专利名称：矿用隔爆兼本安型计算机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿和非煤矿山使用的计算机，尤其涉及一种矿用隔爆兼本安型计算机。
背景技术：
在矿井隔爆计算机中，矿井监控系统用隔爆兼本安型计算机比较普遍，实现井下数据处理、显示，井下分站通过RS485、CAN、以太网等通信接口与井下分站等设备进行通信。但是，在通信功能及供电方式上，不具有与千米定向钻机随钻测量系统进行通信功能，需要单独的配电电源箱供电；在矿井远程水平钻机控制系统和避难硐室的矿用隔爆计算机不具备声音输入输出功能；不同时具有图像、数据和声音处理并隔离输入输出信号功能，在信号隔离方式上，以太网信号隔离多采用光纤转换，或者直接采用磁隔离，导致隔爆腔体积较大，RS232信号转换成RS485信号进行隔离，声音多采用语音转换电路进行隔离；现有矿用隔爆计算机多采用LCD或者LED屏，均需要逆变器，高压在矿井中存在安全隐患。
实用新型内容本实用新型解决的具体问题是，提供矿用隔爆兼本安型计算机，包括工控板，USB无线模块，信号控制板，信号隔离模块，USB信号转换模块，其特点是所述工控板输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块；并且，工控板接收信号隔离模块输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，进行处理后输出到显示屏显示；所述信号隔离模块接收所述工控板输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，并将收到的信号分别进行信号隔离处理后，输出USB信号到USB信号转换模块，输出RS485信号到RS485信号接口，输出RS232信号到信号控制板；并且信号隔离模块接收信号控制板输出的RS232信号，进行隔离处理后，输出到工控板；信号隔离模块接收USB信号转换模块输出的USB信号，进行隔离处理后，输出到工控板；信号隔离模块接收RS485信号接口输出的RS485信号，进行隔离处理后，输出到工控板；所述信号控制板接收信号隔离模块输出的RS232信号，进行转换以及隔离处理，输出电流信号到外部装置；并且信号控制板接收外部装置输出的电流信号，进行转换以及隔离处理后，输出RS232信号到信号隔离模块；所述USB信号转换模块接收信号隔离模块输出的USB信号，进行处理后，输出音频信号到矿用本安型耳麦，输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备；USB信号转换模块接收矿用本安型耳麦输出的音频信号，接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号，进行处理后，输出USB信号到信号隔离模块；并且USB信号转换模块与矿用本安型键盘配接。本实用新型具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能，并隔离输入输出信号，具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能，在隔爆腔中通过信号隔离
4模块同时隔离RS232、RS485和USB信号，并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号，信号抗干扰能力强，所需隔爆腔体积小；成本低，重量轻。根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案，所述工控板与USB无线模块进行双向信号通讯；所述工控板将收到的信号进行处理，将处理后的信号通过USB无线模块发送到基站，并且，所述工控板通过USB无线模块接收基站发出的信号，进行处理，输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块。根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案，所述信号控制板包括RS232信号转TTL电平模块、第一光隔离模块、TTL电平转RS232信号模块和RS232信号转电流信号模块；其中，所述RS232信号转TTL电平模块接收信号隔离模块输出的RS232信号,将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块进行光隔离,所述第一光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块，所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块，所述RS232信号转电流信号模块将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置。该优选方案中，信号控制板先将RS232转换成TTL电平信号，进行输入输出隔离后，将TTL电平信号转换成RS232信号，再将RS232信号转换成电流信号输出，电路结构简单，成本低，没有采用常规的将RS232信号转换成RS485信号进行隔离的电路。根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案，所述信号控制板还包括TTL电平转RS232信号模块、第二光隔离模块、RS232信号转TTL电平模块和电流信号转RS232信号模块；其中，所述电流信号转RS232信号模块接收外部装置输出的电流信号，将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块；所述RS232信号转TTL电平模块将RS232信号信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块进行光隔离，所述第二光隔离模块将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块，所述TTL电平转RS232信号模块将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块。根据本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的优选方案，显示屏为液晶屏，由矿用本安驱动电路驱动，无需逆变器，成本低，重量轻，安全性高。本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的有益效果是，本实用新型具有同时对图像、数据和声音进行处理的功能，并隔离输入输出信号，具有与矿用本安型随钻测量装置等外部装置进行直接通讯功能，在隔爆腔中通过信号隔离模块同时隔离RS232、RS485和USB信号，并将隔离后的USB信号转换成音频信号和以太网信号，信号抗干扰能力强，所需隔爆腔体积小；由于具有USB无线模块，实现了与机站进行双工无线通讯；另外，采用本安输出驱动多路LED背光模块，无需逆变器；本实用新型功能多，体积小，成本低，重量轻，使用方便、可靠，安全性高，可广泛应用于矿井监控。
图I是本实用新型所述的矿用隔爆兼本安型计算机的原理框图。图2是本实用新型所述信号隔离模块10的原理框图。图3是本实用新型所述的USB信号转换模块11的原理框图。图4是本实用新型所述的矿用本安驱动电路5的原理框图。图5是本实用新型所述的信号控制板9的原理框图。[0019]图6是本实用新型所述的RS232信号隔离模块19的原理图。图7是本实用新型所述的RS485信号隔离模块20的原理图。
具体实施方式
参见图I至图4，一种矿用隔爆兼本安型计算机，由保险管1，总电源开关2，隔离变压器3，开关电源4，矿用本安驱动电路5，电源板6，工控板7，USB无线模块8，信号控制板9，信号隔离模块10，USB信号转换模块11，矿用本安型耳麦13，以太网信号接口 14，矿用本安型USB闪存盘15，矿用本安型键盘16，RS485信号接口 17，显示屏18组成。其中隔离变压器3连接在总电源与电源板6之间，具体为隔离变压器3输入127V交流，输出为IlV交流，采用隔离变压器实现强电和本安电路之间的隔离，其隔离电压大于2500V ；所述的开关电源4输入为127V交流，所述开关电源4为工控板7、矿用本安驱动电路5供电；所述的电源板6实现将IlV交流转换为两路输出，一路供电给信号隔离模块10隔离输出端、USB信号转换模块11、矿用本安型耳麦13、矿用本安型USB闪存盘15、矿用本安型键盘16 ;另一路供电给信号控制板9 ；所述工控板7输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块10 ;并且，工控板7接收信号隔离模块10输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，进行处理后输出到显示屏18显示；所述信号隔离模块10接收所述工控板7输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，并将收到的信号分别进行信号隔离处理后，输出USB信号到USB信号转换模块11，输出RS485信号到RS485信号接口 17，输出RS232信号到信号控制板9 ;并且信号隔离模块10接收信号控制板9输出的RS232信号，进行隔离处理后，输出到工控板7 ;信号隔离模块10接收USB信号转换模块11输出的USB信号，进行隔离处理后，输出到工控板7 ;信号隔离模块10接收RS485信号接口 17输出的RS485信号，进行隔离处理后，输出到工控板7 ;RS485信号接口 17与具有RS485接口的配接设备连接；具体实施例中所述信号隔离模块10由USB信号隔离模块18、RS232信号隔离模块19和RS485信号隔离模块20构成；所述信号控制板9接收信号隔离模块10输出的RS232信号，进行转换以及隔离处理，输出电流信号到外部装置12 ;并且信号控制板9接收外部装置12输出的电流信号，进行转换以及隔离处理后，输出RS232信号到信号隔离模块10 ；所述USB信号转换模块11接收信号隔离模块10输出的USB信号，进行处理后，输出音频信号到矿用本安型耳麦13，输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备；USB信号转换模块11接收矿用本安型耳麦13输出的音频信号，接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号，进行处理后，输出USB信号到信号隔离模块10 ;并且USB信号转换模块11与矿用本安型键盘16配接，接收矿用本安型键盘16输出的信号。参见图3，具体实施例中，所述的USB信号转换模块11内设有USB信号转换器21、音频转换模块22和网络转换模块23 ;所述的USB信号转换器21实现I路USB信号转换成4路USB信号，一路配接矿用本安型键盘16，另一路配接矿用本安型USB闪存盘15 ;音频转换模块22实现USB信号转换成音频信号输出给矿用本安型耳麦13，数字信号隔离后再转换成音频信号，抗干扰强，音质较好。网络转换模块23实现USB信号转换成以太网信号，输出给以太网信号接口 14，先隔离再转换的方法减小了隔爆腔的体积，节约成本和减轻了重量。所述工控板7与USB无线模块8进行双向信号通讯；所述工控板7将收到的信号进行处理，将处理后的信号通过USB无线模块8发送到基站，并且，所述工控板7通过USB无线模块8接收基站发出的信号，进行处理，输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块10，所述的USB无线模块8为信号转换和输出模块，具体为USB WIFI模块。显示屏18为液晶屏，采用LED背光屏，24V直流供电，由矿用本安驱动电路5驱动。参见图4，所述的显示模板24与工控板7和开关电源4连接，开关电源4输出6组24V电压，分别为第一背光模块25至第六背光模块30供电，无需逆变器；显示模板24信号由工控板7输入；矿用本安驱动电路5经过二级限流和两极过压保护，输出驱动6组灯组和液晶屏的现实模块，达到GB. 3836. 4关于本质安全的参数指标要求，防止高压引起的安全隐患。参见图5,其中,所述信号控制板9由RS232信号转TTL电平模块32、第一光隔离模块33、TTL电平转RS232信号模块34、RS232信号转电流信号模块35、TTL电平转RS232信号模块36、第二光隔离模块37、RS232信号转TTL电平模块38和电流信号转RS232信号模块39构成；其中，所述RS232信号转TTL电平模块32接收信号隔离模块10输出的RS232信号，将RS232信号转换成TTL电平信号,输出到所述第一光隔离模块33进行光隔离,满足矿用本质安全的介电强度的要求，所述第一光隔离模块33将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块34，所述TTL电平转RS232信号模块34将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块35，所述RS232信号转电流信号模块35将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置12 ;外部装置12可以是矿用本安型随钻测量装置；所述电流信号转RS232信号模块39接收外部装置12输出的电流信号，将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块38 ;所述RS232信号转TTL电平模块38将RS232信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块37进行光隔离，所述第二光隔离模块37将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块36，所述TTL电平转RS232信号模块36将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块10。信号控制板9能实现与矿用本安型随钻测量装置的长距离双工通信，既能完成RS232信号的接收、编码、解码并转换成电流信号，也能完成电流信号的接收，编码，解码并转换成RS232信号。如图6所示，具体说明RS232信号隔离模块19的工作原理从TTL电平转为RS2323信号的原理由于二极管与电容的作用，使得在二极管DlO与电容C8交接处的电压以及二极管D7与电容C7交接处的电压保持在-3V -15V。当TXDO为"I"时，三极管Ql截止，RXDINO上的电压与TXDINO电压相等，也是-3 -15V，为"I"电平；当TXDO为"O"时，三极管Ql导通，则RXDINO电压约为+5V，这个电压在+3 +15V之间为RS232的电平"O";从而实现了从TTL到RS232的电平转换。同理，当TXDl为"I"电平时，三极管Q4截止，RXDINl上的电压与TXDINl电压相等，也是-3 -15V，为"I"电平；当TXDl为"O"电平时，三极管Q4导通，则RXDINl电压约为+5V，这个电压在+3 +15V之间为RS232的电平"O";从而实现了从TTL到RS232的电平转换。从RS232信号转换为TTL电平的原理当TXDINO为"I"电平，即-3 -15V时，三极管Q3截止，RXDO电压约为5V，为"I"电平，光耦Gl导通，RXDl为高电平“1”，三极管Q4截止，RXDINl输出为-3 -15V电压，即为输出的RS232电平“I”;当TXDINO为"O"电平时，三极管Q3导通，RXDO电压为0V，电平为"O"，光耦Gl截止，TXDl为高电平，三极管Q3截止。同理当TXDINl为"I "电平时，即_3 -15V时，三极管Q2截止，RXDl电压约为5V，为"I"电平，光耦G2导通，RXDl为高电平“1”，三极管Q4截止，RXDINl输出为-3 -15V电压，即为输出的RS232电平“I”；当TXDINl为"O"电压约为+5V时，三极管Q2导通，RXDl电压为0V，电平为"O"，光耦G2截止，TXDO为高电平，三极管Q2截止。本电路成本低，数据转换延时小。如图7，RS485收发器Ul、U2是实现RS485收发，光耦Gl、G2实现通信信号TTL电平隔离，光耦G3实现控制信号的隔离，隔离电压为2500V，使其达到矿用隔爆设备的介电强度的要求，芯片U3A、U3B是单稳振荡器，控制RS485收发器U1、U2的收发使能脚来控制RS485的数据收发时间，其初始状态时，芯片U3A、U3B的Q端是低电平；RS485收发器U1、U2都处于接收状态，如当RS485收发器Ul收到数据时，起始位从I到O的变化触发U3A的Q端变为高电平，RS485收发器U2的发送器处于工作状态；同时低电平清除U3B的Q端，使得RS485收发器Ul处于接收状态。U3A产生的脉冲宽度与电容Cl和电阻R15有关系。
权利要求1.一种矿用隔爆兼本安型计算机，包括工控板(7)，USB无线模块(8)，信号控制板(9)，信号隔离模块(10)，USB信号转换模块(11)，其特征在于所述工控板(7)输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块(10);并且，工控板(7)接收信号隔离模块(10)输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，进行处理后输出到显示屏(18)显示；所述信号隔离模块(10)接收所述工控板(7)输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，并将收到的信号分别进行信号隔离处理后，输出USB信号到USB信号转换模块(11)，输出RS485信号到RS485信号接口(17)，输出RS232信号到信号控制板(9);并且信号隔离模块(10)接收信号控制板(9)输出的RS232信号，进行隔离处理后，输出到工控板(7);信号隔离模块(10)接收USB信号转换模块(11)输出的USB信号，进行隔离处理后，输出到工控板(7);信号隔离模块(10)接收RS485信号接口(17)输出的RS485信号，进行隔离处理后，输出到工控板(7)；所述信号控制板(9)接收信号隔离模块(10)输出的RS232信号，进行转换以及隔离处理，输出电流信号到外部装置(12);并且信号控制板(9)接收外部装置(12)输出的电流信号，进行转换以及隔离处理后，输出RS232信号到信号隔离模块(10)；所述USB信号转换模块(11)接收信号隔离模块(10)输出的USB信号，进行处理后，输出音频信号到矿用本安型耳麦(13)，输出以太网信号到具有以太网信号接口的设备；USB信号转换模块(11)接收矿用本安型耳麦(13)输出的音频信号，接收具有以太网信号接口的设备输出的以太网信号，进行处理后，输出USB信号到信号隔离模块(10);并且USB信号转换模块(11)与矿用本安型键盘(16)配接。
2.根据权利要求I所述的矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于所述工控板(7)与USB无线模块(8)进行双向信号通讯；所述工控板(7)将收到的信号进行处理，将处理后的信号通过USB无线模块(8)发送到基站，并且，所述工控板(7)通过USB无线模块(8)接收基站发出的信号，进行处理，输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块(10)。
3.根据权利要求I或2所述的矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于所述信号控制板(9)包括RS232信号转TTL电平模块(32)、第一光隔离模块(33)、TTL电平转RS232信号模块(34)和RS232信号转电流信号模块(35);其中，所述RS232信号转TTL电平模块(32)接收信号隔离模块(10)输出的RS232信号，将RS232信号转换成TTL电平信号，输出到所述第一光隔离模块(33)进行光隔离，所述第一光隔离模块(33)将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块(34)，所述TTL电平转RS232信号模块(34)将TTL电平信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转电流信号模块(35)，所述RS232信号转电流信号模块(35)将RS232信号转换成电流信号输出到外部装置(12)。
4.根据权利要求3所述的矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于所述信号控制板(9)还包括TTL电平转RS232信号模块(36)、第二光隔离模块(37)、RS232信号转TTL电平模块(38)和电流信号转RS232信号模块(39);其中，所述电流信号转RS232信号模块(39)接收外部装置(12)输出的电流信号，将电流信号转换成RS232信号输出到所述RS232信号转TTL电平模块(38);所述RS232信号转TTL电平模块(38)将RS232信号转换成TTL电平输出到所述第二光隔离模块(37)进行光隔离，所述第二光隔离模块(37)将隔离后的信号输出到所述TTL电平转RS232信号模块(36)，所述TTL电平转RS232信号模块(36)将TTL电平信号转换成RS232信号输出到信号隔离模块(10)。
5.根据权利要求4所述的矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于显示屏(18)为液晶屏，由矿用本安驱动电路(5)驱动。
专利摘要本实用新型公开了矿用隔爆兼本安型计算机，包括工控板，USB无线模块，信号控制板，信号隔离模块，USB信号转换模块，其特征在于所述工控板输出USB信号、RS232信号和RS485信号到信号隔离模块；并且，工控板接收信号隔离模块输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，进行处理后输出到显示屏显示；所述信号隔离模块接收所述工控板输出的USB信号、RS232信号和RS485信号，并将收到的信号分别进行信号隔离处理后，输出USB信号到USB信号转换模块，输出RS485信号到RS485信号接口，输出RS232信号到信号控制板；并且信号隔离模块接收信号控制板输出的RS232信号，进行隔离处理后，输出到工控板；本实用新型具有与外部设备进行直接通讯功能，性能安全可靠，可广泛应用于矿井监控。
文档编号G06F1/16GK202748696SQ20122010707
公开日2013年2月20日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者吴燕清, 康厚清, 郑万波, 王侃, 谢成梁 申请人:中煤科工集团重庆研究院