一种多功能矿用传感器检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及传感器检测领域，具体涉及一种多功能矿用传感器检测装置。


背景技术：

2.矿用传感器种类众多，诸如压力传感器、温度传感器、位置传感器、转速传感器等等。当前，多数矿用传感器的检测都参考国家安全生产矿用设备检测检验中心的检测模式，业内多数厂家对矿用产品的测试都较为落后，或逐个检测，或每个产品配置不同测试设备，比如压力传感器检测装置、温度传感器检测装置、转速台测试仪等等；即每一种类型的传感器都需配备一种传感器检测装置，针对不同的传感器需要不同的检测装置，因而测试设备较多，不易于管理。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多功能矿用传感器检测装置，为多传感器的检测提供统一的硬件电路，测试设备较少，易于管理。
4.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种多功能矿用传感器检测装置，包括本安传感器信号变换模块、非本安传感器信号变换模块、mcu模块以及电源模块；矿用传感器包括本安传感器和非本安传感器，所述本安传感器信号变换模块的输入端与所述本安传感器的信号输出端连接，所述非本安传感器信号变换模块的输入端与所述非本安传感器的信号输出端连接，所述本安传感器信号变换模块的输出端以及所述非本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模块的信号输入接口连接；所述电源模块的输入端接入供电源，所述电源模块的输出端包括隔离电源电压输出端和非隔离电源电压输出端；所述电源模块的非隔离电源电压输出端通过非本安传感器供电电路与所述非本安传感器电连接，所述电源模块的非隔离电源电压输出端还与所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的隔离电源电压输出端分别与所述mcu模块、所述本安传感器信号变换模块以及所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的隔离电源电压输出端还通过本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接。
5.本实用新型的有益效果是：在本实用新型一种多功能矿用传感器检测装置中，电源模块进行本安与非本安电源之间的隔离，提供传感器测试所需电压，本安传感器信号变换模块用于对本安传感器输出的信号变换成mcu模块可以接收的信号，非本安传感器信号变换模块用于对非本安传感器输出的信号变换成mcu模块可以接收的信号，方便mcu模块存储传感器信号；本实用新型为多传感器的检测提供统一的硬件电路，测试设备较少，易于管理。
6.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
7.进一步，还包括can收发器，所述can收发器与所述mcu模块的信号输出接口连接。
8.采用上述进一步方案的有益效果是：can收发器可以将mcu模块存储的传感器信号快速输出至上位机，方便后续对传感器信号进行处理。
9.进一步，所述电源模块的隔离电源电压输出端包括第一隔离电源电压输出端和第二隔离电源电压输出端；所述电源模块的第一隔离电源电压输出端通过所述本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接，所述电源模块的第二隔离电源电压输出端分别与所述mcu模块、所述本安传感器信号变换模块以及所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的第二隔离电源电压输出端还通过所述本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接。
10.进一步，所述电源模块的非隔离电源电压输出端输出的非隔离电压为5v，所述电源模块的第一隔离电源电压输出端输出的隔离电压为15v.ex，所述电源模块的的第二隔离电源电压输出端输出的隔离电压为5v.ex。
11.进一步，所述电源模块包括开关电源、第一电压变换电路、电压隔离及变换电路和第二电压变换电路；所述开关电源的输入端接入供电源，所述开关电源的输出端与所述第一电压变换电路的输入端电连接，所述第一电压变换电路的输出端即为所述电源模块的非隔离电源电压输出端；所述开关电源的输出端与所述电压隔离及变换电路的输入端电连接，所述电压隔离及变换电路的输出端即为所述电源模块的第一隔离电源电压输出端；所述电压隔离及变换电路的输出端与所述第二电压变换电路的输入端电连接，所述第二电压变换电路的输出端即为所述电源模块的第二隔离电源电压输出端。
12.进一步，所述开关电源的输入端通过保险丝接入供电源。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：保险丝可以保证供电的安全。
14.进一步，所述本安传感器供电电路包括数模转换芯片u1、数字电位计u2和功率放大器u3；所述数模转换芯片u1的vdd引脚连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述数模转换芯片u1的voutb引脚以及ldac引脚对应通过电阻r1和电阻r2接数字地，所述数模转换芯片u1的vss引脚接数字地，所述数模转换芯片u1的vouta引脚通过电阻r3连接在所述功率放大器u3的正向输入端上，所述功率放大器u3的负向输入端通过电阻r4接数字地，所述功率放大器u3的负向输入端通过电阻r5连接在所述功率放大器u3的v-电源端上，所述功率放大器u3的v+电源端连接在所述电源模块的第一隔离电源电压输出端上，所述功率放大器u3的i
lim
端与所述数字电位计u2的p0a引脚连接，所述功率放大器u3的输出端即为所述本安传感器供电电路的输出端；所述数字电位计u2的vdd引脚连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述数字电位计u2的wp引脚通过电阻r6连接在所述电源模块的非隔离电源电压输出端上，所述数字电位计u2的p0w引脚、p1w引脚以及vss引脚均接数字地。
15.进一步，所述本安传感器信号变换模块包括电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c1、电容c2、二极管d1和二极管d2；所述电阻r7的一端连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述电阻r7的另一端通过所述电容c1接数字地，所述电阻r7和所述电容c1的公共连接端即为所述本安传感器信号变换模块的输入端；所述电阻r8与所述电容c1并联，所述电阻r9的一端连接在所述电阻r7和所述电容c1的公共连接端上，所述电阻r9的另一端通过所述电容c2接数字地，所述电阻r9的另一端还分别与所述二极管d1的正极以及所述二极管d2的负极连接，所述二极管d1的负极连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述二极管d2的正极接数字地，所述电阻r9的另一端即为所述本安传感器信号变换模块的输出端。
16.进一步，所述非本安传感器信号变换模块包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c3、电容c4、电容c5、二极管d4、二极管d3和隔离芯片u4；所述电阻r10的一端连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述电阻r10的另一端通过所述电容c3接模拟地，所述电阻r10和所述电容c3的公共连接端即为所述非本安传感器信号变换模块的输入端；所述电阻r11与所述电容c3并联，所述电阻r12的一端连接在所述电阻r10和所述电容c3的公共连接端上，所述电阻r12的另一端通过所述电容c4接模拟地，所述电阻r12的另一端还分别与所述二极管d3的正极以及所述二极管d4的负极连接，所述二极管d3的负极连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述二极管d4的正极接模拟地，所述电阻r12的另一端还连接在所述隔离芯片u4的sin+引脚上，所述隔离芯片u4的sin-引脚接模拟地，所述隔离芯片u4的gnd引脚接数字地，隔离芯片u4的vcc引脚连接在所述电源模块的第一隔离电源电压输出端上，所述隔离芯片u4的sout-引脚接数字地，所述隔离芯片u4的sout+引脚与所述电阻r13的一端连接，所述电阻r13的另一端通过所述电容c5接数字地，所述电阻r13的另一端即为所述非本安传感器信号变换模块的输出端。
17.进一步，所述本安传感器设有多个，所述本安传感器信号变换模块设有多个并与多个所述本安传感器一一对应，每个所述本安传感器信号变换模块的输入端与对应的一个所述本安传感器的信号输出端连接，每个所述本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模块的信号输入接口连接；或/和，所述非本安传感器设有多个，所述非本安传感器信号变换模块设有多个并与多个所述非本安传感器一一对应，每个所述非本安传感器信号变换模块的输入端与对应的一个所述非本安传感器的信号输出端连接，每个所述非本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模块的信号输入接口连接。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：本安传感器信号变换模块或/和非本安传感器信号变换模块设置多个，可以同时对多个传感器进行检测，提高传感器检测效率。
附图说明
19.图1为本实用新型一种多功能矿用传感器检测装置的整体结构框图；
20.图2为电源模块的具体供电结构框图；
21.图3为电源模块的结构框图；
22.图4为本安传感器供电电路的具体电路结构示意图；
23.图5为本安传感器信号变换模块的具体电路结构示意图；
24.图6为非本安传感器信号变换模块的具体电路结构示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
26.如图1所示，一种多功能矿用传感器检测装置，包括本安传感器信号变换模块、非本安传感器信号变换模块、mcu模块以及电源模块；矿用传感器包括本安传感器和非本安传感器，所述本安传感器信号变换模块的输入端与所述本安传感器的信号输出端连接，所述非本安传感器信号变换模块的输入端与所述非本安传感器的信号输出端连接，所述本安传感器信号变换模块的输出端以及所述非本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模
块的信号输入接口连接；所述电源模块的输入端接入供电源，所述电源模块的输出端包括隔离电源电压输出端和非隔离电源电压输出端；所述电源模块的非隔离电源电压输出端通过非本安传感器供电电路与所述非本安传感器电连接，所述电源模块的非隔离电源电压输出端还与所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的隔离电源电压输出端分别与所述mcu模块、所述本安传感器信号变换模块以及所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的隔离电源电压输出端还通过本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接。
27.在本具体实施例中：
28.如图1所示，本实用新型还包括can收发器，所述can收发器与所述mcu模块的信号输出接口连接。can收发器可以将mcu模块存储的传感器信号快速输出至上位机，方便后续对传感器信号进行处理。
29.如图2所示，所述电源模块的隔离电源电压输出端包括第一隔离电源电压输出端和第二隔离电源电压输出端；所述电源模块的第一隔离电源电压输出端通过所述本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接，所述电源模块的第二隔离电源电压输出端分别与所述mcu模块、所述本安传感器信号变换模块以及所述非本安传感器信号变换模块电连接，所述电源模块的第二隔离电源电压输出端还通过所述本安传感器供电电路与所述本安传感器电连接。
30.具体的，所述电源模块的非隔离电源电压输出端输出的非隔离电压为5v，所述电源模块的第一隔离电源电压输出端输出的隔离电压为15v.ex，所述电源模块的的第二隔离电源电压输出端输出的隔离电压为5v.ex(其中，.ex后缀代表隔离电源电压)。
31.如图3所示，所述电源模块包括开关电源、第一电压变换电路、电压隔离及变换电路和第二电压变换电路；所述开关电源的输入端接入供电源，所述开关电源的输出端与所述第一电压变换电路的输入端电连接，所述第一电压变换电路的输出端即为所述电源模块的非隔离电源电压输出端；所述开关电源的输出端与所述电压隔离及变换电路的输入端电连接，所述电压隔离及变换电路的输出端即为所述电源模块的第一隔离电源电压输出端；所述电压隔离及变换电路的输出端与所述第二电压变换电路的输入端电连接，所述第二电压变换电路的输出端即为所述电源模块的第二隔离电源电压输出端。
32.具体的，所述开关电源的输入端通过保险丝接入供电源。保险丝可以保证供电的安全。
33.本实用新型采用开关电源将ac220v转换为dc24v供电，第一电压变换电路将开关电源输出的dc24v转换为dc5v的非隔离电源电压输出；电压隔离及变换电路将开关电源输出的dc24v隔离并转换成15v的第一隔离电源电压输出；第二电压变换电路将电压隔离及变换电路输出的15v的第一隔离电源电压转换为5v的第二隔离电源电压输出。由此可知，第一电压变换电路具体为将dc24v转换成dc5v的电压转换电路，第二电压变换电路具体为将15v转换成5v的电压转换电路；因此可以根据实际需要合理选择现有的电压变换电路作为第一电压变换电路和第二电压变换电路。
34.dc5v的非隔离电源电压为非本安电路供电，15v的第一隔离电源电压和5v的第二隔离电源电压为本安电路供电。
35.如图4所示，所述本安传感器供电电路包括数模转换芯片u1、数字电位计u2和功率
放大器u3；所述数模转换芯片u1的vdd引脚连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述数模转换芯片u1的voutb引脚以及ldac引脚对应通过电阻r1和电阻r2接数字地，所述数模转换芯片u1的vss引脚接数字地，所述数模转换芯片u1的vouta引脚通过电阻r3连接在所述功率放大器u3的正向输入端上，所述功率放大器u3的负向输入端通过电阻r4接数字地，所述功率放大器u3的负向输入端通过电阻r5连接在所述功率放大器u3的v-电源端上，所述功率放大器u3的v+电源端连接在所述电源模块的第一隔离电源电压输出端上，所述功率放大器u3的i
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端与所述数字电位计u2的p0a引脚连接，所述功率放大器u3的输出端即为所述本安传感器供电电路的输出端；所述数字电位计u2的vdd引脚连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述数字电位计u2的wp引脚通过电阻r6连接在所述电源模块的非隔离电源电压输出端上，所述数字电位计u2的p0w引脚、p1w引脚以及vss引脚均接数字地。
36.具体的，功率放大器u3的型号为opa548。通过单片机控制数模转换芯片u1输出相应的电压，将此电压输入功率放大器u3，提供传感器供电电源输出电压，调节数模转换芯片u1输出电压即可改变传感器供电电源输出电压值。通过单片机控制数字电位计u2输出电阻值，此电阻接入功率放大器u3以改变传感器供电电源的输出电流。
37.如图5所示，所述本安传感器信号变换模块包括电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c1、电容c2、二极管d1和二极管d2；所述电阻r7的一端连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述电阻r7的另一端通过所述电容c1接数字地，所述电阻r7和所述电容c1的公共连接端即为所述本安传感器信号变换模块的输入端；所述电阻r8与所述电容c1并联，所述电阻r9的一端连接在所述电阻r7和所述电容c1的公共连接端上，所述电阻r9的另一端通过所述电容c2接数字地，所述电阻r9的另一端还分别与所述二极管d1的正极以及所述二极管d2的负极连接，所述二极管d1的负极连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述二极管d2的正极接数字地，所述电阻r9的另一端即为所述本安传感器信号变换模块的输出端。
38.如图6所示，所述非本安传感器信号变换模块包括电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c3、电容c4、电容c5、二极管d4、二极管d3和隔离芯片u4；所述电阻r10的一端连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述电阻r10的另一端通过所述电容c3接模拟地，所述电阻r10和所述电容c3的公共连接端即为所述非本安传感器信号变换模块的输入端；所述电阻r11与所述电容c3并联，所述电阻r12的一端连接在所述电阻r10和所述电容c3的公共连接端上，所述电阻r12的另一端通过所述电容c4接模拟地，所述电阻r12的另一端还分别与所述二极管d3的正极以及所述二极管d4的负极连接，所述二极管d3的负极连接在所述电源模块的第二隔离电源电压输出端上，所述二极管d4的正极接模拟地，所述电阻r12的另一端还连接在所述隔离芯片u4的sin+引脚上，所述隔离芯片u4的sin-引脚接模拟地，所述隔离芯片u4的gnd引脚接数字地，隔离芯片u4的vcc引脚连接在所述电源模块的第一隔离电源电压输出端上，所述隔离芯片u4的sout-引脚接数字地，所述隔离芯片u4的sout+引脚与所述电阻r13的一端连接，所述电阻r13的另一端通过所述电容c5接数字地，所述电阻r13的另一端即为所述非本安传感器信号变换模块的输出端。
39.传感器输出信号类型为电压、电阻和频率，本实用新型的本安传感器信号变换模块和非本安传感器信号变换模块可兼容这3种信号。电压信号通过滤波、嵌位后通过mcu模
块接入上位机，上位机直接测量传感器输出电压。电阻信号接入信号输入引脚和地之间，通过mcu模块接入上位机，上位机根据测量的电压值计算出传感器输出电阻值。频率信号通过滤波、嵌位后通过mcu模块接入上位机，上位机直接测量传感器频率。因此，本安传感器信号变换模块和非本安传感器信号变换模块的输出端口，必须接入mcu模块的复用端口。具体的mcu模块可以采用汽车级专用芯片。
40.本安传感器信号变换模块和非本安传感器信号变换模块，可根据需要同时测试本安传感器和非本安传感器。
41.在本实施例中，所述本安传感器设有多个，所述本安传感器信号变换模块设有多个并与多个所述本安传感器一一对应，每个所述本安传感器信号变换模块的输入端与对应的一个所述本安传感器的信号输出端连接，每个所述本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模块的信号输入接口连接；或/和，所述非本安传感器设有多个，所述非本安传感器信号变换模块设有多个并与多个所述非本安传感器一一对应，每个所述非本安传感器信号变换模块的输入端与对应的一个所述非本安传感器的信号输出端连接，每个所述非本安传感器信号变换模块的输出端均与所述mcu模块的信号输入接口连接。本安传感器信号变换模块或/和非本安传感器信号变换模块设置多个，可以同时对多个传感器进行检测，提高传感器检测效率。
42.在本实用新型一种多功能矿用传感器检测装置中，电源模块进行本安与非本安电源之间的隔离，提供传感器测试所需电压，本安传感器信号变换模块用于对本安传感器输出的信号变换成mcu模块可以接收的信号，非本安传感器信号变换模块用于对非本安传感器输出的信号变换成mcu模块可以接收的信号，方便mcu模块存储传感器信号；本实用新型为多传感器的检测提供统一的硬件电路，测试设备较少，易于管理。
43.需要说明的是，本实用新型不涉及计算机程序的改进，本实用新型旨在保护各硬件及各硬件之间的连接关系，为多传感器的检测提供统一的硬件电路。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。