專利名稱：煤礦安全監(jiān)測集成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬礦山安全監(jiān)測裝置，特別涉及一種煤礦安全監(jiān)測集成裝置。
技術(shù)背景我國能源主要是煤炭，煤炭占全國一次性能源結(jié)構(gòu)的70％；煤炭發(fā)展的主要問題是煤礦安全，礦井的安全一直是人們矚目的焦點，近幾年，我國煤礦因公死亡人數(shù)平均在六千人左右，是世界其他采煤國家死亡總?cè)藬?shù)的4倍，井下作業(yè)設(shè)備與工藝相對落后是煤礦安全的“硬傷”。目前，煤礦雖然也應(yīng)用了不少安全檢測裝置，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性，但是這些裝置還存在著通信功能差，對礦井災(zāi)情診斷、可靠性差，可視性不好，成本高等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種通信功能強、對礦井災(zāi)情診斷可靠性強、可視性好、成本低的煤礦安全監(jiān)測集成裝置及融合技術(shù)的應(yīng)用。
本實用新型解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種由電源電路、模擬量電路、開關(guān)量電路、鍵盤顯示電路和聲光報警電路組成的煤礦安全監(jiān)測集成裝置，它的特點在整個裝置的電路中設(shè)置了中央處理器電路和通信模塊電路；中央處理器電路它包括單片機U20、EEPROM程序存儲器U19、電壓監(jiān)視器U26、晶體振蕩器y2、電容C24、C25、C30、C31、電阻R37、R38、R48～R50和開關(guān)S2；單片機U20的7腳接U26的5腳、R50的一端和鍵盤顯示電路中的LCD顯示驅(qū)動器U11的9腳，24、23、22腳分別接模擬量電路中的多路模擬開關(guān)U9的11、10、9腳，21、27腳分別接采樣保持器U10的5、8腳，28腳接U11的3腳，2、1腳分別接U11的1、2腳，64腳接U11的12腳和聲光報警電路中的語音芯片U22的23腳，39腳接y2、C24的一端，40腳接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30腳接U19的2腳、R38一端、鍵盤顯示電路中的鍵盤G的1腳和R51的一端，29腳接U19的3腳、R37、R52一端和G的2腳，33腳接R53一端和G的3腳，34腳接R54一端和G的4腳，58、55、54腳分別接G的9、10、11腳，37、42～48腳分別接鍵盤顯示電路中的鎖存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18腳和鎖存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18腳，49腳接U12的11腳，50腳接U21的11腳，51腳接聲光報警電路中的語音芯片U22的1腳，52腳接U22的7、9、10腳，26腳接通信模塊電路中的開關(guān)S1的1、2腳，25腳接S1的3、4腳，36腳接U22的25腳，35腳接聲光報警電路中的R42的一端，53腳接通信模塊電路中的串行轉(zhuǎn)換器U4的2、3腳，3、4腳接U22的24、27腳。通信模塊電路它包括串行通信轉(zhuǎn)換器U4、U5、U29、復(fù)位電壓轉(zhuǎn)換器U27、藍牙芯片模塊U28、基準電壓源U6、插排J1、J2、DIP、開關(guān)S1、二極管D5、D6、電解電容C9～C13、C15、C38、C41～C43、電容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、電阻R2～R4、R65～R67和天線ANTENNA；U4的8腳接+5V電源、C8、R2一端，4、1腳分別接S1的8、6腳，5腳接地，6腳接R2、R3一端和J1的2腳，7腳接R3另一端、R4一端和J1的1腳，R4、C8另一端相接并接地；J1的3腳接地；S1的5、7腳分別接U5的13、11腳；U28的4、3、2、1腳分別接U29的11、9、10、12腳，5腳接U27的8腳和R66的一端，14、13、12腳接+5V電源和C37、C40一端，11～7腳接C37、C40的另一端和接地，6腳接天線ANTENNA；U27的4、3腳接+5V電源和C36一端，2、1腳接C36另一端和地，5、6腳接R66另一端、R65一端，7腳接R65另一端、C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15腳接地，8、13腳接U5的7、9腳，6腳接C41負極，2腳接C38的負極，16腳接C38正極、+5V電源、C39一端，C39的另一端接C41正極和地，7、14腳接U5的8、10腳，5腳接C42的負極，4腳接C42正極，3腳接C43的負極，1腳接C43的正極；U5的1腳接C9的正極，3腳接C9的負極，4腳接C10的正極，5腳接C10的負極，14、12腳接J2的3、2腳，15腳接地和J2的5腳，6腳接C12的負極，2腳接C13的負極，16腳接+5V電源、C13的正極和C14的一端，C14另一端接地和C12的正極；U6的1腳接C22一端、C11正極、D5、D6一端，2腳接地、C22另一端、C11、C15負極，3腳接C15正極，D5、D6另一端接J2的4、7腳。
本實用新型的有益效果是本裝置選用了高性能單片機U20，備有兩個分別支持SP1和12C的同步串行接口，以及支持LIN協(xié)議的USART異步串行端口，提供了更多的連接能力，比一般單片機快4倍，單片機還具備監(jiān)視定時器WDT、程序保密等優(yōu)點；通訊模塊電路中設(shè)置了串行通信和藍牙通信接口，實現(xiàn)與上位機和手機短信通訊，增強了通訊功能，程序集中運用了融合算法進行分析處理；采用虛擬儀器的LABVIEW軟件，實現(xiàn)可視化圖形界面；硬件和軟件采用了集成技術(shù)，降低了成本，提高了可靠性。
以下結(jié)合附圖以實施例具體說明。


圖1示煤礦安全監(jiān)測集成裝置的電路原理總圖。
圖2示
圖1的電源電路原理圖。
圖3示
圖1的通信模塊電路原理圖。
圖4示
圖1的鍵盤顯示電路原理圖。
圖5示
圖1的聲光報警電路原理圖。
圖6示
圖1的開關(guān)量電路原理圖。
圖7示
圖1的模擬量電路原理圖。
圖中，U1、U2、U3、U6、U14-基準電壓源；U4、U5、U29-串行通信轉(zhuǎn)換器；U7、U8、U17、U18、U25-放大器；U9-多路模擬開關(guān)；U10-采樣保持器；U11-LCD顯示驅(qū)動器；U12、U21-鎖存器；U13-三端可調(diào)基準電壓源；U15-CO傳感器；U16-溫度傳感器；U19-EEPROM程序存儲器；U20-單片機；U22-語音芯片；U23-開/停狀態(tài)傳感器；U24-光電隔離芯片；U26-電壓監(jiān)視器；U27-復(fù)位電壓轉(zhuǎn)換器；U28-藍牙芯片模塊；U-風(fēng)速傳感器；S1、S3-DIP開關(guān)；S2、S4～S6-開關(guān)；J1、J2-串行通信接口；G-鍵盤；y1、y2-晶體振蕩器；D1、D2、D7-整流橋；TF1、TF2-變電壓器；ANTENNA-天線；DS1、DS2-數(shù)碼顯示器；LS1、LS2-揚聲器；MK1-麥克風(fēng)；Q-三極管；K1-光電耦合器；BT1-電池；SENSOR1-瓦斯傳感器；D-發(fā)光二極管；D3、D4-二極管；C1、C2、C9～C13、C15、C16、C18、C32～C35、C38、C41～C43-電解電容；C3～C8、C14、C17、C19、C20～C31、C36、C37、C39、C40-電容；R12、R13、R29、R33、R36、R58-可變電路；R2～R11、R14～R28、R30～R32、R34、R35、R37～R57、R59～R68-電阻；具體實施方式
參照附
圖1、3，一種由電源電路2、模擬量電路7、開關(guān)量電路6、鍵盤顯示電路4和螢光報警電路5組成的煤礦安全監(jiān)測集成裝置，它的特點在整個裝置的電路中設(shè)置了中央處理器電路1和通信模塊電路3；中央處理器電路1它包括單片機U20、EEPROM程序存儲器U19、電壓監(jiān)視器U26、晶體振蕩器y2、電容C24、C25、C30、C31、電阻R37、R38、R48～R50和開關(guān)S2；單片機U20的7腳接U26的5腳、R50的一端和鍵盤顯示電路4中的LCD顯示驅(qū)動器U11的9腳，24、23、22腳分別接模擬量電路7中的多路模擬開關(guān)U9的11、10、9腳，21、27腳分別接采樣保持器U10的5、8腳，28腳接U11的3腳，2、1腳分別接U11的1、2腳，64腳接U11的12腳和聲光報警電路5中的語音芯片U22的23腳，39腳接y2、C24的一端，40腳接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30腳接U19的2腳、R38一端、鍵盤顯示電路4中的鍵盤G的1腳和R51的一端，29腳接U19的3腳、R37一端、R52一端和G的2腳，33腳接R53一端和G的3腳，34腳接R54一端和G的4腳，58、55、54腳分別接G的9、10、11腳，37、42～48腳分別接鍵盤顯示電路4中的鎖存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18腳和鎖存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18腳；49腳接U12的11腳，50腳接U21的11腳，51腳接聲光報警電路5中的語音芯片U22的1腳，52腳接U22的7、9、10腳，26腳接通信模塊電路3中的開關(guān)S1的1、2腳，25腳接S1的3、4腳，36腳接U22的25腳，35腳接聲光報警電路5中的R42的一端，53腳接通信模塊電路3中的串行轉(zhuǎn)換器U4的2、3腳，3、4腳接U22的24、27腳。通信模塊電路3它包括串行通信轉(zhuǎn)換器U4、U5、U29、復(fù)位電壓轉(zhuǎn)換器U27、藍牙芯片模塊U28、基準電壓源U6、插排J1、J2、DIP、開關(guān)S1、二極管D5、D6、電解電容C9～C13、C15、C38、C41～C43、電容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、電阻R2～R4、R65～R67和天線ANTENNA；U4的8腳接+5V電源、C8、R2一端，4、1腳分別接S1的8、6腳，5腳接地，6腳接R2、R3一端和J1的2腳，7腳接R3另一端、R4一端和J1的1腳，J1的3腳接地；S1的5、7腳分別接U5的13、11腳；U28的4、3、2、1腳分別接U29的11、9、10、12腳，5腳接U27的8腳和R66的一端，14、13、12腳接+5V電壓和C37、C40一端，11～7腳接C37、C40的另一端接地，6腳接天線ANTENNA；U27的4、3腳接+5V電源和C36一端，2、1腳接C36另一端和地，5、6腳接R66另一端、R65一端，7腳接R65另一端，C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15腳接地，8、13腳接U5的7、9腳，6腳接C41負極，2腳接C38的負極，16腳接C38正極、+5V電源、C39一端，C39的另一端接C41正極和地，7、14腳接U5的8、10腳，5腳接C42的負極，4腳接C42正極，3腳接C43的負極，1腳接C43的正極；U5的1腳接C9的正極，3腳接C9的負極，4腳接C10的正極，5腳接C10的負極，14、12腳接J2的3、2腳，15腳接地和J2的5腳，6腳接C12的負極，2腳接C13的負極，16腳接+5V電源、C13的正極和C14的一端，C14另一端接地和C12的正極；U6的1腳接C22一端、C11正極、D5、D6一端，2腳接地、C22另一端、C11、C15負極，3腳接C15正極，D5、D6另一端接J2的4、7腳。
電源電路2，見附圖2，它包括，基準電源U1、U2、U3、變壓器TF1、TF2、整流橋D1、D2、D7、二極管D3、D4、電容C4～C7、C17、C19、電解電容C1、C2、C16、C18；TF1的1、2腳接220V電源，3腳接D1的1腳，4腳接D2的3腳，5腳接D1、D2的3、1腳；D1的4腳接D2的4腳、C1的正極、C2負極、C4、C5一端和地，2腳接C2的正極、C5另一端和U1的1腳；D2的2腳接C1的負極、C4的另一端和U2的1腳；U1的2腳接U2的2腳，3腳接C6、D3一端和+15V/+12V電源；U2的3腳接C7、D4一端和-15V/-12V電源，C6、C7另一端相接，D3、D4另一端相接，TF2的1、2腳接220V電源，3腳接D7的1腳，4腳接D7的3腳；D7的2腳接C16的正極、C17一端和U3的1腳，4腳接C16的負極、C17另一端、U3的2腳、C18負極、C19一端和-5V電源；U3的3腳接C18的正極、C19另一端和+5V電源。
鍵盤顯示電路4，見附圖4，它包括LCD顯示驅(qū)動器U11、鎖存器U12、U21、數(shù)碼顯示器DS1、DS2、晶體振蕩器y1、揚聲器LS1、開關(guān)S4～S6、DIP開關(guān)S3、鍵盤G、電容C3、C21、電阻R14～R21、R51～R57、R59～R61和可變電阻R13、R58；U11的4腳接地，6腳接y1、C3一端，5腳接y1另一端、C21一端，C21、C3另一端相接并接地，11、10腳分別接LS1的兩端，8腳接R13的2腳，7腳接+5V電源、R13的1、3腳；U12的20腳接+5V電源，2、5、6、9、12、15、16、19腳分別接R14～R21一端和SD2的1～10腳，10腳接地，1腳接U21的1腳；U21的20腳接+5V電源，2、5、6腳分別接DS1的11、13、14腳，9、12、15腳分別接DS2的11、13、14腳，10腳接地；DS1的12腳接+5V電源，1～6、9、10腳分別接R14～R21的另一端；DS2的12腳接+5V電源；R51～R54另一端相接并接+5V電源；S3的1、2、3、4腳分別接G的5、6、7、8腳，8、7、6腳分別接R55、R56、R57一端，5腳接R58的1腳；R55、R56、R57的另一端分別接R61、R60、R59和S4、S5、S6一端；R59～R61另一端相接并接+5V電源；S4～S6另一端相接并接地；R58的2腳接3腳和地。
聲光報警電路5，見附圖5，它包括語音芯片U22、揚聲器LS2、麥克風(fēng)MK1、三極管Q、報警二極管D、電容C26～C29、電解電容C32～C35和電阻R39、R42、R62～R64、R68；U22的2～6、8、26腳相接并接地，19腳接R62一端和C32的正極，R62的另一端接C32負極和地，17腳接C34的正極，18腳接C35的正極，21腳接R39的一端，28腳接C26一端，C26、R39另一端相接，15、14腳分別接LS2的兩端，12、13腳接C27～C29一端和地，16、20腳接C27～C29另一端和+5V電源；MK1的一端接地和C35的負極，MK1的另一端接R64一端和C34負極，R64另一端接C33正極和R63一端，R63另一端接+5V電源，C33的負極接地；Q的基極接R42的另一端，發(fā)射極接地，集電極接D的一端，D的另一端接R68的一端，R68的另一端接+5V電源。
開關(guān)量電路6，見附圖6，它包括開/停狀態(tài)傳感器U23、光電隔離芯片U24、放大器U25、光電耦合器K1、風(fēng)速傳感器U和電阻R40、R41、R43～R47；U23的1腳相接+15V電源，2腳接地，3腳接R40的一端；U24的1、2腳相接并接+15V電源，3、4腳相接并接R40的另一端，5、6腳相接，7、8腳接R43一端，9、10腳接-15V電源，11腳接地；U25的1腳接R46一端，2腳接R45一端和K1的2腳，3腳接K1的4腳和R44一端，4腳接-12V電源，7腳接+12V電源，6腳接R45的另一端、R47的一端和模擬量電路7中的多路模擬開關(guān)U9的12腳，R44、R47另一端相接并接地，7腳接+12V電源；K1的1腳接R41一端，3腳接地；R41的另一端接U的2腳；U的1腳接+15V電源，3腳接地。
模擬量電路7，見附圖7，它包括放大器U7、U8、多路模擬開關(guān)U9、采樣保持器U10、三端可調(diào)基準電壓源U13、基準電壓源U14、CO傳感器U15、溫度傳感器U16、放大器U17、U18、電池BT1、瓦斯傳感器SENSOR1、電容C20、C23、電解電容C40、電阻R5～R11、R22～R28、R30～R32、R34、R35和可變電阻R12、R29、R33、R36；U7的2腳接R6、R8一端，3腳接R7一端，R7另一端接地，1腳接R9一端、R8另一端，4腳接-12V電源，R6另一端接R5一端、SENSOR1的負極，SENSOR1的正極接BT1的正極，R5的另一端接BT1的負極和地；U8的2腳接R9、R11一端，8腳接+12V電源，3腳接R10一端，R10另一端接地，4腳接-12V電源，1腳接R12的2、3腳和U9的13腳，R11的另一端接R12的1腳；U9的的14腳接U17的6腳和R33的2、3腳，U9的15腳接U18的6腳和R36的2、3腳，1腳接R43的另一端，6、8、7腳相接并接地，3腳接U10的3腳，16腳接+5V電源；U10的1腳接+15V電源，7腳接C20一端和地，6腳接C20另一端，4腳接-15V電源；U13的1腳接R23、R26一端、C40正極和U15的1腳，R23另一端接+15V電源，2腳接R22、C23一端，3腳接R26另一端、R28一端；U15的2腳接C40的負極、R27、R22另一端和地，R28、R27、C23另一端相接，3腳接R30一端；U18的1腳接R35一端，2腳接R30另一端、R32一端，3腳接R42一端，R42另一端接地，4腳接-12V電源，8腳接R35另一端，7腳接+12V電源，R36的1腳接R32另一端；U14的1腳接+12V電源，2腳接R25一端和地，3腳接R24一端，R24另一端接R29的1、3腳；U16的1腳接R29的2腳、R31的一端和U17的2腳，2腳接U17的4腳和-12V電源，3腳接R25的另一端和U17的3腳；U17的1腳接R34的一端，7腳接+12V電源，8腳接R34另一端。
該裝置的工作原理，各種傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號預(yù)處理送入中央處理器電路2，利用高性能單片機U22的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，處理后的數(shù)字量一方面送鍵盤顯示電路4中的三位顯示器模塊DS1、DS2的顯示，一方面與門限值比較，如果超過安全門限，則發(fā)出語音報警和光報警。另一方面經(jīng)串行通信接口通過現(xiàn)場總線送到上位機及藍牙通信進行手機短信通信。鍵盤G用來輸入門限值等，電源電路2提供各單元芯片電源。
權(quán)利要求1.一種煤礦安全監(jiān)測集成裝置，由電源電路(2)、模擬量電路(7)、開關(guān)量電路(6)、鍵盤顯示電路(4)和螢光報警電路(5)組成，其特征在于在整個裝置的電路中設(shè)置了中央處理器電路(1)和通信模塊電路(3)；中央處理器電路(1)它包括單片機U20、EEPROM程序存儲器U19、電壓監(jiān)視器U26、晶體振蕩器y2、電容C24、C25、C30、C31、電阻R37、R38、R48～R50和開關(guān)S2；單片機U20的7腳接U26的5腳、R50的一端和鍵盤顯示電路(4)中的LCD顯示驅(qū)動器U11的9腳，24、23、22腳分別接模擬量電路(7)中的多路模擬開關(guān)U9的11、10、9腳，21、27腳分別接采樣保持器U10的5、8腳，28腳接U11的3腳，2、1腳分別接U11的1、2腳，64腳接U11的12腳和聲光報警電路5中的語音芯片U22的23腳，39腳接y2、C24的一端，40腳接y2另一端和C25的一端，C24、C25另一端相接并接地，30腳接U19的2腳、R38一端、鍵盤顯示電路(4)中的鍵盤G的1腳和R51的一端，29腳接U19的3腳、R37一端、R52一端和G的2腳，33腳接R53一端和G的3腳，34腳接R54一端和G的4腳，58、55、54腳分別接G的9、10、11腳，37、42～48腳分別接鍵盤顯示電路(4)中的鎖存器U12的3、4、7、8、13、14、17、18腳和鎖存器U21的3、4、7、8、13、14、17、18腳；49腳接U12的11腳，50腳接U21的11腳，51腳接聲光報警電路(5)中的語音芯片U22的1腳，52腳接U22的7、9、10腳，26腳接通信模塊電路(3)中的開關(guān)S1的1、2腳，25腳接S1的3、4腳，36腳接U22的25腳，35腳接聲光報警電路(5)中的R42的一端，53腳接通信模塊電路(3)中的串行轉(zhuǎn)換器U4的2、3腳，3、4腳接U22的24、27腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦安全監(jiān)測集成裝置，其特征在于通信模塊電路(3)它包括串行通信轉(zhuǎn)換器U4、U5、U29、復(fù)位電壓轉(zhuǎn)換器U27、藍牙芯片模塊U28、基準電壓源U6、插排J1、J2、DIP、開關(guān)S1、二極管D5、D6、電解電容C9～C13、C15、C38、C41～C43、電容C8、C14、C36、C37、C39、C40、C44、電阻R2～R4、R65～R67和天線ANTENNA；U4的8腳接+5V電源、C8、R2一端，4、1腳分別接S1的8、6腳，5腳接地，6腳接R2、R3一端和J1的2腳，7腳接R3另一端、R4一端和J1的1腳，J1的3腳接地；S1的5、7腳分別接U5的13、11腳；U28的4、3、2、1腳分別接U29的11、9、10、12腳，5腳接U27的8腳和R66的一端，14、13、12腳接+5V電源和C37、C40一端，11～7腳接C37、C40的另一端接地，6腳接天線ANTENNA；U27的4、3腳接+5V電源和C36一端，2、1腳接C36另一端和地，5、6腳接R66另一端、R65一端，7腳接R65另一端，C44、R67一端，C44、R67另一端相接并接地；U29的15腳接地，8、13腳接U5的7、9腳，6腳接C41負極，2腳接C38的負極，16腳接C38正極、+5V電源、C39一端，C39的另一端接C41正極和地，7、14腳接U5的8、10腳，5腳接C42的負極，4腳接C42正極，3腳接C43的負極，1腳接C43的正極；U5的1腳接C9的正極，3腳接C9的負極，4腳接C10的正極，5腳接C10的負極，14、12腳接J2的3、2腳，15腳接地和J2的5腳，6腳接C12的負極，2腳接C13的負極，16腳接+5V電源、C13的正極和C14的一端，C14另一端接地和C12的正極；U6的1腳接C22一端、C11正極、D5、D6一端，2腳接地、C22另一端、C11、C15負極，3腳接C15正極，D5、D6另一端接J2的4、7腳。
專利摘要本實用新型屬礦山安全監(jiān)測裝置，特別涉及一種煤礦安全監(jiān)測集成裝置，由電源電路(2)、模擬量電路(7)、開關(guān)量電路(6)、鍵盤顯示電路(4)和熒光報警電路(5)組成，在整個裝置的電路中設(shè)置了中央處理器電路(1)和通信模塊電路(3)；本裝置比一般單片機快4倍，單片機還具備監(jiān)視定時器WDT、程序保密等優(yōu)點；通訊模塊電路中設(shè)置了串行通信和藍牙通信接口，實現(xiàn)與上位機和手機短信通訊，增強了通訊功能采用虛擬儀器的LABVIEW軟件，實現(xiàn)可視化圖形界面；硬件和軟件采用了集成技術(shù)，降低了成本，提高了可靠性。
文檔編號E21F17/18GK2837516SQ20052009364
公開日2006年11月15日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者付華, 王傳英 申請人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)