專利名稱：基于dsp的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器校驗(yàn)儀，尤其是一種用于多濃度多路的礦用氣體傳感器自動(dòng)校驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
礦用氣體傳感器是指瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、負(fù)壓傳感器和風(fēng)速傳感器。在 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，作為檢測(cè)的傳感器直接關(guān)系到煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和靈敏 度，對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控起著決定性的作用。為保證礦用氣體傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，需定期進(jìn)行校 驗(yàn)。在煤礦安全規(guī)程》第162條規(guī)定，“甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀等采用載體催化 元件的甲烷檢測(cè)設(shè)備，每7天必須用校準(zhǔn)氣樣和空氣樣調(diào)校一次，每7天必須對(duì)甲烷超限斷 電功能進(jìn)行測(cè)試”?，F(xiàn)有煤礦采用手動(dòng)校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn)儀，其手動(dòng)校驗(yàn)儀主要由標(biāo)準(zhǔn)氣樣鋼瓶、膠 皮管、流量計(jì)和減壓閥組成。檢驗(yàn)時(shí)將傳感器用膠皮管和流量計(jì)聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)氣樣，通過(guò)手動(dòng)調(diào) 節(jié)使減壓閥標(biāo)準(zhǔn)氣流量到200ml/min，觀察測(cè)量值是否與標(biāo)準(zhǔn)氣濃度一致，若不一致，由螺 絲刀調(diào)節(jié)傳感器旋鈕，使傳感器的讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)濃度相同。手動(dòng)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)氣流量使得測(cè)量結(jié) 果存在人為偏差，且一次只能校驗(yàn)一只傳感器。其遙控校驗(yàn)儀是在手動(dòng)校驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加 了遙控功能，通過(guò)遙控按鍵來(lái)使傳感器的讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)濃度相同?，F(xiàn)有公告號(hào)為CN201508341U的一種“礦用甲烷傳感器校驗(yàn)儀”，該實(shí)用新型包括 甲烷流量計(jì)，所述甲烷流量計(jì)設(shè)置在伸縮拉桿上，在所述伸縮拉桿上設(shè)置有拉桿固定套，在 伸縮拉桿頂部設(shè)置有一鉤開口向上和一鉤開口向下的兩個(gè)掛鉤。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于將甲 烷流量計(jì)設(shè)置在伸縮拉桿上，在所述伸縮拉桿上設(shè)置有拉桿固定套，在伸縮拉桿頂部設(shè)置 有一鉤開口向上和一鉤開口向下的兩個(gè)掛鉤，檢測(cè)甲烷傳感器等甲烷檢測(cè)設(shè)備時(shí)，將伸縮 拉桿伸長(zhǎng)，用鉤開口向上的掛鉤可輕松將甲烷傳感器取下，連接并檢測(cè)完成后，再把甲烷傳 感器掛回原位即可，使校驗(yàn)作業(yè)方便快捷；所述甲烷流量計(jì)通過(guò)角鐵與伸縮拉桿相連接，安 裝固定簡(jiǎn)便且牢固。上述煤礦所采用的校驗(yàn)儀，是對(duì)單一濃度采用單一結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行調(diào)校，而且 手動(dòng)校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn)儀由于其結(jié)構(gòu)單一，校驗(yàn)時(shí)存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大和工作效率低的問(wèn) 題，特別是校驗(yàn)精度低等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一種數(shù)字式智能礦用氣體傳感器校驗(yàn)儀是現(xiàn)有煤 礦井下迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題?；诖耍l(fā)明人基于DSP對(duì)現(xiàn)有手動(dòng)校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn)儀進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)明了一 種礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，其發(fā)明內(nèi)容如下

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于DSP的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多濃度多路 礦用氣體傳感器的自動(dòng)校驗(yàn)，以解決現(xiàn)有校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn)儀由于其結(jié)構(gòu)單一，校驗(yàn)時(shí)存 在著勞動(dòng)強(qiáng)度大和工作效率低的問(wèn)題，特別是校驗(yàn)精度低的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、 通信接口單元、鍵盤顯示單元、觸摸控制單元和氣路系統(tǒng)，其中所述的微控制器單元包括CPU、片外RAM、電源、晶振電路、JTAG接口電路，IXD指示 燈及和跳線；所述的通信接口單元包括RS-232驅(qū)動(dòng)電路；所述的信號(hào)調(diào)理單元包括頻率量信號(hào)的調(diào)理電路及模擬信號(hào)的調(diào)理電路；所述的鍵盤顯示單元包括鍵盤接口電路和IXD顯示電路；所述的觸摸控制單元包括計(jì)算機(jī)主機(jī)和觸摸屏；所述的氣路系統(tǒng)包括16路控制繼電器、流量控制器和電磁閥；對(duì)上所述的各模塊，通信接口單元通過(guò)串口通信接口模塊(SCI)與微控制器連 接，信號(hào)調(diào)理單元、鍵盤顯示單元、氣路系統(tǒng)通過(guò)I/O 口與微控制器連接；所述的微控制器 單元中的片外RAM通過(guò)16位的地址數(shù)據(jù)總線及片選線與DSP連接；所述的通信接口單元 DSP的串口通信模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片MAX3232與上位機(jī)相連接；所述的信號(hào)調(diào)理單元的頻率 量信號(hào)經(jīng)光耦隔離及緩沖電路與DSP的IO 口連接，模擬量信號(hào)經(jīng)RC低通濾波、電壓跟隨和 差分比例運(yùn)算調(diào)理，通過(guò)片內(nèi)的ADC與DSP連接；所述的鍵盤顯示單元中的矩陣式鍵盤端線 與DSP的IO 口連接，IXD通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊與DSP的并行IO連接；所述的觸摸控制單元通 過(guò)通信接口單元與DSP連接；所述的氣路系統(tǒng)是通過(guò)DSP的IO 口輸出控制信號(hào)，通過(guò)光耦 隔離、鎖存及驅(qū)動(dòng)電路去控制16路繼電器的通斷；所述的流量控制是經(jīng)D/A及調(diào)理后的電 壓信號(hào)輸出給流量控制器來(lái)控制電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度，其輸出電壓信號(hào)的大小是根據(jù)所 要校驗(yàn)的傳感器的數(shù)量而設(shè)定，即200XN(ml/min)，其中，N為傳感器數(shù)量，以保證每一個(gè) 傳感器得到穩(wěn)定的流量200ml/min ；所述的流量引入閉環(huán)控制以保證流量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明一種基于DSP礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn) 儀的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并結(jié)合CPU技術(shù)，解決了現(xiàn)有校驗(yàn)儀和遙控校驗(yàn)儀由于其結(jié)構(gòu)單一，校驗(yàn)時(shí) 存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大和工作效率低的問(wèn)題，尤其是在煤礦井下校驗(yàn)瓦斯傳感器、一氧化碳傳 感器、負(fù)壓傳感器和風(fēng)速傳感器等設(shè)備精度低的問(wèn)題，提高了校驗(yàn)設(shè)備的精度，保證了煤礦 井下檢驗(yàn)設(shè)備的可靠性，為煤礦安全生產(chǎn)提供服務(wù)。本發(fā)明儀可用鍵盤操作，也可直接在觸摸屏上控制。除控制外還可對(duì)氣體傳感 器類型、量程等進(jìn)行維護(hù)，自動(dòng)換算實(shí)際值進(jìn)行顯示，非常直觀。另外，反饋回的流量值與 給定值的比較，通過(guò)預(yù)測(cè)控制不斷調(diào)整電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度以實(shí)現(xiàn)流量的穩(wěn)定精確控制 (NX 200ml/min，其中N為傳感器數(shù)量)。與現(xiàn)有校驗(yàn)儀相比，其主要優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于；(1)功能強(qiáng)大兼容性好。可同時(shí) 校驗(yàn)8臺(tái)氣體傳感器(數(shù)量可擴(kuò)展)，可校驗(yàn)各種類型、各種型號(hào)的礦用氣體傳感器；(2)校 驗(yàn)速度快，自動(dòng)化程度高，精度高。通過(guò)自動(dòng)控制能提供足夠的流量，在校驗(yàn)多臺(tái)氣體傳感 器時(shí)確保每一臺(tái)得到的氣體流量穩(wěn)定在200ml/min，保證了調(diào)校精度；(3)可實(shí)現(xiàn)多種形式 的調(diào)校，如多濃度自動(dòng)調(diào)校、單濃度自動(dòng)調(diào)校和個(gè)選智能調(diào)校等；(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為清晰、易 操作性強(qiáng)、校驗(yàn)結(jié)果顯示直觀；(5)產(chǎn)品更集成化、便攜化、可靠性高、成本低、使用壽命長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明基于DSP礦用氣體傳感器校驗(yàn)儀的原理框圖2是本發(fā)明基于DSP礦用氣體傳感器校驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明微控制器原理圖；圖4是本發(fā)明頻率量信號(hào)的調(diào)理電路；圖5是本發(fā)明模擬量信號(hào)的調(diào)理電路；圖6是本發(fā)明通信接口電路圖；圖7是本發(fā)明顯示電路圖。圖8是本發(fā)明繼電器控制圖；圖9是本發(fā)明流量控制器控制電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以使本專業(yè)的中 等技術(shù)人員在閱讀了本具體實(shí)施方式
后，能夠?qū)崿F(xiàn)為準(zhǔn)。如圖1所述，本發(fā)明一種基于DSP的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，包括微控制器單 元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元、鍵盤顯示單元、觸摸控制單元和氣路系統(tǒng)。其中所述的微控制器單元，即DSP的最小系統(tǒng)包括CPU、片外RAM、電源、晶振電路、JTAG 接口電路，IXD指示燈及必要的跳線。所述的通信接口單元包括RS-232驅(qū)動(dòng)電路。所述的信號(hào)調(diào)理單元包括頻率量信號(hào)的調(diào)理電路及模擬信號(hào)的調(diào)理電路。所述的鍵盤顯示單元包括鍵盤接口電路(3X8矩陣式鍵盤)和IXD顯示電路。所述的觸摸控制單元包括計(jì)算機(jī)主機(jī)和觸摸屏。如圖2所述，所述的氣路系統(tǒng)包括16路控制繼電器(8路氣體濃度和8路氣體傳 感器)、流量控制器和電磁閥。8路氣體濃度可以是任何氣體或濃度，以校驗(yàn)時(shí)的選擇為準(zhǔn)。對(duì)上述的各模塊，通信接口單元通過(guò)串口通信接口模塊(SCI)與微控制器連接。 頻率量信號(hào)調(diào)理單元、鍵盤單元、顯示單元、氣路系統(tǒng)都是通過(guò)I/O 口與微控制器連接，模 擬信號(hào)的調(diào)理電路接DSP的ADC。如圖3所述，微控制器單元CPU采用TI公司的TMS320LF2407DSP芯片，擴(kuò)展了一 片64X16bit的RAM，采用Cypress公司的CY7C1021CV33芯片，它通過(guò)16位的地址數(shù)據(jù)總 線、片選線、讀寫線與DSP相連，仿真器通過(guò)JTAG仿真接口與DSP連接。電源模塊是采用 12V的開關(guān)電源經(jīng)過(guò)L7805三端穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換成5V直流電。電壓轉(zhuǎn)換采用TI公司的5V/3V 高性能穩(wěn)壓芯片TPS7333Q將+5V轉(zhuǎn)換成+3. 3V供DSP使用，模數(shù)電壓和模數(shù)地之間分別采 用IOmH電感和0 Ω電阻進(jìn)行隔離。復(fù)位電路采用MAXIM公司具有人工復(fù)位功能的ΜΑΧ811 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘信號(hào)采用IOM的有源晶振提供。如圖4所示，信號(hào)調(diào)理單元的頻率量(氣體傳感器輸出)信號(hào)的經(jīng)光耦TLP521-4 隔離、SN74LS244N緩沖后與DSP的IO 口連接。如圖5所示，模擬量(流量計(jì)輸出和氣體傳感器模擬量變送輸出)經(jīng)模擬多路開 關(guān)AD7506依次選通后經(jīng)A/D調(diào)理、采樣保持、ADC送入DSP，A/D調(diào)理采用RC低通濾波、電 壓跟隨和差分比例運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，采樣保持和ADC采用DSP片內(nèi)集成的資源。如圖6所述，SCI通信接口單元采用了符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片ΜΑΧ3232，通過(guò) Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)DSP和上位機(jī)之間的通信。
如圖7所述，顯示電路液晶模塊采用CM128640-10SLYB液晶顯示器，DSP數(shù)據(jù)接口 與IXD數(shù)據(jù)接口之間使用TI公司的電平轉(zhuǎn)換器SN74LVC4245DB進(jìn)行總線電平轉(zhuǎn)換。鍵盤采用3X8矩陣式鍵盤，與DSP的IO 口連接。如圖8所述，IO 口輸出的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離TLP521-4、SN74LS273鎖存及 ULN2803達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)后控制16路繼電器的通斷，進(jìn)而控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。16路繼電器 分別控制8路直流24V供電的電控閥(連接8路氣體濃度，還可擴(kuò)展)、8路直流24V供電 的電磁閥(連接8路氣體傳感器，還可擴(kuò)展)。如圖9所述，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的TLV5620DAC，D/A調(diào)理電路采用電壓跟 隨器，根據(jù)D/A調(diào)理后的電壓信號(hào)控制流量控制器以控制電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度。所述的 氣路系統(tǒng)包括的流量控制器量程為0-2000ml/min ；對(duì)上所述流量的閉環(huán)控制采用預(yù)測(cè)控 制以保證流量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。使用時(shí)，首先安裝智能調(diào)校檢測(cè)儀，其所述技術(shù)領(lǐng)域的人員都能夠?qū)崿F(xiàn)。其次是智 能調(diào)校檢測(cè)儀的使用操作方法。智能調(diào)校檢測(cè)儀可用觸摸屏操作，也可使用鍵盤操作。
權(quán)利要求
一種基于DSP的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，包括有微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元、鍵盤顯示單元、觸摸控制單元和氣路系統(tǒng)，其中所述的微控制器單元包括CPU、片外RAM、電源、晶振電路、JTAG接口電路，LCD指示燈及和跳線；所述的信號(hào)調(diào)理單元包括頻率量信號(hào)調(diào)理電路和模擬信號(hào)調(diào)理電路；所述的通信接口單元包括RS 232驅(qū)動(dòng)電路；所述的鍵盤顯示單元包括鍵盤接口電路和LCD顯示電路；所述的觸摸控制單元包括計(jì)算機(jī)主機(jī)和觸摸屏；所述的氣路系統(tǒng)包括16路控制繼電器、流量控制器和電磁閥；對(duì)上所述的各模塊，通信接口單元通過(guò)串口通信接口模塊與微控制器連接，信號(hào)調(diào)理單元、鍵盤顯示單元和氣路系統(tǒng)通過(guò)I/O口與微控制器連接；對(duì)上所述的微控制器單元中的片外RAM通過(guò)16位地址數(shù)據(jù)總線及片選線與DSP連接；對(duì)上所述的通信接口單元DSP串口通信模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片MAX3232與上位機(jī)連接；對(duì)上所述的信號(hào)調(diào)理單元的頻率量信號(hào)經(jīng)光耦隔離及緩沖電路與DSP的IO口連接，模擬量信號(hào)經(jīng)RC低通濾波、電壓跟隨和差分比例運(yùn)算調(diào)理，通過(guò)片內(nèi)的ADC與DSP連接；對(duì)上所述的鍵盤顯示單元中的矩陣式鍵盤端線與DSP的IO口連接，LCD通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊與DSP的并行IO連接；對(duì)上所述的觸摸控制單元通過(guò)通信接口單元與DSP連接；對(duì)上所述的氣路系統(tǒng)通過(guò)DSP的IO口輸出控制信號(hào)，通過(guò)光耦隔離、鎖存及驅(qū)動(dòng)電路去控制16路繼電器的通斷；對(duì)上所述的流量控制單元經(jīng)D/A及調(diào)理后的電壓信號(hào)輸出給流量控制器來(lái)控制電磁比例調(diào)節(jié)閥的開度，其輸出電壓信號(hào)的大小是根據(jù)所要校驗(yàn)的傳感器的數(shù)量而設(shè)定，即無(wú)論是幾個(gè)傳感器同時(shí)調(diào)校均能保證每個(gè)傳感器都得到穩(wěn)定的流量200ml/min，共提供200×N(ml/min)的流量，其中，N為傳感器數(shù)量；對(duì)上所述的流量引入閉環(huán)控制以保證流量的準(zhǔn)確性。
2.如權(quán)利要求1所述的基于DSP的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀，其中所述的信號(hào)調(diào)理單元的頻率量信號(hào)是氣體傳感器的頻率變送輸出，模擬信號(hào)是流量計(jì) 輸出的電壓和氣體傳感器變送輸出的電壓或電流； 所述的通信接口單元是全雙工的RS-232串口 ；所述的鍵盤顯示單元包括鍵盤接口電路和LCD顯示電路，其鍵盤控制功能與觸摸屏控 制功能完全兼容；所述的觸摸控制單元包括計(jì)算機(jī)主機(jī)和觸摸屏，其計(jì)算機(jī)可對(duì)調(diào)校系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，對(duì) 數(shù)據(jù)調(diào)校進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和打印等；所述的氣路系統(tǒng)包括16路控制分別是8路直流24V供電的電控閥控制8路氣體濃度， 8路直流24V供電的電磁閥控制8路氣體傳感器，還可擴(kuò)展； 所述的氣路系統(tǒng)包括的流量控制器量程為0-2000ml/min ； 對(duì)上所述流量的閉環(huán)控制采用預(yù)測(cè)控制以保證流量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
全文摘要
一種基于DSP的礦用氣體傳感器智能校驗(yàn)儀是包括微控制器單元、信號(hào)調(diào)理單元、通信接口單元、鍵盤顯示單元、觸摸控制單元和氣路系統(tǒng)，并對(duì)其單元和模塊進(jìn)行通信連接。本發(fā)明改進(jìn)現(xiàn)有校驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)，以CPU技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)為主，解決了現(xiàn)有校驗(yàn)儀校驗(yàn)速度慢、精度低和勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，為煤礦井下安全生產(chǎn)提供服務(wù)。
文檔編號(hào)G01N27/00GK101988912SQ20101027481
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月4日
發(fā)明者劉西青, 孟磊, 張文礦, 李乃忠, 田慕琴, 袁振平, 鄧生明 申請(qǐng)人:山西科致成科技有限公司;太原理工大學(xué)