专利名称：煤矿安全监测集成装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属矿山安全监测装置，特别涉及一种煤矿安全监测集成装置。
技术背景我国能源主要是煤炭，煤炭占全国一次性能源结构的70％；煤炭发展的主要问题是煤矿安全，矿井的安全一直是人们瞩目的焦点，近几年，我国煤矿因公死亡人数平均在六千人左右，是世界其他采煤国家死亡总人数的4倍，井下作业设备与工艺相对落后是煤矿安全的“硬伤”。目前，煤矿虽然也应用了不少安全检测装置，提高了煤矿生产的安全性，但是这些装置还存在着通信功能差，对矿井灾情诊断、可靠性差，可视性不好，成本高等不足。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种通信功能强、对矿井灾情诊断可靠性强、可视性好、成本低的煤矿安全监测集成装置及融合技术的应用。
本实用新型解决技术问题采用的技术方案是一种由电源电路、模拟量电路、开关量电路、键盘显示电路和声光报警电路组成的煤矿安全监测集成装置，它的特点在整个装置的电路中设置了中央处理器电路和通信模块电路；中央处理器电路它包括单片机U20、EEPROM程序存储器U19、电压监视器U26、晶体振荡器y2、电容C24、C25、C30、C31、电阻R37、R38、R48～R50和开关S2；单片机U20的7脚接U26的5脚、R50的一端和键盘显示电路中的LCD显示驱动器U11的9脚，24、23、22脚分别接模拟量电路中的多路模拟开关U9的11、10、9脚，21、27脚分别接采样保持器U10的5、8脚，28脚接U11的3脚，2、1脚分别接U11的1、2脚，64脚接U11的12脚和声光报警电路中的语音芯片U22的23脚，39脚接y2、C24的一端，40脚接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30脚接U19的2脚、R38一端、键盘显示电路中的键盘G的1脚和R51的一端，29脚接U19的3脚、R37、R52一端和G的2脚，33脚接R53一端和G的3脚，34脚接R54一端和G的4脚，58、55、54脚分别接G的9、10、11脚，37、42～48脚分别接键盘显示电路中的锁存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18脚和锁存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18脚，49脚接U12的11脚，50脚接U21的11脚，51脚接声光报警电路中的语音芯片U22的1脚，52脚接U22的7、9、10脚，26脚接通信模块电路中的开关S1的1、2脚，25脚接S1的3、4脚，36脚接U22的25脚，35脚接声光报警电路中的R42的一端，53脚接通信模块电路中的串行转换器U4的2、3脚，3、4脚接U22的24、27脚。通信模块电路它包括串行通信转换器U4、U5、U29、复位电压转换器U27、蓝牙芯片模块U28、基准电压源U6、插排J1、J2、DIP、开关S1、二极管D5、D6、电解电容C9～C13、C15、C38、C41～C43、电容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、电阻R2～R4、R65～R67和天线ANTENNA；U4的8脚接+5V电源、C8、R2一端，4、1脚分别接S1的8、6脚，5脚接地，6脚接R2、R3一端和J1的2脚，7脚接R3另一端、R4一端和J1的1脚，R4、C8另一端相接并接地；J1的3脚接地；S1的5、7脚分别接U5的13、11脚；U28的4、3、2、1脚分别接U29的11、9、10、12脚，5脚接U27的8脚和R66的一端，14、13、12脚接+5V电源和C37、C40一端，11～7脚接C37、C40的另一端和接地，6脚接天线ANTENNA；U27的4、3脚接+5V电源和C36一端，2、1脚接C36另一端和地，5、6脚接R66另一端、R65一端，7脚接R65另一端、C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15脚接地，8、13脚接U5的7、9脚，6脚接C41负极，2脚接C38的负极，16脚接C38正极、+5V电源、C39一端，C39的另一端接C41正极和地，7、14脚接U5的8、10脚，5脚接C42的负极，4脚接C42正极，3脚接C43的负极，1脚接C43的正极；U5的1脚接C9的正极，3脚接C9的负极，4脚接C10的正极，5脚接C10的负极，14、12脚接J2的3、2脚，15脚接地和J2的5脚，6脚接C12的负极，2脚接C13的负极，16脚接+5V电源、C13的正极和C14的一端，C14另一端接地和C12的正极；U6的1脚接C22一端、C11正极、D5、D6一端，2脚接地、C22另一端、C11、C15负极，3脚接C15正极，D5、D6另一端接J2的4、7脚。
本实用新型的有益效果是本装置选用了高性能单片机U20，备有两个分别支持SP1和12C的同步串行接口，以及支持LIN协议的USART异步串行端口，提供了更多的连接能力，比一般单片机快4倍，单片机还具备监视定时器WDT、程序保密等优点；通讯模块电路中设置了串行通信和蓝牙通信接口，实现与上位机和手机短信通讯，增强了通讯功能，程序集中运用了融合算法进行分析处理；采用虚拟仪器的LABVIEW软件，实现可视化图形界面；硬件和软件采用了集成技术，降低了成本，提高了可靠性。
以下结合附图以实施例具体说明。
图1示煤矿安全监测集成装置的电路原理总图。
图2示
图1的电源电路原理图。
图3示
图1的通信模块电路原理图。
图4示
图1的键盘显示电路原理图。
图5示
图1的声光报警电路原理图。
图6示
图1的开关量电路原理图。
图7示
图1的模拟量电路原理图。
图中，U1、U2、U3、U6、U14-基准电压源；U4、U5、U29-串行通信转换器；U7、U8、U17、U18、U25-放大器；U9-多路模拟开关；U10-采样保持器；U11-LCD显示驱动器；U12、U21-锁存器；U13-三端可调基准电压源；U15-CO传感器；U16-温度传感器；U19-EEPROM程序存储器；U20-单片机；U22-语音芯片；U23-开/停状态传感器；U24-光电隔离芯片；U26-电压监视器；U27-复位电压转换器；U28-蓝牙芯片模块；U-风速传感器；S1、S3-DIP开关；S2、S4～S6-开关；J1、J2-串行通信接口；G-键盘；y1、y2-晶体振荡器；D1、D2、D7-整流桥；TF1、TF2-变电压器；ANTENNA-天线；DS1、DS2-数码显示器；LS1、LS2-扬声器；MK1-麦克风；Q-三极管；K1-光电耦合器；BT1-电池；SENSOR1-瓦斯传感器；D-发光二极管；D3、D4-二极管；C1、C2、C9～C13、C15、C16、C18、C32～C35、C38、C41～C43-电解电容；C3～C8、C14、C17、C19、C20～C31、C36、C37、C39、C40-电容；R12、R13、R29、R33、R36、R58-可变电路；R2～R11、R14～R28、R30～R32、R34、R35、R37～R57、R59～R68-电阻；具体实施方式
参照附
图1、3，一种由电源电路2、模拟量电路7、开关量电路6、键盘显示电路4和萤光报警电路5组成的煤矿安全监测集成装置，它的特点在整个装置的电路中设置了中央处理器电路1和通信模块电路3；中央处理器电路1它包括单片机U20、EEPROM程序存储器U19、电压监视器U26、晶体振荡器y2、电容C24、C25、C30、C31、电阻R37、R38、R48～R50和开关S2；单片机U20的7脚接U26的5脚、R50的一端和键盘显示电路4中的LCD显示驱动器U11的9脚，24、23、22脚分别接模拟量电路7中的多路模拟开关U9的11、10、9脚，21、27脚分别接采样保持器U10的5、8脚，28脚接U11的3脚，2、1脚分别接U11的1、2脚，64脚接U11的12脚和声光报警电路5中的语音芯片U22的23脚，39脚接y2、C24的一端，40脚接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30脚接U19的2脚、R38一端、键盘显示电路4中的键盘G的1脚和R51的一端，29脚接U19的3脚、R37一端、R52一端和G的2脚，33脚接R53一端和G的3脚，34脚接R54一端和G的4脚，58、55、54脚分别接G的9、10、11脚，37、42～48脚分别接键盘显示电路4中的锁存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18脚和锁存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18脚；49脚接U12的11脚，50脚接U21的11脚，51脚接声光报警电路5中的语音芯片U22的1脚，52脚接U22的7、9、10脚，26脚接通信模块电路3中的开关S1的1、2脚，25脚接S1的3、4脚，36脚接U22的25脚，35脚接声光报警电路5中的R42的一端，53脚接通信模块电路3中的串行转换器U4的2、3脚，3、4脚接U22的24、27脚。通信模块电路3它包括串行通信转换器U4、U5、U29、复位电压转换器U27、蓝牙芯片模块U28、基准电压源U6、插排J1、J2、DIP、开关S1、二极管D5、D6、电解电容C9～C13、C15、C38、C41～C43、电容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、电阻R2～R4、R65～R67和天线ANTENNA；U4的8脚接+5V电源、C8、R2一端，4、1脚分别接S1的8、6脚，5脚接地，6脚接R2、R3一端和J1的2脚，7脚接R3另一端、R4一端和J1的1脚，J1的3脚接地；S1的5、7脚分别接U5的13、11脚；U28的4、3、2、1脚分别接U29的11、9、10、12脚，5脚接U27的8脚和R66的一端，14、13、12脚接+5V电压和C37、C40一端，11～7脚接C37、C40的另一端接地，6脚接天线ANTENNA；U27的4、3脚接+5V电源和C36一端，2、1脚接C36另一端和地，5、6脚接R66另一端、R65一端，7脚接R65另一端，C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15脚接地，8、13脚接U5的7、9脚，6脚接C41负极，2脚接C38的负极，16脚接C38正极、+5V电源、C39一端，C39的另一端接C41正极和地，7、14脚接U5的8、10脚，5脚接C42的负极，4脚接C42正极，3脚接C43的负极，1脚接C43的正极；U5的1脚接C9的正极，3脚接C9的负极，4脚接C10的正极，5脚接C10的负极，14、12脚接J2的3、2脚，15脚接地和J2的5脚，6脚接C12的负极，2脚接C13的负极，16脚接+5V电源、C13的正极和C14的一端，C14另一端接地和C12的正极；U6的1脚接C22一端、C11正极、D5、D6一端，2脚接地、C22另一端、C11、C15负极，3脚接C15正极，D5、D6另一端接J2的4、7脚。
电源电路2，见附图2，它包括，基准电源U1、U2、U3、变压器TF1、TF2、整流桥D1、D2、D7、二极管D3、D4、电容C4～C7、C17、C19、电解电容C1、C2、C16、C18；TF1的1、2脚接220V电源，3脚接D1的1脚，4脚接D2的3脚，5脚接D1、D2的3、1脚；D1的4脚接D2的4脚、C1的正极、C2负极、C4、C5一端和地，2脚接C2的正极、C5另一端和U1的1脚；D2的2脚接C1的负极、C4的另一端和U2的1脚；U1的2脚接U2的2脚，3脚接C6、D3一端和+15V/+12V电源；U2的3脚接C7、D4一端和-15V/-12V电源，C6、C7另一端相接，D3、D4另一端相接，TF2的1、2脚接220V电源，3脚接D7的1脚，4脚接D7的3脚；D7的2脚接C16的正极、C17一端和U3的1脚，4脚接C16的负极、C17另一端、U3的2脚、C18负极、C19一端和-5V电源；U3的3脚接C18的正极、C19另一端和+5V电源。
键盘显示电路4，见附图4，它包括LCD显示驱动器U11、锁存器U12、U21、数码显示器DS1、DS2、晶体振荡器y1、扬声器LS1、开关S4～S6、DIP开关S3、键盘G、电容C3、C21、电阻R14～R21、R51～R57、R59～R61和可变电阻R13、R58；U11的4脚接地，6脚接y1、C3一端，5脚接y1另一端、C21一端，C21、C3另一端相接并接地，11、10脚分别接LS1的两端，8脚接R13的2脚，7脚接+5V电源、R13的1、3脚；U12的20脚接+5V电源，2、5、6、9、12、15、16、19脚分别接R14～R21一端和SD2的1～10脚，10脚接地，1脚接U21的1脚；U21的20脚接+5V电源，2、5、6脚分别接DS1的11、13、14脚，9、12、15脚分别接DS2的11、13、14脚，10脚接地；DS1的12脚接+5V电源，1～6、9、10脚分别接R14～R21的另一端；DS2的12脚接+5V电源；R51～R54另一端相接并接+5V电源；S3的1、2、3、4脚分别接G的5、6、7、8脚，8、7、6脚分别接R55、R56、R57一端，5脚接R58的1脚；R55、R56、R57的另一端分别接R61、R60、R59和S4、S5、S6一端；R59～R61另一端相接并接+5V电源；S4～S6另一端相接并接地；R58的2脚接3脚和地。
声光报警电路5，见附图5，它包括语音芯片U22、扬声器LS2、麦克风MK1、三极管Q、报警二极管D、电容C26～C29、电解电容C32～C35和电阻R39、R42、R62～R64、R68；U22的2～6、8、26脚相接并接地，19脚接R62一端和C32的正极，R62的另一端接C32负极和地，17脚接C34的正极，18脚接C35的正极，21脚接R39的一端，28脚接C26一端，C26、R39另一端相接，15、14脚分别接LS2的两端，12、13脚接C27～C29一端和地，16、20脚接C27～C29另一端和+5V电源；MK1的一端接地和C35的负极，MK1的另一端接R64一端和C34负极，R64另一端接C33正极和R63一端，R63另一端接+5V电源，C33的负极接地；Q的基极接R42的另一端，发射极接地，集电极接D的一端，D的另一端接R68的一端，R68的另一端接+5V电源。
开关量电路6，见附图6，它包括开/停状态传感器U23、光电隔离芯片U24、放大器U25、光电耦合器K1、风速传感器U和电阻R40、R41、R43～R47；U23的1脚相接+15V电源，2脚接地，3脚接R40的一端；U24的1、2脚相接并接+15V电源，3、4脚相接并接R40的另一端，5、6脚相接，7、8脚接R43一端，9、10脚接-15V电源，11脚接地；U25的1脚接R46一端，2脚接R45一端和K1的2脚，3脚接K1的4脚和R44一端，4脚接-12V电源，7脚接+12V电源，6脚接R45的另一端、R47的一端和模拟量电路7中的多路模拟开关U9的12脚，R44、R47另一端相接并接地，7脚接+12V电源；K1的1脚接R41一端，3脚接地；R41的另一端接U的2脚；U的1脚接+15V电源，3脚接地。
模拟量电路7，见附图7，它包括放大器U7、U8、多路模拟开关U9、采样保持器U10、三端可调基准电压源U13、基准电压源U14、CO传感器U15、温度传感器U16、放大器U17、U18、电池BT1、瓦斯传感器SENSOR1、电容C20、C23、电解电容C40、电阻R5～R11、R22～R28、R30～R32、R34、R35和可变电阻R12、R29、R33、R36；U7的2脚接R6、R8一端，3脚接R7一端，R7另一端接地，1脚接R9一端、R8另一端，4脚接-12V电源，R6另一端接R5一端、SENSOR1的负极，SENSOR1的正极接BT1的正极，R5的另一端接BT1的负极和地；U8的2脚接R9、R11一端，8脚接+12V电源，3脚接R10一端，R10另一端接地，4脚接-12V电源，1脚接R12的2、3脚和U9的13脚，R11的另一端接R12的1脚；U9的的14脚接U17的6脚和R33的2、3脚，U9的15脚接U18的6脚和R36的2、3脚，1脚接R43的另一端，6、8、7脚相接并接地，3脚接U10的3脚，16脚接+5V电源；U10的1脚接+15V电源，7脚接C20一端和地，6脚接C20另一端，4脚接-15V电源；U13的1脚接R23、R26一端、C40正极和U15的1脚，R23另一端接+15V电源，2脚接R22、C23一端，3脚接R26另一端、R28一端；U15的2脚接C40的负极、R27、R22另一端和地，R28、R27、C23另一端相接，3脚接R30一端；U18的1脚接R35一端，2脚接R30另一端、R32一端，3脚接R42一端，R42另一端接地，4脚接-12V电源，8脚接R35另一端，7脚接+12V电源，R36的1脚接R32另一端；U14的1脚接+12V电源，2脚接R25一端和地，3脚接R24一端，R24另一端接R29的1、3脚；U16的1脚接R29的2脚、R31的一端和U17的2脚，2脚接U17的4脚和-12V电源，3脚接R25的另一端和U17的3脚；U17的1脚接R34的一端，7脚接+12V电源，8脚接R34另一端。
该装置的工作原理，各种传感器采集的数据经过信号预处理送入中央处理器电路2，利用高性能单片机U22的内部A/D转换器实现A/D转换，处理后的数字量一方面送键盘显示电路4中的三位显示器模块DS1、DS2的显示，一方面与门限值比较，如果超过安全门限，则发出语音报警和光报警。另一方面经串行通信接口通过现场总线送到上位机及蓝牙通信进行手机短信通信。键盘G用来输入门限值等，电源电路2提供各单元芯片电源。
权利要求1.一种煤矿安全监测集成装置，由电源电路(2)、模拟量电路(7)、开关量电路(6)、键盘显示电路(4)和萤光报警电路(5)组成，其特征在于在整个装置的电路中设置了中央处理器电路(1)和通信模块电路(3)；中央处理器电路(1)它包括单片机U20、EEPROM程序存储器U19、电压监视器U26、晶体振荡器y2、电容C24、C25、C30、C31、电阻R37、R38、R48～R50和开关S2；单片机U20的7脚接U26的5脚、R50的一端和键盘显示电路(4)中的LCD显示驱动器U11的9脚，24、23、22脚分别接模拟量电路(7)中的多路模拟开关U9的11、10、9脚，21、27脚分别接采样保持器U10的5、8脚，28脚接U11的3脚，2、1脚分别接U11的1、2脚，64脚接U11的12脚和声光报警电路5中的语音芯片U22的23脚，39脚接y2、C24的一端，40脚接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30脚接U19的2脚、R38一端、键盘显示电路(4)中的键盘G的1脚和R51的一端，29脚接U19的3脚、R37一端、R52一端和G的2脚，33脚接R53一端和G的3脚，34脚接R54一端和G的4脚，58、55、54脚分别接G的9、10、11脚，37、42～48脚分别接键盘显示电路(4)中的锁存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18脚和锁存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18脚；49脚接U12的11脚，50脚接U21的11脚，51脚接声光报警电路(5)中的语音芯片U22的1脚，52脚接U22的7、9、10脚，26脚接通信模块电路(3)中的开关S1的1、2脚，25脚接S1的3、4脚，36脚接U22的25脚，35脚接声光报警电路(5)中的R42的一端，53脚接通信模块电路(3)中的串行转换器U4的2、3脚，3、4脚接U22的24、27脚。
2.根据权利要求1所述的煤矿安全监测集成装置，其特征在于通信模块电路(3)它包括串行通信转换器U4、U5、U29、复位电压转换器U27、蓝牙芯片模块U28、基准电压源U6、插排J1、J2、DIP、开关S1、二极管D5、D6、电解电容C9～C13、C15、C38、C41～C43、电容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、电阻R2～R4、R65～R67和天线ANTENNA；U4的8脚接+5V电源、C8、R2一端，4、1脚分别接S1的8、6脚，5脚接地，6脚接R2、R3一端和J1的2脚，7脚接R3另一端、R4一端和J1的1脚，J1的3脚接地；S1的5、7脚分别接U5的13、11脚；U28的4、3、2、1脚分别接U29的11、9、10、12脚，5脚接U27的8脚和R66的一端，14、13、12脚接+5V电源和C37、C40一端，11～7脚接C37、C40的另一端接地，6脚接天线ANTENNA；U27的4、3脚接+5V电源和C36一端，2、1脚接C36另一端和地，5、6脚接R66另一端、R65一端，7脚接R65另一端，C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15脚接地，8、13脚接U5的7、9脚，6脚接C41负极，2脚接C38的负极，16脚接C38正极、+5V电源、C39一端，C39的另一端接C41正极和地，7、14脚接U5的8、10脚，5脚接C42的负极，4脚接C42正极，3脚接C43的负极，1脚接C43的正极；U5的1脚接C9的正极，3脚接C9的负极，4脚接C10的正极，5脚接C10的负极，14、12脚接J2的3、2脚，15脚接地和J2的5脚，6脚接C12的负极，2脚接C13的负极，16脚接+5V电源、C13的正极和C14的一端，C14另一端接地和C12的正极；U6的1脚接C22一端、C11正极、D5、D6一端，2脚接地、C22另一端、C11、C15负极，3脚接C15正极，D5、D6另一端接J2的4、7脚。
专利摘要本实用新型属矿山安全监测装置，特别涉及一种煤矿安全监测集成装置，由电源电路(2)、模拟量电路(7)、开关量电路(6)、键盘显示电路(4)和荧光报警电路(5)组成，在整个装置的电路中设置了中央处理器电路(1)和通信模块电路(3)；本装置比一般单片机快4倍，单片机还具备监视定时器WDT、程序保密等优点；通讯模块电路中设置了串行通信和蓝牙通信接口，实现与上位机和手机短信通讯，增强了通讯功能采用虚拟仪器的LABVIEW软件，实现可视化图形界面；硬件和软件采用了集成技术，降低了成本，提高了可靠性。
文档编号E21F17/18GK2837516SQ20052009364
公开日2006年11月15日 申请日期2005年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者付华, 王传英 申请人:辽宁工程技术大学