專(zhuān)利名稱(chēng)：礦井粉塵濃度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦井的安全檢測(cè)控制裝置，尤其涉及一種礦井粉塵濃度的 安全檢測(cè)控制裝置。
背景技術(shù)：
礦井開(kāi)采過(guò)程中各個(gè)工序都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵濃度高達(dá)
1000 3000mg/m3，工人在此環(huán)境中作業(yè)，必將吸入大量粉塵而導(dǎo)致塵肺病，據(jù) 煤礦統(tǒng)計(jì)資料表明平均每年死于塵肺病者比同期井下工人傷亡人數(shù)高一倍左 右；另外粉塵具有爆炸性，嚴(yán)重威脅礦井的安全。為此必須采取有效措施，控 制粉塵的擴(kuò)散和飛揚(yáng)，使巷道風(fēng)流中的粉塵濃度降至安全值以下，以保證井下 作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生條件，保障工人的身體健康，促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)。在測(cè)塵方式 方面，目前國(guó)內(nèi)普遍采用人工、間斷性、單地點(diǎn)檢測(cè)總礦塵濃度的方式。這種 方式測(cè)得的礦井粉塵濃度數(shù)據(jù)僅反應(yīng)了測(cè)塵時(shí)間段內(nèi)的粉塵狀況，并不能全面、 準(zhǔn)確的反映煤礦井下空間的總體粉塵情況；在除塵控制方面，礦塵的防治是一 項(xiàng)綜合任務(wù)，需要從塵源點(diǎn)、懸浮空間以及降落點(diǎn)等諸多方面采取措施，目前 國(guó)內(nèi)煤礦在采煤機(jī)等設(shè)備上均配有除塵設(shè)施，并有除塵風(fēng)機(jī)、除塵器、除塵水 幕等除塵設(shè)備，但是井下空間仍然存在著相當(dāng)大濃度的礦塵懸浮，這就需要進(jìn) 一步采取除塵措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種礦井粉塵濃度控制裝 置，其具有礦井粉塵濃度在線(xiàn)、實(shí)時(shí)檢測(cè)、粉塵濃度在線(xiàn)控制等功能。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明礦井粉塵濃度控制裝置，包括單片機(jī)控制器， 單片機(jī)控制器與信號(hào)調(diào)理電路、CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路、人機(jī)交互電路、通信轉(zhuǎn)換
電路和電源轉(zhuǎn)換電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路跟輸入與輸出接口相連接，通信轉(zhuǎn) 換電路與語(yǔ)音報(bào)警電路相連接，電源轉(zhuǎn)換電路與電源相連接。
上述單片機(jī)控制器采用AT89C51CC01，為8位微控制器，自身具有CAN控制
器，集成有10位ADC、 1K XRAM和硬件看門(mén)狗WDT;采用靜態(tài)模式；具有二倍
速功能；三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，14個(gè)中斷源/4級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)。
上述輸入與輸出接口包括1路模擬量輸入接口、 2路開(kāi)關(guān)量輸入接口和2路 開(kāi)關(guān)量輸出接口。
上述信號(hào)調(diào)理電路包括1/V轉(zhuǎn)換電路和由TLP521構(gòu)成的光電耦合隔離電路。 模擬量輸入接口通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)控制器連接，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出接 口與單片機(jī)控制器之間通過(guò)TLP521構(gòu)成的光電耦合隔離電路連接。
上述CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路采用PCA82C250收發(fā)器，CAN控制器引腳通過(guò)高速 光耦6N137構(gòu)成的隔離電路與PCA82C250連接。高速光耦6N137構(gòu)成的隔離電 路所采用的電源通過(guò)DCM9S9隔離穩(wěn)壓器進(jìn)行隔離。
上述的通信轉(zhuǎn)換電路通過(guò)AT89C51CC01單片機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)不同的通信方式轉(zhuǎn)換。 上述人機(jī)交互電路包括LED顯示、按鍵和BCD撥碼開(kāi)關(guān)。粉塵濃度控制裝 置采用4位LED數(shù)碼管顯示粉塵濃度。粉塵濃度控制裝置采用按鍵實(shí)現(xiàn)粉塵濃 度閥值設(shè)定、最優(yōu)風(fēng)速設(shè)點(diǎn)、輔助噴霧時(shí)間設(shè)定和短時(shí)間內(nèi)總粉塵濃度數(shù)據(jù)的 查詢(xún)功能。粉塵濃度控制裝置采用BCD撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行除塵控制輸出方式的設(shè)置 和分站地址設(shè)定功能。
上述語(yǔ)音報(bào)警電路包括中文語(yǔ)音合成芯片0SYN06188、 CD4053、 RS-485總 線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片SN75176和AT89C2051。語(yǔ)音報(bào)警電路連接有語(yǔ)音箱。
上述電源轉(zhuǎn)換電路采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器LM2576和線(xiàn)性穩(wěn)壓器件LM7805
相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)礦井粉塵濃度在線(xiàn)、實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，人機(jī)交 互、語(yǔ)音報(bào)警和除塵功能，同時(shí)將CAN總線(xiàn)應(yīng)用于礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸；采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器件LM2576和線(xiàn)性穩(wěn)壓器件LM7805
相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，LM2576具有優(yōu)良的工作性能、較高的轉(zhuǎn)換效率， 而且能夠有效抑制電源干擾，LM7805具有較好的穩(wěn)壓特性，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提 高了電源供電的效率和穩(wěn)定性，同時(shí)可以借用煤礦井下的監(jiān)控分站對(duì)電源轉(zhuǎn)換 電路進(jìn)行供電，省去了電源。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明所述AT89C51CC01單片機(jī)控制器的電路原理圖3為本發(fā)明所述輸入與輸出接口的電路原理圖4為本發(fā)明所述信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖5為本發(fā)明所述CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路的電路原理圖6為本發(fā)明所述通信轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖7為本發(fā)明所述人機(jī)交互電路的電路原理圖8為本發(fā)明所述電源轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖9本發(fā)明所述語(yǔ)音報(bào)警電路原理圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，本發(fā)明礦井粉塵濃度控制裝置包括AT89C51CC01單片機(jī)控制 器，AT89C51CC01單片機(jī)控制器是一款功能強(qiáng)大的8位微控制器，兼容8051系 列單片機(jī)，周期時(shí)間為300ns，集成有CAN控制器、A/D轉(zhuǎn)換和硬件看門(mén)狗WDT 等功能，適用于作為CAN總線(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。AT89C51CC01單片機(jī) 控制器是整個(gè)控制裝置的核心部分，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。
AT89C51CC01單片機(jī)控制器通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路與輸入與輸出接口相連接。輸 入與輸出接口包括1路模擬量輸入接口、 2路開(kāi)關(guān)量輸入接口和2路開(kāi)關(guān)量輸出 接口。模擬量輸入接口主要是與風(fēng)速傳感器進(jìn)行連接。而2路的開(kāi)關(guān)量輸入接 口主要是連接紅外和流量傳感器。2路開(kāi)關(guān)量輸出接口主要是控制噴霧灑水除塵 和通風(fēng)除塵。信號(hào)調(diào)理電路包括I/V轉(zhuǎn)換電路和TLP521構(gòu)成的光電耦合隔離電
路。風(fēng)速傳感器輸出的1 5mA直流模擬電流信號(hào)不能直接由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換， 要將l 5mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成A/D允許的0 Vref電壓信號(hào)。因此，系統(tǒng)選用美 國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的MAX472集成電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片，MAX472可以通過(guò)一個(gè)輸 出電阻Rout將電流轉(zhuǎn)化為對(duì)地電壓輸出，實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換。在開(kāi)關(guān)量輸入電路中 采用光耦隔離環(huán)節(jié)，光電耦合器件采用TLP521-2。由于輸入端和輸出端僅采用 光來(lái)耦合，因而在電性能上是隔離的，這是采用光藕的優(yōu)點(diǎn)之一；光電藕合器 的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠強(qiáng)有力地抑制尖脈沖及各種噪音干擾，并具有無(wú)觸點(diǎn)、速度 快、耗能少等特點(diǎn)。
AT89C51CC01單片機(jī)控制器內(nèi)部的CAN控制器只是協(xié)議控制器，不能提供物 理層驅(qū)動(dòng)功能，所以AT89C51CC01單片機(jī)控制器連接有CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路， 該電路采用PCA82C250收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。為了提高 粉塵濃度控制裝置的抗干擾能力，CAN控制器引腳通過(guò)高速光耦6N137構(gòu)成的隔 離電路與PCA82C250連接，這樣可以很好的實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)上各節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。高 速光耦6N137構(gòu)成的隔離電路所采用的電源通過(guò)DCM9S9隔離穩(wěn)壓器進(jìn)行隔離。
AT89C51CC01單片機(jī)控制器還連接有通信轉(zhuǎn)換電路。通信轉(zhuǎn)換電路通過(guò) AT89C51CC01單片機(jī)控制器和開(kāi)關(guān)CD4053來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232和RS485之間的通信轉(zhuǎn) 換。AT89C51CC01單片機(jī)控制器通過(guò)RS232通信主要實(shí)現(xiàn)粉塵濃度的采集，通過(guò) RS485通信主要實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音報(bào)警電路的通信。
通信轉(zhuǎn)換電路與語(yǔ)音報(bào)警電路相連接。語(yǔ)音報(bào)警電路包括中文語(yǔ)音合成芯 片0SYN06188、 CD4053、 RS-485總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片SN75176和AT89C2051 。語(yǔ)音報(bào)警
電路連接有語(yǔ)音箱。
AT89C51CC01單片機(jī)控制器還連接有人機(jī)交互電路。人機(jī)交互電路包括LED 顯示、按鍵、和BCD撥碼開(kāi)關(guān)。粉塵濃度控制裝置采用4位LED數(shù)碼管顯示粉 塵濃度。粉塵濃度控制裝置采用按鍵實(shí)現(xiàn)粉塵濃度閥值設(shè)定、最優(yōu)風(fēng)速設(shè)點(diǎn)、 輔助噴霧時(shí)間設(shè)定和短時(shí)間內(nèi)總粉塵濃度數(shù)據(jù)的查詢(xún)功能。粉塵濃度控制裝置 采用BCD撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行除塵控制輸出方式的設(shè)置和分站地址設(shè)定功能。
電路板上單片機(jī)及外圍器件需要DC5V和DC9V電壓，因此，需要由電源轉(zhuǎn)
換電路實(shí)現(xiàn)電壓變換。單片機(jī)控制器作為井下監(jiān)控分站的核心器件，需要較穩(wěn) 定的工作電壓才能可靠工作，在一般條件下，大部分應(yīng)用均采用線(xiàn)性穩(wěn)壓器件
(如78xx系列三端穩(wěn)壓器件)作為電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓器件，為單片機(jī)提供電源。 本發(fā)明采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器件LM2576和線(xiàn)性穩(wěn)壓器件LM7805相結(jié)合的方 式實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。LM2576具有優(yōu)良的工作性能、較高的轉(zhuǎn)換效率，而且能夠有 效抑制電源干擾，LM7805具有較好的穩(wěn)壓特性，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，可以提高監(jiān) 控分站供電的效率和穩(wěn)定性
本發(fā)明的工作原理為以AT89C51CC01單片機(jī)控制器為核心，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)粉 塵的實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理與控制功能。AT89C51CC01單片機(jī)控制器通過(guò)RS232通信方 式采集粉塵濃度，而且AT89C51CC01單片機(jī)控制器連接有3個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng) 信號(hào)的采集風(fēng)速傳感器用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)情況，紅外傳感器用于噴霧除塵 時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)人員經(jīng)過(guò)，水流傳感器用于檢測(cè)噴霧時(shí)防塵管路的供水情況； 除塵控制輸出包括兩路開(kāi)關(guān)量輸出，可根據(jù)設(shè)定的除塵方式用于控制噴霧或除 塵設(shè)備進(jìn)行除塵；傳感器信號(hào)和除塵控制輸出信號(hào)要經(jīng)過(guò)放大或隔離處理，這 些功能由信號(hào)調(diào)理電路完成；語(yǔ)音提示模塊在濃度超標(biāo)、控制器動(dòng)作以及系統(tǒng) 故障的情況下發(fā)出語(yǔ)音提示；人機(jī)交互部分實(shí)現(xiàn)監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)查詢(xún)和參數(shù)設(shè) 定，包括總礦塵濃度值的實(shí)時(shí)顯示和短期數(shù)據(jù)查詢(xún)、濃度閾值設(shè)定、最優(yōu)風(fēng)速 設(shè)定、輔助噴霧時(shí)間設(shè)定，以及除塵控制輸出方式的設(shè)置；AT89C51CC01單片機(jī) 控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)通信接口的驅(qū)動(dòng)和隔離電路來(lái)進(jìn)行粉塵濃度的傳輸。
當(dāng)然，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于上述實(shí)施例，只要是本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員，根據(jù)本發(fā)明所作出的未經(jīng)創(chuàng)造性地改進(jìn)，就應(yīng)在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于包括單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器與信號(hào)調(diào)理電路、CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路、人機(jī)交互電路、通信轉(zhuǎn)換電路和電源轉(zhuǎn)換電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路跟輸入與輸出接口相連接，通信轉(zhuǎn)換電路與語(yǔ)音報(bào)警電路相連接，電源轉(zhuǎn)換電路與電源相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述單片機(jī)控制 器采用AT89C51CC01，為8位微控制器，自身具有C認(rèn)控制器，集成有10位ADC、 1K XRAM和硬件看門(mén)狗WDT;采用靜態(tài)模式；具有二倍速功能；三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù) 器，14個(gè)中斷源/4級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述輸入與 輸出接口包括1路模擬量輸入接口、2路開(kāi)關(guān)量輸入接口和2路開(kāi)關(guān)量輸出接口。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電 路包括I/V轉(zhuǎn)換電路和由TLP521構(gòu)成的光電耦合隔離電路。模擬量輸入接口通 過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)控制器連接，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出接口與單片機(jī)控制器 之間通過(guò)TLP521構(gòu)成的光電耦合隔離電路連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述C認(rèn)驅(qū) 動(dòng)和隔離電路采用PCA82C250收發(fā)器，CAN控制器引腳通過(guò)高速光耦6N137構(gòu)成 的隔離電路與PCA82C250連接。高速光耦6N137構(gòu)成的隔離電路所采用的電源 通過(guò)DCM9S9隔離穩(wěn)壓器進(jìn)行隔離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述的通信轉(zhuǎn)換 電路通過(guò)AT89C51CC01單片機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)不同的通信方式轉(zhuǎn)換。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述人機(jī)交 互電路包括LED顯示、按鍵和BCD撥碼開(kāi)關(guān)。粉塵濃度控制裝置采用4位LED 數(shù)碼管顯示粉塵濃度。粉塵濃度控制裝置采用按鍵實(shí)現(xiàn)粉塵濃度閥值設(shè)定、最 優(yōu)風(fēng)速設(shè)點(diǎn)、輔助噴霧時(shí)間設(shè)定和短時(shí)間內(nèi)總粉塵濃度數(shù)據(jù)的査詢(xún)功能。粉塵 濃度控制裝置采用BCD撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行除塵控制輸出方式的設(shè)置和分站地址設(shè)定 功能。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述語(yǔ)音報(bào)警電路包括中文語(yǔ)音合成芯片0SYN06188、 CD4053、 RS-485總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片SN75176 和AT89C2051。語(yǔ)音報(bào)警電路連接有語(yǔ)音箱。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的礦井粉塵濃度控制裝置，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換電 路采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器LM2576和線(xiàn)性穩(wěn)壓器件LM7805相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn) 電源轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種礦井粉塵濃度控制裝置，屬于礦井安全檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，包括單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器與信號(hào)調(diào)理電路、CAN驅(qū)動(dòng)和隔離電路、人機(jī)交互電路、通信轉(zhuǎn)換電路和電源轉(zhuǎn)換電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路跟輸入與輸出接口相連接，通信轉(zhuǎn)換電路與語(yǔ)音報(bào)警電路相連接，電源轉(zhuǎn)換電路與電源相連接。其具有礦井粉塵濃度在線(xiàn)、實(shí)時(shí)檢測(cè)、粉塵濃度在線(xiàn)控制等功能。
文檔編號(hào)G05D11/13GK101369157SQ20081015720
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者玫 劉, 李亮報(bào), 李兆慶, 李繼明, 王吉岱, 程學(xué)珍, 郝海濤 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)