專利名稱：煤礦用自診斷甲烷傳感器及自診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦用傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及煤礦用甲烷傳感器，尤其涉及煤礦用自診斷的甲烷傳感器及自診斷方法。
背景技術(shù)：
目前，我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)已取得長足發(fā)展，但還存在一些急需解決的問題，特別是在煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的信息采集與傳輸技術(shù)上，受誤報、監(jiān)測盲區(qū)、采集方法落后、傳感器調(diào)校周期短、智能化程度不高、維護(hù)工作量大、人員誤操作等因素制約，嚴(yán)重影響了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。特別是現(xiàn)有煤礦用甲烷傳感器無實質(zhì)性故障自診斷功能，特別無元件損壞程度、電源工作狀況是否正常的自診斷功能；只有有線數(shù)字信息傳輸功能或頻率型信號傳輸功能，有信號線故障導(dǎo)致監(jiān)控中斷產(chǎn)生誤報的技術(shù)問題等。中央處理器直接 連接RS485通信模塊或頻率輸出端或電流輸出端，目前不同礦山所采用的制式不同在選用時會造成不匹配等狀況，甲烷傳感器的自診斷功能不完善。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有煤礦用甲烷傳感器所存在的技術(shù)問題，增加自診斷功能。提供一種能夠自行診斷元件損壞及電源是否正常工作、電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號是否故障的自診斷的煤礦用甲烷傳感器及自診斷方法。本發(fā)明所要解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，包括本安外殼內(nèi)本安電源101電連接電池轉(zhuǎn)換模塊102電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103、甲烷檢測電路104、中央處理器105，電源轉(zhuǎn)換模塊103還電連接輸出端口復(fù)用電路111，電池轉(zhuǎn)換模塊102電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103，中央處理器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復(fù)用電路111。其中無線模塊112與中央處理器105電連接。其中輸出端口復(fù)用電路111包括選通開關(guān)U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關(guān)U2的4管腳接選通開關(guān)U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器105的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯(lián)后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯(lián)的中點接地，C6、C7兩電容串聯(lián)后兩端接信號輸出端口 J2。提供一種煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法，特點在于對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當(dāng)P0RT_CTRL1為高(H)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為電流型輸出；當(dāng)P0RT_CTRL1為低(L)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當(dāng)P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，PORT_CTRL2為高(H)電壓，P0RT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當(dāng)信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示 燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通信正常。其中甲烷元件的自診斷方法為在以上電路判斷為無故障的基礎(chǔ)上，紅外遙控器校準(zhǔn)或調(diào)整煤礦用甲烷傳感器的初始狀態(tài)時，無法校準(zhǔn)或無法調(diào)整，認(rèn)為甲烷元件損壞，否則甲烷元件無損壞。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供了輸出端口復(fù)用電路111，實現(xiàn)了電流型、頻率型、RS485總線型輸出多制式通信方式一體化，滿足目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)不同制式的需求，傳輸信號能夠有線或無線輸出，同時實現(xiàn)了紅外遙控，通過自診斷方法對中央處理器的軟件編程，實現(xiàn)了本發(fā)明對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態(tài)的自診斷，同時實現(xiàn)了對甲烷元件的自診斷及信息傳輸。


圖I.本發(fā)明第一實施例結(jié)構(gòu)原理 圖2.本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換模塊原理 圖3.本發(fā)明甲烷檢測電路原理 圖4.本發(fā)明RS485通信模塊原理 圖5.本發(fā)明輸出端口復(fù)用電路原理 圖6.本發(fā)明顯示模塊原理 圖7.本發(fā)明電池轉(zhuǎn)換模塊原理 圖8.本發(fā)明第二實施例結(jié)構(gòu)原理 圖9.本發(fā)明無線模塊原理圖。
具體實施例方式附圖編號
圖中 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 為元器件的管腳號，101.本安電源，102.電池轉(zhuǎn)換模塊，103.電源轉(zhuǎn)換模塊，104.甲烷檢測電路，105.中央處理器，106.RS485通信模塊，107.頻率輸出端，108.電流輸出端，109.顯示模塊，110.紅外遙控器，111.輸出端口復(fù)用電路，112.無線模塊。第一實施例
結(jié)合圖I.本發(fā)明第一實施例結(jié)構(gòu)原理圖，一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，包括本安外殼內(nèi)本安電源101電連接電池轉(zhuǎn)換模塊102后電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103、甲烷檢測電路104、中央處理器105，電源轉(zhuǎn)換模塊103還電連接輸出端口復(fù)用電路111，電池轉(zhuǎn)換模塊102電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103，中央處理器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復(fù)用電路111。其中中央處理器105選用STM32F103V8T6型號的。結(jié)合圖2.本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換模塊原理圖，其中電源轉(zhuǎn)換模塊為通用模塊，Jl接本安電源輸入端口，+IOV接電池轉(zhuǎn)換模塊輸入端口，DC+ 9 24V供電電源一路經(jīng)DC/DC變換器，變換成+5V供甲烷檢測電路104及輸出端口復(fù)用電路111使用由+5V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端口接入，另一路經(jīng)DC/DC變換器，變換成+3. 3V供中央處理器105使用由+3V3電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端口接入。結(jié)合圖3.本發(fā)明甲烷檢測電路原理圖，其中甲烷檢測電路為通用電路，主要在黑元件U12A (HEI)是一種對甲燒氣體很敏感的載體催化元件，白元件U13A(BAI)是補(bǔ)償元件，對甲烷不起反應(yīng)，也可采用其它通用電路。
結(jié)合圖4.本發(fā)明RS485通信模塊原理圖，其中RS485通信模塊為通用模塊，U4為低功耗RS485收發(fā)器，選用MAX3485型號的，完成信息的發(fā)送。結(jié)合圖5.本發(fā)明輸出端口復(fù)用電路原理圖，其中輸出端口復(fù)用電路111包括選通開關(guān)U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關(guān)U2的4管腳接選通開關(guān)U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器105的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯(lián)后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯(lián)的中點接地，C6、C7兩電容串聯(lián)后兩端接信號輸出端口 J2。結(jié)合圖6.本發(fā)明顯示模塊原理圖，其中顯示模塊為通用模塊，采用通用高亮度八段數(shù)碼管，顯示數(shù)值。結(jié)合圖7.本發(fā)明電池轉(zhuǎn)換模塊原理圖，其中電池轉(zhuǎn)換模塊為通用模塊。第二實施例
結(jié)合圖8.本發(fā)明第二實施例結(jié)構(gòu)原理圖，一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，包括本安外殼內(nèi)本安電源101電連接電池轉(zhuǎn)換模塊102后電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103、甲烷檢測電路104、中央處理器105，電源轉(zhuǎn)換模塊103還電連接輸出端口復(fù)用電路111，電池轉(zhuǎn)換模塊102電連接電源轉(zhuǎn)換模塊103，中央處理器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復(fù)用電路111，中央處理器CPU105還電連接無線模塊112。其中中央處理器105選用STM32F103V8T6型號的。結(jié)合圖2.本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換模塊原理圖，其中電源轉(zhuǎn)換模塊為通用模塊，Jl接本安電源輸入端口，+IOV接電池轉(zhuǎn)換模塊輸入端口，DC+ 9 24V供電電源一路經(jīng)DC/DC變換器，變換成+5V供甲烷檢測電路104及輸出端口復(fù)用電路111使用由+5V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端口接入，另一路經(jīng)DC/DC變換器，變換成+3. 3V供中央處理器105使用由+3V3電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端口接入。結(jié)合圖3.本發(fā)明甲烷檢測電路原理圖，其中甲烷檢測電路為通用電路，主要在黑元件U12A (HEI)是一種對甲燒氣體很敏感的載體催化元件，白元件U13A (BAI)是補(bǔ)償元件，對甲烷不起反應(yīng)。也可采用其它通用電路。 結(jié)合圖4.本發(fā)明RS485通信模塊原理圖，其中RS485通信模塊為通用模塊，U4為低功耗RS485收發(fā)器，選用MAX3485型號的，完成信息的發(fā)送。結(jié)合圖5.本發(fā)明輸出端口復(fù)用電路原理圖，其中輸出端口復(fù)用電路111包括選通開關(guān)U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關(guān)U2的4管腳接選通開關(guān)U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器105的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯(lián)后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯(lián)的中點接地，C6、C7兩電容串聯(lián)后兩端接信號輸出端口 J2。結(jié)合圖6.本發(fā)明顯示模塊原理圖，其中顯示模塊為通用模塊，采用通用高亮度八段數(shù)碼管，顯示數(shù)值。結(jié)合圖7.本發(fā)明電池轉(zhuǎn)換模塊原理圖，其中電池轉(zhuǎn)換模塊為通用模塊。結(jié)合圖9.本發(fā)明無線模塊原理圖，其中無線模塊為通用模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸采用的芯片是Nordic Semiconductor公司生產(chǎn)的NRF24L01型，使用2. 4GHz全球開放ISM頻段。為便于理解介紹一下本發(fā)明的工作原理根據(jù)礦山目前使用的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的信號輸出類型，確定使用電流型輸出或頻率型輸出或RS485總線型輸出，采用紅外遙控器設(shè)定信號輸出類型，對應(yīng)將輸出端接入后，紅外遙控器校準(zhǔn)并調(diào)整本發(fā)明的初始狀態(tài)，在有線信號正常時，使用有線輸出信號形式，當(dāng)有線信號中斷時，自啟動無線信號輸出形式。對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態(tài)的自診斷方法參見以下一種煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法的介紹。第三實施例
一種煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法為對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當(dāng)P0RT_CTRL1為高(H)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為電流型輸出；當(dāng)P0RT_CTRL1為低(L)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當(dāng)P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，P0RT_CTRL2為高(H)電壓，P0RT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當(dāng)信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通信正常。其中甲烷元件的自診斷方法為在以上電路判斷為無故障的基礎(chǔ)上，紅外遙控器校準(zhǔn)或調(diào)整煤礦用甲烷傳感器的初始狀態(tài)時，無法校準(zhǔn)或無法調(diào)整，認(rèn)為甲烷元件損壞，否則甲烷元件無損壞。由此實現(xiàn)了對本發(fā)明自身的斷路、短路、通信是否正常的診斷，同時對甲烷元件損壞進(jìn)行自診斷，并對診斷信息 進(jìn)行傳輸。
權(quán)利要求
1.一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，包括本安外殼內(nèi)本安電源(101)電連接電池轉(zhuǎn)換模塊(102 )電連接中央處理器(105 )，本安電源(101)還順序電連接電源轉(zhuǎn)換模塊(103 )、甲烷檢測電路(104)、中央處理器(105)，電源轉(zhuǎn)換模塊(103)還電連接輸出端口復(fù)用電路(111)，電池轉(zhuǎn)換模塊(102)電連接電源轉(zhuǎn)換模塊(103)，中央處理器(105)還分別紅外連接紅外遙控器(110)，電連接顯示模塊(109)，其特征在于中央處理器(105)電連接控制RS485通信模塊(106 )、頻率輸出端(107 )、電流輸出端(108 )的輸出端口復(fù)用電路(111)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，其特征在于無線模塊(112)與中央處理器(105)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，其特征在于輸出端口復(fù)用電路(111)包括選通開關(guān)U2的I管腳接電流輸出端(108)電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端(107)電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器(105)的I/O 口，選通開關(guān)U2的4管腳接選通開關(guān)U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳PORT_CTRL2與中央處理器(105)的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B, 2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳PORT_CTRL3與中央處理器(105)的I/O口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、Rl5相連接，Rl5和R9通過D5相連接，C6、C7串聯(lián)后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯(lián)的中點接地，C6、C7兩電容串聯(lián)后兩端接信號輸出端口 J2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤礦用自診斷甲烷傳感器，其特征在于輸出端口復(fù)用電路(111)包括選通開關(guān)U2的I管腳接電流輸出端(108)電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端(107)電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器(105)的I/O 口，選通開關(guān)U2的4管腳接選通開關(guān)U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳PORT_CTRL2與中央處理器(105)的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B, 2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳PORT_CTRL3與中央處理器(105)的I/O口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、Rl5相連接，Rl5和R9通過D5相連接，C6、C7串聯(lián)后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯(lián)的中點接地，C6、C7兩電容串聯(lián)后兩端接信號輸出端口 J2。
5.一種煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法，特征在于對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當(dāng)P0RT_CTRL1為高(H)電壓，PORT_CTRL2為低(L)電壓，PORT_CTRL3為低(L)電壓時，為電流型輸出；iPORT_CTRLl為低(L)電壓，PORT_CTRL2為低(L)電壓，PORT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當(dāng)P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，PORT_CTRL2為高(H)電壓，PORT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當(dāng)信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當(dāng)頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當(dāng)信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通信正常。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法，特征在于在以上電路判斷為無故障的基礎(chǔ)上，紅外遙控器校準(zhǔn)或調(diào)整煤礦用甲烷傳感器的初始狀態(tài)時，無法校準(zhǔn)或無法調(diào)整，認(rèn)為甲烷元件損壞，否則甲烷元件無損壞?！?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及煤礦用自診斷甲烷傳感器及自診斷方法，包括本安外殼內(nèi)本安電源電連接電池轉(zhuǎn)換模塊電連接中央處理器，本安電源還順序電連接電源轉(zhuǎn)換模塊、甲烷檢測電路、中央處理器，電源轉(zhuǎn)換模塊還電連接輸出端口復(fù)用電路，電池轉(zhuǎn)換模塊電連接電源轉(zhuǎn)換模塊，中央處理器還分別紅外連接紅外遙控器，電連接顯示模塊，特點在于中央處理器電連接控制RS485通信模塊、頻率輸出端、電流輸出端的輸出端口復(fù)用電路，同時提供了煤礦用自診斷甲烷傳感器的自診斷方法。本發(fā)明實現(xiàn)了輸出多制式通信方式一體化，同時實現(xiàn)了紅外遙控，對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態(tài)的自診斷，對甲烷元件的自診斷及信息傳輸。
文檔編號G01N27/00GK102944580SQ20121049112
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者馮文彬, 付文俊, 李長錄, 張東, 劉鵬, 付小倍 申請人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院, 撫順中煤科工安全儀器有限公司