一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地涉及一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井通風(fēng)系統(tǒng)由主通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、局部通風(fēng)機(jī)和附屬設(shè)施組成。主通風(fēng)機(jī)承擔(dān)著礦井的供風(fēng)、排除有害氣體和粉塵，以及調(diào)節(jié)井下微氣候的任務(wù)，其效率是影響礦井主通風(fēng)系統(tǒng)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素之一，具體表現(xiàn)在主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓能否穩(wěn)定、高效地保持在合理的工控范圍內(nèi)，即主通風(fēng)機(jī)的工況指標(biāo)決定其實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率，并反映其余礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的匹配性。礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的穩(wěn)定性差，不僅會(huì)導(dǎo)致井下各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不足，而且容易引起瓦斯積聚，繼而可能造成瓦斯窒息和爆炸事故。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓的大小成為判斷礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。其穩(wěn)定可靠運(yùn)行對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。
[0003]目前，主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的準(zhǔn)確檢測(cè)仍是風(fēng)量監(jiān)測(cè)儀的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法如:風(fēng)表或電子風(fēng)表測(cè)定法、皮托管動(dòng)態(tài)測(cè)定法、附壁靜壓片測(cè)定法，都需要安裝測(cè)試支架和傳感器，并做大量準(zhǔn)備工作，同時(shí)受礦井回風(fēng)中含塵量高、濕度大、氣流脈動(dòng)強(qiáng)以及風(fēng)硐的影響。這些測(cè)定方法繁瑣、測(cè)量困難、誤差大，不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有的煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為一個(gè)較獨(dú)立的系統(tǒng)，獨(dú)自工作，尚未與整個(gè)煤礦的監(jiān)控系統(tǒng)形成網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對(duì)上述的缺點(diǎn)問題，提出了一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀；本發(fā)明提高了礦井監(jiān)控自動(dòng)化水平，同時(shí)還可以傳送至礦井分站處理系統(tǒng)，為通風(fēng)機(jī)的控制調(diào)節(jié)提供依據(jù)；而且具有成本低、使用方便、測(cè)量精度高、兼容多種煤礦監(jiān)控系統(tǒng)(如KJ66、KJ90、KJ95系統(tǒng)等)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，包括信號(hào)采集模塊、人機(jī)交互模塊、信號(hào)輸出模塊和通信模塊；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述信號(hào)輸出模塊包括分頻整形光耦模塊和V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊；所述通信模塊包括RS-485總線和CAN總線電路。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述負(fù)壓傳感器采用壓敏電阻式CYB-23，所述差壓傳感器采用差壓膜合差動(dòng)變壓器構(gòu)成的CYB-25，所述低通濾波電路模塊采用巴特沃斯低通濾波器，本濾波器的截止頻率為10Hz。
[0008]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述微處理器采用具有CIP-51微處理器內(nèi)核的C8051F020單片機(jī)，它內(nèi)置64k字節(jié) Flash, 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM, Watchl05 Dog 電路，12 位 ADC 和 DAC0
[0009]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述分頻整形光耦模塊采用8位PffM輸出模式，采集風(fēng)量風(fēng)壓需要的頻率為200-1000HZ。
[0010]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案,所述V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊采用4-20mA電流型信號(hào)作為輸出，米用內(nèi)含緩沖放大器和參考電壓源的V/ι轉(zhuǎn)換芯片AD694。
[0011 ] 作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述上位機(jī)通信模塊采用RS-485總線和CAN總線電路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收發(fā)芯片采用CTM8251，內(nèi)部集成了電源隔離、電氣隔離和PCA82C251CAN收發(fā)器。
[0012]本發(fā)明的有益效果是。
[0013]本發(fā)明分析了靜壓差壓法測(cè)量主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的原理，為主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量在線檢測(cè)提供了理論依據(jù)，并基于此理論，設(shè)計(jì)風(fēng)量風(fēng)壓智能監(jiān)測(cè)儀的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，并對(duì)儀器測(cè)量精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:儀器的測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)要求。本系統(tǒng)對(duì)通主風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓值進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，具有成本低、使用方便、測(cè)量精度高、兼容性強(qiáng)和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明以C8051F020單片機(jī)為控制核心，采用差壓與負(fù)壓變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)量風(fēng)壓。變送器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)采樣濾波及控制器處理后，由中文數(shù)字窗口實(shí)時(shí)顯示。采集到的風(fēng)量風(fēng)壓值通過RS-485總線或CAN (Controller Area Network)總線直接上傳到監(jiān)控系統(tǒng)，這樣很大程度上提高了礦井監(jiān)控自動(dòng)化水平；同時(shí)還可以傳送至礦井分站處理系統(tǒng)，為通風(fēng)機(jī)的控制調(diào)節(jié)提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明了該系統(tǒng)的高精度性和穩(wěn)定可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)主程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中包括信號(hào)采集模塊、人機(jī)交互模塊、信號(hào)輸出模塊和通信模塊；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述信號(hào)輸出模塊包括分頻整形光耦模塊和V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊；所述通信模塊包括RS-485總線和CAN總線電路。
[0018]本發(fā)明監(jiān)測(cè)儀安裝在主通風(fēng)機(jī)房，在通風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)中處于關(guān)鍵位置，不僅要完成對(duì)兩路傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示與輸出，而且要實(shí)現(xiàn)同監(jiān)控室間的數(shù)據(jù)傳輸功能。本發(fā)明硬件電路主要包括:信號(hào)采集模塊，人機(jī)交互模塊，頻率與電流輸出模塊，上位機(jī)通信模塊。
[0019]所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述負(fù)壓傳感器采用壓敏電阻式CYB-23，所述差壓傳感器采用差壓膜合差動(dòng)變壓器構(gòu)成的CYB-25 ;所述負(fù)壓傳感器和差壓傳感器分別檢測(cè)斷面靜壓差值和負(fù)壓值，輸出4-20mA電流信號(hào)，具有測(cè)量精度高，溫漂系數(shù)低，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的信號(hào)容易混疊大量的高頻諧波，直接輸入處理器會(huì)導(dǎo)致處理器誤判，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞儀器。本發(fā)明所述低通濾波電路模塊采用巴特沃斯低通濾波器濾除高次諧波干擾，保證了對(duì)輸入信號(hào)的正確采集；本濾波器的截止頻率為10Hz。
[0020]所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著信號(hào)的采集、處理、輸出和數(shù)據(jù)通信等任務(wù)，其穩(wěn)定性決定了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明系統(tǒng)采用Silicon Labs公司生產(chǎn)的具有CIP-51微處理器內(nèi)核的C8051F020單片機(jī)，它內(nèi)置64k字節(jié)Flash，4352字節(jié)片內(nèi)RAM，Watch Dog電路，12位ADC和DAC。C8051F020具有豐富的片內(nèi)資源，這既簡(jiǎn)化了外部電路又提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。鍵盤和液晶屏完成參數(shù)設(shè)定，數(shù)據(jù)顯示。
[0021]本發(fā)明所述分頻整形光耦模塊采用8位PffM輸出模式，采集風(fēng)量風(fēng)壓需要的頻率為200-1000HZ。所述V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊采用4-20mA電流型信號(hào)作為輸出，采用內(nèi)含緩沖放大器和參考電壓源的V/I轉(zhuǎn)換芯片AD694。
[0022]本發(fā)明所述上位機(jī)通信模塊采用RS-485總線和CAN總線電路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收發(fā)芯片采用CTM8251，內(nèi)部集成了電源隔離、電氣隔離和PCA82C251CAN收發(fā)器。目前在礦井應(yīng)用中，RS-485總線較CAN總線更普遍。波特率選擇為2400Hz時(shí)，RS-485總線的理論傳輸距離為1800米，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)房與監(jiān)控室的距離超過1500米時(shí)，需采用傳輸距離更遠(yuǎn)、性能更可靠的CAN總線。CAN控制器選用SJA1000芯片，CAN收發(fā)芯片采用CTM8251，內(nèi)部集成了電源隔離、電氣隔離和PCA82C251CAN收發(fā)器，應(yīng)用更便捷。
[0023]如圖2所示，為本發(fā)明一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)主程序流程圖。本發(fā)明軟件部分包括信號(hào)數(shù)字濾波模塊、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)模塊、人機(jī)交互模塊、信號(hào)輸出以及RS-485總線和CAN總線通訊模塊；主程序按照數(shù)據(jù)的傳輸方向順序設(shè)計(jì)，上電后進(jìn)入初始化設(shè)置，讀取片外E2PROM中的系統(tǒng)設(shè)置，然后判斷鍵盤是否按下，有則進(jìn)入菜單設(shè)置界面，沒有則進(jìn)行信號(hào)采集濾波，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)顯示，輸出頻率與模擬電壓信號(hào)，向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，包括信號(hào)采集模塊、人機(jī)交互模塊、信號(hào)輸出模塊和通信模塊；其特征在于:所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述信號(hào)輸出模塊包括分頻整形光耦模塊和V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊；所述通信模塊包括RS-485總線和CAN總線電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述負(fù)壓傳感器采用壓敏電阻式CYB-23，所述差壓傳感器采用差壓膜合差動(dòng)變壓器構(gòu)成的CYB-25，所述低通濾波電路模塊采用巴特沃斯低通濾波器，本濾波器的截止頻率為10Hz。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM ;所述微處理器采用具有CIP-51微處理器內(nèi)核的〇8051^)20單片機(jī)，它內(nèi)置641^字節(jié)？13811，4352字節(jié)片內(nèi)RAM，Watchl05 Dog電路，12位ADC 和 DAC。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述分頻整形光耦模塊采用8位PffM輸出模式，采集風(fēng)量風(fēng)壓需要的頻率為200-1000HZ。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊采用4-20mA電流型信號(hào)作為輸出，采用內(nèi)含緩沖放大器和參考電壓源的V/I轉(zhuǎn)換芯片AD694。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述上位機(jī)通信模塊采用RS-485總線和CAN總線電路，其中CAN控制器采用SJA1000芯片，CAN收發(fā)芯片采用CTM8251，內(nèi)部集成了電源隔離、電氣隔離和PCA82C251CAN收發(fā)器。
【專利摘要】一種智能風(fēng)量風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀。本發(fā)明提高了礦井監(jiān)控自動(dòng)化水平，同時(shí)還可以傳送至礦井分站處理系統(tǒng)，為通風(fēng)機(jī)的控制調(diào)節(jié)提供依據(jù)；而且具有成本低、使用方便、測(cè)量精度高、兼容多種煤礦監(jiān)控系統(tǒng)（如KJ66、KJ90、KJ95系統(tǒng)等）、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。包括信號(hào)采集模塊、人機(jī)交互模塊、信號(hào)輸出模塊和通信模塊；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：所述信號(hào)采集模塊包括負(fù)壓傳感器和差壓傳感器、采樣電阻、低通濾波電路模塊；所述人機(jī)交互模塊包括微處理器、鍵盤、液晶屏、E2PROM；所述信號(hào)輸出模塊包括分頻整形光耦模塊和V/T轉(zhuǎn)換電流輸出模塊；所述通信模塊包括RS-485總線和CAN總線電路。
【IPC分類】F04D27/00, E21F17/18, E21F1/00
【公開號(hào)】CN105587339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410567251
【發(fā)明人】褚秀清
【申請(qǐng)人】褚秀清
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2014年10月23日