矿用多功能安全生产在线检测监控分站及工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿用多功能安全生产在线检测监控分站及其工作方法，具体构造是，在仪器壳体内安装有主电路板和显示电路板，主电路板和显示电路板实现通讯，所述的主电路板由信号采集电路、单片机电路、通讯电路、控制输出电路连接组成；单片机电路包括两个单片机，两个单片机共用一个数据存储器，其中第一单片机用于管理上行通讯电路与上位机通讯，第二单片机用于管理信号采集电路、控制输出电路和显示电路；从而将煤矿井下各种模拟量的采集最终转换为标准的200-1000Hz频率信号或RS-485串行信号的传输。
【专利说明】矿用多功能安全生产在线检测监控分站及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿用多功能安全生产在线检测监控设备。
【背景技术】
[0002]瓦斯和矿山压力是影响我国煤炭安全生产的主要危害，而这些危害从某种意义上讲有着相互直接或间接的关系。然而，现有煤矿安全生产监测监控设备，还处在对单一事故灾害监测监控的状态，人为地分割了各类监测数据的相互关联性，从而造成了各类灾害事故的研宄和管理办法的彼此独立，使安全事故的控制决策存在一定的片面性。
[0003]随着煤矿安全事故预测和控制理论研宄的不断深入，原来单一的煤矿安全煤矿监测监控设备越来越不适应当前煤矿安全事故预测和控制理论的研宄以及煤矿安全信息化的发展需求，从而对相关安全信息采集的手段也提出了更高的要求。因此，研制矿用多功能安全生产在线检测监控设备，能够对影响煤矿安全事故的信息进行综合监测监控，这不仅为获取影响煤矿安全生产的综合信息提供了先进有效的手段和平台，而且也对推进煤矿安全生产的信息化，特别是对煤矿安全事故预测和控制的综合信息基础的研宄都有着重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种矿用多功能安全生产在线检测监控分站，同时通过该分站的工作方法。该分站能够采集煤矿井下多种模拟量和开关量信号，具有数据处理、信息显示和控制输出功能，能够与上位机远距离通讯。
[0005]为达上述目的，本发明的技术方案是:一种矿用多功能安全生产在线检测监控分站，具体构造是，在仪器壳体内安装有主电路板和显示电路板，主电路板和显示电路板实现通讯，其特征在于，所述的主电路板由信号采集电路、单片机电路、通讯电路、控制输出电路连接组成；显示电路板由汉字液晶模块和LED指示电路连接组成；上述的信号采集电路由并行16路信号采集电路和串行20路信号采集电路组成，可同时采集并行16路200-1000hz的频率信号、开关量信号和20路串行输入信号；上述的单片机电路包括两个单片机，两个单片机共用一个数据存储器，其中第一单片机用于管理上行通讯电路与上位机通讯，第二单片机用于管理信号采集电路、控制输出电路和显示电路；
[0006]上述的并行16路信号采集电路由16路光电隔离器P521与2只模拟开关⑶4051连接组成，2只模拟开关在第二单片机的控制下依次选通16通道，并由第二单片机检测16路信号的200-1000hz频率值；
[0007]上述的串行20路信号采集电路采用型号为MAX1487的芯片作为RS-485标准串行通讯电路，依次采集20路RS-485标准的串行信号。
[0008]上述的第一单片机是型号AT89C205的单片机；第二单片机是型号AT98S52的单片机；共用的数据存储器是型号FM24C16的数据存储器；上行通讯电路是RS-485通讯电路；
[0009]上述的RS-485通讯电路由标准的RS-485芯片MAX1487、三极管放大器和第一单片机I组成；三极管放大5连接在第一单片机I和RS-485芯片的接收端之间，具有接收信号的放大功能，增强RS-485总线的通讯距离和负载能力；
[0010]上述的5路控制输出电路由第二单片机、反相器74LS04和5只光电隔离器P521组成；第二单片机发送逻辑控制指令信号给反相器74LS04，信号逻辑反相后经光电隔离器送入外部执行器；
[0011]本发明的工作流程是:第二单片机通过控制模拟开关依次采集16路并行通道的频率信号或开关信号，通过异步串行通讯接口链接标准的RS-485芯片路变送器的通讯数据，将采集数据处理后存入数据存储器，并将数据送入汉字液晶模块，直观地显示信息，并通过5路控制输出电路实现对开关量的控制输出；第一单片机将第二单片机存入数据存储器中的数据读出，并通过异步通讯接口连接标准的RS-485串行通讯芯片MAX1487与上位机通讯，将数据送入上位机。
[0012]本发明的具体工作步骤如下:
[0013]第一步，给在线检测监控分站上电，第一单片机复位，延时后第二单片机复位；
[0014]第二步，第一单片机复位后，对内部RAM、异步通讯口、中断、寄存器进行初始化；初始化结束后等待由上位机请求发送数据命令；当收到由上位机请求发送数据命令后，进入中断、解析命令、判断是否是本机地址命令；如果不是本机地址命令，退出中断，继续循环等待；如果是本机地址命令，则读数据存储期内的数据到异步通讯口的数据发送缓冲区，依次发送全部数据，发送结束后返回延时等待，进入下一次循环；
[0015]第三步，第二单片机复位后对内部RAM、异步通讯口、定时器计数器、中断等寄存器进行初始化，初始化后系统开始工作，具体如下:
[0016]第3.1步、依次采集并行16路频率信号:
[0017]开启定时器计数器；选通模拟开关；当有脉冲信号来到时，触发定时器计数器，对频率信号进行检测；
[0018]第3.2步、频率信号的数据处理:
[0019]将检测到的频率信号数字滤波，去掉干扰信号；将计数脉冲进行频率信号换算；将频率信号进行物理量对应值的换算；以标准数据格式处理后存入数据存储器；
[0020]第3.3步、控制输出与显示:
[0021]读取数据存储器中的当前值与设定的比较值进行比较，当前值大于等于设定值时，单片机输出逻辑高，控制输出电路开或关；当前值小于设定值时，单片机输出逻辑低，控制输出电路或关开；控制输出电路开时，单片机依次从数据存储器内读16路数据，然后将数据送入显示模块显示；
[0022]第3.4步、采集串行20路通讯数据:
[0023]开启异步通讯口中断，一次发送采集串行20路数据的指令，接收数据，退出中断；
[0024]第3.5步、串行数据送数据存储器存储:
[0025]将接收的串行20路数据按规定格式存入数据存储器，返回第3.1步，进入下一次循环。
[0026]本发明的积极效果:
[0027]1、由于采用了单片机的定时和计数功能，实现了频率信号和开关信号的检测，单片机异步串行通讯接口与标准的RS-485串行通讯芯片的链接，实现了串行通讯数据的采集。从而将煤矿井下各种模拟量的采集最终转换为标准的200-1000HZ频率信号或RS-485串行信号的传输。由于采用了单片机中上述两种功能，因次本发明能够采集煤矿井下多种模拟量和开关量信号。
[0028]2、本发明由于采用了单片机技术、相应的显示模块和逻辑输出电路，使得本发明具有数据处理、信息显示和控制输出功能。
[0029]3、本发明由于在通讯电路中，增加了接收信号的放大功能，使得本发明能够与上位机远距离通讯；最远距离可达10公里。没事的，我是一个特别冷淡的人，我指的是“”
[0030]4、本发明由于采用了双单片机电路，从而增加了一个串行通讯接口，使得本发明对涉及煤矿多类安全信息如瓦斯通风类、矿山压力类、矿井水灾害类的同时采集变为现实。
[0031]5、本发明由于通讯距离远与相应接口配合使用，可在煤矿井下灵活组成分站网络系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例电路板原理框图；
[0033]图2为本发明实施例并行16路信号采集电路图；
[0034]图3为本发明实施例通讯电路图；
[0035]图4为本发明实施例控制输出电路图；
[0036]图5为本发明实施例单片机I程序流程图；
[0037]图6为本发明实施例单片机II程序流程图。
【具体实施方式】
[0038]一种矿用多功能安全生产在线检测监控分站，具体构造是，在仪器壳体内安装有如图1所示的主电路板和显示电路板，主电路板和显示电路板通过排线实现通讯；所述的主电路板由信号采集电路、单片机电路、通讯电路、控制输出电路连接组成；显示电路板由型号为LCM128645ZK汉字液晶模块和LED发光二极管组成。
[0039]上述的信号采集电路如图2所示，由并行16路信号采集电路和串行20路信号采集电路组成，可同时采集并行16路200-1000hz的频率信号、开关量信号和20路串行输入信号；并行16路信号采集电路由16路光电隔离器P521与2只模拟开关⑶4051连接组成，2只模拟开关在单片机II AT98S52的控制下依次选通16通道，并由第二单片机II检测16路信号的200-1000hz频率值；串行20路信号采集电路采用型号为MAX1487的芯片作为RS-485标准串行通讯电路，依次采集20路RS-485标准的串行信号。
[0040]上述的单片机电路包括型号AT89C205的第一单片机I和型号AT89C205的第二单片机片II，第一单片机I和第二单片机II共用一个型号FM24C16数据存储器，并采用并行工作方式；第一单片机I启动后，给第二单片机II复位，启动指令两个单片机并行工作；
[0041]其中第一单片机I为主机，通过上行RS-485通讯电路与上位机通讯，第二单片机II通过并行16路信号采集电路实时采集并行16路的模拟量或开关量信号；通过串行20路型号采集电路定时采集串行20路变送器的通讯数据；将实时和定时采集的数据写入数据存储器；通过5路控制输出电路实现对开关量的控制输出；通过排线与显示电路板连接将信息显示送入128X64汉字液晶模块，直观地显示信息。
[0042]上述的通讯电路如图3所示，由标准的RS-485芯片MAX1487、三极管放大器9015和第一单片机I组成，三极管9015连接在第一单片机I和RS-485芯片MAX1487的接收端之间，具有接收信号的放大功能，增强RS-485总线的通讯距离和负载能力。
[0043]上述的控制输出电路是5路控制输出电路，如图4所示，由第二单片机I1、反相器74LS04和5只光电隔离器P521组成，第二单片机II发送逻辑控制指令信号给反相器74LS04，信号逻辑反相后经光电隔离器送入外部执行器；
[0044]本发明的工作流程是:第二单片机通过控制模拟开关依次采集16路并行通道的频率信号或开关信号，通过异步串行通讯接口链接标准的RS-485芯片MAX1487，定时采集串行20路变送器的通讯数据，将采集数据处理后存入数据存储器，并将数据送入汉字液晶模块，直观地显示信息，并通过5路控制输出电路实现对开关量的控制输出；第一单片机将第二单片机存入数据存储器中的数据读出，并通过异步通讯接口连接标准的RS-485串行通讯芯片MAX1487与上位机通讯，将数据送入上位机。
[0045]本发明的工作流程的具体步骤如下:
[0046]第一步，给在线检测监控分站上电，第一单片机复位，延时后第二单片机复位；
[0047]第二步，如图5所示，第一单片机复位后，对内部RAM、异步通讯口、中断、寄存器进行初始化；初始化结束后等待由上位机请求发送数据命令；当收到由上位机请求发送数据命令后，进入中断、解析命令、判断是否是本机地址命令；如果不是本机地址命令，退出中断，继续循环等待；如果是本机地址命令，则读数据存储期内的数据到异步通讯口的数据发送缓冲区，依次发送全部数据，发送结束后返回延时等待，进入下一次循环；
[0048]第三步，如图6所示，第二单片机复位后对内部RAM、异步通讯口、定时器计数器、中断等寄存器进行初始化，系统开始工作如下:
[0049]1、依次采集并行16路频率信号:
[0050]开启定时器计数器；选通模拟开关；当有脉冲信号来到时，触发定时器计数器，对频率信号进行检测；
[0051]2、频率信号的数据处理:
[0052]将检测到的频率信号数字滤波，去掉干扰信号；将计数脉冲进行频率信号换算；将频率信号进行物理量对应值的换算；以标准数据格式处理后存入数据存储器；
[0053]3、控制输出与显示:
[0054]读取数据存储器中的当前值与设定的比较值进行比较，当前值大于等于设定值时，单片机输出逻辑高，控制输出电路开或关；当前值小于设定值时，单片机输出逻辑低，控制输出电路或关开；控制输出电路开时，单片机依次从数据存储器内读16路数据，然后将数据送入显示模块显示；
[0055]4、采集串行20路通讯数据:
[0056]开启异步通讯口中断，一次发送采集串行20路数据的指令，接收数据，退出中断；
[0057]5、串行数据送数据存储器进行存储:
[0058]将接收的串行20路数据按规定格式存入数据存储器，返回本步骤三的第1步，进入下一次循环。
【权利要求】
1.一种矿用多功能安全生产在线检测监控分站，其特征在于，它是在仪器壳体内安装有主电路板和显示电路板，主电路板和显示电路板实现通讯，其特征在于，所述的主电路板由信号采集电路、单片机电路、通讯电路、控制输出电路连接组成；显示电路板由汉字液晶模块和LED指不电路连接组成；上述的?目号米集电路由并行16路彳目号米集电路和串行20路信号采集电路组成，可同时采集并行16路200-1000hz的频率信号、开关量信号和20路串行输入信号；上述的单片机电路包括两个单片机，两个单片机共用一个数据存储器，其中第一单片机用于管理上行通讯电路与上位机通讯，第二单片机用于管理信号采集电路、控制输出电路和显不电路； 上述的并行16路信号采集电路由16路光电隔离器P521与2只模拟开关⑶4051连接组成，2只模拟开关在第二单片机的控制下依次选通16通道，并由第二单片机检测16路信号的200-1OOOhz频率值； 上述的串行20路信号采集电路采用型号为MAX1487的芯片作为RS-485标准串行通讯电路，依次采集20路RS-485标准的串行信号。 上述的第一单片机是型号AT89C205的单片机；第二单片机是型号AT98S52的单片机；共用的数据存储器是型号FM24C16的数据存储器；上行通讯电路是RS-485通讯电路；上述的RS-485通讯电路由标准的RS-485芯片MAX1487、三极管放大器和第一单片机I组成；三极管放大5连接在第一单片机I和RS-485芯片的接收端之间，具有接收信号的放大功能，增强RS-485总线的通讯距离和负载能力； 上述的5路控制输出电路由第二单片机、反相器74LS04和5只光电隔离器P521组成；第二单片机发送逻辑控制指令信号给反相器74LS04，信号逻辑反相后经光电隔离器送入外部执行器。
2.一种如权利要求1所述的矿用多功能安全生产在线检测监控分站的工作方法，其特征在于，第二单片机通过控制模拟开关依次采集16路并行通道的频率信号或开关信号，通过异步串行通讯接口链接标准的RS-485芯片路变送器的通讯数据，将采集数据处理后存入数据存储器，并将数据送入汉字液晶模块，直观地显示信息，并通过5路控制输出电路实现对开关量的控制输出；第一单片机将第二单片机存入数据存储器中的数据读出，并通过异步通讯接口连接标准的RS-485串行通讯芯片MAX1487与上位机通讯，将数据送入上位机。
3.如权利要求2所述的矿用多功能安全生产在线检测监控分站的工作方法，其特征在于， 第一步，给在线检测监控分站上电，第一单片机复位，延时后第二单片机复位； 第二步，第一单片机复位后，对内部RAM、异步通讯口、中断、寄存器进行初始化；初始化结束后等待由上位机请求发送数据命令；当收到由上位机请求发送数据命令后，进入中断、解析命令、判断是否是本机地址命令；如果不是本机地址命令，退出中断，继续循环等待；如果是本机地址命令，则读数据存储期内的数据到异步通讯口的数据发送缓冲区，依次发送全部数据，发送结束后返回延时等待，进入下一次循环； 第三步，第二单片机复位后对内部RAM、异步通讯口、定时器计数器、中断等寄存器进行初始化，初始化后系统开始工作，具体如下: 第3.1步、依次采集并行16路频率信号: 开启定时器计数器；选通模拟开关；当有脉冲信号来到时，触发定时器计数器，对频率信号进行检测； 第3.2步、频率信号的数据处理: 将检测到的频率信号数字滤波，去掉干扰信号；将计数脉冲进行频率信号换算；将频率信号进行物理量对应值的换算；以标准数据格式处理后存入数据存储器； 第3.3步、控制输出与显示: 读取数据存储器中的当前值与设定的比较值进行比较，当前值大于等于设定值时，单片机输出逻辑高，控制输出电路开或关；当前值小于设定值时，单片机输出逻辑低，控制输出电路或关开；控制输出电路开时，单片机依次从数据存储器内读16路数据，然后将数据送入显示模块显示； 第3.4步、采集串行20路通讯数据: 开启异步通讯口中断，一次发送采集串行20路数据的指令，接收数据，退出中断； 第3.5步、串行数据送数据存储器存储: 将接收的串行20路数据按规定格式存入数据存储器，返回第3.1步，进入下一次循环。
【文档编号】E21F17/18GK104500144SQ201410835658
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】范炜琳, 张海涛, 赵传凯, 郑梅, 秦广鹏, 王伟峰 申请人:山东华硕能源科技有限公司