專利名稱：礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換，尤其涉及一種礦用多功能無線 數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
在某些特定工作環(huán)境下，由于不便布置通信電纜線，采用有線連接 方式的傳統(tǒng)礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在出現(xiàn)冒頂?shù)葹?zāi)害情況下，其安全可靠 性和適用性受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，迫切需要采用無線通信方式改進(jìn)現(xiàn)有 礦山安全監(jiān)測傳感器及監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)礦井無線數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備通常采
用433MHz等更低頻段RF技術(shù)，在礦井井下使用時(shí)抗干擾性能較差，接收 靈敏度低，而且傳輸距離近。目前，基于ZigBee技術(shù)礦山無線監(jiān)測監(jiān)控 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及其產(chǎn)品雖已經(jīng)開始面市，然而不足的是現(xiàn)有這些系統(tǒng)和產(chǎn) 品往往是基于較為復(fù)雜完整的標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議直接實(shí)現(xiàn)的，沒有根據(jù)應(yīng) 用需求進(jìn)行通信機(jī)制簡化和能量優(yōu)化，而標(biāo)準(zhǔn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議帶來的能 耗和帶寬開銷通常較大，在礦井下直巷道不便于實(shí)現(xiàn)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自愈 功能，而且現(xiàn)有系統(tǒng)大多僅考慮了無線數(shù)據(jù)收發(fā)或者^5l考慮了無線信號(hào)轉(zhuǎn) 換功能,或者根本沒有考慮其和傳統(tǒng)有線或者無線監(jiān)控分站等設(shè)備關(guān)聯(lián)的 問題。傳統(tǒng)分站接口設(shè)計(jì)采用不同模擬制式的信號(hào)接口，而現(xiàn)有的新設(shè)計(jì) 的分站通常帶有RS485等數(shù)字信號(hào)傳輸接口 。傳統(tǒng)無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置或者 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路裝置不具備同時(shí)支持與這兩種不同分站接口的功能；另夕卜， 現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)收發(fā)產(chǎn)品支持的RF頻段也往往^又限于某一種，如433MHz 或2. 4GHz或868/915MHz,不但沒有綜合考慮3種RF頻段設(shè)備靈活切換使用和共同復(fù)用同 一信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的問題,也沒考慮降低信號(hào)轉(zhuǎn)換電路設(shè)
計(jì)復(fù)雜性和元器件的成本問題。
巖明內(nèi)蓉
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多功能、低成本、低功耗且使 用方便的一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案，提供一種礦
用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置，包括MCU單片機(jī)、看門狗電 路、時(shí)鐘晶振電路、本安直流電源轉(zhuǎn)換電路，所述看門狗電路、時(shí)鐘晶振 電路的輸出端分別與MCU單片機(jī)連接；本安直流電源轉(zhuǎn)換電路將外部本安 電源配接設(shè)備提供的本安直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成電路單元需要的工作電壓；
其特征在于所述MCU單片機(jī)的輸出端連接模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換 電路的輸入端，并且所述;f莫擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路提供連接外部監(jiān)控 分站的數(shù)字接口和模擬接口，接收MCU單片機(jī)輸出的控制信號(hào)，輸出模擬 信號(hào)和數(shù)字頻率制式信號(hào)；
所述通信轉(zhuǎn)換電路的控制端與MCU單片機(jī)的輸出端連接；所述通信轉(zhuǎn) 換電路的第 一輸出端與MCU單片機(jī)的信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路 的第一輸入端與MCU單片機(jī)的信號(hào)發(fā)送端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路的第二 輸出端與RF無線模塊電路的第一信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路的 第二輸入端與RF無線模塊電路的第一信號(hào)發(fā)送端連接，同時(shí)所述通信轉(zhuǎn) 換電路提供連接外部監(jiān)控分站的通訊信號(hào)接口 ，所述通信轉(zhuǎn)換電路接收 MCU單片機(jī)輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)MCU單片機(jī)串口和RF無線模塊電路之 間或者M(jìn)CU單片機(jī)串口和外部監(jiān)控分站之間通信數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送轉(zhuǎn)換；
所述RF無線模塊電路的第二信號(hào)輸入、輸出端連接RF天線，通過 RF天線接收和發(fā)送無線信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的一個(gè)優(yōu)選方案，所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電
路和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路受所述MCU 單片機(jī)的控制，輸出模擬信號(hào)，所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路受所述MCU 單片機(jī)的控制，輸出數(shù)字頻率制式信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的 一個(gè)優(yōu)選方案，所述通信轉(zhuǎn)換電路包括差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的 一個(gè)優(yōu)選方案，所述RF無線模塊電路是433MHz或868MHz/915MHz系列低 功耗、遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，或者是Super-ZigBee系列低功耗、遠(yuǎn) 距離無線收發(fā)模塊，在礦井坑道使用時(shí)抗干擾性強(qiáng)，且無線傳輸距離遠(yuǎn)， 還支持和井下工作面瓦斯檢測等無線監(jiān)測傳感器、無線監(jiān)控分站等設(shè)備的 信號(hào)接口和關(guān)聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的 一個(gè)優(yōu)選方案，所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括光電耦合器U9，所述光 電耦合器U9的其中一個(gè)輸入端通過電阻R5連接本安直流電源轉(zhuǎn)換電路的 輸出端VCC,光電耦合器U9的另一個(gè)輸入端連接MCU單片機(jī)的一個(gè)輸出 端，所述光電耦合器U9的其中一端通過電阻R6接電源，光電耦合器U9 的輸出端輸出數(shù)字信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的 一個(gè)優(yōu)選方案，所述模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括光電耦合器U14和恒流源 電路，所述光電耦合器U14的其中一個(gè)輸入端通過電阻R32連接本安直流 電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端VCC,光電耦合器U14的另一個(gè)輸入端連接MCU單 片機(jī)的一個(gè)輸出端，所述光電耦合器Ul4的其中一個(gè)輸出端連接恒流源電 路的輸出端，光電耦合器U14的另一輸出端輸出模擬信號(hào)；所述恒流源電 路的輸入端連接MCU單片機(jī)的其中 一個(gè)輸出端。根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的
一個(gè)優(yōu)選方案，所述恒流源電i 各由光電耦合器Ull、電阻R4、 Rll、 R19、 R25、 R23、 R26、放大器U10A、三極管Q2構(gòu)成，所述光電耦合器Ull的 其中一個(gè)輸入端通過電阻Rll連接本安直流電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端VCC, 光電耦合器Ull的另 一個(gè)輸入端連接MCU單片機(jī)的一個(gè)輸出端，所述光電 耦合器Ull的其中一個(gè)輸出端連接電源，光電耦合器Ull的另一個(gè)輸出端 通過電阻R19連接電源，并通過串聯(lián)連接的電阻R23、 R25連接本安直流 電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端VSS，電阻R23、 R25的連接節(jié)點(diǎn)接放大器U10A的 正輸入端，放大器U10A的負(fù)輸入端連接三極管Q2的發(fā)射極，放大器U10A 的輸出端通過電阻R4連接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極連接光 電耦合器U14的一個(gè)輸出端，三極管Q2的發(fā)射極通過電阻R26接電源。
本發(fā)明采用了成本最低和較少的元器件實(shí)現(xiàn)了 0mA/lmA/5mA三態(tài)礦 井模擬制式信號(hào)自適應(yīng)恒流源復(fù)合電路，并通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)三種不同 制式信號(hào)轉(zhuǎn)換。
所述MCU單片機(jī)具有如下裝置
參數(shù)初始化裝置即對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器、串口、 1/0接口狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行初 始化的裝置；
復(fù)位串口中斷正常接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位的裝置；
判斷串口是否正確接收所需字節(jié)數(shù)據(jù)的裝置，當(dāng)串口沒有正確接收到 所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示，當(dāng)串口正確接收到所需字節(jié)數(shù) 據(jù)時(shí)，進(jìn)行CRC循環(huán)校驗(yàn)和處理；
CRC循環(huán)4交-瞼和處理裝置；
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出及誤差補(bǔ)償裝置；由于單片機(jī)晶振頻率和定時(shí)器定時(shí)計(jì) 數(shù)精度等原因，造成實(shí)際輸出的信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)的誤差，需要釆用 誤差和精度補(bǔ)償算法加以修正；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及輸出處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置的
一個(gè)優(yōu)選方案，所述MCU單片機(jī)還具有外部看門狗信號(hào)控制裝置為便于 在MCU單片機(jī)程序運(yùn)行紊亂時(shí)能夠得到有效復(fù)位，需要對(duì)MCU單片機(jī)進(jìn)行 外部看門狗信號(hào)控制。
根據(jù)本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換方法的一個(gè) 優(yōu)選方案，所述MCl)單片機(jī)還具有設(shè)備正常工作狀態(tài)指示和對(duì)應(yīng)信號(hào)故障 指示裝置。
本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置和方法 的有益效果是:本發(fā)明采用基于多跳無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和Super-ZigBee等低 功耗、遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在保證相同礦井環(huán)境無線傳輸距離和帶 寬前提下，能實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)裝置成本和功耗，本發(fā)明還能夠利用無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)通信故障進(jìn)行自愈處理；能夠支持433MHz、 868/915MHz 和2. 4GHz三種頻段RF模塊切換并共同使用同一通信轉(zhuǎn)換電路,通過軟件 程序設(shè)置不僅能夠與礦井瓦斯、C0、溫度和濕度、風(fēng)力、7K位、電力等監(jiān) 測傳感器配套使用，還能夠與傳統(tǒng)有線或者無線監(jiān)控分站等設(shè)備配合使 用，也可以與另一個(gè)礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置進(jìn)行級(jí) 聯(lián)配套使用，以實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)多跳中繼傳輸，因此，極大地提高了該系統(tǒng) 裝置產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和不同惡劣環(huán)境的適應(yīng)性能，同時(shí)，本發(fā)明具有傳輸質(zhì) 量穩(wěn)定、成本低、功耗低、抗干擾性強(qiáng)，且無線傳輸距離遠(yuǎn)、使用方便安 全、適用范圍廣的特點(diǎn)，非常適合我國煤礦等礦山行業(yè)使用，具有極大的 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1是本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置 的原理框圖。圖2是本發(fā)明所述的MCU單片機(jī)1、模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、 通信轉(zhuǎn)換電路3、看門狗電路5、時(shí)鐘晶振電路6的電路原理圖。
圖3是本發(fā)明所述的本安直流電源轉(zhuǎn)換電路7和顯示電路9的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明所述的MCU單片機(jī)1的程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝 置，由MCU單片機(jī)1、模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2、通信轉(zhuǎn)換電路3、 RF無線模塊電路4、看門狗電路5、時(shí)鐘晶振電路6、本安直流電源轉(zhuǎn)換 電路7、 RF天線8、顯示電路9構(gòu)成；所述看門狗電路5、時(shí)鐘晶振電路 6的輸出端分別與MCU單片機(jī)1連接；所述MCU單片機(jī)1的輸出端連接模 擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2的輸入端，所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路2接收MCU單片機(jī)1輸出的控制信號(hào)，提供連接外部監(jiān)控分站的數(shù)字接 口和模擬接口，輸出模擬信號(hào)和數(shù)字頻率制式信號(hào)；所述通信轉(zhuǎn)換電路3 的控制端與MCU單片機(jī)1的輸出端連接；所述通信轉(zhuǎn)換電路3的第一輸出 端與MCU單片機(jī)1的信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路3的第一輸入端 與MCU單片機(jī)1的信號(hào)發(fā)送端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路3的第二輸出端與 RF無線模塊電路4的第一信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路3的第二 輸入端與RF無線模塊電路4的第一信號(hào)發(fā)送端連接，同時(shí)所述通信轉(zhuǎn)換 電路3提供連接外部監(jiān)控分站的通訊信號(hào)接口 ，所述通信轉(zhuǎn)換電路3接收 MCU單片機(jī)1輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)MCU單片機(jī)1串口和RF無線模塊電 路4之間或者M(jìn)CU單片機(jī)1串口和外部監(jiān)控分站之間通信數(shù)據(jù)的接收和發(fā) 送轉(zhuǎn)換；所述RF無線模塊電路4的第二信號(hào)輸入、輸出端連接RF天線8, 通過RF天線8接收和發(fā)送無線信號(hào)；顯示電路9的輸入端連接MCU單片 機(jī)1的輸出端；所述本安直流電源轉(zhuǎn)換電路7將外部本安電源配接設(shè)備提供本安直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成電路單元需要的工作電壓。
在本實(shí)施例中，所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2由模擬制式信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路11和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路10構(gòu)成，所述模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路ll受所述MCU單片機(jī)1的控制，輸出模擬信號(hào)，所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn) 換電路10受所述MCU單片機(jī)1的控制，輸出數(shù)字頻率制式信號(hào)。
參見圖2，在本實(shí)施例中，所述MCU單片機(jī)1采用MCS51系列單片機(jī)， MCS51系列單片機(jī)具有成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。MCU單片機(jī)1通過串口 中斷方式和通信轉(zhuǎn)換電路3實(shí)現(xiàn)與RF模塊電路之間的通信和收發(fā)數(shù)據(jù)透 明傳輸及處理，并判斷是否正確接收，并通過面板指示燈給出相應(yīng)工作狀 態(tài)指示；MCU單片機(jī)1也通過串口中斷方式實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)監(jiān)控分站之間RS485 數(shù)字通信，負(fù)責(zé)將其接收到的數(shù)據(jù)通過模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路輸出到外接 的分站設(shè)備。此外，MCU單片機(jī)甚至可根據(jù)用戶需求將正確接收到的數(shù)據(jù) 通過RF模塊電路直接無線轉(zhuǎn)發(fā)到其他礦用無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換器， 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線Mesh多跳中繼傳輸，直到和傳統(tǒng)有線連接的監(jiān)控分站直
接連接或者和新型無線分站直接通信。
其中，所述通信轉(zhuǎn)換電路3包括差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4，在本實(shí)施例
中，差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4釆用SN75LBC或SN65LBC具有瞬變電壓抑制功 能的高速轉(zhuǎn)換芯片，它們帶有內(nèi)置高能量瞬變?cè)肼暠Ｗo(hù)裝置，允許在總線 上桂接最多128個(gè)類似器件。在差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4的A、 B端通過接插 件J4與RF無哉模塊電路4連接；差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4的RE端和DE端 同時(shí)與MCU單片機(jī)1的輸出端P27引腳連接，差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4的R0 端與MCU單片機(jī)1的數(shù)據(jù)接收端RXD引腳連接，差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4的 DI端與MCU單片機(jī)1的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD引腳連接，所述MCU單片機(jī)1通 過P27引腳電平控制差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器U4完成MCU單片機(jī)1串口與RF 無線模塊電路4之間或者是MCU單片機(jī)1串口與外部監(jiān)控分站之間通信數(shù)據(jù)的接收RXD和發(fā)送TXD轉(zhuǎn)換。同時(shí)，所述通信轉(zhuǎn)換電路3的485-和485+ 端可以通過接插件J4與外部監(jiān)控分站連接，并由跳線S1、 S2控制。
在本實(shí)施例中，所述RF無線模塊電路4可根據(jù)用戶需求選擇以GFSK 調(diào)制技術(shù)為核心的433MHz或868MHz/915MHz系列低功4毛、遠(yuǎn)距離無線數(shù) 傳模塊，或選擇以DSSS技術(shù)為核心的Super-ZigBee系列低功耗、遠(yuǎn)距離 無線收發(fā)模塊。RF無線模塊電路4通過通信轉(zhuǎn)換電路3與MCU單片機(jī)1 通信。當(dāng)其通過透明傳輸通信協(xié)議從空中無線接收數(shù)據(jù)后，再利用本系統(tǒng) 定制協(xié)議實(shí)現(xiàn)與MCU單片機(jī)1之間的通信和數(shù)據(jù)處理。
在本實(shí)施例中，所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路10由光電耦合器U9、 U8, 電阻R5 R8構(gòu)成，其中，所述光電耦合器U9的其中一個(gè)輸入端通過電阻 R5連接本安直流電源轉(zhuǎn)換電路7的輸出端VCC,光電耦合器U9的另一個(gè) 輸入端接MCU單片機(jī)1的一個(gè)輸出端P12,所述光電耦合器U9的其中一 個(gè)輸出端通過電阻R6接電源，光電耦合器U9的另一輸出端輸出數(shù)字信號(hào)； 所述光電耦合器U8的其中一個(gè)輸入端通過電阻R8連接本安直流電源轉(zhuǎn)換 電路7的輸出端VCC,光電耦合器U8的另一個(gè)輸入端接MCU單片機(jī)1的 一個(gè)輸出端Pll，所述光電耦合器U8的其中一個(gè)輸出端通過電阻R7接電 源，光電耦合器U8的另一輸出端輸出數(shù)字信號(hào)。
在本實(shí)施例中，所述模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路ll由光電耦合器Ull由 光電耦合器U11 U14、電阻R1、 R4、 Rll、 R19~R27、 R31、 R32、放大器 U10A、 U10B、三極管Q1、 Q2構(gòu)成。
其中，所述光電耦合器U14的其中一個(gè)輸入端通過電阻R32連接本安 直流電源轉(zhuǎn)換電路7的輸出端VCC,光電耦合器U14的另 一個(gè)輸入端接MCU 單片機(jī)l的一個(gè)輸出端P16，所述光電耦合器U14的其中一個(gè)輸出端連接 三極管Q2的集電極，光電耦合器U14的另一輸出端輸出模擬信號(hào)。
其中，所述光電耦合器U13的其中一個(gè)輸入端通過電阻R31連接本安
13直流電源轉(zhuǎn)換電路7的輸出端VCC,光電耦合器Ul3的另 一個(gè)輸入端接MCU 單片機(jī)1的一個(gè)輸出端PI5,所述光電耦合器Ul 3的其中一個(gè)輸出端連接 三極管Ql的集電極，光電耦合器U13的另一輸出端輸出模擬信號(hào)。
其中，所述光電耦合器Ull、電阻R4、 Rll、 R19、 R25、 R23、 R26、 放大器U10A、三極管Q2構(gòu)成恒流源電路，所述光電耦合器Ull的其中一 個(gè)輸入端通過電阻Rll接本安直流電源轉(zhuǎn)換電i 各7的輸出端VCC，光電耦 合器Ull的另一個(gè)輸入端接MCU單片機(jī)1的一個(gè)輸出端P13,所述光電耦 合器Ull的其中一個(gè)輸出端連接電源，光電耦合器Ull的另一個(gè)輸出端通 過電阻R19連接電源，并通過串聯(lián)連接的電阻R23、 R25連接本安直流電 源轉(zhuǎn)換電路7的輸出端VSS，電阻R23、 R25的連接節(jié)點(diǎn)接放大器U10A的 正輸入端，放大器U1GA的負(fù)輸入端連接三極管Q2的發(fā)射極，放大器U10A 的輸出端通過電阻R4連接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極連接光 電耦合器U14的一個(gè)輸出端，三極管Q2的發(fā)射極通過電阻R26接電源。
所述光電耦合器U12、電阻R1、 R20 R22、 R24、 R27、放大器U10B、 三極管Ql構(gòu)成另一個(gè)恒流源電路，電路連接關(guān)系不累述。
通常，煤礦井下大多數(shù)檢測傳感器設(shè)備采用lmA/5mA 二態(tài)傳輸制式或 者5raA AmA/OmA三態(tài)模擬傳輸制式信號(hào)電路和分站相連接。所述模擬制 式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路11的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法如下當(dāng)MCU單片機(jī)1程序?qū)?MCU單片機(jī)1輸出端P16置1時(shí)，MCU單片機(jī)1的P16輸出引腳輸出高電 平，光電耦合器U14不導(dǎo)通，則提供連接外部監(jiān)控分站的模擬信號(hào)接口輸 出端S-ONOFF端的輸出電流為約OmA狀態(tài)；反之，當(dāng)MCU單片機(jī)1程序?qū)?MCU單片機(jī)1輸出端P16置0時(shí)，MCU單片機(jī)1的P16輸出引腳輸出低電 平，光電耦合器U14導(dǎo)通，則提供連接外部監(jiān)控分站的模擬信號(hào)接口輸出 端S-0N0FF端的輸出狀態(tài)由MCU單片機(jī)1的P13輸出引腳輸出電平來決定； 當(dāng)MCU單片機(jī)1程序?qū)CU單片機(jī)1的輸出端P13置1時(shí)，MCU單片機(jī)1的P13輸出引腳輸出高電平，光電耦合器Ull不導(dǎo)通，則通過恒流源電路 中的三極管Q2輸出約lmA電流，則提供連接外部監(jiān)控分站的模擬信號(hào)接 口輸出端S—ONOFF端的輸出電流為約lmA。當(dāng)MCU單片機(jī)1程序?qū)CU單 片機(jī)l的輸出端P13置0時(shí)，MCU單片機(jī)1的P13輸出引腳輸出低電平， 光電耦合器Ull導(dǎo)通，則通過衡流源電路中的三極管Q2輸出約5mA電流， 則提供連接外部監(jiān)控分站的模擬信號(hào)接口輸出端S-ONOFF端輸出電流為 約5mA。
所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路10的工作原理是通過MCU單片機(jī)1程 序控制內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器，并通過MCU單片機(jī)1的Pll、 P12輸出引腳輸出 高低電平分別控制光電耦合器U8、 U9開閉，從而控制連接外部監(jiān)控分站 的數(shù)字信號(hào)輸出端V-bat端和C_CH4端。
參見圖2，所述看門狗電路5包括芯片U7,芯片U7可以選擇MAX813L, 其中MCU單片機(jī)1通過程序控制其P17引腳周期輸出喂狗信號(hào)電平。
為了便于設(shè)備在礦井安裝靈活和方便，所述RF天線8采用無源RF 車載全向天線或定向天線，便于礦山井下各種復(fù)雜環(huán)境安裝使用，天線增 益約為5 10db,最多可支持16個(gè)無線信道。礦用無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào) 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置外殼采用了 GB 4208-93中IP54的防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)，選用硬 度較高的不銹鋼材料。
參見圖3,圖3是本發(fā)明所述的本安直流電源轉(zhuǎn)換電路7和顯示電路
9的電路原理圖。
參見圖4, 一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置，其中， 所述MCU單片機(jī)1具有如下裝置
參數(shù)初始化裝置，即對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器、串口、 1/0接口狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行初 始化的裝置；
復(fù)位串口中斷正常接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位的裝置根據(jù)組網(wǎng)需要，可將通信S1導(dǎo)符設(shè)置為系統(tǒng)裝置的網(wǎng)絡(luò)ID標(biāo)識(shí)號(hào)；
判斷串口是否正確接收所需字節(jié)數(shù)據(jù)的裝置當(dāng)串口沒有正確接收到 所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示，當(dāng)串口正確接收到所需字節(jié)數(shù) 據(jù)時(shí)，進(jìn)行CRC循環(huán)校驗(yàn)和處理；
CRC循環(huán)校驗(yàn)和處理裝置；考慮到礦井監(jiān)測和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性 和可靠性，其中可以采用處理速度較快的8位CRC循環(huán)校驗(yàn)方法，生成多 項(xiàng)式采用xA7 + xA4 + xA3 + xA0或者x" + xA3 + xA2 + xA0兩種可選 方式；
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出及誤差補(bǔ)償裝置；由于單片機(jī)晶振頻率和定時(shí)器定時(shí)計(jì) 數(shù)精度等原因，造成實(shí)際輸出的信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)的誤差，需要采用 誤差和精度補(bǔ)償算法加以修正；
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及輸出處理裝置；
看門狗信號(hào)控制裝置為便于在MCU單片機(jī)1程序運(yùn)行紊亂時(shí)能夠得 到有效復(fù)位，需要對(duì)MCU單片機(jī)1進(jìn)行外部看門狗信號(hào)控制； 設(shè)備正常工作狀態(tài)指示和對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示裝置。 所述MCU單片機(jī)1執(zhí)行如下步驟
第一步參數(shù)初始化，即對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器、串口、 1/0接口狀態(tài)參數(shù)進(jìn) 4亍凈刀i合4匕；
第二步復(fù)位串口中斷正常接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位；如根據(jù)組網(wǎng)需要，可將 通信引導(dǎo)符設(shè)置為系統(tǒng)裝置的網(wǎng)絡(luò)ID標(biāo)識(shí)號(hào)；
第三步判斷串口是否正確接收所需字節(jié)數(shù)據(jù)；當(dāng)串口沒有正確接收 到所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示，然后進(jìn)行外部看門狗信號(hào)控 制和返回到第二步驟；當(dāng)串口正確接收到所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入第四步；
第四步CRC循環(huán)校驗(yàn)和處理；考慮到礦井監(jiān)測和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí) 時(shí)性和可靠性,其中可以采用處理速度較快的8位CRC循環(huán)校驗(yàn)方法，生成多項(xiàng)式采用xA7 + xA4 + xA3 + x八0或者x" + xA3 + xA2 + xA0兩種 可選方式；
第五步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出及誤差補(bǔ)償；由于單片機(jī)晶振頻率和定時(shí)器定 時(shí)計(jì)數(shù)精度等原因，造成實(shí)際輸出的信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)的誤差，需要 采用誤差和精度補(bǔ)償算法加以修正；
第六步數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及輸出處理；
第七步設(shè)備正常工作狀態(tài)指示，然后返回第二步。
權(quán)利要求
1、一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置，包括MCU單片機(jī)(1)、看門狗電路(5)、時(shí)鐘晶振電路(6)、本安直流電源轉(zhuǎn)換電路(7)，所述看門狗電路(5)、時(shí)鐘晶振電路(6)的輸出端分別與MCU單片機(jī)(1)連接；本安直流電源轉(zhuǎn)換電路(7)將外部本安電源配接設(shè)備提供的本安直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成電路單元需要的工作電壓；其特征在于所述MCU單片機(jī)(1)的輸出端連接模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)的輸入端，所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)接收MCU單片機(jī)(1)輸出的控制信號(hào)，提供連接外部監(jiān)控分站的數(shù)字接口和模擬接口，輸出模擬信號(hào)和數(shù)字頻率制式信號(hào)；所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)的控制端與MCU單片機(jī)(1)的輸出端連接；所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)的第一輸出端與MCU單片機(jī)(1)的信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)的第一輸入端與MCU單片機(jī)(1)的信號(hào)發(fā)送端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)的第二輸出端與RF無線模塊電路(4)的第一信號(hào)接收端連接，所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)的第二輸入端與RF無線模塊電路(4)的第一信號(hào)發(fā)送端連接，同時(shí)所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)提供連接外部監(jiān)控分站的通訊信號(hào)接口，所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)接收MCU單片機(jī)(1)輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)MCU單片機(jī)(1)串口和RF無線模塊電路(4)之間或者M(jìn)CU單片機(jī)(1)串口和外部監(jiān)控分站之間通信數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送轉(zhuǎn)換；所述RF無線模塊電路(4)的第二信號(hào)輸入、輸出端連接RF天線(8)，通過RF天線(8)接收和發(fā)送無線信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(2)由模擬 制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(10 )構(gòu)成，所述模 擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)受所述MCU單片機(jī)(1)的控制，輸出模擬 信號(hào)，所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(10)受所述MCU單片機(jī)(1)的控 制，輸出數(shù)字頻率制式信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述通信轉(zhuǎn)換電路(3)包括差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)器(U4 )。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述RF無線模塊電路(4)是433MHz或 868MHz/915MHz系列低功耗、遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，或者是Super-ZigBee系列低功耗、遠(yuǎn)距離無線收發(fā)模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置，其特征在于所述數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(10)包 括光電耦合器(U9),所述光電耦合器(U9)的其中一個(gè)輸入端通過電 阻(R5)連接本安直流電源轉(zhuǎn)換電路(7)的輸出端(VCC)，光電耦合 器(U9)的另一個(gè)輸入端連接MCU單片機(jī)(1)的一個(gè)輸出端，所述光 電耦合器(U9)的其中一個(gè)輸出端通過電阻(R6)接電源，光電耦合器 (U9)的另一輸出端輸出數(shù)字信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述模擬制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)包括光電耦合 器(U14)和恒流源電路，所述光電耦合器(U14)的其中一個(gè)輸入端通 過電阻(R32)連接本安直流電源轉(zhuǎn)換電路(7)的輸出端(VCC)，光電耦合器(U14)的另一個(gè)輸入端連接MCU單片機(jī)(1)的一個(gè)輸出端，所 述光電耦合器(U14)的其中一個(gè)輸出端連接恒流源電路的輸出端，光 電耦合器(U14)的另一輸出端輸出模擬信號(hào)；所述恒流源電路的輸入 端連接MCU單片機(jī)(l)的其中一個(gè)輸出端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述恒流源電路由光電耦合器(Ull)、電阻(R4、 Rll、 R19、 R25、 R23、 R26 )、放大器(U10A)、三極管(Q2)構(gòu)成，所 述光電耦合器(U11)的其中一個(gè)輸入端通過電阻(R11)連接本安直流 電源轉(zhuǎn)換電路(7)的輸出端(VCC),光電耦合器(U11)的另一個(gè)輸入 端連接MCU單片機(jī)(1)的一個(gè)輸出端，所述光電耦合器(U11)的其中 一個(gè)輸出端連接電源，光電耦合器(U11)的另一個(gè)輸出端通過電阻(R19) 連接電源，并通過串聯(lián)連接的電阻(R23、 R25)連接本安直流電源轉(zhuǎn)換 電路(7 )的輸出端(VSS )，電阻(R23、 R25 )的連接節(jié)點(diǎn)接》文大器(U10A ) 的正輸入端，放大器(U10A)的負(fù)輸入端連接三極管(Q2)的發(fā)射極， 放大器(U10A)的輸出端通過電阻(R4)連接三極管(Q2)的基極，三 極管(Q2)的集電極連接光電耦合器(U14)的一個(gè)輸出端，三極管(Q2) 的發(fā)射極通過電阻(R26)接電源。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)裝置，其特征在于所述MCU單片機(jī)(1)具有如下裝置參數(shù)初始化裝置即對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器、串口、 1/0接口狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行 初始化的裝置；復(fù)位串口中斷正常接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位的裝置；判斷串口是否正確接收所需字節(jié)數(shù)據(jù)的裝置當(dāng)串口沒有正確接收 到所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示，當(dāng)串口正確接收到所需字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行CRC循環(huán)校驗(yàn)和處理； CRC循環(huán)?！€和處理裝置； 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出及誤差補(bǔ)償裝置； 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及輸出處理裝置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)裝置，其特征在于所述MCU單片機(jī)(1)還具有看門狗信號(hào)控制 裝置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)裝置，其特征在于所述MCU單片機(jī)(1 )還具有設(shè)備正常工作狀 態(tài)指示和對(duì)應(yīng)信號(hào)故障指示裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種礦用多功能無線數(shù)據(jù)收發(fā)與信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置，包括MCU單片機(jī)、看門狗電路、時(shí)鐘晶振電路、本安直流電源轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述MCU單片機(jī)的輸出端連接模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，并且所述模擬和數(shù)字制式信號(hào)轉(zhuǎn)換電路提供連接外部監(jiān)控分站的數(shù)字接口和模擬接口，接收MCU單片機(jī)輸出的控制信號(hào)，輸出模擬信號(hào)和數(shù)字頻率制式信號(hào)；所述通信轉(zhuǎn)換電路的控制端與MCU單片機(jī)的輸出端連接；同時(shí)所述通信轉(zhuǎn)換電路提供連接外部監(jiān)控分站的通訊信號(hào)接口；本發(fā)明具有傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、功耗低、抗干擾性強(qiáng)、使用方便安全、適用范圍廣的特點(diǎn)，非常適合我國煤礦等礦山行業(yè)使用。
文檔編號(hào)H04B1/38GK101510789SQ20091010336
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者文 宋, 榮 樊, 湯朝明, 郭江濤, 魯遠(yuǎn)祥, 強(qiáng) 黃 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院