专利名称：矿用本质安全型监控分站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于通信技术领域智能化数字采集装置，具体涉及一种 适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸的危险场所，用作与地面监控中心站通信，或 者单独作为智能化综合监测监控装置独立运行的矿用本质安全型监控分站。
背景技术：
目前，我国矿井下安全生产监测监控系统种类繁多，使用的监测监控系统多
是卯年代前期开发的现场系统，主流的核心控制芯片基本都是基于51单片机系 列，外围通过大量的扩展芯片实现复杂的逻辑控制、数据采集和通信接口。对于 整个系统的集成化、智能化和硬件电路软化实现的难度相当大，数据采集的精度、 手动设置的灵活度、可接终端的扩容性都受到极大的限制。
特别是随着通信技术的发展，对通信速率、通信的可靠性要求越来越高，距 离也要求越来越远。 一批新型智能设备的研制成功并投入使用，也使得监控系统 需要配备更多的智能化扩展功能。目前的监测监控系统的智能扩展端口多采用RS-232串口标准，RS-232串口标准是一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端 标准。由于RS-232串口标准采取不平衡传输方式，即单端通讯，其收发端的数据 信号都是相对于地信号的，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容， 其传输距离最大约为15m，最高速率为20Kbps，且其只能支持点对点通信，无法 满足通信发展的要求。
实用新型内容
针对现有技术中监测监控系统数据处理周期长、功耗大，采样精度小，手动 设置的灵活性低以及智能终端的扩容性的不足，本实用新型提供一种能提高整个 矿用监测监控系统的集成化、智能化和硬件电路软化的水平，实现高精度数据采 集和多种通信单一芯片化、手动设置无线遥控化、终端扩容智能化的矿用本质安 全监控分站。
本实用新型的技术方案是 一种矿用本质安全监控分站，包括CPU模块电路
3和电源管理模块，以CPU模块电路为核心，单向接收传感器信号采集电路和红外 遥控电路的信号，同时单向传输信号给数码管显示电路和断电控制输出，CPU模 块电路还分别与铁电存储电路、智能扩展端口、中心站通信电路、以太网接口电
路实现双向信号传输；所述CPU模块电路由低功耗单片机、复位电路、晶振电路 和下载和调试端口组成。
进一步的技术特征，所述CPU模块电路1的单片机系统由基于MSP430F149单 片机电路构成，所述红外遥控电路3包括红外接收和解码电路。
所述监控分站能够实时高精度采集多达16路传感器信号，兼容开关量和模拟 量传感器，传感器类型可以通过中心机设置或者用遥控按键手动设置；智能扩展 端口8采用RS-485总线方式，直接扩展智能终端设备多达64个。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点
1、 系统控制芯片使用MSP430F149单片机，其功耗低、数据处理周期短，能 实现对传感器的频率信号和电流信号高精度采样，具有多个通信串口可以方便的 实现和中心机、智能口的通信，较丰富的IO 口资源可以控制更多的外围设备，提 高整机的集成度；
2、 采用RS-485总线方式实现智能扩展端口，极大限度的扩展了整个分站的 终端连接数量。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共 模干扰的能力，最大的通信距离可以达到20km(在传输速率为1200bps时)，最大 传输速率为10Mbps (近距离传输时)；
3、 本实用新型的手动设置一改传统的键盘输入，采用了红外遥控技术，整个 分站没有直接的按键裸露部分，增加了分站在井下瓦斯和煤尘环境下的安全性、 可靠性和使用寿命。
图1为本实用新型矿用本质安全监控分站的模块结构示意图； 图2为矿用本质安全监控分站的俯视图； 图3为图2的侧视图4为矿用本质安全监控分站CPU模块电路图； 图5为矿用本质安全监控分站智能扩展端口电路图；图6为矿用本质安全监控分站红外遥控输入电路图。
图1中，1一CPU模块电路，2—传感器信号采集电路，3—红外遥控电路，4 一数码管显示电路，5—以太网接口电路，6—铁电存储电路，7—中心站通信电路， 8—智能扩展端口， 9一断电控制输出，10—电源管理模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。 本实用新型的矿用本质安全监控分站是煤矿安全生产监控系统井下设备的关 键组成部分，与防爆兼本质安全型电源箱配套使用，可以为传感器提供电源，并 实时采集传感器数据，按照设定参数执行控制操作，不仅能将数据传送给中心站， 而且也可以执行中心站下传的操作命令。本实用新型的监控分站，包括作为核心 芯片的CPU模块电路l和系统提供电能的电源管理模块lO，其特征在于CPU模块 电路1单向接收若干传感器信号采集电路2和红外遥控电路3的信号，同时单向传输 信号给数码管显示电路4和断电控制输出9， CPU模块电路1还分别与铁电存储电路 6、智能扩展端口8、中心站通信电路7、以太网接口电路5和电源管理模块10实现 双向信号传输；所述CPU模块电路1由低功耗单片机、复位电路、晶振电路和下载 和调试端口组成。低功耗单片机是可编程芯片，能按照其内编制的程序进行数据 接收、分析、处理、发送输出等，电源管理模块10监测本装置电源状态，保障其 正常运行。
所述CPU模块电路1的单片机系统由基于MSP430F149单片机电路构成，所述 红外遥控电路3包括红外接收和解码电路。监控分站能够实时高精度采集多达16路 传感器信号，兼容开关量和模拟量传感器，传感器类型可以通过中心机设置或者 用遥控按键手动设置；智能扩展端口8采用RS-485总线方式，直接扩展智能终端设 备多达64个。
本实用新型的矿用本质安全监控分站各模块功能说明如下 CPU模块电路1:用以传感器信号采集、红外遥控输入、数码管显示、时钟 信号读取、铁电存储、中心站通信、远程控制和电源电路监测； 其中CPU模块电路1中包括
1、低功耗单片机(MSP430F149): CPU模块电路核心器件，用以提供软件运行的硬件支撑；
2、 复位电路进行电源监控，当工作电压较低时系统自动复位；
3、 晶振电路分高速和低速晶振，实现不同的功能；
4、 下载和调试端口用以在线调试和程序下载。
传感器信号采集电路2:实时釆集多路传感器信号，兼容开关量和模拟量传感
器；
红外遥控电路3:全功能遥控设置， 一键查询分站号； 数码管显示电路4:利用专用芯片驱动数码管显示减轻CPU负担； 以太网接口电路5:主控制器通过串口与以太网接口转换模块，用以太网方式
实现数据与中心站的通信；
铁电存储电路6:用以存储操作设置和传感器采样数据； 中心站通信电路7:实现分站和中心站之间的半双工485通信； 智能扩展端口 8:实现智能终端设备多达64个的扩展接口； 断电控制输出9:实现2路近程电平断电信号和6路远程触点型断电信号； 电源管理模块10:电源采用隔爆兼本质安全型电源箱供电，分站只实行电压 变换和供电方式监控。
CPU模块电路1使用MSP430F149单片机，MSP430F149单片机具有低功耗、 单指令周期、16位数据处理功能，内置12位AD转换器、多个通信串口和含有较 丰富的IO口资源。单指令周期在测量外部频率信号时，相同晶振情况下精度可以 达到传统51系列单片机的12倍，实现对传感器的频率信号高精度采样；内置12 位AD转换器作用是将AD转换和CPU集成化，在AD转换基准为1.2V时，还可 以实现0.3mV的高分辨率转换；多个通信串口可以方便的实现和中心机、智能口 的通信；较丰富的IO口资源可以控制更多的外围设备，提高整机的集成度。
智能扩展端口8采用RS-485总线，RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通 信发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、 B两路输出，经过线缆传 输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又 是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检 测到低至200mV电压，故传输信号在千米之外都是可以恢复。RS-485最大的通信 距离可以达到20km (在传输速率为1200bps时)，最大传输速率为10Mbps (应用于
6近距离通信场所i传输速率与传输距离成反比，如果需高速率长距离传输，需要
加485中继器。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线网络 拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不 支持环形或星型网络。RS-485总线一般最大支持32或者64个节点，如果使用特制 的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。正是 由于RS-485具有诸多优点，现大量适用，本实用新型采用RS-485总线方式实现智 能扩展端口，极大限度的扩展了整个分站的终端连接数量。
实际使用时，完全可以将多个本实用新型的矿用本质安全监控分站独立设置 在地面以下的矿井内，将每个监控分站与地面上的监控中心连接，通过电缆等将 相关数据、信息等输送到监控中心，使监控中心能够及时了解和掌握整个矿井内 的相关情况，为矿井内操作工人提供安全保护屏障。
本实用新型的矿用本质安全监控分站具体工作过程说明如下
1、 通电
通电前，首先应打开分站箱盖，对照检查连接线是否有松动。配套隔爆兼本质 安全型电源箱接好电源后，连接分站电源电缆，打开电源开关(在接线板上)，此 时传感器电源指示灯亮，分站首先显示分站号后进入循环显示状态。各通道显示
值为"nnn"，表示通道未定义。
2、 设置分站号
用遥控器设置分站号。连接好与数据通讯接口之间的主通讯线，在中心站设 置好扫描分站后应能看到该分站通讯正常，分站主通讯灯闪亮。如不能正常通讯
可检查a.通讯线是否接反；b.中心站定义的扫描分站号和分站实际定义的分站号 是否一致。
3、 连接传感器
在中心站按通道定义好传感器类型等参数，完成后在分站上应能看到已定义
的通道显示由原来的"n n n "变为"__—"，表示该通道传感器断线。
按分站接线口上盖的接线图连接好传感器后，在显示窗对应的通道显示值应由 "——一"变为与传感器一致的显示值，如果数值不同请检查中心站量程定义。
4、 断电控制
矿用本质安全监控分站输出的断电控制输出分为本地控制和远程控制两种。本地控制通过分站与电源箱之间的内部连线接到电源箱中，远程控制由分站的航 空插座控制口输出。
连接远程控制时，将被控设备的控制线接到控制口上，根据控制逻辑设置分 站控制输出的初始"常开"或"常闭"状态,以适合被控设备的逻辑状态，实现断 电控制。
5、初始化定义
一般情况下分站的初始化定义在中心站上设置完成。当独立使用时，初始化 定义可通过红外遥控手动进行。初始化设置完毕后，矿用本质安全监控分站正常 工作。
权利要求1、一种矿用本质安全监控分站，包括CPU模块电路(1)和电源管理模块(10)，其特征在于所述CPU模块电路(1)单向接收若干传感器信号采集电路(2)和红外遥控电路(3)的信号，CPU模块电路(1)单向传输信号给数码管显示电路(4)和断电控制输出(9)，CPU模块电路(1)分别与铁电存储电路(6)、智能扩展端口(8)、中心站通信电路(7)、以太网接口电路(5)实现双向信号传输。
2、 根据权利要求l所述的矿用本质安全监控分站，其特征在于所述CPU模 块电路(1)的单片机系统由基于MSP430F149单片机电路构成。
3、 根据权利要求l所述的矿用本质安全监控分站，其特征在于所述红外遥 控电路(3)包括红外接收和解码电路。
4、 根据权利要求1或2或3所述的矿用本质安全监控分站，其特征在于能够 实时高精度采集多达16路传感器信号，兼容开关量和模拟量传感器，传感器类型 可以通过中心机设置或者用遥控按键手动设置。
5、 根据权利要求l所述的矿用本质安全监控分站，其特征在于所述智能扩 展端口 (8)采用RS-485总线方式，直接扩展智能终端设备多达64个。
专利摘要一种矿用本质安全监控分站，以CPU模块电路为核心，单向接收传感器信号采集电路和红外遥控电路和电源管理模块监测的电源状态信号，同时单向传输信号给数码管显示电路和断电控制输出，CPU模块电路分别与铁电存储电路、智能扩展端口、中心站通信电路、以太网接口电路实现双向信号传输。本实用新型的矿用本质安全监控分站系统控制芯片使用MSP430F149单片机，其功耗低、数据处理周期短，能实现对传感器的频率信号高精度采样，采用的RS-485总线方式实现智能扩展端口，极大限度的扩展了整个分站的终端连接数量，同时采用了红外遥控技术，增加了分站在井下瓦斯和煤尘环境下的安全性、可靠性和使用寿命。
文档编号G05B19/04GK201331694SQ200920126168
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者叶立胜, 柏思忠, 邓志才 申请人:重庆梅安森科技发展有限责任公司