专利名称：一种矿用本安型控制分站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿井监测系统领域，具体是一种矿用本安型控制分站。
背景技术：
目前，随着国家对煤矿信息化建设的日益重视和对煤矿安全监管的日益加强，我国煤矿逐渐走向了信息化、安全化，这就使得矿井下的各类传感、执行设备越来越多，但各种传感和执行设备的接口类型却不尽相同,主要有RS-485总线接口、CAN总线接口、开关量接口、频率量接口、单极性编码等接口。虽然市场上矿用本安型控制分站品种众多，但功能都较为单一，能够提供的设备接口类型和接口数量较少，不能同时接入多种 类型设备，无法根据实际需求对控制分站功能进行扩充。并且，由于井下监测、监控系统众多，各个系统中的控制分站在使用现场总线组网构成分布式结构系统时，所支持的总线类型单一，不利于和其他具备不同类型现场总线的控制分站融合。同时，随着以太网在矿井下的广泛使用，很多控制分站都设计有以太网接口，可以与以太网交换机直连，但控制分站本身一般不具备以太网交换功能，在与交换机进行组网时，只能组建星形网络，网络中的控制分站与交换机之间全部采用点对点的方式连接，这样不但消耗了大量的电缆或光缆，同时也占用了过多的交换机端口，从而增加了设备投入与施工成本。另外，市场现有的控制分站一般不具备大容量存储功能，不能对控制分站自身的运行状态、接入的执行和传感设备的上报信息和状态以及相关命令执行情况进行记忆，当出现事故时难以分析事故原因，不利于使用在安全要求较高的场合。同时常用分站也没有人机交互的键盘与显示装置，不方便设备的调试和日常维护。并且，常用分站一般不具备远程对分站固件进行在线升级功能，如果需要对控制分站进行调试或功能扩展，需要亲临现场才能完成，增加了设备的实施和应用成本。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种矿用本安型控制分站，可对多种信号量进行采集和输出、具备多种总线通信接口，可实现分布式网络结构。本实用新型的技术方案为一种矿用本安型控制分站，包括有微处理器，与微处理器连接的存储器模块和通信模块，分别与微处理器信号输入端连接的码址产生模块、频率量采集模块和开关量采集模块，以及分别与微处理器信号输出端连接的开关量输出模块、单极性串行异步编码模块和显示模块；所述的通信模块包括有以太网交换机模块、CAN总线通信接口模块、RS-485通信接口模块、FSK总线收发模块和LIN通信接口模块。所述的矿用本安型控制分站还包括无线键盘接口 ；所述的微处理器上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；所述的键盘接口、RS-485通信接口模块和FSK总线收发模块均与微处理器的UART接口连接，所述的以太网交换机模块与微处理器的MII接口连接，所述的CAN总线通信接口模块与微处理器的CAN控制器接口连接，所述的LIN通信接口模块与微处理器的SPI接口连接。所述的存储器模块选用大容量存储器模块；所述的显示模块选用液晶显示模块。所述的码址产生模块通过两个8421旋码开关实现，产生控制分站在组成分布式结构网络时所需的地址码；所述的频率量采集模块通过隔离光耦和限流电路实现，组成8路频率量检测端口实现；所述的开关量采集模块通过D边沿触发器与隔离光耦以及限流电路实现，组成20路开关量采集端口 ；所述的开关量输出模块通过D边沿触发器与隔离光耦实现，组成4路开关量输出端口 ；所述的单极性串行异步编码模块通过编码芯片、模拟开关、译码器、隔离光耦实现，组成4路单极性串行异步编码输出端口。所述的以太网交换机模块采用I个以太网物理层芯片和一个以太网交换机芯片组成2路以太网光信号接口和I路以太网电信号接口 ；控制分站之间可以通过光信号接口进行以太网级联组网。所述的键盘接口采用2. 4GHz射频芯片设计，可通过无线的方式接入小型键盘，在调试和维护设备时，可在控制分站不开盖的情况下向其发送相应命令检测其运行情况和各个模块功能是否正常。所述的大容量存储器模块采用64M byte Nand Flash设计,可实时存储控制分站自身的运行状态、执行和传感设备的上报信息和状态，以及主控计算机下发的控制命令信息和控制分站控制执行设备的相关信息。通过所述的FSK总线收发模块、RS485通信接口模块和CAN通信接口模块可以分别进行组网，构成分布式结构系统；也可以通过以太网交换机模块接入以太网，并可同时使用总线通信和以太网通信组成混合网络。所述的矿用本安型控制分站具备远程在线升级功能，通过地面主控计算机向井下控制分站发送升级命令和待更新的应用程序文件，无需亲临现场即可完成对其应用程序的更新，极大地方便了控制分站的调试维护以及在需要时对其功能进行扩展。所述的矿用本安型控制分站采用本质安全型设计，可以应用在具有爆炸性气体的危险性场合。本实用新型的有益效果(I)、本实用新型具有多种信号采集和输出接口，可接入多种不同类型的传感和执行设备，从而可用于多种监测和控制系统；(2)、本实用新型具有多种通信接口和以太网交换机通信接口，可根据现场实际需求通过总线组成分布式结构系统或通过太网交换机通信接口进行级联后接入以太网，并可同时使用总线通信和以太网通信组成混合网络，大大加强了系统的灵活性、实用性和经济性，且可实现远程在线升级功能，通过地面主控计算机向井下控制分站发送升级命令和待更新的应用程序文件，无需亲临现场即可完成对其应用程序的更新，极大地方便了控制分站的调试维护以及在需要时对其功能进行扩展；(3)、本实用新型具有无线键盘接口，可方便通过无线的方式接入小型键盘，在调试和维护设备时，可在控制分站不开盖的情况下向其发送相应命令检测其运行情况和各个模块功能是否正常；[0022](4)、本实用新型的大容量存储器模块，可实时存储控制分站自身的运行状态、执行和传感设备的上报信息和状态，以及主控计算机下发的控制命令信息和控制分站控制执行设备的相关信息。本实用新型用于组成矿井井下多种控制系统，实时针对井下车辆、人员、设备的监测控制；具有维护便利、功能强大的特点，可以兼容CAN、以太网、RS485等多种工业总线，具有丰富的传感、执行信号的接入能力，且使用范围广大。
图I为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
见图1，一种矿用本安型控制分站，包括有微处理器1，与微处理器I连接的大容量存储器模块2、通信模块和无线键盘接口 3，分别与微处理器I信号输入端连接的码址产生 模块4、频率量采集模块5和开关量采集模块6，以及分别与微处理器I信号输出端连接的开关量输出模块7、单极性串行异步编码模块8和液晶显示模块9 ;通信模块包括有以太网交换机模块10、CAN总线通信接口模块11、RS-485通信接口模块12、FSK总线收发模块13和LIN通信接口模块14 ;微处理器I上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；无线键盘接口 3、RS-485通信接口模块12和FSK总线收发模块13均与微处理器I的UART接口连接，以太网交换机模块10与微处理器I的MII接口连接，CAN总线通信接口模块11与微处理器I的CAN控制器接口连接，LIN通信接口模块14与微处理器的SPI接口连接。本实用新型的使用原理大容量存储器模块2采用64M byte Nand Flash设计，可实时存储控制分站自身的运行状态、执行和传感设备的上报信息和状态，以及主控计算机下发的控制命令信息和控制分站控制执行设备的相关信息；无线键盘接口 3采用2. 4GHz射频芯片设计，可通过无线的方式接入小型键盘，在调试和维护设备时，可在控制分站不开盖的情况下向其发送相应命令检测其运行情况和各个模块功能是否正常；码址产生模块4通过两个8421码旋码开关实现，产生控制分站在组成分布式结构网络时所需的地址码；频率量采集模块5通过隔离光耦和限流电路实现，组成8路频率量检测端口实现，对(732 - 1379) Hz的脉冲信号进行检测，控制分站可将采集到的数据转换为所采集设备的工作状态，并通过液晶显示模块9进行显示；开关量采集模块6通过D边沿触发器与隔离光耦以及限流电路实现，组成20路开关量采集端口，对接入控制分站的开关量类型设备进行状态检测，并通过液晶显示模块9进行显示；开关量输出模块7通过D边沿触发器与隔离光耦实现，组成4路开关量输出端口，对接入控制分站的开关量类型设备进行控制；单极性串行异步编码模块8通过编码芯片、模拟开关、译码器、隔离光耦实现，组成4路单极性串行异步编码输出端口，负责输出包含地址和数据的编码信息从而控制具备同类型接口的设备；以太网交换机模块10采用一个以太网物理层芯片和一个以太网交换机芯片组成两路以太网光信号接口和一路以太网电信号接口，使控制分站之间可以通过光信号接口进行以太网级联组网；可以通过CAN总线通信接口模块11、RS-485通信接口模块12、FSK总线收发模块13和LIN通信接口模块14分别进行组网，构成分布式结构系统；也可以通过以太网交换机模块10接入以太网，并 可同时使用多种总线通信接口和以太网通信组成混合网络。
权利要求1.一种矿用本安型控制分站，其特征在于包括有微处理器，与微处理器连接的存储器模块和通信模块，分别与微处理器信号输入端连接的码址产生模块、频率量采集模块和开关量采集模块，以及分别与微处理器信号输出端连接的开关量输出模块、单极性串行异步编码模块和显示模块；所述的通信模块包括有以太网交换机模块、CAN总线通信接口模块、RS-485通信接口模块、FSK总线收发模块和LIN通信接口模块。
2.根据权利要求I所述的一种矿用本安型控制分站，其特征在于所述的矿用本安型控制分站还包括无线键盘接口 ；所述的微处理器上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；所述的键盘接口、RS-485通信接口模块和FSK总线收发模块均与微处理器的UART接口连接，所述的以太网交换机模块与微处理器的MII接口连接，所述的CAN总线通信接口模块与微处理器的CAN控制器接口连接，所述的LIN通信接口模块与微处理器的SPI接口连接。
3.根据权利要求I所述的一种矿用本安型控制分站，其特征在于所述的存储器模块选用大容量存储器模块；所述的显示模块选用液晶显示模块。
4.根据权利要求I所述的矿用本安型控制分站，其特征在于所述的码址产生模块通过两个8421旋码开关实现，产生控制分站在组成分布式结构网络时所需的地址码；所述的频率量采集模块通过隔离光耦和限流电路实现，组成8路频率量检测端口实现；所述的开关量采集模块通过D边沿触发器与隔离光耦以及限流电路实现，组成20路开关量采集端口 ；所述的开关量输出模块通过D边沿触发器与隔离光耦实现，组成4路开关量输出端口 ；所述的单极性串行异步编码模块通过编码芯片、模拟开关、译码器、隔离光耦实现，组成4路单极性串行异步编码输出端口。
5.根据权利要求I所述的矿用本安型控制分站，其特征在于所述的以太网交换机模块采用I个以太网物理层芯片和一个以太网交换机芯片组成2路以太网光信号接口和I路以太网电信号接口 ；控制分站之间可以通过光信号接口进行以太网级联组网。
6.根据权利要求2所述的矿用本安型控制分站，其特征在于所述的键盘接口采用2.4GHz射频芯片设计，可通过无线的方式接入小型键盘，在调试和维护设备时，可在控制分站不开盖的情况下向其发送相应命令检测其运行情况和各个模块功能是否正常。
7.根据权利要求3所述的矿用本安型控制分站，其特征在于所述的大容量存储器模块采用64M byte Nand Flash设计,可实时存储控制分站自身的运行状态、执行和传感设备的上报信息和状态，以及主控计算机下发的控制命令信息和控制分站控制执行设备的相关信息。
8.根据权利要求I所述的矿用本安型控制分站，其特征在于通过FSK总线收发模块、RS485通信接口模块和CAN通信接口模块可以分别进行组网，构成分布式结构系统；也可以通过以太网交换机模块接入以太网，并可同时使用总线通信和以太网通信组成混合网络。
9.根据权利要求I所述的矿用本安型控制分站，其特征在于所述的矿用本安型控制分站采用本质安全型设计，可以应用在具有爆炸性气体的危险性场合。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用本安型控制分站，包括有微处理器，存储器模块、通信模块、码址产生模块、频率量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、单极性串行异步编码模块和显示模块；通信模块包括有以太网交换机模块、CAN总线通信接口模块、RS-485通信接口模块、FSK总线收发模块和LIN通信接口模块。本实用新型具有多种信号采集和输出接口，可接入多种不同类型的传感和执行设备，从而可用于多种监测和控制场合。同时，本实用新型具有多种总线通信接口，可根据现场实际需求通过总线组成分布式结构系统，并可同时使用总线通信和以太网通信组成混合网络，可有效增强系统的灵活性、实用性和经济性。
文档编号G05B19/418GK202735809SQ201220368540
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月29日 优先权日2012年7月29日
发明者魏臻, 程运安, 彭震, 鲍红杰, 徐自军, 胡敏, 徐伟, 李谦 申请人:合肥工大高科信息科技股份有限公司