一种煤矿井下短信息终端的制作方法

专利名称：一种煤矿井下短信息终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数字信息的传输，以及在爆炸性气体环境
中电气设备上的交互输入、录入字符、编辑短信息；特别涉及访问公共总 线，信息在公共总线的传输；尤其涉及具有集中存取控制的装置。
技术背景现有技术中，在普通环境下可以发送短信息的手机或短信 装置品种繁多，数不胜数，但这些手机或短信装置都是在地面空间靠无线 电波来传输信号，这些设备因通不过防爆检验，都不适合爆炸性气体环境 使用。
例如煤矿井下，虽然有防爆的调度电话，但与庞大的工作地点分布而 言，这些调度电话数量相对较少。而且这些电话都是在固定地点安装的， 不能移动。井下一些工作岗位流动性大的人员， 一般工作性质都比较重要， 如果通过调度电话来寻找这些流动人员处理一些突发事件，寻人难度较大。
再者，在事故发生时，受灾地点如果调度电话断线或损坏，就失去了 与上级联系的通道。
虽然煤矿井下也开始使用无线电话，但煤矿井下不同于地面空间的自 然条件， 一来煤层地质对无线电波吸收很大，在空间狭隘的工作地点设置 基站效果不太理想，因此支持无线电话的基站大都设置在空间较大的主要 巷道，而且由于成本原因，也不可能将基站设置的很密集。而在灾害往往 发生在空间狭隘的工作地点，此时的现场，最需要与外界联系。
目前煤矿并下大都安装了环境安全监控系统和人员安全监控系统，但 至今还没有利用现有系统实现完全防爆的短信息通信的设备问世。因为实 现短信息通信的键盘需要与设备外壳一起通过GB3836.1 4爆炸气体环境 下电器设备的标准要求的检验，还要防尘防水防腐蚀，这在技术上有较大 难度
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，避免上述现有技术
的不足之处而提出一种煤矿井下短信息终端的结构，本实用新型短信息终 端采用的防爆键盘组类似于普通计算机、手机上使用的键盘，体积小手感 好防水防尘防腐蚀。使用时，每个使用者需用身份识别卡在短信息终端上 刷卡，才能进入使用阶段，短信息终端作为一个分站或接入现有的检测系 统网络，或自行组网。在接入现有的检测系统网络时，可以单独制造一设 备，也可以与现有的检测设备共用同一外壳，所以能够深入空间狭隘的工 作地点，从而为工作现场提供了一条与指挥机关通信的新通道。
本实用新型有利于生产调度，有益于安全生产和灾害救护。
本实用新型通过采用以下的技术方案来实现。
设计制造一种煤矿井下短信息终端，包括
一防爆键盘组，被装配于防爆壳体之上，所述防爆键盘组的引线接入
按键扫描电路；
一网络驱动模块，其传输接口是工业控制总线接口； 一身份识别模块的信息接收探头安装于防爆壳体的透光窗或塑胶部分
之下-,
一显示屏被安装于防爆壳体的透光窗之下，显示短信息以及控制提示 字符；
一汉字字库，存储汉字字符、符号、英文字符；
一主控模块连接网络驱动模块、按键扫描电路、身份识别模块、显示
屏汉字字库。
在第一实施方式中，所述煤矿井下短信息终端安装于单独外壳中；所 述防爆键盘组组装在防爆壳体上之后，外壳整体符合GB 3836爆炸性气体 环境电气设备标准要求，所述终端有唯一站号。
在第二实施方式中，所述煤矿井下短信息终端安装于复用外壳；所述 防爆键盘组组装在防爆壳体上之后，外壳整体符合GB 3836爆炸性气体环 境电气设备标准要求，复用外壳中的煤矿井下短信息终端部分有独立的唯 一站号。
所述信息接收探头包括RFID (Radio/Frequency Identification)无线 探头、射频卡天线、条形码读码器、光电接收器。
所述传输接口包括RS485总线接口、 CAN (Controller Area Network)
总线接口、 WORLDFIP (world factory instrumentation protocol)总线接
口、基金会现场总线接口、工业以太网接口。
所述信息接收探头读取身份识别卡卡号的距离小于40cm。
所述信息接收探头接收身份识别卡的卡号，传输到主控模块，主控模 块向传输接口发出包括卡号、本身站号，目的站号的询问请求指令。
所述主控模块还向传输接口发出包括本身站号、卡号、读取短信息的 时间、来信分站站号的回复信息。
所述显示屏的显示包括所读取身份识别卡的卡号、该卡号的历史短信 记录目录，以及是否读取历史记录的提示符。
与现有技术相比较，本实用新型的防爆键盘组体积小，手感好，防尘 防水，符合人们的键盘录入习惯，适合在爆炸性气体环境中使用。
本实用新型利用煤矿现有的监控系统网络或专门组网，利用现有的身 份识别卡形成井下 井上的短信息通信网络，成本低。
本实用新型为煤矿井下提供了除调度电话以外的另一条现场与指挥机 关联络的新通道。

图1是本实用新型煤矿并下短信息终端的防爆键盘装配在
防爆壳体上的示意图2是本实用新型煤矿井下短信息终端的单独外壳的示意图3是本实用新型煤矿井下短信息终端的复用外壳的示意图4是本实用新型煤矿井下短信息终端防爆键盘组一种实施方式中键 帽主体在未被按下时的第一位置时的示意图5是本实用新型煤矿井下短信息终端防爆键盘一种实施方式中键帽 主体在按下时的第二位置时的示意图6是本实用新型煤矿井下短信息终端防爆键盘上设置键帽字符、身 份识别卡为条码时的示意图7是本实用新型煤矿井下短信息终端防爆键盘上设置键帽字符、身 份识别卡为射频卡时的示意图8是本实用新型煤矿井下短信息终端防爆键盘上设置键帽字符、身 份识别卡为红外编码发射卡时的示意图9是本实用新型煤矿井下短信息终端身份识别卡各种方式和对应的 身份识别模块各种方式的示意图10是本实用新型煤矿井下短信息终端，针对图4实施方式按键扫描 电路的实施方式之一的电原理图11是本实用新型煤矿井下短信息终端，针对图4实施方式按键扫描 电路中发光器件的实施方式之一的电原理图12是本实用新型煤矿井下短信息终端，针对图4实施方式按键扫描 电路中键盘扫描集成电路选择之一的电原理图13是本实用新型煤矿井下短信息终端连接于网络时的示意图14是本实用新型煤矿井下短信息终端原理结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例对本实用新型做进一步详 尽的描述。
如图1 图14所示，设计制造一种煤矿井下短信息终端，其结构包括 一防爆键盘组20，在第一、第二实施方式中，通过压框71被压框螺 栓72固定在防爆壳体60之上。在其他实施方式里，可以用符合中华人民 共和国国家标准GB3836《爆炸性气体环境电气设备》要求的方法固定。 如图IO所示，所述防爆键盘组20的引线接入按键扫描电路40。 如图14所示， 一网络驱动模块110，其传输接口 111是工业控制总线 接口。
如图1所示， 一身份识别模块81的信息接收探头安装于防爆壳体60 的透光窗或塑胶部分之下。
一显示屏21被安装于防爆壳体60的透光窗之下，显示短信息以及控 制提示字符。
如图14所示， 一汉字字库150，存储汉字字符、符号、英文字符。 汉字字库的设置，是为了在显示屏显示汉字短信息。 一主控模块100连接网络驱动模块110、按键扫描电路40、身份识别
模块81、显示屏21、汉字字库150。
如图2所示，在第一实施方式中，所述煤矿并下短信息终端安装于单
独外壳IO，所述终端有唯一站号。
如图3所示，在第二实施方式中，所述煤矿井下短信息终端安装于复 用外壳ll，检视窗口91是同一外壳中其他检测设备的观察窗口，标牌92 是同一外壳中其他检测设备的说明，接线口51、 52、 53是各种电缆入口， 固定螺栓65将防爆壳体60与箱体50连接，复用外壳11中的煤矿井下短 信息终端部分有独立的唯一站号，同一外壳中其他检测设备有其他站号。
所述防爆键盘组20组装在防爆壳体60上和箱体50组装之后，外壳整 体及电气部分符合中华人民共和国国家标准GB 3836《爆炸性气体环境电 气设备》，和符合中华人民共和国行业标准MT209-1990《煤矿通信、检须!l、 控制用电工电子产品通用技术要求》，MT210-1990《煤矿通信、检测、控 制用电工电子产品基本试验方法》以及MT/T899-2000《煤矿用信息传输 装置》标准的要求。
如图9所示，所述信息接收探头包括RFID无线探头814、射频卡天线 811、条码扫描器813、红外接收器812。其中RFID无线探头814针对有 源的无线身份标识卡或是无源长距离读取卡。射频卡天线811针对短距离 无源的无线身份标识卡。
如图6 图8，相应地，每个下井人员携带无源卡、有源卡，安装在安 全帽上、灯头内，也可以独立存在形式，携带在身。
条码透光区851为条码扫描器813提供通路。
红外透光区831为红外接收器812提供通路。
所述信息接收探头读取身份识别卡80卡号的距离应在避免其他人干 扰的距离完成，例如小于40cm。这个尺寸不要求非常准确，但任何长距 离卡均不应在持卡人无意刷卡时，就使煤矿井下短信息终端频繁地误动作。 所以读取距离短一些为佳，当然的普通射频卡，例如E5557型号的卡，读 取距离在10cm左右，就可以保证可靠读取。
对于长距离读取的无线RFID卡804,可以通过减小安装在外壳内 RFlD无线探头814天线尺寸，附加屏蔽等方式减小读卡距离。
现在大多数煤矿都安装了人员安全监控系统，系统中每个员工都配置 了身份卡。本实用新型的煤矿并下短信息终端可以使用人员安全监控系统 的同一身份卡，这样就实现一卡多用，方便使用。
所述传输接口 1U包括RS485总线接口、CAN总线接口、WORLDFIP
总线接口、 FF—H1基金会现场总线接口，以及工业以太网接口。
可以使用的工业控制现场总线类型很多，在此不一一例举，应用时要 考虑哪一种总线接口在设计时考虑到本质安全，适合煤矿井下环境中应用。
所述的煤矿井下短信息终端是这样使用的
① 、首先由使用者在短信息终端上刷卡，身份识别模块81读取身份识
别卡80的卡号；
② 、主控模块100根据卡号，通过网络驱动模块110向传输接口 111
发送询问请求，然后等待网络回复，
③ 、此时在网络中如果有该卡号的新的短信息，系统就将所有新的短
信息发送到该短信息终端；如果网络中没有该使用者的新的短信 息，网络就向该短信息终端发送一相应的回复提示；
④ 、使用者阅读新的短信息或回复提示后，接下来使用者选择是用防
爆键盘组20编辑欲发短信息，再发送；还是选择退出操作。 所述信息接收探头接收身份识别卡80的卡号，传输到主控模块100， 主控模块100向传输接口 lll发出包括卡号、本身站号，目的站号的询问 请求指令。
所述显示屏21显示所读取身份识别卡80的卡号、该卡号的历史短信 记录目录，以及是否读取历史记录的提示符。
所述身份识别模块81读取身份识别卡80的卡号后，主控模块100检 索存储区180，由显示屏21显示该卡号的历史短信记录目录，使用者根据
提示选择是否读取历史记录。
所述主控模块100向传输接口 Ul发出包括本身站号、卡号、读取短 信息的时间、来信分站站号的回复信息。
在其他的实施方式中，所述主控模块100可以连接一人员信息库，所 述人员信息库中包括至少根据身份识别卡的卡号所对应的人员姓名、工作 岗位。
所述人员信息库定期更新，所述的更新包括增加、删除新增人员和离 岗人员的信息。
如图4所示按键30的一种实施方式
按键30包括一光发射器件和一光接收器件，所述光发射器件有出射光
线轴，光接收器件有接收光线轴。
一透镜部32位于光发射器件、光接收器件的上方。
一键帽总成33，位于透镜部32的前方，所述键帽总成33包括固定部、 折弯部、键帽主体和光导向部。
所述折弯部连接键帽主体；所述键帽主体下设置有光导向部。
所述固定部被固定，键帽主体在不受压力的第一位置，所述光导向部 折射的出射光线旁落在接收光线轴之外。
如图4所示，光导向部的导向上连接部与键帽主体连接，光导向部的 导向底部在最佳的设计方案中，是一接触面，导向中部也是一接触面。
所述键帽主体下设置第二反光部，第二反光部面对反光轴，所述光导 向部有移动反光部，在键帽主体在被按下的第二位置时，移动反光部折射 的出射光线与反光轴重合。
最佳的，第二反光部与接收光线轴成45。角，移动反光部与出射光线 轴成45°角。
如图5所示，所述键帽主体在被按下的第二位置，光导向部随同键帽 主体位移，导向底部和导向中部分别接触透镜部32的顶面和第二反光部的 顶面。
此时，所述光发射器件的沿出射光线轴出射的发射光线由光导向部折 射，沿接收光线轴射入光接收器件。
所述光接收器件的前方沿接收光线轴可以设置一散光屏蔽管，设置光 屏蔽管的作用是可以准确区分出射光线是否落入接收光线轴，只有准确落 入接收光线轴的光线，才可以通过光屏蔽管。
所述折弯部本身具有弹性或键賴主体下设置弹性单元；所述弹性单元 的一端顶在键帽主体上，在键帽主体不受压力时，弹性单元弹起键帽主体 15，使键帽主体位于第一位置。
所述弹性单元包括弹簧、拉簧、弹片、弹性橡胶体、弹性机构。
还有其他形式可以使用的防爆键盘组20。
图10是图4防爆键盘组20实施例的配套电路，是光接收器件接入按 键电路40的一种形式，可以实现的形式众多，在此仅举图10—例作以说 明，说明本实用新型在技术上的可行性。
图中标有"312"标号的是本实用新型所述的光接收器件，其集电极连 接电阻R22，通过R22再连接图12所示的键盘集成电路ZLG7290，连接 DIG1管脚。
光接收器件的发射极连接ZLG7290的管脚SEGC，在对应的键帽主 体未被按下时，光接收器件没有光照射，处于截止状态，本身呈现很大的 电阻，几乎没有电流流过。ZLG7290扫描所有的DIG0 DIG7、 SEGA SEGH引脚，均没有流出电流和流入电流，判定此时没有按键按下。
当光接收器件对应的键帽主体被按下时，光接收器件被光照射，处于 导通状态，ZLG7290扫描所有的DIG0 DIG7、 SEGA SEGH引脚，发 现DIG1有流出电流和SEGC有流入电流，判定此时有按键按下，ZLG7290 的/INT引脚输出中断信号，将按键信息通过SDA、 SCL、 GND引脚输出 到微处理器。
光接收器件可以选用多种光敏元件，光敏二极管、光敏三极管、达林 顿光敏管、场效应光敏管均可，后续也可以迸一步放大再接入按键电路。
图11是本实用新型煤矿信息装置用按键中光发射器件接入电源，使其 工作的电原理图。这是一个简单原理，电阻Rl的阻值大小决定光发射器 件的工作电流大小， 一般都在毫安级。
光发射器件可以选用的型号很多，最佳的，可以选用光发射器件和光 接收器件组合器件，这样光波波长相配，有利于应用。
图12所示的键盘集成电路ZLG7290并不是唯一的选用，还有许多键 盘集成电路能很好地完成任务，也可以用微处理器实现键盘扫描功能。
如图7所示，不止一只的按键30组成防爆键盘组20，在按键30的键 帽顶部制备有数字0 9， 26个英文字母A Z,及一些操作符号。这些符 号标识的按键配合显示屏的提示，进行不同的操作。
如图13所示，网络3连接并上短信息终端2，并上短信息终端2 —般 是指挥机关，网络3包括工业控制总线以及工业以太网，可以在网络3中 设置至少一台集信终端4,集信终端4是一个海量的数据缓冲区，设置集 信终端4的好处较多。
所述由井上短信息终端2新来的短信息在网络3的集信终端4上保留 —个设定的保留时间，到期时仍未被目标人取走，该短信息将被退回发送地。
网络3可以单独用工业控制总线构成，应用于规模较小的煤矿，如CAN 总线。
虽然CAN总线的数据帧很短，但可以用多个数据帧组合成数据包来发送。
对于规模较大的煤矿，可以考虑工业以太网与工业控制总线结合。因 为现有技术中，每一种工业以太网都有与其相近匹配的现场总线，比如FF —HSE与FF— H1 (Reldbus Foundation)基金会现场总线相近匹配； PROFINET与Profibus (Process Field bus)现场总线相近匹配等等。
因此网络3可以在采区采用现场总线，例如RS485总线、CAN总线 和Worldfip (Wortd factory instrumentation protocol)总线，干线或井上 部分上采用工业以太网。这样可以减少投资，又保证了数据流通速度。另 外，西门子公司推出的工业以太网PROFINET 1/0产品已经可以直接替代 现场总线。
本实用新型的具体实施方式
不止上述各种，本实用新型所例举的实施 例并非对自己的限定，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实 用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰， 均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1、一种煤矿井下短信息终端，其特征在于，所述终端的结构包括一防爆键盘组(20)，被装配于防爆壳体(60)之上，所述防爆键盘组(20)的引线接入按键扫描电路(40)；一网络驱动模块(110)，其传输接口(111)是工业控制总线接口；一身份识别模块(81)的信息接收探头安装于防爆壳体(60)的透光窗或塑胶部分之下；一显示屏(21)被安装于防爆壳体(60)的透光窗之下，显示短信息以及控制提示字符；一汉字字库(150)，存储汉字字符、符号、英文字符；一主控模块(100)连接网络驱动模块(110)、按键扫描电路(40)、身份识别模块(81)、显示屏(21)、汉字字库(150)。
2、 根据权利要求1所述的煤矿井下短信息终端，其特征在于所述煤矿井下短信息终端安装于单独外壳(10);所述防爆 键盘组(20)组装在防爆壳体(60)上之后，外壳整体符合GB 3836爆炸性气体环境电气设备标准要求，所述终端有唯一站号。
3、 根据权利要求1所述的煤矿井下短信息终端，其特征在于-所述煤矿井下短信息终端安装于复用外壳(ll);所述防爆 键盘组(20)组装在防爆壳体(60)上之后，外壳整体符合GB 3836爆炸性气体环境电气设备标准要求，复用外壳(11)中的 煤矿井下短信息终端部分有独立的唯一站号。
4、 根据权利要求1所述的煤矿井下短信息终端，其特征在于所述信息接收探头包括RFID无线探头(814)、射频卡天 线(811)、条码扫描器(813)、红外接收器(812)。
5、 根据权利要求1所述的煤矿井下短信息终端，其特征在于所述传输接口 (111)包括RS485总线接口、 CAN总线接 口、 WORLDFIP总线接口、基金会现场总线接口，以及工业以 太网接口。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下短信息终端，其特征在于所述信息接收探头读取身份识别卡(80)卡号时的距离小于40cm。
专利摘要一种煤矿井下短信息终端，其结构包括一防爆键盘组被装配于防爆壳体之上，一网络驱动模块的工业控制总线接口连接网络；一身份识别模块的接收探头安装于防爆壳体的透光窗或塑胶部分之下；透光窗之下的显示屏显示短信息和控制提示字符；一主控模块连接网络驱动模块、按键扫描电路、身份识别模块、显示屏、汉字字库。使用时，先在短信息终端上刷卡，读取卡号；然后向网络发送询问请求，等待回复；然后网络发来新短信或无信息提示。本实用新型的防爆键盘组体积小手感好，防水防尘防腐蚀。短信息终端可以作为一个分站接入现有的检测系统，从而为煤矿井下提供了一条与指挥机关通信的新通道。
文档编号G06K9/00GK201178474SQ20082009252
公开日2009年1月7日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者李玉平 申请人:李玉平