矿井下便携式多功能数据采集控制箱的制作方法

1.本技术涉及井下数据采集技术领域，尤其涉及矿井下便携式多功能数据采集控制箱。


背景技术：

2.矿井下需要采集的信号种类较多，大多为电压、电流以及12v电磁阀输出控制为主。相关技术中井下应用的多为单种类数据采集模块，且需要给采集模块外接供电，而且井下进行电流量采集的方式主要为在供电回路中串联电阻，而后测量电阻两端电压，根据电阻与电压的数值计算出电流量，这其中，会因为线路中电压受到干扰而导致采集结果不准的现象。并且相关技术中井下数据采集过程中大多为通过usb线进行数据采集，实验人员无法进行远程数据采集。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本实用新型的实施例提出一种矿井下便携式多功能数据采集控制箱，可实现对矿井下输出信号为电压、电流、数字量的各种类型传感器进行数据采集，以及具有12v/24v输出控制的功能，整体便于携带，通用性好，无需外部供电，数据采集误差小。
5.根据本实用新型实施例的矿井下便携式多功能数据采集控制箱，包括：
6.壳体，所述壳体具有第一容纳腔；
7.框架，所述框架设置在所述第一容纳腔内，所述框架具有第二容纳腔；
8.数据采集机箱，所述数据采集机箱设置在所述第二容纳腔内，所述数据采集机箱上设置有采集卡；
9.电池，所述电池设在所述第二容纳腔内，所述电池与所述数据采集机箱电连接以便向所述数据采集机箱供电；和
10.盖板，所述盖板设在所述框架上且覆盖所述第二容纳腔的上端，所述盖板设置有通讯接口和信号接口，所述数据采集机箱与所述通讯接口和所述信号接口中的每一者连接电池定位腔电池定位腔。
11.上述实施例中通过在电池定位腔内放置电池，利用电池为框架内的数据采集机箱进行自供电，无需外部供电，省去了外部输电线缆的接线，便于携带，并且结构设计合理，便于清洁。
12.在一些实施例中，进一步包括：
13.第一固定架和第二固定架，所述第一固定架和所述第二固定架沿第一水平方向间隔开地设在所述框架上，第一固定架和第二固定架中的每一者沿第二水平方向延伸，所述第一水平方向垂直于所述第二水平方向；
14.电池定位架,所述电池定位架沿所述第一水平方向延伸，所述电池定位架与第一固定架和第二固定架中的每一者相连，第一固定架、第二固定架、电池定位架和所述框架之
间限定出电池定位腔，所述电池的一部分配合在所述电池定位腔内；和
15.电池支撑架，所述电池支撑架设在所述框架上，所述电池支撑架位于第一固定架、第二固定架和电池支撑架的下方，所述电池支撑在所述电池支撑架上。
16.在一些实施例中，进一步包括：
17.第三固定架，第一固定架、第二固定架和第三固定架沿所述第一水平方向间隔开地设在所述框架上，第二固定架在所述第一水平方向上位于第一固定架和第三固定架之间；
18.第一导轨，所述第一导轨和所述第一固定架和第二固定架中的每一者相连，所述第一导轨上设置有接线端子排；和
19.第二导轨，所述第二导轨和所述第二固定架和所述第三固定架中的每一者相连，所述第二导轨上设置有继电器和隔离变送器，所述继电器和隔离变送器均与所述信号接口连接，所述继电器和隔离变送器均通过所述接线端子排与所述采集卡连接电池定位腔。
20.在一些实施例中，所述第一导轨和所述第二导轨中的每一者沿所述第一水平方向延伸，所述第一导轨和所述第二导轨沿所述第二水平方向间隔开地设置。
21.在一些实施例中，所述采集卡包括数字量板卡、电压采集板卡以及电流采集板卡，所述数字量板卡、电压采集板卡和电流采集板卡分别插入在所述数据采集机箱内对应的板槽内以用于与数据采集机箱进行信号传输；
22.所述信号接口包括电压信号接口、电流信号接口以及控制接口，所述电压信号接口与所述电压采集板卡连接，所述电流信号接口通过所述隔离变送器与所述电流采集板卡连接，所述控制接口通过所述继电器与所述数字量板卡连接。
23.在一些实施例中，所述采集卡包括数字量板卡、电压采集板卡以及电流采集板卡，所述数字量板卡、电压采集板卡和电流采集板卡分别插入在所述数据采集机箱内对应的板槽内以用于与数据采集机箱进行信号传输；
24.所述信号接口包括电压信号接口、电流信号接口以及控制接口，所述电压信号接口与所述电压采集板卡连接，所述电流采集板卡通过所述隔离变送器与所述电流采集板卡连接，所述控制接口通过继电器与所述数字量板卡连接。
25.在一些实施例中，所述电压信号接口设置数量为至少两个且至少两个所述电压信号接口组成电压采集转接区；
26.所述电流信号接口设置数量为至少两个且至少两个所述电流信号接口组成电流采集转接区；
27.所述控制接口设置数量为至少两个且至少两个所述控制接口组成数字继电器控制转接区。
28.在一些实施例中，所述框架设有多个沉头孔，所述数据采集机箱设有多个与所述沉头孔一一对应的螺栓孔，所述沉头孔通过螺栓与所述螺栓孔连接。
29.在一些实施例中，所述盖板开设有通讯固定孔，所述通讯接口设置在所述通讯固定孔内且所述通讯接口为以太网接口和/或usb接口；所述盖板还设置有电池面板，所述电源输出接口设置在所述电池面板上且所述电池面板设置有开关，所述电池通过开关与所述电源输出接口连接。
30.在一些实施例中，所述电源输出接口包括12v电源输出接口和/或24v电源输出接
口，所述12v电源输出接口和/或24v电源输出接口设置在所述电池面板上，所述12v电源输出接口和/或24v电源输出接口通过开关与电池连接；所述电源输入接口包括12v电源输入接口和/或24v电源输入接口，所述12v 电源输出接口和/或所述24v电源输出接口与所述数据采集机箱连接；所述12v 电源输出接口与12v电源输出接口连接，所述24v电源输出接口与24v电源输出接口连接。
附图说明
31.图1是根据本技术实施例中无盖板框架总装图。
32.图2是根据本技术实施例中框架的右视图。
33.图3是根据本技术实施例中带盖板框架总装图。
34.图4是根据本技术实施例中盖板的结构示意图。
35.图5是根据本技术实施例总装图。
36.附图标记：
37.电池1、框架2、电池定位架3、电池支撑架4、第一固定架5、第一导轨 6、第二导轨7、数据采集机箱8、数字量板卡9、电压采集板卡10、电流采集板卡11、螺栓孔12、第三固定架13、24v电源输入口14、12v电源输入口15、盖板固定孔16、信号接口17、以太网接口18、通讯固定孔19、usb接口20、型号印刷处21、电流采集转接区22、电压采集转接区23、数字继电器控制转接区24、品牌印刷处25、防护盖26、壳体27。
具体实施方式
38.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
39.本技术公开了一种矿井下便携式多功能数据采集控制箱，包括壳体、框架、数据采集机箱、电池和盖板，壳体具有第一容纳腔，框架设置在第一容纳腔内，框架具有第二容纳腔，数据采集机箱设置在第二容纳腔内，数据采集机箱上设置有采集卡，电池设在第二容纳腔内，电池与数据采集机箱电连接以便向数据采集机箱供电；电池设在第二容纳腔内，电池与数据采集机箱电连接以便向数据采集机箱供电；盖板设在框架上且覆盖第二容纳腔的上端，盖板设置有通讯接口和信号接口，数据采集机箱与通讯接口和信号接口中的每一者连接。
40.根据本技术实施例的第一容纳腔内放置框架，第二容纳腔内放置电池，利用电池为框架内的数据采集机箱进行自供电，无需外部供电，省去了外部输电线缆的接线，便于携带。
41.下面根据图1-5具体描述本技术的实施例；
42.图1是根据本技术实施例整体结构剖面图，图2是根据本技术实施例中框架的右视图，图5是根据本技术实施例总装图，如图1、图2和图5所示，一种矿井下便携式多功能数据采集控制箱，包括壳体27、框架2、第一固定架5、第二固定架、第三固定架13、电池定位架3和数据采集机箱8；壳体27具有第一容纳腔，壳体27通过连接销与防护盖26活动连接，也就是说，防护盖 26能够以连接销为支点在壳体27上前后翻转运动。
43.框架2设置在第一容纳腔内。也就是说，将框架2放置在壳体27内的第一容纳腔内以用于对框架2限位。需要注意的是，框架2整体结构形状为矩形。
44.框架2具有第二容纳腔，第一固定架5、第二固定架和第三固定架13依次设置在第二容纳腔内，第一固定架5、第二固定架和框架2之间形成第三容纳腔，第二固定架、第三固定架13和框架2之间形成第四容纳腔，第二容纳腔内设置有用于支撑电池的电池支撑架4，电池支撑架4设置在框架2的内壁上，电池支撑架4穿设在第三容纳腔和第四容纳腔内且电池支撑架4位于第一固定架5和第二固定架的下方。也就是说，将第一固定架5、第二固定架以及第三固定架13按照一定间距依次布置第二容纳腔内，第一固定架5固定在第二容纳腔的一侧，第三固定架13固定在第二容纳腔的另一侧，第二固定架位于第一固定架5与第三固定架13之间的第二容纳腔内，利用第一固定架5、第二固定架和框架2之间形成的第三容纳腔以及第二固定架、第三固定架13 和框架2之间形成的第四容纳腔，两个相对独立的容纳腔可为元件提供安装空间，便于后续清理以及更换维修。
45.电池定位架3设置在第三容纳腔内，且电池定位架3、第一固定架5、第二固定架以及框架2之间形成用于放置电池的电池定位腔，电池定位腔内放置防爆锂电池用于为数据采集机箱8供电；数据采集机箱8设置在第四容纳腔内，数据采集机箱8上设置有采集卡，采集卡用于与数据采集机箱8信号传输。需要注意的是，数据采集机箱8为以太网机箱或usb机箱，本实施例中数据采集机箱8为以太网机箱。
46.图3是根据本技术实施例中带盖板框架总装图，图4是根据本技术实施例中盖板的结构示意图，如图3和4所示，盖板覆盖在第二容纳腔上且盖板上开设有盖板固定孔16，盖板固定孔16通过螺栓安装在框架2上部；盖板设置有电源输出接口、电源输入接口、通讯接口以及信号接口，电源输出接口分别与电池定位腔内的电池与电源输入接口连接，电源输入接口与数据采集机箱8 连接，数据采集机箱8分别与通讯接口和信号接口连接。也就是说，框架2 内的电池通过电源输出接口向外输出电能，并通过电源输入接口向数据采集机箱8供电，数据采集机箱8通过通讯接口与外部上位机进行通讯，数据采集机箱8通过数据采集卡与信号接口进行信号传输，实现外部数据采集以及向外部发送控制信号。
47.在一些实施例中，第一固定架5和第二固定架之间设置有第一导轨6，电池定位腔，第一导轨和第一固定架和第二固定架中的每一者相连接，第一导轨位于远离电池定位腔的第一固定架和第二固定架之间的位置上，第一导轨与电池定位腔之间设置有一定间距，第一导轨6上设置有接线端子排；第二固定架与第三固定架13之间设置有第二导轨7，第二导轨和第二固定架和第三固定架中的每一者相连接，第二导轨中的每一者沿第一水平方向延伸，第一导轨和第二导轨沿第二水平方向间隔开地设置，且第二导轨7位于远离数据采集机箱 8的第二固定架和第三固定架13的位置上，第二导轨与数据采集机箱之间设置有一定间距，第一导轨6和第二导轨7整体交错布置在第二容纳腔内，第二导轨7上设置有继电器和隔离变送器，继电器的作用是将io卡的5v数字量输出转化为12v/24v开关输出，从而控制矿井下的阀体，0-500ma转0-20ma的隔离变送器的作用是去采集控制阀回路中的电流，由于控制器回路中电流较大，因此使用隔离变送器将其降到0-20ma的范围内，以便采集卡进行采集，继电器和隔离变送器均通过接线端子排与采集卡和信号接口连接。也就是说，电池定位腔设置在第一固定架5和第二固定架之间的第三容纳腔的一侧，第一导轨6设置在第三容纳腔的另一侧且固定在第一固定架6和第二固定架，数据采集机箱8设置在第二固定架与第三固
定架13之间的第四容纳腔的一侧且数据采集机箱8与电池定位腔交错设置，第二导轨7设置在第四容纳腔的另一侧且第二导轨7固定在第二固定架和第三固定架13上，此时第一导轨6与数据采集机箱8处于同一竖直平面内，第二导轨7与电池定位腔处于同一竖直平面内，交错布置的第一导轨6和第二导轨7为内部线路布置提供了安装空间，便于后续线路安装以及清理。
48.在一些实施例中，采集卡包括数字量板卡9、电压采集板卡10以及电流采集板卡11，数字量板卡9、电压采集板卡10和电流采集板卡11分别插入在数据采集机箱8内对应的板槽内以用于与数据采集机箱8进行信号传输，数字量板卡9选用的是32路双向数字io卡，电压采集板卡10选用的是8路电压采集卡，电流采集板卡11选用的是8路电流采集卡，采集卡与机箱8通过卡扣的方式进行固定；信号接口17包括电压信号接口、电流信号接口以及控制接口，电压信号接口与电压采集板卡10连接，电流信号接口通过隔离变送器与电流采集板卡10连接，控制接口通过继电器与数字量板卡9连接。也就是说，利用电压信号接口采集外部电压信号随后通过电压采集板卡10将电压信号传输至数据采集机箱8，同理，电流信号接口采集外部电流信号通过隔离变送器将0-500ma的电流转换为0-20ma的电流传输给电流采集板卡11，电流采集板卡11将采集的电流信号传输至数据采集机箱8，继电器的作用是将数据采集板卡的5v数字量输出转化为12v/24v开关量通过控制接口向外输出，从而矿井下的控制阀动作。
49.在一些实施例中，电压信号接口设置数量为至少两个且至少两个电压信号接口组成电压采集转接区23；电流信号接口设置数量为至少两个且至少两个电流信号接口组成电流采集转接区22；控制接口设置数量为至少两个且至少两个控制接口组成数字继电器控制转接区24。也就是说，在盖板上设置有电流采集转接区22、电压采集转接区23以及数字继电器控制转接区24，各转接区内分别配置有至少两个信号接口，提高整体信号采集数量。需要注意的是，本实施例中的信号接口采用同一型号的航空插头，提高整体信号接口的通用性。
50.在一些实施例中，框架2设有多个沉头孔，数据采集机箱8设有多个与沉头孔一一对应的螺栓孔12，沉头孔通过螺栓与螺栓孔12连接。本实施中沉头孔的设置数量为2个，螺栓孔12的设置数量也为2个，2个沉头孔设置在外部框架的底板上，螺栓孔设置在数据采集机箱底板上，将螺栓穿过框架2底板沉头孔与机箱的螺栓孔12，即可将机箱8固定在整体框架上面，再将采集卡与控制卡插入到机箱内部，实现数据采集机箱的固定。
51.在一些实施例中，盖板开设有通讯固定孔19，通讯接口设置在通讯固定孔19内且通讯接口为以太网接口18和/或usb接口20。需要注意的是，本实施例中通讯接口为以太网接口18和usb接口20，数据采集机箱8为以太网接口，可以进行远程数据采集，此位置除了可以放置此款机箱，也可以放置usb 接口的机箱，其尺寸与以太网接口的一样，但是价格要低，在一些非远程的情况下，可以替换为usb接口的机箱，此设计在设备的使用上也较为灵活。
52.在一些实施例中，盖板还设置有电池面板，电源输出接口设置在电池面板上且电池面板设置有开关，电池通过开关与电源输出接口连接，电源输出接口包括12v电源输出接口和/或24v电源输出接口，12v电源输出接口和/或24v 电源输出接口设置在电池面板上，12v电源输出接口和/或24v电源输出接口通过开关与电池连接；电源输入接口包括12v电源输入接口15和/或24v电源输入接口14，12v电源输出接口15和/或24v电源输出接口14与数
据采集机箱8连接；12v电源输出接口与12v电源输入接口15连接，24v电源输出接口与24v电源输入接口15连接。也就是说，在使用时将防爆锂电池的12v输出口、4v输出口使用特定线缆连接至采集箱的12v输入口与24v输入口，打开防爆锂电池开关，使用航空插头连接实验员想要采集的信号接口或控制的控制接口，使用上位机进行响应的配置，即可进行相应的数据采集与控制。
53.需要注意的是，电池面板上还可设置具有电量显示指示，当电量较少时，需将充电器接口插入锂电池面板中的24v接口中，并且需要关闭电源的输出，方可进行充电操作。
54.需要注意的是，盖板上还可设置型号印刷处以及品牌印刷处，有助于用户了解设备品牌以及设备型号。
55.本技术实施例的整体工作过程为：将外部框架拼接完成后，将第一导轨支撑固定架5与第二导轨支撑固定架13通过螺栓固定的方式固定在外部框架上面，右侧的第一导轨支撑架固定在外部框架右侧壁上，左侧的第一导轨支撑架固定的位置要保证防爆锂电池在横向方向上，满足面板上电池口的位置。然后再将电池定位架3通过螺栓固定的方式固定在第一导轨支撑固定架5上面，保证电池在纵向位置上满足电池口的位置，随后将防爆锂电池放入进去。再将第一导轨6通过螺栓固定的方式固定在第一导轨支撑固定架5上面，第一导轨放置的是接线端子排。将第二导轨7固定在第二导轨支撑固定架13与第一导轨支撑固定架5右侧架上面，其上放置的是继电器与0-500ma转0-20ma的隔离变送器，其中继电器的作用是将io卡的5v数字量输出转化为12v/24v开关输出，从而控制矿井下的阀体，0-500ma转0-20ma的隔离变送器的作用是去采集控制阀回路中的电流，由于控制器回路中电流较大，因此使用隔离变送器将其降到0-20ma的范围内，以便采集卡进行采集。然后再将数据采集机箱8放到图中位置，在外部框架的地板上开有2个沉头孔，在采集机箱底板处也有2 个开好的螺栓孔，将螺栓穿过框架底板沉头孔与机箱的螺栓孔，即可将机箱固定在整体框架上面，再将采集卡与控制卡插入到机箱内部，机箱选用的是以太网机箱，数字采集卡选用的是32路双向数字io卡，电压采集卡选用的是8 路电压采集卡，电流采集卡选用的是8路电流采集卡，采集卡与机箱通过卡扣的方式进行固定。在以上步骤都做好后，在里面就可以进行电路接线，接好导线后，将航空插头、usb、以太网、采集箱24v、12v输入接口都固定在面板上相应的位置后，即可用螺栓通过盖板固定孔16，将盖板固定在外部支架上面。型号印刷处21与品牌印刷处25印上相应的标志，再将整个框架放到数据采集箱箱体外壳27内。最后将防爆锂电池的12v输出口与24v输出口连接到采集箱的12v输入口与24v输入口，将采集箱通过以太网的方式与上位机相连，打开电源，即可实现数据采集与控制的功能。该采集箱内集成了数字量输入输出板卡9、电压采集卡10、电流采集卡11，可以满足矿井下各种信号的采集与控制需求，真正的做到了一箱多用的功能。本采集箱面板上面的数据采集转接口17皆使用的是同种航空插头，各针脚定义清晰，使用一致性好；本采集箱重量较轻，易于携带；本采集箱具有盖板且配色均采用黑色与蓝色搭配，且均为金属表面，不易被煤尘侵入箱体内部，且易于对沾染在外壳表面的煤尘进行清理。
56.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或
元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
60.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。