礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站及其工作方法，具體構(gòu)造是，在儀器殼體內(nèi)安裝有主電路板和顯示電路板，主電路板和顯示電路板實現(xiàn)通訊，所述的主電路板由信號采集電路、單片機電路、通訊電路、控制輸出電路連接組成；單片機電路包括兩個單片機，兩個單片機共用一個數(shù)據(jù)存儲器，其中第一單片機用于管理上行通訊電路與上位機通訊，第二單片機用于管理信號采集電路、控制輸出電路和顯示電路；從而將煤礦井下各種模擬量的采集最終轉(zhuǎn)換為標準的200-1000Hz頻率信號或RS-485串行信號的傳輸。
【專利說明】礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控設備。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯和礦山壓力是影響我國煤炭安全生產(chǎn)的主要危害，而這些危害從某種意義上講有著相互直接或間接的關(guān)系。然而，現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控設備，還處在對單一事故災害監(jiān)測監(jiān)控的狀態(tài)，人為地分割了各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)性，從而造成了各類災害事故的研宄和管理辦法的彼此獨立，使安全事故的控制決策存在一定的片面性。
[0003]隨著煤礦安全事故預測和控制理論研宄的不斷深入，原來單一的煤礦安全煤礦監(jiān)測監(jiān)控設備越來越不適應當前煤礦安全事故預測和控制理論的研宄以及煤礦安全信息化的發(fā)展需求，從而對相關(guān)安全信息采集的手段也提出了更高的要求。因此，研制礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控設備，能夠?qū)τ绊懨旱V安全事故的信息進行綜合監(jiān)測監(jiān)控，這不僅為獲取影響煤礦安全生產(chǎn)的綜合信息提供了先進有效的手段和平臺，而且也對推進煤礦安全生產(chǎn)的信息化，特別是對煤礦安全事故預測和控制的綜合信息基礎(chǔ)的研宄都有著重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站，同時通過該分站的工作方法。該分站能夠采集煤礦井下多種模擬量和開關(guān)量信號，具有數(shù)據(jù)處理、信息顯示和控制輸出功能，能夠與上位機遠距離通訊。
[0005]為達上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站，具體構(gòu)造是，在儀器殼體內(nèi)安裝有主電路板和顯示電路板，主電路板和顯示電路板實現(xiàn)通訊，其特征在于，所述的主電路板由信號采集電路、單片機電路、通訊電路、控制輸出電路連接組成；顯示電路板由漢字液晶模塊和LED指示電路連接組成；上述的信號采集電路由并行16路信號采集電路和串行20路信號采集電路組成，可同時采集并行16路200-1000hz的頻率信號、開關(guān)量信號和20路串行輸入信號；上述的單片機電路包括兩個單片機，兩個單片機共用一個數(shù)據(jù)存儲器，其中第一單片機用于管理上行通訊電路與上位機通訊，第二單片機用于管理信號采集電路、控制輸出電路和顯示電路；
[0006]上述的并行16路信號采集電路由16路光電隔離器P521與2只模擬開關(guān)⑶4051連接組成，2只模擬開關(guān)在第二單片機的控制下依次選通16通道，并由第二單片機檢測16路信號的200-1000hz頻率值；
[0007]上述的串行20路信號采集電路采用型號為MAX1487的芯片作為RS-485標準串行通訊電路，依次采集20路RS-485標準的串行信號。
[0008]上述的第一單片機是型號AT89C205的單片機；第二單片機是型號AT98S52的單片機；共用的數(shù)據(jù)存儲器是型號FM24C16的數(shù)據(jù)存儲器；上行通訊電路是RS-485通訊電路；
[0009]上述的RS-485通訊電路由標準的RS-485芯片MAX1487、三極管放大器和第一單片機I組成；三極管放大5連接在第一單片機I和RS-485芯片的接收端之間，具有接收信號的放大功能，增強RS-485總線的通訊距離和負載能力；
[0010]上述的5路控制輸出電路由第二單片機、反相器74LS04和5只光電隔離器P521組成；第二單片機發(fā)送邏輯控制指令信號給反相器74LS04，信號邏輯反相后經(jīng)光電隔離器送入外部執(zhí)行器；
[0011]本發(fā)明的工作流程是:第二單片機通過控制模擬開關(guān)依次采集16路并行通道的頻率信號或開關(guān)信號，通過異步串行通訊接口鏈接標準的RS-485芯片路變送器的通訊數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)處理后存入數(shù)據(jù)存儲器，并將數(shù)據(jù)送入漢字液晶模塊，直觀地顯示信息，并通過5路控制輸出電路實現(xiàn)對開關(guān)量的控制輸出；第一單片機將第二單片機存入數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)讀出，并通過異步通訊接口連接標準的RS-485串行通訊芯片MAX1487與上位機通訊，將數(shù)據(jù)送入上位機。
[0012]本發(fā)明的具體工作步驟如下:
[0013]第一步，給在線檢測監(jiān)控分站上電，第一單片機復位，延時后第二單片機復位；
[0014]第二步，第一單片機復位后，對內(nèi)部RAM、異步通訊口、中斷、寄存器進行初始化；初始化結(jié)束后等待由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令；當收到由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令后，進入中斷、解析命令、判斷是否是本機地址命令；如果不是本機地址命令，退出中斷，繼續(xù)循環(huán)等待；如果是本機地址命令，則讀數(shù)據(jù)存儲期內(nèi)的數(shù)據(jù)到異步通訊口的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，依次發(fā)送全部數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后返回延時等待，進入下一次循環(huán)；
[0015]第三步，第二單片機復位后對內(nèi)部RAM、異步通訊口、定時器計數(shù)器、中斷等寄存器進行初始化，初始化后系統(tǒng)開始工作，具體如下:
[0016]第3.1步、依次采集并行16路頻率信號:
[0017]開啟定時器計數(shù)器；選通模擬開關(guān)；當有脈沖信號來到時，觸發(fā)定時器計數(shù)器，對頻率信號進行檢測；
[0018]第3.2步、頻率信號的數(shù)據(jù)處理:
[0019]將檢測到的頻率信號數(shù)字濾波，去掉干擾信號；將計數(shù)脈沖進行頻率信號換算；將頻率信號進行物理量對應值的換算；以標準數(shù)據(jù)格式處理后存入數(shù)據(jù)存儲器；
[0020]第3.3步、控制輸出與顯示:
[0021]讀取數(shù)據(jù)存儲器中的當前值與設定的比較值進行比較，當前值大于等于設定值時，單片機輸出邏輯高，控制輸出電路開或關(guān)；當前值小于設定值時，單片機輸出邏輯低，控制輸出電路或關(guān)開；控制輸出電路開時，單片機依次從數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)讀16路數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送入顯示模塊顯示；
[0022]第3.4步、采集串行20路通訊數(shù)據(jù):
[0023]開啟異步通訊口中斷，一次發(fā)送采集串行20路數(shù)據(jù)的指令，接收數(shù)據(jù)，退出中斷；
[0024]第3.5步、串行數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)存儲器存儲:
[0025]將接收的串行20路數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存入數(shù)據(jù)存儲器，返回第3.1步，進入下一次循環(huán)。
[0026]本發(fā)明的積極效果:
[0027]1、由于采用了單片機的定時和計數(shù)功能，實現(xiàn)了頻率信號和開關(guān)信號的檢測，單片機異步串行通訊接口與標準的RS-485串行通訊芯片的鏈接，實現(xiàn)了串行通訊數(shù)據(jù)的采集。從而將煤礦井下各種模擬量的采集最終轉(zhuǎn)換為標準的200-1000HZ頻率信號或RS-485串行信號的傳輸。由于采用了單片機中上述兩種功能，因次本發(fā)明能夠采集煤礦井下多種模擬量和開關(guān)量信號。
[0028]2、本發(fā)明由于采用了單片機技術(shù)、相應的顯示模塊和邏輯輸出電路，使得本發(fā)明具有數(shù)據(jù)處理、信息顯示和控制輸出功能。
[0029]3、本發(fā)明由于在通訊電路中，增加了接收信號的放大功能，使得本發(fā)明能夠與上位機遠距離通訊；最遠距離可達10公里。沒事的，我是一個特別冷淡的人，我指的是“”
[0030]4、本發(fā)明由于采用了雙單片機電路，從而增加了一個串行通訊接口，使得本發(fā)明對涉及煤礦多類安全信息如瓦斯通風類、礦山壓力類、礦井水災害類的同時采集變?yōu)楝F(xiàn)實。
[0031]5、本發(fā)明由于通訊距離遠與相應接口配合使用，可在煤礦井下靈活組成分站網(wǎng)絡系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例電路板原理框圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例并行16路信號采集電路圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實施例通訊電路圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實施例控制輸出電路圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實施例單片機I程序流程圖；
[0037]圖6為本發(fā)明實施例單片機II程序流程圖。
【具體實施方式】
[0038]一種礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站，具體構(gòu)造是，在儀器殼體內(nèi)安裝有如圖1所示的主電路板和顯示電路板，主電路板和顯示電路板通過排線實現(xiàn)通訊；所述的主電路板由信號采集電路、單片機電路、通訊電路、控制輸出電路連接組成；顯示電路板由型號為LCM128645ZK漢字液晶模塊和LED發(fā)光二極管組成。
[0039]上述的信號采集電路如圖2所示，由并行16路信號采集電路和串行20路信號采集電路組成，可同時采集并行16路200-1000hz的頻率信號、開關(guān)量信號和20路串行輸入信號；并行16路信號采集電路由16路光電隔離器P521與2只模擬開關(guān)⑶4051連接組成，2只模擬開關(guān)在單片機II AT98S52的控制下依次選通16通道，并由第二單片機II檢測16路信號的200-1000hz頻率值；串行20路信號采集電路采用型號為MAX1487的芯片作為RS-485標準串行通訊電路，依次采集20路RS-485標準的串行信號。
[0040]上述的單片機電路包括型號AT89C205的第一單片機I和型號AT89C205的第二單片機片II，第一單片機I和第二單片機II共用一個型號FM24C16數(shù)據(jù)存儲器，并采用并行工作方式；第一單片機I啟動后，給第二單片機II復位，啟動指令兩個單片機并行工作；
[0041]其中第一單片機I為主機，通過上行RS-485通訊電路與上位機通訊，第二單片機II通過并行16路信號采集電路實時采集并行16路的模擬量或開關(guān)量信號；通過串行20路型號采集電路定時采集串行20路變送器的通訊數(shù)據(jù)；將實時和定時采集的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲器；通過5路控制輸出電路實現(xiàn)對開關(guān)量的控制輸出；通過排線與顯示電路板連接將信息顯示送入128X64漢字液晶模塊，直觀地顯示信息。
[0042]上述的通訊電路如圖3所示，由標準的RS-485芯片MAX1487、三極管放大器9015和第一單片機I組成，三極管9015連接在第一單片機I和RS-485芯片MAX1487的接收端之間，具有接收信號的放大功能，增強RS-485總線的通訊距離和負載能力。
[0043]上述的控制輸出電路是5路控制輸出電路，如圖4所示，由第二單片機I1、反相器74LS04和5只光電隔離器P521組成，第二單片機II發(fā)送邏輯控制指令信號給反相器74LS04，信號邏輯反相后經(jīng)光電隔離器送入外部執(zhí)行器；
[0044]本發(fā)明的工作流程是:第二單片機通過控制模擬開關(guān)依次采集16路并行通道的頻率信號或開關(guān)信號，通過異步串行通訊接口鏈接標準的RS-485芯片MAX1487，定時采集串行20路變送器的通訊數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)處理后存入數(shù)據(jù)存儲器，并將數(shù)據(jù)送入漢字液晶模塊，直觀地顯示信息，并通過5路控制輸出電路實現(xiàn)對開關(guān)量的控制輸出；第一單片機將第二單片機存入數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)讀出，并通過異步通訊接口連接標準的RS-485串行通訊芯片MAX1487與上位機通訊，將數(shù)據(jù)送入上位機。
[0045]本發(fā)明的工作流程的具體步驟如下:
[0046]第一步，給在線檢測監(jiān)控分站上電，第一單片機復位，延時后第二單片機復位；
[0047]第二步，如圖5所示，第一單片機復位后，對內(nèi)部RAM、異步通訊口、中斷、寄存器進行初始化；初始化結(jié)束后等待由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令；當收到由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令后，進入中斷、解析命令、判斷是否是本機地址命令；如果不是本機地址命令，退出中斷，繼續(xù)循環(huán)等待；如果是本機地址命令，則讀數(shù)據(jù)存儲期內(nèi)的數(shù)據(jù)到異步通訊口的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，依次發(fā)送全部數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后返回延時等待，進入下一次循環(huán)；
[0048]第三步，如圖6所示，第二單片機復位后對內(nèi)部RAM、異步通訊口、定時器計數(shù)器、中斷等寄存器進行初始化，系統(tǒng)開始工作如下:
[0049]1、依次采集并行16路頻率信號:
[0050]開啟定時器計數(shù)器；選通模擬開關(guān)；當有脈沖信號來到時，觸發(fā)定時器計數(shù)器，對頻率信號進行檢測；
[0051]2、頻率信號的數(shù)據(jù)處理:
[0052]將檢測到的頻率信號數(shù)字濾波，去掉干擾信號；將計數(shù)脈沖進行頻率信號換算；將頻率信號進行物理量對應值的換算；以標準數(shù)據(jù)格式處理后存入數(shù)據(jù)存儲器；
[0053]3、控制輸出與顯示:
[0054]讀取數(shù)據(jù)存儲器中的當前值與設定的比較值進行比較，當前值大于等于設定值時，單片機輸出邏輯高，控制輸出電路開或關(guān)；當前值小于設定值時，單片機輸出邏輯低，控制輸出電路或關(guān)開；控制輸出電路開時，單片機依次從數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)讀16路數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送入顯示模塊顯示；
[0055]4、采集串行20路通訊數(shù)據(jù):
[0056]開啟異步通訊口中斷，一次發(fā)送采集串行20路數(shù)據(jù)的指令，接收數(shù)據(jù)，退出中斷；
[0057]5、串行數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)存儲器進行存儲:
[0058]將接收的串行20路數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存入數(shù)據(jù)存儲器，返回本步驟三的第1步，進入下一次循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站，其特征在于，它是在儀器殼體內(nèi)安裝有主電路板和顯示電路板，主電路板和顯示電路板實現(xiàn)通訊，其特征在于，所述的主電路板由信號采集電路、單片機電路、通訊電路、控制輸出電路連接組成；顯示電路板由漢字液晶模塊和LED指不電路連接組成；上述的?目號米集電路由并行16路彳目號米集電路和串行20路信號采集電路組成，可同時采集并行16路200-1000hz的頻率信號、開關(guān)量信號和20路串行輸入信號；上述的單片機電路包括兩個單片機，兩個單片機共用一個數(shù)據(jù)存儲器，其中第一單片機用于管理上行通訊電路與上位機通訊，第二單片機用于管理信號采集電路、控制輸出電路和顯不電路； 上述的并行16路信號采集電路由16路光電隔離器P521與2只模擬開關(guān)⑶4051連接組成，2只模擬開關(guān)在第二單片機的控制下依次選通16通道，并由第二單片機檢測16路信號的200-1OOOhz頻率值； 上述的串行20路信號采集電路采用型號為MAX1487的芯片作為RS-485標準串行通訊電路，依次采集20路RS-485標準的串行信號。 上述的第一單片機是型號AT89C205的單片機；第二單片機是型號AT98S52的單片機；共用的數(shù)據(jù)存儲器是型號FM24C16的數(shù)據(jù)存儲器；上行通訊電路是RS-485通訊電路；上述的RS-485通訊電路由標準的RS-485芯片MAX1487、三極管放大器和第一單片機I組成；三極管放大5連接在第一單片機I和RS-485芯片的接收端之間，具有接收信號的放大功能，增強RS-485總線的通訊距離和負載能力； 上述的5路控制輸出電路由第二單片機、反相器74LS04和5只光電隔離器P521組成；第二單片機發(fā)送邏輯控制指令信號給反相器74LS04，信號邏輯反相后經(jīng)光電隔離器送入外部執(zhí)行器。
2.一種如權(quán)利要求1所述的礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站的工作方法，其特征在于，第二單片機通過控制模擬開關(guān)依次采集16路并行通道的頻率信號或開關(guān)信號，通過異步串行通訊接口鏈接標準的RS-485芯片路變送器的通訊數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)處理后存入數(shù)據(jù)存儲器，并將數(shù)據(jù)送入漢字液晶模塊，直觀地顯示信息，并通過5路控制輸出電路實現(xiàn)對開關(guān)量的控制輸出；第一單片機將第二單片機存入數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)讀出，并通過異步通訊接口連接標準的RS-485串行通訊芯片MAX1487與上位機通訊，將數(shù)據(jù)送入上位機。
3.如權(quán)利要求2所述的礦用多功能安全生產(chǎn)在線檢測監(jiān)控分站的工作方法，其特征在于， 第一步，給在線檢測監(jiān)控分站上電，第一單片機復位，延時后第二單片機復位； 第二步，第一單片機復位后，對內(nèi)部RAM、異步通訊口、中斷、寄存器進行初始化；初始化結(jié)束后等待由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令；當收到由上位機請求發(fā)送數(shù)據(jù)命令后，進入中斷、解析命令、判斷是否是本機地址命令；如果不是本機地址命令，退出中斷，繼續(xù)循環(huán)等待；如果是本機地址命令，則讀數(shù)據(jù)存儲期內(nèi)的數(shù)據(jù)到異步通訊口的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，依次發(fā)送全部數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束后返回延時等待，進入下一次循環(huán)； 第三步，第二單片機復位后對內(nèi)部RAM、異步通訊口、定時器計數(shù)器、中斷等寄存器進行初始化，初始化后系統(tǒng)開始工作，具體如下: 第3.1步、依次采集并行16路頻率信號: 開啟定時器計數(shù)器；選通模擬開關(guān)；當有脈沖信號來到時，觸發(fā)定時器計數(shù)器，對頻率信號進行檢測； 第3.2步、頻率信號的數(shù)據(jù)處理: 將檢測到的頻率信號數(shù)字濾波，去掉干擾信號；將計數(shù)脈沖進行頻率信號換算；將頻率信號進行物理量對應值的換算；以標準數(shù)據(jù)格式處理后存入數(shù)據(jù)存儲器； 第3.3步、控制輸出與顯示: 讀取數(shù)據(jù)存儲器中的當前值與設定的比較值進行比較，當前值大于等于設定值時，單片機輸出邏輯高，控制輸出電路開或關(guān)；當前值小于設定值時，單片機輸出邏輯低，控制輸出電路或關(guān)開；控制輸出電路開時，單片機依次從數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)讀16路數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送入顯示模塊顯示； 第3.4步、采集串行20路通訊數(shù)據(jù): 開啟異步通訊口中斷，一次發(fā)送采集串行20路數(shù)據(jù)的指令，接收數(shù)據(jù)，退出中斷； 第3.5步、串行數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)存儲器存儲: 將接收的串行20路數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存入數(shù)據(jù)存儲器，返回第3.1步，進入下一次循環(huán)。
【文檔編號】E21F17/18GK104500144SQ201410835658
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】范煒琳, 張海濤, 趙傳凱, 鄭梅, 秦廣鵬, 王偉峰 申請人:山東華碩能源科技有限公司