煤矿安全监控分站的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿安全监控分站，包含有ARM中央处理器，与所述ARM中央处理器输入端通过接口电路连接的键盘输入单元、模拟量输入单元、开关量输入单元和ISP编程接口，与所述ARM中央处理器输出端通过接口电路连接的开关量输出单元、液晶显示单元、电源监控单元和通讯单元，所述通讯单元采用RS485-1通讯单元和RS485-2通讯单元两个相互独立的通讯系统，分别与上位机和下位20种总线型传感器通讯连接，所述ARM中央处理器通过主板供电单元与本安直流电源连接，所述模拟量输入单元分别与8种模拟型传感器的模拟量端口连接，通过ARM中央处理器自动计算模拟量传感器的数据。本发明电源功耗低，实现28种传感器的运行监控监测情况，保障煤矿安全生产的进行。
【专利说明】煤矿安全监控分站
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿用监控设备领域，具体的说是一种煤矿安全监控分站。
【背景技术】
[0002] 矿井安全监测监控系统是人们根据矿井自然灾害规律为预防矿井瓦斯、煤尘、火 灾事故，改善矿井安全生产状况，实现矿井安全生产所必须强制采取的一项重要措施。监测 监控分站是安全监测监控系统的核心。其反应速度、准确性、本身的安全、可靠性决定着监 测监控系统的性能。
[0003] 目前，市场上的监测监控分站，存在着检测种类不全面、测量精度低、通讯可靠性 差等问题。
【发明内容】
[0004] 为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种煤矿安全监控分站，电源功耗低， 实现28种传感器的运行监控监测情况，降低井下事故发生几率，保障煤矿安全生产的进 行。
[0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种煤矿安全监控分站，包含有ARM中央处理器，与所述ARM中央处理器输入端通过 接口电路连接的键盘输入单元、模拟量输入单元、开关量输入单元和ISP编程接口，与所述 ARM中央处理器输出端通过接口电路连接的开关量输出单元、液晶显示单元、电源监控单元 和通讯单元，所述通讯单元采用RS485-1通讯单元和RS485-2通讯单元两个相互独立的通 讯系统，分别与上位机和下位20种总线型传感器通讯连接，所述ARM中央处理器通过主板 供电单元与本安直流电源连接，所述模拟量输入单元分别与8种模拟型传感器的模拟量端 口连接，通过ARM中央处理器自动计算模拟量传感器的数据。
[0006] 所述主板供电单元主要由顺次连接的防反二极管D10、共模电感L11、隔离开关电 源U10、超低压差线性直流电源U11及外围电路元件组成，本安直流电源的12V电压经过隔 离开关电源U10转换成5V电压，再经过超低压差线性直流电源U11转换为3. 3V电压为ARM 中央处理器供电。
[0007] 本安直流电源的12V电压经过变压器T10与防反二极管D10连接，所述共模电感 L11与隔离开关U10之间并联连接有电容器C10和C11，所述隔离开关电源U10经过并联连 接的变压器T2M、电容器C12、电容器C13转换成5V电压，所述电容器C13的两端分别通过 电阻R20和电阻R21与超低压差线性直流电源U11连接，所述超低压差线性直流电源U11 经过并联连接的电容器C14、电容器C15和电容器C16转换成3. 3V电压。
[0008] 经超低压差线性直流电源U11转换而成的3. 3V直流电压与电源监控单元的监控 电源U12及外围元件连接，当3. 3V电源电压超出允许范围，监控电源U12发出复位信号。
[0009] 还包括遥控输入单元，所述遥控输入单元与ARM中央处理器连接，所述遥控输 入单元接收红外遥控器的信号，所述红外遥控器由顺次连接的按键电路、与门电路U32、 STC12LE5201单片机U31、12M晶体振荡器Y1、红外遥控代码发射二极管D1、三极管Q31及外 围电路元件组成，按键后，根据与门电路U32逻辑控制，STC12LE5201单片机U31产生外部 中断，掉电模式唤醒，12M晶体振荡器Y1启动，根据按键对应的指令将红外遥控代码由二极 管D1、三极管Q31发送到遥控输入单元。
[0010] 本发明采用先进的高效率、低功耗的ARM嵌入式中央处理器，利用捕获单元对八 路模拟量端口的频率进行计算，处理能力强，具有自主控制和智能管理功能；设计了高效率 的开关稳压、超低压差的线性稳压措施，减小了分站的功耗；利用电源监控芯片，实时监测 电源状态，及明恢复系统；利用ARM中央处理器中的两个RS485通讯端口，形成两个独立 的RS485通讯系统，分别实现与上位机及下位总线型传感器的通讯，互不干扰，并能根据总 线型传感器数量、接入的模拟量数量自动发送查询数据、自动显示传感器测量数量、类型， 节省大量时间，并有效提高通讯系统的及时性，在多个分站组成RS485通讯系统的情况下， RS485总线有多个相对独立的子系统，可以实现降低井下事故发生机率，保障了煤矿安全生 产的进行，专门设计的红外遥控系统，操作更加便捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明结构原理框图； 图2为主板供电单元的电路图； 图3为通讯单元的电路图； 图4为红外遥控器的电路图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述： 如图1和图3所示，该煤矿安全监控分站，包含有ARM中央处理器1，与所述ARM中央 处理器1输入端通过接口电路连接的键盘输入单元3、模拟量输入单元5、开关量输入单元 6和ISP编程接口 7,与所述ARM中央处理器1输出端通过接口电路连接的开关量输出单元 10、液晶显示单元11、电源监控单元12和通讯单元，所述通讯单元采用RS485-1通讯单元8 和RS485-2通讯单元9两个相互独立的通讯系统，分别与上位机和下位20种总线型传感器 通讯连接，所述ARM中央处理器1通过主板供电单元2与本安直流电源连接，所述模拟量输 入单元5分别与8种模拟型传感器的模拟量端口连接，通过ARM中央处理器1自动计算模 拟量传感器的数据。
[0013] 如图2所示，作为优选的方式，所述主板供电单元2主要由顺次连接的防反二极管 D10、共模电感L11、隔离开关电源U10、超低压差线性直流电源U11及外围电路元件组成，本 安直流电源的12V电压经过隔离开关电源U10转换成5V电压，再经过超低压差线性直流电 源Ul 1转换为3. 3V电压为ARM中央处理器1供电。5V直流电压除给接口电路供电外，还通 过双路隔离开关电源转换为相互独立的5V直流电，供通讯电路使用，使两个RS485通讯系 统相互间的干扰降至最低。
[0014] 进一步的，本安直流电源的12V电压经过变压器T10与防反二极管D10连接，所述 共模电感L11与隔离开关U10之间并联连接有电容器C10和C11，所述隔离开关电源U10经 过并联连接的变压器T2M、电容器C12、电容器C13转换成5V电压，所述电容器C13的两端 分别通过电阻R20和电阻R21与超低压差线性直流电源U11连接，所述超低压差线性直流 电源U11经过并联连接的电容器C14、电容器C15和电容器C16转换成3. 3V电压。
[0015] 进一步的，经超低压差线性直流电源Ul 1转换而成的3. 3V直流电压与电源监控单 元12的监控电源U12及外围元件连接，当3. 3V电源电压超出允许范围，监控电源U12发出 复位信号，及时恢复系统。
[0016] 如图3所示，作为优选的方式，本发明还包括遥控输入单元4,所述遥控输入单元4 与ARM中央处理器1连接。所述遥控输入单元4接收红外遥控器的信号，所述红外遥控器 由顺次连接的按键电路、与门电路U32、STC12LE5201单片机U31、12M晶体振荡器Y1、红外 遥控代码发射二极管D1、三极管Q31及外围电路元件组成，按下按键SI、S2、S3、S4中的任 意一个按键后，根据与门电路U32逻辑控制，STC12LE5201单片机U31产生外部中断，掉电 模式唤醒，12M晶体振荡器Y1启动，根据按键对应的指令将红外遥控代码由二极管D1、三极 管Q31发送到遥控输入单元4。当无按键按下时，STC12LE5201单片机U31进入掉电模式， 12M晶体振荡器Y1停诊待命。
[0017] 本发明在实际应用过程中，ARM中央处理器1接收键盘输入单元3、遥控输入单元 4的输入信号，产生不同的指令，进行相应的设置、显示等操作。
[0018] 模拟量输入单元5将与分站八个模拟量端口相连接的200 - 1000HZ频率信号经 过光电耦、电气隔离、波形整形，送入ARM中央处理器1CPU的捕获单元。捕获单元时钟为 高精度32位时钟，可实现高精度的频率计算，并根据频率计算结果，结合输入类型，自动计 算出输入传感器的数值。在液晶显示单元11的液晶显示屏上能够自动显示其有无断线、类 型、数值、单位，一目了然。ARM中央处理器1实时检测开关量输入单元6的状态，将其状态 显示在液晶显示单元11的液晶屏上。
[0019] ARM中央处理器1内部的两个串行通讯端口形成两套独立的RS485通讯系统： RS485-1通讯系统8和RS485-2通讯系统9。RS485-1通讯系统8与上位计算机进行通讯， 接收上位计算机指令，根据上位机指令将要求的数据传送回上位机。RS485-2通讯系统9与 下位总线型传感器进行通讯，定时向下位传感器发送巡检信号，接收下位传感器数据。
[0020] 分站的RS485通讯系统智能性地向上位机、下位机发送巡检信号。对于模拟型传 感器，RS485可自动根据端口有无连接，将有效的数据传送到上位机；对于总线型传感器， 分站在开机初始化过程中，通过上传数据自动检测出连接的总线型传感器地址、数量，有效 地扩大了输入类型，节省上传数据时间。在巡检过程中只定时巡检有连线的传感器数据，将 与其有实际连接的传感器地址、类型、单位、数值等信息自动传送到上位计算机，并根据传 感器上传数据，将其类型、单位、数值显示在液晶屏上。两个RS485通讯单元采用循环冗余 技术，提高了通讯的可靠性。
[0021] ARM中央处理器1将输入模拟量、开关量状态、总线传感器输入数据与设定值比 较，产生瓦斯电闭锁、风电闭锁功能并通过数字开关量输出单元10控制报警器工作。
[0022] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领 域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的 保护范围。
【权利要求】
1. 一种煤矿安全监控分站，包含有ARM中央处理器（1)，与所述ARM中央处理器（1)输 入端通过接口电路连接的键盘输入单元（3)、模拟量输入单元（5)、开关量输入单元（6)和 ISP编程接口（7)，与所述ARM中央处理器（1)输出端通过接口电路连接的开关量输出单元 (10)、液晶显示单元（11)、电源监控单元（12)和通讯单元，其特征在于，所述通讯单元采用 RS485-1通讯单元（8)和RS485-2通讯单元（9)两个相互独立的通讯系统，分别与上位机和 下位20种总线型传感器通讯连接，所述ARM中央处理器（1)通过主板供电单元（2)与本安 直流电源连接，所述模拟量输入单元（5 )分别与8种模拟型传感器的模拟量端口连接，通过 ARM中央处理器（1)自动计算模拟量传感器的数据。
2. 根据权利要求1所述的煤矿安全监控分站，其特征在于，所述主板供电单元（2)主 要由顺次连接的防反二极管D10、共模电感L11、隔离开关电源U10、超低压差线性直流电源 U11及外围电路元件组成，本安直流电源的12V电压经过隔离开关电源U10转换成5V电压， 再经过超低压差线性直流电源U11转换为3. 3V电压为ARM中央处理器（1)供电。
3. 根据权利要求2所述的煤矿安全监控分站，其特征在于，本安直流电源的12V电压 经过变压器T10与防反二极管D10连接，所述共模电感L11与隔离开关U10之间并联连接 有电容器C10和C11，所述隔离开关电源U10经过并联连接的变压器T2M、电容器C12、电容 器C13转换成5V电压，所述电容器C13的两端分别通过电阻R20和电阻R21与超低压差线 性直流电源U11连接，所述超低压差线性直流电源U11经过并联连接的电容器C14、电容器 C15和电容器C16转换成3. 3V电压。
4. 根据权利要求2所述的煤矿安全监控分站，其特征在于，经超低压差线性直流电源 U11转换而成的3. 3V直流电压与电源监控单元（12)的监控电源U12及外围元件连接，当 3. 3V电源电压超出允许范围，监控电源U12发出复位信号。
5. 根据权利要求1所述的煤矿安全监控分站，其特征在于，还包括遥控输入单元（4)， 所述遥控输入单元（4)与ARM中央处理器（1)连接，所述遥控输入单元（4)接收红外遥控器 的信号，所述红外遥控器由顺次连接的按键电路、与门电路U32、STC12LE5201单片机U31、 12M晶体振荡器Y1、红外遥控代码发射二极管D1、三极管Q31及外围电路元件组成，按键后， 根据与门电路U32逻辑控制，STC12LE5201单片机U31产生外部中断，掉电模式唤醒，12M晶 体振荡器Y1启动，根据按键对应的指令将红外遥控代码由二极管D1、三极管Q31发送到遥 控输入单元（4)。
【文档编号】G08C23/04GK104155942SQ201410358514
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月26日 优先权日:2014年7月26日
【发明者】岳建才, 吕建云, 贾承恩, 陈军, 马圣亮, 王欣, 李建军 申请人:山东中天泰和实业有限公司