专利名称：基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿井下安全监测系统，具体涉及一种基于锂电报警矿灯的 煤矿井下瓦斯检测装置。
技术背景目前矿工使用的甲烷报警矿灯，只有检测报警的功能，井上管理人员无 法通过报警矿灯获取井下瓦斯浓度状况，所以不能根除矿工在瓦斯超限状况 下依旧违规作业的问题，并且煤矿当前安装使用的安全监控系统对瓦斯的检 测都采用固定式瓦斯探头和有线传输的方式，因此煤矿安全监测系统存在着 瓦斯检测范围小、检测不及时和检测失效的问题。发明内容本发明的目的是为了解决矿工安全帽灯的报警信号不能被井上监控中心 获取且煤矿安全监控系统对瓦斯检测采用固定瓦斯探头和有线传输方式存在 检测范围小、检测不及时和检测失效的问题。本发明的发射装置设置在矿工的矿灯上，它包括瓦斯信号检测与调理电路1、第一单片机控制模块2和无线发射模块3。瓦斯信号检测与调理电路1 的信号输出端与第一单片机控制模块2的信号输入端相连，第一单片机控制 模块2的信号输出端与无线发射模块3的信号输入端相连，无线发射模块3 的信号输出端与发射天线相连。本发明的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离180米以内的 装置，它包括无线接收模块4、第二单片机控制模块5、通信接口模块6和供 电控制模块7。无线接收模块4的信号接收端与接收天线相连，无线接收模 块4的信号输出端与第二单片机控制模块5的信号输入端相连，第二单片机 控制模块5的电源端口与供电控制模块7的输出端口相连，第二单片机控制 模块5的信号输出端与通信接口模块6的信号输入端相连。本发明提供了 一种基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装置，它 增加了矿灯的功能，使矿灯不仅有照明功能还能对井下瓦斯浓度进行随时检 测、实时显示和超限报警，并能将超限时的瓦斯浓度和矿灯地址码等数据实时传输到井上监控中心，使井上管理人员能及时掌握井下瓦斯超限浓度和超 限位置，以便及时准确的进行处理。
图1是本发明发射装置结构示意图；图2是本发明接收装置结构示意图； 图3是具体实施方式
二的结构示意图；图4是发射装置中瓦斯信号检测与调 理电路1的结构示意图；图5是本发明发射装置中第一单片机控制模块2的 结构示意图；图6是本发明发射装置中无线发射模块3的结构示意图；图7 是本发明接收装置中第二单片机控制模块5的结构示意图；图8是本发明接 收装置中供电控制模块7的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图l和图2说明本实施方式。本发明的发射装置设置在矿工的矿灯上，它包括瓦斯信号检测与调理电路l、第一单片机控制模块2和无线发射模块3。瓦斯信号检测与调理电路1 的信号输出端与第一单片机控制模块2的信号输入端相连，第一单片机控制 模块2的信号输出端与无线发射模块3的信号输入端相连，无线发射模块3 的信号输出端与发射天线相连。工作原理瓦斯信号检测与调理电路1检测 瓦斯浓度信号，并对此瓦斯浓度信号进行放大、滤波和模数转换送入第一单 片机控制模块2中，第一单片机控制模块2通过中值滤波法(每次取10个数 模转换值，去除其中的最大值和最小值，将剩余的8个数模转换值取平均)， 得到C仏浓度的平均值A，将该C仏浓度值A添加矿灯地址码和通讯地址码后 传输给无线发射模块3。本发明的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离180米以内的 装置，它包括无线接收模块4、第二单片机控制模块5、通信接口模块6和供 电控制模块7。无线接收模块4的信号接收端与接收天线相连，无线接收模 块4的信号输出端与第二单片机控制模块5的信号输入端相连，第二单片机 控制模块5的电源端口与供电控制模块7的输出端口相连，第二单片机控制 模块5的信号输出端与通信接口模块6的信号输入端相连，通信接口模块6 的通信接口通过通讯电缆与井上监控中心相连。工作原理无线接收模块4 对发射的信号进行接收，然后将接收到的信号传输到第二单片机控制模块5中，第二单片机控制模块5对接收的信号进行调制然后加上本身的地址码后 送入通信接口模块6中，通信接口模块6将接收到的矿灯地址码、瓦斯超限 时的浓度数据和接收装置地址码通过通讯电缆发送到井上监控中心。
具体实施方式
二结合图3说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是所述的发射装置还包括声光报警器 8、浓度显示器9、传感器标校电路10、报警点设置电路11、矿灯照明电路 12和锂电电源模块13。瓦斯信号检测与调理电路1的信号输出端与第一单片 机控制模块2的信号输入端相连，声光报警器8的信号输入端与第一单片机 控制模块2的瓦斯浓度超限信号输出端相连，浓度显示器9的信号输入端与 第一单片机控制模块2的瓦斯浓度信号输出端相连，传感器标校电路10的信 号输出端与第一单片机控制模块2的标较输入端相连，报警点设置电路11 的信号输出端与第一单片机控制模块2的设置输入端相连，锂电电源模块13 的两个输出端分别与矿灯照明电路12的电源端口和第一单片机控制模块2 的电源端口相连。本实施方式既能通过锂电电源模块13和矿灯照明电路12 进行照明，还能通过瓦斯信号检测与调理电路l、单片机控制模块2、声光报 警器8、浓度显示器9对井下瓦斯浓度进行随时检测、实时显示和超限报警。 传感器标校一般在装置使用前完成，但使用一段时间后，传感器会发生零点 漂移，所以需要重新进行标校，这时传感器通过传感器标校电路10进行标校； 报警点浓度设置也是在装置使用前就统一设置好了 ，默认的甲烷(0/4)浓度为 1%，当需要修改的时候可以通过报警点设置电路11进行修改。瓦斯信号检 测与调理电路1检测瓦斯浓度信号，并对此瓦斯浓度信号进行放大、滤波和 模数转换送入第一单片机控制模块2中。浓度显示器9随时通过瓦斯信号检 测与调理电路1检测到的C仏浓度进行显示，若此C/^浓度超过了报警点浓 度设置电路11所设置的报警浓度，则声光报警器8进行报警。
具体实施方式
三结合图4说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是发射装置中所述的瓦斯信号检测 与调理电路1由传感器14、模拟放大器15、滤波器16和模数转换器17组成， 传感器14的信号输出端与模拟放大器15的信号输入端相连，模拟放大器15 的信号输出端与滤波器16的信号输入端相连，滤波器16的信号输出端与模数转换器17的信号输入端相连。传感器14检测井下的瓦斯浓度信号，然后 通过模拟放大器15、滤波器16和模数转换器17对此瓦斯浓度信号进行放大、 滤波和模数转换。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
四结合图5说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是发射装置中所述的第一单片机控制模块2由EPROM (可擦除可编程存储器)18、 E2PROM (电可擦除可编程 存储器)19、第一微处理器20和第一 SPI (串行外围)接口 21组成。第一 微处理器20的第一信号输入输出端C与EPROM18的信号输入输出端相连, 第一微处理器20的第二信号输入输出端'D与E2PROM19的信号输入输出端 相连，第一微处理器20的信号输出端与第一 SPI接口 21的信号输入端相连。 工作原理第一微处理器20采用中断方式每隔一定时间(一般为0.01s)接 收一次甲烷浓度数据，通过中值滤波法(每次取IO个数模转换值，去除其中 的最大值和最小值，将剩余的8个数模转换值取平均)，得到C仏浓度的平 均值A，将该C/^浓度值A与预设的C仏报警浓度进行比较，并将该C/^浓 度值A添加矿灯地址码和通讯地址码后通过第一 SPI接口 21传输给无线发 射模块3。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
五结合图6说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是发射装置中所述的无线发射模块 3由第二SPI接口22、第一GFSK (高斯频移键控)调制解调器23、第一无 线射频芯片24 (如nRF905微处理器等)和天线电路38组成，第二SPI接口 22的信号输出端与第一无线射频芯片24的信号输入端相连，第一无线射频 芯片24的信号输入输出端与第一 GFSK调制解调器23的信号输入输出端相 连，第一无线射频芯片24的信号输出端与天线电路38的信号输入端相连。 工作原理将第二SPI接口 22接收到的C仏浓度值A、矿灯地址码和通讯地 址码送入第一无线射频芯片24，第一无线射频芯片24控制第一 GFSK调制 解调器23完成调制，并将调制后的编码通过天线电路38进行发射。其它的 组成和连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
六结合图7说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是接收装置中所述的第二单片机控制模块5由第二 GFSK调制解调器25、第三SPI接口 26、第四SPI接口 27、 UART (通用异步收发器)串行口28、第二无线射频芯片29、第二微处理器 30和电源监控装置31组成，第二 GFSK调制解调器25的信号输入输出端与 第二无线射频芯片29的信号输入输出端相连，第三SPI接口 26的信号输入 端与第二无线射频芯片29的信号输出端相连，第三SPI接口 26的信号输出 端与第四SPI接口 27的信号输入端相连，第四SPI接口 27的信号输出端与 第二微处理器30的信号输入端相连，第二微处理器30的信号输出端与UART 串行口 28的信号输入端相连，电源监控装置31的输出端与第二微处理器30 的输入端相连。工作原理当第二无线射频芯片29监测到载波时，第二 GFSK 调制解调器25对监测到的载波进行解调，第二无线射频芯片29对接收数据 进行地址匹配、CRC(循环冗余码)校验后确认数据就绪，第二微 处理器30通过第三SPI接口 26和第四SPI接口 27接收数据，对该数据添加 数据长度和接收装置地址码后，通过UART串行口 28发送给通信接口模块6， 电源监控装置31实现上电复位和掉电复位。其它的组成和连接方式与实施方 式一相同。
具体实施方式
七结合图8说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是接收装置中所述的供电控制模块 7由稳压电路32、供电控制电路33、交/直流供电控制模块34、外部交流电 源35、本质安全型电源(DC) 36和电池过充放保护电路37组成。供电控制 电路33中的多路开关输出端分别与稳压电路32的输入端、电池过充放保护 电路37的充电电路输入端相连，供电控制电路33中的多路开关输入端A与 交/直流供电控制模块34的输出端相连，供电控制电路33中的多路开关输入 端B与本质安全型电源(DC) 36的输出端相连，电池过充放保护电路37的 充电电路输出端与本质安全型电源(DC) 36的输入端相连，交/直流供电控 制模块34的输入端与外部交流电源35输出端相连。工作原理供电控制模 块7默认以交流电供电，当使用交流供电时，能同时对直流电源进行充电， 当突然断电时，供电控制电路33自动接通直流供电开关，本质安全型电源 (DC) 36的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的 故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。它的电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ,即瓦斯浓度为8.5% (最易爆炸的浓度)最小点燃能量。其它的组成 和连接方式与实施方式一相同。 本发明中(一)接收装置中所述的通信接口模块6既能实现RS-232通信接口和 CAN(控制器局部网)接口的双向转换，又具有通信协议转换、出错自动重发功
权利要求
1. 基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装置，其特征在于它的发射装置设置在矿工的矿灯上，发射装置包括瓦斯信号检测与调理电路(1)、第一单片机控制模块(2)和无线发射模块(3)，瓦斯信号检测与调理电路(1)的信号输出端与第一单片机控制模块(2)的信号输入端相连，第一单片机控制模块(2)的信号输出端与无线发射模块(3)的信号输入端相连，无线发射模块(3)的信号输出端与发射天线相连；它的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离180米以内的装置，所述接收装置包括无线接收模块(4)、第二单片机控制模块(5)、通信接口模块(6)和供电控制模块(7)，无线接收模块(4)的信号接收端与接收天线相连，无线接收模块(4)的信号输出端与第二单片机控制模块(5)的信号输入端相连，第二单片机控制模块(5)的电源端口与供电控制模块(7)的输出端口相连，第二单片机控制模块(5)的信号输出端与通信接口模块(6)的信号输入端相连。
2、 根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装 置，其特征在于所述的发射装置还包括声光报警器(8)、浓度显示器(9)、传感 器标校电路(IO)、报警点设置电路(ll)、矿灯照明电路(12)和锂电电源模块(13)， 瓦斯信号检测与调理电路(1)的信号输出端与第一单片机控制模块(2)的信号输 入端相连，声光报警器(8)的信号输入端与第一单片机控制模块(2)的瓦斯浓度 超限信号输出端相连，浓度显示器(9)的信号输入端与第一单片机控制模块(2) 的瓦斯浓度信号输出端相连，传感器标校电路(10)的信号输出端与第一单片机 控制模块(2)的标较输入端相连，报警点设置电路(ll)的信号输出端与第一单片 机控带J模块(2)的设置输入端相连，锂电电源模块(13)的两个输出端分别与矿灯 照明电路(12)的电源端口和第一单片机控制模块(2)的电源端口相连。.
3、 根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装 置，其特征在于发射装置中所述的瓦斯信号检测与调理电路(1)由传感器(14)、 模拟放大器(15)、滤波器(16)和模数转换器(17)组成，传感器(14)的信号输出端 与模拟放大器(15)的信号输入端相连，模拟放大器(15)的信号输出端与滤波器 (16)的信号输入端相连，滤波器(16)的信号输出端与模数转换器(17)的信号输入 端相连。
4、 根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装置，其特征在于发射装置中所述的第一单片机控制模块(2)由EPROM(18)、 E2PROM(19)、第一微处理器(20)和第一 SPI接口(21)组成，第一微处理器(20) 的第一信号输入输出端C与EPROM(18)的信号输入输出端相连，第一微处理 器(20)的第二信号输入输出端D与ESpROM(19)的信号输入输出端相连，第一 微处理器(20)的信号输出端与第一 SPI接口(21)的信号输入端相连。
5、根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装 置，其特征在于发射装置中所述的无线发射模块(3)由第二SPI接口(22)、第一 GFSK调制解调器(23)、第一无线射频芯片(24)和天线电路(38)组成，第二 SPI 接口(22)的信号输出端与第一无线射频芯片(24)的信号输入端相连，第一无线 射频芯片(24)的信号输入输出端与第一 GFSK调制解调器(23)的信号输入输出 端相连，第一无线射频芯片(24)的信号输出端与天线电路(38)的信号输入端相 连。
6、 根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装 置，其特征在于接收装置中所述的第二单片机控制模块(5)由第二 GFSK调制 解调器(25)、第三SPI接口(26)、第四SPI接口(27)、 UART串行口(28)、第二 无线射频芯片(29)、第二微处理器(30)和电源监控装置(31)组成，第二GFSK调 制解调器(25)的信号输入输出端与第二无线射频芯片(29)的信号输入输出端相 连，第三SPI接口(26)的信号输入端与第二无线射频芯片(29)的信号输出端相 连，第三SPI接口(26)的信号输出端与第四SPI接口(27)的信号输入端相连， 第四SPI接口(27)的信号输出端与第二微处理器(30)的信号输入端相连，第二 微处理器(30)的信号输出端与UART串行口(28)的信号输入端相连，电源监控 装置(31)的输出端与第二微处理器(30)的电源输入端相连。
7、 根据权利要求1所述的基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装 置，其特征在于接收装置中所述的供电控制模块(7)由稳压电路(32)、供电控制 电路(33)、交/直流供电控制模块(34)、外部交流电源(35)、本质安全型电源C36) 和电池过充放保护电路(37)组成，供电控制电路(33)中的多路开关输出端分别 与稳压电路(32)的输入端、电池过充放保护电路(37)的充电电路输入端相连， 供电控制电路(33)中的多路开关输入端A与交/直流供电控制模块(34)的输出端 相连，供电控制电路(33)中的多路开关输入端B与本质安全型电源(36)的输出端相连，电池过充放保护电路(37)的充电电路输出端与本质安全型电源(36)的 输入端相连，交/直流供电控制模块(34)的输入端与外部交流电源(35)输出端相 连。
全文摘要
基于锂电报警矿灯的瓦斯超限信号无线传输装置，它涉及煤矿安全监测装置。本发明是为了解决矿工安全帽灯的报警信号不能被井上监控中心获取且煤矿安全监控系统对瓦斯检测采用固定瓦斯探头和有线传输方式存在检测范围小、检测不及时等问题。发射装置包括瓦斯信号检测与调理电路、第一单片机控制模块和无线发射模块；第一单片机控制模块分别与瓦斯信号检测与调理电路和无线发射模块相连，无线发射模块与发射天线相连。接收装置包括无线接收模块、第二单片机控制模块、通信接口模块和供电控制模块；无线接收模块与接收天线相连，第二单片机控制模块分别与无线接收模块、供电控制模块相连和通信接口模块相连。
文档编号G08C17/02GK101270673SQ20081006455
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者刘成辉, 刘新蕾, 强 吴, 张迎新, 斌 沈, 秦宪礼, 韩丽辉 申请人:黑龙江科技学院;哈尔滨市光学仪器厂