专利名称：矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置的制作方法
技术领域：
本发明属矿井生产安全监控装置，特别涉及一种矿井，特别是煤矿井下生产综合环境智能监控数据采集通讯装置。
背景技术：
近几年来，煤矿安全监控系统有很大发展，主要是基于调制解调器的DCS通信系统或者是RS232、RS485的通信系统。上述系统可以实现基本的通信，提高了矿井生产的安全系数，但是这些系统存在着许多不足，如网络结构与通信方式不规范，系统都有自己独立的通信系统，传输速率低，一般在4800B/S以下；缺乏统一的通信协议及信息交换标准；信号处理精度不高；传输线上数据的抗干扰能力低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种应用CAN总线的卓越性能和技术组建硬件系统，实现实时检测煤矿井下瓦斯浓度、CO浓度、井下温度、粉尘浓度、通风情况、风机开停状态等参数，并可以完成软件监控、超限声光报警、开关相关设备，特别是装置中加了符合CAN2.0B协议的通信控制器和收发器，能与上位机通信，实现信息的交换和数据上传的矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置。
本发明解决技术问题采用的技术方案是一种由电源电路、传感器电路、模入通道电路、声光报警电路和执行器电路组成的矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置，其特点是在系统中设置了中央处理器电路、LCD驱动电路和通信接口电路；中央处理器电路它包括中央处理器U13、软件监视器U4、非门U3A、晶体振荡器y1、二极管D1、开关S1、电容C2、C4、C5和电阻R6、R7；U13的1脚接R7一端、U3A的2脚和通信接口电路中的通信控制器U14的17脚，2脚接模入通道电路中的采样保持器U6的LC端，3、4、5脚分别接多路模拟开关U2的9、10、11脚，6脚接U6的OUT端，7脚接传感器电路的C22、R36的一端和光电耦合器A1的4脚，8、9脚分别接LCD驱动电路中的LCD驱动芯片U20的RD、WR端和U14的5、6脚，11脚接C2、D1一端和+5V电源，12脚接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13脚接C4、y1一端，14脚接U14的3脚、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16脚接声光报警电路的R10一端，19、20、21脚分别接执行器电路的R40、R38、R42一端，25、28脚分别接U20的DATA、CS端，29脚接U4的6脚，30脚接U14的4脚，31脚接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8脚和地，32脚分别接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11脚和+5V电源，33～40脚分别接U14的23～28、1、2脚；U4的1脚接8脚，2脚接+5V电源，3、4脚接地，7脚接U3A的1脚。
LCD驱动电路它包括LCD驱动芯片U20、晶体振荡器y3、电容C25～C27和可调电阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1脚、C27一端和+5V电源，VLCD端接R32的2、3脚，VSS端接C27另一端和地。
通信接口电路它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN总线收发器U18、发电隔离器U15、U16、CAN总线、晶体振荡器y2、电容C6、C7、C11、C17～C19和电阻R16～R20、R22～R24；U14的9脚接y2、C18一端，10脚接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13脚接R17一端，19脚接R19一端和U16的6脚；U15的2脚接+5V电源，3脚接R17另一端，6脚接R18一端和U18的1脚，7脚接R18另一端、+5V电源和U16的2脚；U16的3脚接R20的一端，7脚接R19的另一端和+5V电源；U18的2脚接C17、R22一端和地，3脚接C17另一端和+5V电源，4脚接R20的另一端，6脚接CAN一边，7脚接CAN的另一边，8脚接R22的另一端，CAN的两边端头分别接电阻R23、R24的两端。
本发明的有益效果是该装置对煤矿井下的瓦斯浓度、CO浓度、井下温度、粉尘浓度、通风情况、风机开停状态等参数实现实时检测，并可以完成软件监控、超限声光报警、开关相关设备；特别是装置中加了符合CAN2.0B协议的通信控制器和接收器，能与上位机通信，实现信息的交换和数据上传；传输速率高；具有统一的通信协议及信息交换标准，信号处理精度高，传输线上数据抗干扰能力强。对煤矿井下安全生产十分有利。
以下结合附图以实施例具体说明。
图1示矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置的结构框图。
图2示图1的中央处理器电路、LCD驱动电路、通信接口电路原理图。
图3示图1的电源电路原理图。
图4示图1的声光报警电路原理图。
图5示图1的模拟通道电路原理图。
图6示图1的传感器电路原理图。
图7示图1的执行器电路原理图。
图中，1-电源电路；2-中央处理器电路；3-通信接口电路；4-声光报警电路；5-LCD驱动电路；6-模入通道电路；7-传感器电路；8-执行器电路；U1-一氧化碳传感器；U2-多路模拟开关；U4-软件监视器；U5、U23、U24-继电器；U6-采样保持器；U7-高精度集成稳压器；U8-集成温度传感器；U9-风速传感器；U10、U12-三端固定正稳压电源；U11-三端固定负稳压电源；U13-中央处理器；U14-CAN总线收发器；U15、U16-光电隔离器；U18-CAN总线收发器；U17、AR1～HR4-运算放大器；U19-高浓度甲烷传感器；U20-LCD驱动芯片；U21-开停传感器；U22-粉尘传感器；U23、U24、U25-固态继电器；Z1、Z2、Z3-电池；y1～y3-晶体振荡器；S1-开关；CAN-总线；T1、T2-变压器；D7、D8-整流桥；LS1-蜂鸣器；DS1-显示灯；SENSOR-瓦斯传感器；A-光电耦合器；Q1～Q4-三极管；C16、C28～C30-电解电容；C1～C15、C17～C25-电容；D1、D5、D6-二极管；D2-稳压二极管；R1～R4、R6～R31、R33、R34、R36、R38～R45-电阻；R5、R13、R15、R24、R32、R35、R37-可变电阻；具体实施方式
参照附图，该装置由电源电路1、传感器电路7、模入通道电路6、声光报电路4和执行器电路8组成，其特点是在系统中设置了中央处理器电路2、LCD驱动电路5和通信接口电路3；中央处理器电路3它包括中央处理器U13、软件监视器U4、非门U3A、晶体振荡器y1、二极管D1、开关S1、电容C2、C4、C5和电阻R6、R7；U13的1脚接R7一端、U3A的2脚和通信接口电路中的通信控制器U14的1 7脚，2脚接模入通道电路6中的采样保持器U6的LC端，3、4、5脚分别接多路模拟开关U2的9、10、11脚，6脚接U6的OUT端，7脚接传感器电路7的C22、R36的一端和光电耦合器A1的4脚，8、9脚分别接LCD驱动电路5中的LCD驱动芯片U20的RD、WR端和U14的5、6脚，11脚接C2、D1一端和+5V电源，12脚接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13脚接C4、y1一端，14脚接U14的3脚、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16脚接声光报警电路4的R10一端，19、20、21脚分别接执行器电路8的R40、R38、R42一端，25、28脚分别接U20的DATA、CS端，29脚接U4的6脚，30脚接U14的4脚，31脚接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8脚和地，32脚分别接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11脚和+5V电源，33～40脚分别接U14的23～28、1、2脚；U4的1脚接8脚，2脚接+5V电源，3、4脚接地，7脚接U3A的1脚。
LCD驱动电路5它包括LCD驱动芯片U20、晶体振荡器y3、电容C25～C27和可调电阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1脚、C27一端和+5V电源，VCCD端接R32的2、3脚，VSS端接C27另一端和地。
通信接口电路3它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN总线收发器U18、发电隔离器U15、U16、CAN总线、晶体振荡器y2、电容C6、C7、C11、C17～C19和电阻R16～R20、R22～R24；U14的9脚接y2、C18一端，10脚接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13脚接R17一端，19脚接R19一端和U16的6脚；U15的2脚接+5V电源，3脚接R17另一端，6脚接R18一端和U18的1脚，7脚接R18另一端、+5V电源和U16的2脚；U16的3脚接R20的一端，7脚接R19的另一端和+5V电源；U18的2脚接C17、R22一端和地，3脚接C17另一端和+5V电源，4脚接R20的另一端，6脚接CAN一边，7脚接CAN的另一边，8脚接R22的另一端，CAN的两边端头分别接电阻R23、R24的两端。
电源电路1(见附图3)它包括三端固定正稳压电源U10、U12、三端固定负稳压电源U11、变压器T1、T2、整流桥D7、D8、二极管D5、D6、电解电容C16、C28～C30和电容C8～C10、C13～C15；T1的1、2脚分别接220V电源，3、4脚分别接D7的3、4脚；D7的1脚接C29的负极、C14的一端和U11的3脚，2脚接C28的正极、C13的一端和U10的1脚；U10的2脚接U11的2脚、C8、C9、D5、D6一端、C13、C14另一端、C28负极、C29的正极和地，3脚接C8、D5另一端和+15/+12V电源；U11的1脚接C9、D6的另一端和-15/-12V电源；T2的1、2脚接220V电源，3、4脚分别接D8的3、4脚；D8的1脚接C30、C16负极、C15、C10一端、U12的2脚和地，2脚接C30正极、C15另一端和U12的1脚；U12的3脚接C10另一端、C16的正极和+5V电源。
声光报警电路4(见附图4)它包括运算放大器U17、三极管Q1、稳压二极管D2、蜂鸣器LS1、显示灯DS1电容C3、C12可变电阻R24和电阻R8～R10、R21、R25；U17的1脚接R24的2脚，2脚接R21、C12一端，C12另一端接地，3脚接R25、R9一端，R9另一端接地，4脚接C13和-12V电源、C3另一端和地，6脚接R8一端，7脚接+12V电源和R24的3脚；R8、R25另一端接R21另一端和D2一端、DS1、LS1一端；Q1的基极接R10的另一端，集电极接DS1、LS1的另一脚，发射极接D2另一端和地。
模入电路6(见附图5)，它包括多路模拟开关U2、采样保持器U6和电容C1；U2的1脚接传感器电路7的R26、C21的一端，C21另一端接地，3脚接U6的INPUT端，5脚接传感器电路7的AR4的4脚和R372、3脚，6脚接+5V电源，7、8脚接地，12脚接传感器电路7的R27的一端和U9的OUT端，13脚接传感器电路7的AR2的4脚和R5的2、3脚，14脚接C23、R1的一端和SENSOR的负极，15脚接AR3的4脚和R15的2脚，16脚接+5V电源；U6的V+端接+15V电源，LO端接C1一端和地；CH端接C1另一端，V-端接-15V电源。
传感器电路7(见附图6)它包括一氧化碳传感器U1、高精度集成稳压器U7、集成温度传感器U8、风速传感器U9、高浓度甲烷传感器U19、开停传感器21、粉尘传感器U22、运算放大器AR1～AR4、瓦斯传感器SENSOR、光电耦合器A1、电池Z1、Z2、Z3、电容C20～C24、可变电阻R5、R13、R15、R35、R37和电阻R1～R4、R11～R15、R26～R28、R33、R34、R36；U1的1脚接AR1的3脚，2脚接AR1的1脚，3脚接R2的一端；AR1的2脚接+5V电源；AR2的1脚接R2的另一端和R4的一端，R4的另一端R5的1脚，2脚接R3、C20一端，R3、C20的另一端接地，3脚接+15V电源，5脚接-15V电源；U19的1脚接Z1的正极，3脚接Z1的负极，2脚接R26的另一端，U7的1脚接AR3的3脚和+15V电源，2脚接R12的一端，3脚接R11的一端和地；AR3的1脚接R13的2脚、R14的一端和U8的1脚，R12另一端接R13的1、3脚，R14的另一端接R15的1、3脚，2脚接R11另一端，5脚接U8的2脚和-15V电源；U9的1脚接+5V电源，3脚接R27的另一端和地；U21的1脚接+15V电源，2脚接R33的一端，3脚接地；A1的1脚接R33的另一端，2脚接+12V电源，3脚接地；R36的另一端接C22的另一端和地；U22的1脚接R35的1、3脚，2脚接Z3的负极，Z3的正极接R35的2脚；AR4的1脚接R37、R34的另一端和C24一端，C24另一端接地，2脚接R28的一端，R28的另一端接地，3脚接+15V电源，5脚接-15V电源。
执行器电路8(见附图7)它包括固态继电器U23、U24、U25、三极管Q2～Q4、电容C24、C25和电阻R29～R31、R38～R45；U23的1脚接R29一端，R29的另一端接+5V电源，2脚接Q2的集电极，3脚接R44的一端，4脚接C24的一端，C24的另一端接R44另一端；Q2的基极接R38的另一端和R39的一端，发射极接R39的另一端和地；U24的1脚接R30一端，R30另一端接+5V电源，2脚接Q3的集电极，3脚接R45一端，4脚接C25的一端，C25另一端接R45的另一端；Q3的基极接R40的另一端和R41一端，发射极接R41另一端和地；U25的1脚接Q4的集电极和R31的一端，R31的另一端接+5V电源，2脚接Q4的发射极、R43的一端和地；Q4的基极接R42、R43另一端。
该装置系统工作原理一氧化碳传感器U1、高浓度甲烷传感器U19、低浓度甲烷传感器SENSOR粉尘传感器U22、温度传感器U8、风速传感器U9将井下对应参数转换为电信号，电信号再经滤波、放大、采样后，转换为中央处理器U13可以接受的信号送入U13的模拟信号输入口。U13利用其内部的A/D转换器进行A/D转换。U13将转换后的数据与其报警极限值比较，如果达到报警值则启动声光报警，显示灯DS1会以一定频率内烁，蜂鸣器LS1会发出“嘟、嘟”声响。同时U13通过固态继电器U25关断不安全设备。
风速传感器U9用来监测井下的通风量，如果风量不足则U13通过开/停传感器U21读风机状态，如果风机为开，则通过继电器U23打开备用风机，如果风机为关，则通过继电器U24打开常用风机。
集成温度传感器U8用来检测井下温度值，便干随时掌握井下的温度变化情况。
通信控制器U14、光电隔离器U15、U16和CAN总线收发器U18为CAN总线接口，用来实现监测节点与上位机的通信，一方面，上位机可以实时监测各节点处参数情况；另一方面井下各参数的报警极限值由上位机通过总线给井下中央处理器，可以根据监测点所放置的不同位置而赋予节点不同的极限值。
软件监视器U4的作用是，如果监测系统程序跑飞或进入死循环，U4可及时发现，并给出一个复位信号，同时施加中央处理器U13和总线CAN通信控制器U14上，实现系统重新启动。
权利要求
1.一种矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置，由电源电路(1)、传感器电路(7)、模入通道电路(6)、声光报警电路(4)和执行器电路(8)组成，其特征在于在系统中设置了中央处理器电路(2)、LCD驱动电路(5)和通信接口电路(3)；中央处理器电路(3)它包括中央处理器U13、软件监视器U4、非门U3A、晶体振荡器y1、二极管D1、开关S1、电容C2、C4、C5和电阻R6、R7；U13的1脚接R7一端、U3A的2脚和通信接口电路中的通信控制器U14的17脚，2脚接模入通道电路6中的采样保持器U6的LC端，3、4、5脚分别接多路模拟开关U2的9、10、11脚，6脚接U6的OUT端，7脚接传感器电路(7)的C22、R36的一端和光电耦合器A1的4脚，8、9脚分别接LCD驱动电路(5)中的LCD驱动芯片U20的RD、WR端和U14的5、6脚，11脚接C2、D1一端和+5V电源，12脚接R6、S1一端和地，S1另一端接D1另一端，R6另一端接C2、R7另一端，13脚接C4、y1一端，14脚接U14的3脚、y1的另一端和C5的一端，C5另一端接C4另一端和地，16脚接声光报警电路4的R10一端，19、20、21脚分别接执行器电路8的R40、R38、R42一端，25、28脚分别接U20的DATA、CS端，29脚接U4的6脚，30脚接U14的4脚，31脚接C11、C7、C6一端、U14的15、21、8脚和地，32脚分别接R16的一端、C11、C7、C6的另一端、U14的12、18、22、11脚和+5V电源，33～40脚分别接U14的23～28、1、2脚；U4的1脚接8脚，2脚接+5V电源，3、4脚接地，7脚接U3A的1脚。
2.根据权利要求1所述的矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置，其特征在于LCD驱动电路(5)它包括LCD驱动芯片U20、晶体振荡器y3、电容C25～C27和可调电阻R32；U20的OSCI端接y3、C26一端，OSCO端接C25一端和y3的另一端，C25另一端接C26另一端，VDD端接R32的1脚、C27一端和+5V电源，VCCD端接R32的2、3脚，VSS端接C27另一端和地。
3.根据权利要求1所述的矿井综合环境智能监控数据采集通讯装置，其特征在于通信接口电路(3)它包括CAN2.0B通信控制器U14、CAN总线收发器U18、发电隔离器U15、U16、CAN总线、晶体振荡器y2、电容C6、C7、C11、C17～C19和电阻R16～R20、R22～R24；U14的9脚接y2、C18一端，10脚接y2另一端、C19一端，C19的另一端接C18另一端和地，13脚接R17一端，19脚接R19一端和U16的6脚；U15的2脚接+5V电源，3脚接R17另一端，6脚接R18一端和U18的1脚，7脚接R18另一端、+5V电源和U16的2脚；U16的3脚接R20的一端，7脚接R19的另一端和+5V电源；U18的2脚接C17、R22一端和地，3脚接C17另一端和+5V电源，4脚接R20的另一端，6脚接CAN一边，7脚接CAN的另一边，8脚接R22的另一端，CAN的两边端头分别接电阻R23、R24的两端。
全文摘要
本发明属矿井生产安全监控装置，特别涉及一种矿井，特别是煤矿井下生产综合环境智能监控数据采集通讯装置，由电源电路(1)、传感器电路(7)、模入通道电路(6)、声光报警电路(4)和执行器电路(8)组成，在系统中设置了中央处理器电路(2)、LCD驱动电路(5)和通信接口电路(3)；中央处理器电路(3)它包括中央处理器U
文档编号G08C19/00GK1664511SQ20051004562
公开日2005年9月7日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者付华, 杜晓坤 申请人:辽宁工程技术大学