一种矿用便携式顶板压力采集与传输装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种矿用便携式顶板压力采集与传输装置，包括红外通信模块，主处理器模块，存储模块，显示模块，矩阵键盘模块，电源管理模块和防爆外壳。工作人员可通过操作矩阵键盘模块通过显示模块现场查看实时压力数据，实现了煤矿井下顶板压力的实时采集与传输，降低了设备成本和维护费用，同时避免了发生火花的安全隐患。
【专利说明】一种矿用便携式顶板压力采集与传输装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及红外传感装置，特别是涉及一种煤矿井顶板压力数据的采集与传输装置。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国最主要的能源资源，不仅是重要的燃料，还是重要的化工原料。但是近来煤矿事故频发，尤其是各项煤矿事故中，顶板事故所占比重非常大，随着生产能力的提高，开采强度的增大，开采深度越来越深，顶板安全问题愈加凸显。因此，工作面顶板压力监测技术的重要性日益显现。目前，煤矿使用的顶板压力监测设备中，多采用有线信号传输，而有线传输必须铺设电缆，增加了系统成本，且由于井下环境恶劣，电缆经常受损，后期维护成本很高，此类传统顶板压力监测设备，工作人员安装操作时候很不方便，移架时无法灵活移动。因此，充分利用红外传感技术，设计一个便携式顶板压力采集与传输装置，对顶板事故的分析预测有非常实际的意义。
实用新型内容
[0003]本实用新型提供一种矿用便携式顶板压力采集与传输装置，实现了煤矿井下工作面顶板压力的采集和传输，解决了当前井下工作面压力监测设备成本高，安装不方便的问题。
[0004]本实用新型提供一种矿用顶板压力采集与传输装置，包括红外通信模块，主处理器模块，存储模块，显示模块，矩阵键盘模块，电源管理模块和防爆外壳；
[0005]所述红外通信模块与液压支架压力实时监测装置连接，并通过通用异步串口 UART连接到主处理器模块，主处理器模块通过串行外设接口 SPI与存储模块相连，显示模块和矩阵键盘模块与主处理器连接，电源管理模块分别与红外通信模块、主处理器模块、存储模块、显示模块和矩阵键盘模块相连，防爆外壳使装置与外界隔离。
[0006]进一步的，所述红外通信模块通过通用异步串口 UART与主处理器模块连接；
[0007]所述红外通信模块接口的管脚I接地，管脚4连接三极管Ql的发射极，三极管Ql的集电极连接电阻R1，电阻Rl的另一端接+5V电源，三极管Ql的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接主处理器模块的管脚Η)5。
[0008]所述主处理器模块的管脚PAl连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电容C6，电容C6的另一端接地。
[0009]进一步的，所述存储模块通过串行外设接口 SPI与主处理器连接；
[0010]所述存储模块的管脚⑶/DAT3连接主处理器模块的管脚PD11，并连接电阻R6，电阻R6的另一端连接电源模块的3.3V电源，管脚VDD连接电源模块的3.3V电源，管脚NCD并联电阻R7和电阻R8，电阻R7的另一端连接主处理器模块的管脚PB14，电阻R8的另端连接管脚VDD。
[0011]进一步的，所述显示模块为带字库的亮度可调节的液晶显示模块；
[0012]所述显示模块接口电路的管脚15连接主处理器模块的管脚PC5，管脚19接三极管Q2的发射极，三极管Q2的基极连接电阻R5，电阻R5的另一端连接主处理器模块的管脚Η)4，三极管Q2的集电极连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源管理模块的3.3V电源。
[0013]进一步的，所述矩阵键盘模块为4X4薄膜矩阵键盘，以矩阵扫描方式工作；
[0014]矩阵键盘模块接口的管脚9和管脚10分别外接薄膜单键的管脚DLKEY和管脚DLKEYD,控制该装置电源的通断。
[0015]进一步的，所述电源管理模块包含单键开关机电路、升压电路以及稳压电路。
[0016]本实用新型的有益效果在于:本装置可有效完成压力数据采集、传输以及存储任务，其中所选处理器具有低功耗、低成本等优点，装置具有体积小、操作方便、显示直观等优点，并且适宜矿井下数据传送，对矿井下顶板安全检测技术具有一定的实际意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型顶板压力采集与传输装置的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型顶板压力采集与传输装置的电路板布局图。
[0019]图3为本实用新型顶板压力采集与传输装置的红外通信模块的接口电路图。
[0020]图4为本实用新型顶板压力采集与传输装置的处理器模块的电路图。
[0021]图5为本实用新型顶板压力采集与传输装置的存储模块的电路图。
[0022]图6为本实用新型顶板压力采集与传输装置的矩阵键盘模块接口电路图。
[0023]图7为本实用新型顶板压力采集与传输装置的显示模块接口电路图。
【具体实施方式】
[0024]下文将结合附图详细描述本实用新型的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合和相互结合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
[0025]如图1图2所示，顶板压力采集与传输装置包括:主处理器模块I，显示模块2，矩阵键盘模块3，红外通信模块4，存储模块5，电源管理模块6，电池后盖7，防爆外壳8，时钟9，复位电路10和下载接口 11。
[0026]数据采集过程中，红外通信模块4接收液压支架压力实时监测装置传送的压力信号，通过通用异步串口 UART将数据传输到主处理器模块1，主处理器模块I通过串行外设接口 SPI将数据转存到存储模块5内，显示模块2和矩阵键盘模块3通过通用输入输出I/O接口与主处理器模块I连接，工作人员可通过显示模块2现场查看测量压力数据，红外通信模块5同时可将数据传送到上位机进行分析处理。电源管理模块6通过稳压电路与电压转换电路对整个装置供电，防爆外壳8密封性良好，可使装置与矿井下恶劣的外界环境隔离，时钟9可使数据与时间对应保存，复位电路10和下载接口 11为通用技术，在此不再赘述。
[0027]红外通信模块4包含38K红外发射、解码模块，通过通用异步串口 UART与主处理器模块I连接。
[0028]如图3所示，电路中红外通信模块I中红外通信模块I接口的管脚I接地，管脚4连接三极管Ql的发射极，三极管Ql的集电极连接电阻R1，电阻Rl的另一端接+5V电源，三极管Ql的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接主处理器模块I的管脚TO5。
[0029]如图4所示，主处理器模块I为STM32嵌入式处理器模块，可选用具有100个引脚的STM32F107处理器模块，主处理器模块I用于处理红外通信模块4接收的来自液压支架压力实时监测装置测量的数据。
[0030]主处理器模块I的管脚PAl连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电容C6，电容C6的另一端接地，VREF-, VSS_1、VSS_2、VSS_3、VSS_4、VSS_5、VSSA 接地，VREF+, VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4、VDD_5、VDD_1 连接电源模块 6 的 3.3V 电源。
[0031]如图5所示，存储模块5可选用microSD卡，通过串行外设接口 SPI与主处理器模块I连接，存储经主处理器模块I运算处理的现场压力数据，存储模块5通过I/O 口与主处理器模块I连接。
[0032]存储模块5中管脚GND均接地，管脚⑶/DAT3连接主处理器模块I的管脚PDlI，并连接电阻R6，电阻R6的另一端连接电源模块6的3.3V电源，管脚VDD连接电源模块6的3.3V电源，管脚NCD并连电阻R7和电阻R8，电阻R7的另一端连接主处理器模块I的管脚PB14，电阻R8的另端连接管脚VDD。
[0033]矩阵键盘模块3为4X4薄膜矩阵键盘，以矩阵扫描方式工作，通过操作薄膜键盘来控制显示模块2压力数据的显示，也可控制红外通信模块4将数据传送到上位机，矩阵键盘模块3通过I/O 口与主处理器模块I连接。
[0034]如图6所示，矩阵键盘模块3的接口管脚I?8分别连接PE的管脚8?15，矩阵键盘模块3的接口电路的管脚9和管脚10分别外接薄膜单键的管脚DLKEY和管脚DLKEYD，控制该装置电源的通断。
[0035]如图7所示，显示模块2为带字库的亮度可调节的液晶显示模块，可选用12864液晶显示模块。其通过I/o 口与主处理器模块I连接，用于显示经主处理器模块I处理的现场压力数据，同时可查看液压支架的初撑力、末阻力及电池剩余量。
[0036]显示模块2的接口管脚I接地，管脚2连接电源模块6的5.0V电源，管脚3?15依次连接主处理器模块 I 的管脚 PA 1、PCO、PC1、PC3、PC6、PC7、PC8、PC9、PC1、PC11、PC12、PC13、PC4，显示模块2的接口的管脚15连接主处理器模块I的管脚PC5，显示模块2的接口管脚18和管脚20接地，管脚19接三极管Q2的发射极，三极管Q2的基极连接电阻R5，电阻R5的另一端连接主处理器模块I的管脚TO4，三极管Q2的集电极连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源管理模块6的3.3V电源。
[0037]本实施例中，电源管理模块6包含单键开关机电路、4.5V升5V升压电路以及5V转3.3V稳压电路。通过稳压与电压转换电路对装置供电。
[0038]本实用新型所提供的一种矿用便携式顶板压力采集与传输装置工作状态下，红外通信模块接收来自液压支架压力实时监测装置传送的压力信号，同时通过异步串口 UART传输到主处理器模块对压力信号进行运算处理，经处理后的压力信号通过主处理器的串行外设接口 SPI将数据转存到SD卡中，以便能长时间保存及将信号上传到上位机。工作人员可通过操作矩阵键盘模块通过显示模块现场查看压力数据。实现了煤矿井下顶板压力的实时采集与传输，降低了设备成本和维护费用，同时避免了发生火花的安全隐患。
[0039]本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。
【权利要求】
1.一种矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:包括红外通信模块，主处理器模块，存储模块，显示模块，矩阵键盘模块，电源管理模块和防爆外壳； 所述红外通信模块与液压支架压力实时监测装置连接，并通过通用异步串口 UART连接到主处理器模块，主处理器模块通过串行外设接口 SPI与存储模块相连，显示模块和矩阵键盘模块与主处理器连接，电源管理模块分别与红外通信模块、主处理器模块、存储模块、显示模块和矩阵键盘模块相连，防爆外壳使装置与外界隔离。
2.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:所述红外通信模块通过通用异步串口 UART与主处理器模块连接； 所述红外通信模块接口的管脚4连接三极管Ql的发射极，三极管Ql的集电极连接电阻R1，电阻Rl的另一端接+5V电源，三极管Ql的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接主处理器模块的管脚Η)5。
3.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:主处理器模块的管脚PAl连接电阻R3，电阻R3的另一端连接电容C6，电容C6的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:所述存储模块通过串行外设接口 SPI与主处理器连接； 所述存储模块的管脚⑶/DAT3连接主处理器模块的管脚PDl I，并连接电阻R6，电阻R6的另一端连接电源模块的3.3V电源，管脚VDD连接电源模块的3.3V电源，管脚NCD并联电阻R7和电阻R8，电阻R7的另一端连接主处理器模块的管脚PB14，电阻R8的另端连接管脚VDD。
5.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:所述显示模块为带字库的売度可调节的液晶显不1旲块； 所述显示模块接口电路的管脚15连接主处理器模块的管脚PC5，管脚19接三极管Q2的发射极，三极管Q2的基极连接电阻R5，电阻R5的另一端连接主处理器模块的管脚TO4，三极管Q2的集电极连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源管理模块的3.3V电源。
6.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:所述矩阵键盘模块为4X4薄膜矩阵键盘，以矩阵扫描方式工作； 矩阵键盘模块接口的管脚9和管脚10分别外接薄膜单键的管脚DLKEY和管脚DLKEYD。
7.根据权利要求1所述的矿用顶板压力采集与传输装置，其特征在于:所述电源管理模块包含单键开关机电路、升压电路以及稳压电路。
【文档编号】G08C23/04GK204129951SQ201420613802
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】李鹏, 程刚, 宋耀文, 陈曦晖 申请人:中国矿业大学