动无线信号输出形式。对电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断方法参见以下一种煤矿用自诊断乙烯传感器的自诊断方法的介绍。
[0036]为便于理解在此介绍一下煤矿用自诊断乙烯传感器的自诊断方法。
[0037]一种煤矿用自诊断乙烯传感器的自诊断方法为:对通讯电路故障的诊断，首先判断信号输出类型，当PORT—CTRLl为高(H)电压，PORT—CTRL2为低(L)电压，PORT—CTRL3为低(L)电压时，为电流型输出，当PORT—CTRLl为低(L)电压，PORT—CTRL2为低(L)电压，PORT—CTRL3为低(L)电压时，为频率型输出，当PORT—CTRL I为任意(X )电压，PORT—CTRL2为高(H )电压，PORT—CTRL3为高(H)电压时，为RS485总线型输出，当信号输出类型为电流型输出时，电流型断路LED指示灯亮为断路，电流型断路LED指示灯熄灭为无断路，当电流型短路LED指示灯亮为短路，电流型短路LED指示灯熄灭为无短路，当信号输出类型为频率型输出时，频率型断路LED指示灯亮为断路，频率型断路LED指示灯熄灭为无断路，当频率型短路LED指示灯亮为短路，频率型短路LED指示灯熄灭为无短路，当信号输出类型为RS485总线型输出时，RS485通信失败LED指示灯点亮通信失败，RS485通信失败LED指示灯熄灭通信正常，特点在于:正常工作状态下电源转换模块101的VIN-ADC端经过精密电阻R51分压，通过中央处理器105内部模/数转换后换算成电压值，当电压值≥9V时本安电源101电路正常工作，有线通讯上传数据，当0 <电压值< 9V时，本安电源101电路欠压，煤矿用自诊断乙烯传感器电池转换模块102的备用电池工作，切断输出端口复用电路111，启动无线模块112，进行无线通讯数据上传，当电压值=0时，RS485通讯模块106或频率输出端107或电流输出端108通讯线断线，中央处理器105发出断开输出端口复用电路111及其电源指令，启动无线模块112，进行无线通信数据上传。
【权利要求】
1.一种煤矿用自诊断乙烯传感器，包括本安外壳内本安电源电连接电池转换模块电连接中央处理器，本安电源还顺序电连接电源转换模块、乙烯检测电路、中央处理器，电源转换模块还电连接输出端口复用电路，电池转换模块电连接电源转换模块，中央处理器还分别红外连接红外遥控器，电连接显示模块，中央处理器电连接控制RS485通信模块、频率输出端、电流输出端的输出端口复用电路，特征在于:乙烯检测电路包括乙烯元件的WK、RF、CT端分别连接到乙烯元件接线端子J3的1、2、3端，乙烯元件接线端子J3的端子2通过场效应管SST177连接到端子1，场效应管SST177的G端通过电阻R21连接到+5V，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感NI连接到电容C9、CIO、放大器U5的管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子2通过电感N2、电阻R22、R23连接到放大器U5管脚6，放大器U5管脚6通过电容ClO连接管脚7，乙烯元件接线端子J3的端子3通过电感N1、电容C9、电阻R22、电感N2连接到乙烯元件接线端子J3的端子2，放大器U5的管脚5通过电阻R24连接到2.5V，放大器U5管脚3通过电阻R28连接到2.5V，乙烯元件接线端子J3的端子I通过电感N3、电阻R25、电阻R26连接放大器U5的管脚2，电容C11、电容C12、电阻R27并联，一端接放大器U5的管脚1，一端接电阻R25和电阻R26的连接处，放大器U5管脚8通过电容C13连接管脚4，管脚8接+5V，管脚4接地，放大器U5管脚I通过电阻R29、电阻R30连接放大器U6管脚5，电阻R29、电阻R30的连接处通过电容C14接地，放大器U6管脚5通过电容C15连接放大器U6管脚3，放大器U6管脚3通过电阻R31接2.5V，放大器U6管脚2通过电阻R32、电位器W4、电阻R33连接放大器U6管脚6，电阻R36和电容C17并联，一端接放大器U6的管脚1，另一端接接放大器U6管脚2，电容C18和电阻R34并联，一端接接放大器U6管脚I另一端接放大器U6管脚6，接放大器U6管脚8通过电容C16连接管脚4，接放大器U6管脚8接+5V，接放大器U6管脚4接地，放大器U6管脚I通过电阻R37连接放大器U8管脚6，放大器U6管脚7通过电阻R35连接放大器U8管脚5，电容C20、电阻R38并联，一端接放大器U8管脚7，另一端接放大器U8管脚6，放大器U8管脚5通过电容C19接地，放大器U8管脚7通过电阻R39连接到单片机管脚电压信号输出端Ml,电压信号输出端ANl通过电容C22接地，2.5V通过电阻R41，电位器W3接地，电阻R41和电位器W3的连接处连接放大器U7管脚3，放大器U7管脚2连接其管脚1，放大器U7管脚I通过电阻MO连接放大器U8管脚5。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿用自诊断乙烯传感器，其特征在于:无线模块与中央处理器电连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿用自诊断乙烯传感器，其特征在于:输出端口复用电路包括选通开关U9的I管脚接电流输出端，2管脚接地，3管脚接频率输出端，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRLl与中央处理器的I/O 口连接，选通开关U9的4管脚接选通开关UlO的3管脚，选通开关UlO的I管脚与RS 485—A连接，2管脚接地，6管脚PORT—CTRL2与中央处理器的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，选通开关Ull的I管脚接RS 485—B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT—CTRL3与中央处理器的I/O 口连接，电阻R9和选通开关UlO的4管脚相连接后，通过二极管D6和选通开关Ull的4管脚、电阻R15相连接，电阻R15和R9通过二极管D18相连接，电容C40、C41串联后分别接电阻R9和R15, C40、C41两电容串联的中点接地，C40、C41两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
【文档编号】G01N33/00GK203606341SQ201320737418
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】梁运涛, 张东, 郝贵, 冯文彬, 张光德, 周勇, 杨波, 刘鹏, 肖开泰 申请人:煤科集团沈阳研究院有限公司, 抚顺中煤科工安全仪器有限公司