專利名稱：煤礦用自診斷一氧化碳傳感器及自診斷方法
技術領域：
本發明屬于煤礦用傳感器技術領域，涉及煤礦用一氧化碳傳感器，尤其涉及煤礦用自診斷的一氧化碳傳感器及自診斷方法。
背景技術：
目前，我國煤礦安全監測系統已取得長足發展，但還存在一些急需解決的問題，特別是在煤礦安全監測系統的信息采集與傳輸技術上，受誤報、監測盲區、采集方法落后、傳感器調校周期短、智能化程度不高、維護工作量大、人員誤操作等因素制約，嚴重影響了煤礦安全監控系統的可靠性。特別是現有煤礦用一氧化碳傳感器無實質性故障自診斷功能，特別無元件損壞程度、電源工作狀況是否正常的自診斷功能，只有有線數字信息傳輸功能 或頻率型信號傳輸功能，有信號線故障導致監控中斷產生誤報的技術問題等。中央處理器直接連接RS485通信模塊或頻率輸出端或電流輸出端，目前不同礦山所采用的制式不同在選用時會造成不匹配等狀況，一氧化碳傳感器的自診斷功能不完善。
發明內容
針對現有煤礦用一氧化碳傳感器所存在的技術問題，增加其一氧化碳傳感器自行診斷功能，提供一種能夠自診斷元件損壞及電源是否正常工作，電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號是否故障的的自診斷的煤礦用一氧化碳傳感器及自診斷方法。本發明所要解決技術問題的技術方案是提供一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，包括本安外殼內本安電源101電連接電池轉換模塊102后電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉換模塊103、一氧化碳檢測電路104、中央處理器105，電源轉換模塊103還電連接輸出端口復用電路111，電池轉換模塊102電連接電源轉換模塊103，中央處理器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復用電路111。其中無線模塊112與中央處理器105電連接。其中輸出端口復用電路111包括選通開關U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關U2的4管腳接選通開關U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器105的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯的中點接地，C6、C7兩電容串聯后兩端接信號輸出端口 J2。其中一氧化碳檢測電路包括一氧化碳元件U7的I管腳與U8A的I管腳相接，U7的2管腳經過電阻R51連接到U8B的6管腳，U7的3管腳經過電阻R41和R42連接到U8A的2管腳，無極性電容C13分別與U7的I管腳和電阻R42連接，Q17的S端接U7的2管腳，D端接U7的3管腳，G端經過電阻R49接+3V3電源，U8A的3管腳經過電阻R45與U8B的6管腳相連，U8A的4管腳接地，U8A的8管腳接+3V3電源，U8B的5管腳經過R55電阻接1V2電源，電容C19和電阻R50的兩端分別與U8B的6管腳和7管腳形成并聯關系，Pl的I管腳經過R54與U8B的7管腳相連，電阻R56 —端接地，一端與Pl的I腳相連，電容C24與R56并聯，Pl的2管腳接1V2電源，Pl的3管腳接+3V3電源，Pl的4管腳接地，D6 一端接U8B的6管腳，一端接1V2電源，C25的一端接+3V3電源，一端接地，U14經過電阻R76接地，另一端接1V2電源和R59，R59接+3V3電源和C25，電容C14正極接+3V3電源，負極接地，無極性電容C15和C16與C14并聯。提供一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法為對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當P0RT_CTRL1為高(H)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3 為低(L)電壓時，為電流型輸出；iP0RT_CTRLl為低(L)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，P0RT_CTRL2為高(H)電壓，P0RT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通信正常。其中一氧化碳元件的自診斷方法為在以上電路判斷為無故障的基礎上，紅外遙控器校準或調整煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的初始狀態時，無法校準或無法調整，認為一氧化碳元件損壞，否則一氧化碳元件無損壞。本發明的有益效果是本發明提供了輸出端口復用電路111，實現了電流型、頻率型、RS485總線型輸出多制式通信方式一體化，滿足目前煤礦安全監控系統不同制式的需求，傳輸信號能夠有線或無線輸出，同時實現了紅外遙控，通過自診斷方法對中央處理器的軟件編程，實現了本發明對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態的自診斷，同時實現了對一氧化碳元件的自診斷及信息傳輸。
圖I.本發明第一實施例結構原理 圖2.本發明電源轉換模塊原理 圖3.本發明一氧化碳檢測電路原理 圖4.本發明RS485通信模塊原理 圖5.本發明輸出端口復用電路原理 圖6.本發明顯示模塊原理 圖7.本發明電池轉換模塊原理 圖8.本發明第二實施例結構原理圖；圖9.本發明無線模塊原理圖。
具體實施例方式附圖編號
圖中 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 為元器件的管腳號，101.本安電源，102.電池轉換模塊，103.電源轉換模塊，104. —氧化碳檢測電路，105.中央處理器，106. RS485通信模塊，107.頻率輸出端，108.電流輸出端，109.顯示模塊，110.紅外遙控器，111.輸出端口復用電路，112.無線模塊。第一實施例 結合圖I.本發明第一實施例結構原理圖，一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，包括本安外殼內本安電源101電連接電池轉換模塊102后電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉換模塊103、一氧化碳檢測電路104、中央處理器105，電源轉換模塊103還電連接輸出端口復用電路111，電池轉換模塊102電連接電源轉換模塊103，中央處理器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復用電路111。其中中央處理器105選用STM32F103V8T6型號的。結合圖2.本發明電源轉換模塊原理圖，其中電源轉換模塊為通用模塊，Jl接本安電源輸入端口，+IOV接電池轉換模塊輸入端口，DC+ 9 24V供電電源一路經DC/DC變換器，變換成+5V供一氧化碳檢測電路104及輸出端口復用電路111使用由+5V電源轉換模塊輸出端口接入，另一路經DC/DC變換器，變換成+3. 3V供中央處理器105使用由+3V3電源轉換模塊輸出端口接入。結合圖3.本發明一氧化碳檢測電路，其中一氧化碳元件U7的I管腳與U8A的I管腳相接，U7的2管腳經過電阻R51連接到U8B的6管腳，U7的3管腳經過電阻R41和R42連接到U8A的2管腳，無極性電容C13分別與U7的I管腳和電阻R42連接，Q17的S端接U7的2管腳，D端接U7的3管腳，G端經過電阻R49接+3V3電源，U8A的3管腳經過電阻R45與U8B的6管腳相連，U8A的4管腳接地，U8A的8管腳接+3V3電源，U8B的5管腳經過R55電阻接1V2電源，電容C19和電阻R50的兩端分別與U8B的6管腳和7管腳形成并聯關系，Pl的I管腳經過R54與U8B的7管腳相連，電阻R56 —端接地，一端與Pl的I腳相連，電容C24與R56并聯，Pl的2管腳接1V2電源，Pl的3管腳接+3V3電源，Pl的4管腳接地，D6 —端接U8B的6管腳，一端接1V2電源，C25的一端接+3V3電源，一端接地，U14經過電阻R76接地，另一端接1V2電源和R59，R59接+3V3電源和C25，電容C14正極接+3V3電源，負極接地，無極性電容C15和C16與C14并聯。結合圖4.本發明RS485通信模塊原理圖，其中RS485通信模塊為通用模塊，U4為低功耗RS485收發器，選用MAX3485型號的，完成信息的發送。結合圖5.本發明輸出端口復用電路原理圖,其中輸出端口復用電路111包括選通開關U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關U2的4管腳接選通開關U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器105的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯的中點接地，C6、C7兩電容串聯后兩端接信號輸出端口 J2。結合圖6.本發明顯示模塊原理圖，其中顯示模塊為通用模塊，采用通用高亮度八段數碼管，顯示數值。結合圖7.本發明電池轉換模塊原理圖，其中電池轉換模塊為通用模塊。第二實施例
結合圖8.本發明第二實施例結構原理圖，一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，包括本安外殼內本安電源101電連接電池轉換模塊102后電連接中央處理器105，本安電源101還順序電連接電源轉換模塊103、一氧化碳檢測電路104、中央處理器105，電源轉換模塊103還電連接輸出端口復用電路111，電池轉換模塊102電連接電源轉換模塊103，中央處理 器105還分別紅外連接紅外遙控器110，電連接顯示模塊109，特點在于中央處理器105電連接控制RS485通信模塊106、頻率輸出端107、電流輸出端108的輸出端口復用電路111，中央處理器CPU105還電連接無線模塊112。其中中央處理器10選用STM32F103V8T6型號的。結合圖2.本發明電源轉換模塊原理圖，其中電源轉換模塊為通用模塊，Jl接本安電源輸入端口，+IOV接電池轉換模塊輸入端口，DC+ 9 24V供電電源一路經DC/DC變換器，變換成+5V供一氧化碳檢測電路104及輸出端口復用電路111使用由+5V電源轉換模塊輸出端口接入，另一路經DC/DC變換器，變換成+3. 3V供中央處理器105使用由+3V3電源轉換模塊輸出端口接入。結合圖3.本本發明一氧化碳檢測電路，其中一氧化碳元件U7的I管腳與U8A的I管腳相接，U7的2管腳經過電阻R51連接到U8B的6管腳，U7的3管腳經過電阻R41和R42連接到U8A的2管腳，無極性電容C13分別與U7的I管腳和電阻R42連接，Q17的S端接U7的2管腳，D端接U7的3管腳，G端經過電阻R49接+3V3電源，U8A的3管腳經過電阻R45與U8B的6管腳相連，U8A的4管腳接地，U8A的8管腳接+3V3電源，U8B的5管腳經過R55電阻接1V2電源，電容C19和電阻R50的兩端分別與U8B的6管腳和7管腳形成并聯關系，Pl的I管腳經過R54與U8B的7管腳相連，電阻R56 —端接地，一端與Pl的I腳相連，電容C24與R56并聯，Pl的2管腳接1V2電源，Pl的3管腳接+3V3電源，Pl的4管腳接地，D6 —端接U8B的6管腳，一端接1V2電源，C25的一端接+3V3電源，一端接地，U14經過電阻R76接地，另一端接1V2電源和R59，R59接+3V3電源和C25，電容C14正極接+3V3電源，負極接地，無極性電容C15和C16與C14并聯。結合圖4.本發明RS485通信模塊原理圖，其中RS485通信模塊為通用模塊，U4為低功耗RS485收發器，選用MAX3485型號的，完成信息的發送。結合圖5.本發明輸出端口復用電路原理圖,其中輸出端口復用電路111包括選通開關U2的I管腳接電流輸出端108電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端107電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器105的I/O 口，選通開關U2的4管腳接選通開關U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳P0RT_CTRL2與中央處理器105的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL3與中央處理器(105)的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、Rl5相連接，Rl5和R9通過D5相連接，C6、C7串聯后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯的中點接地，C6、C7兩電容串聯后兩端接信號輸出端口J2。結合圖6.本發明顯示模塊原理圖，其中顯示模塊為通用模塊，采用通用高亮度八段數碼管，顯示數值。結合圖7.本發明電池轉換模塊原理圖，其中電池轉換模塊為通用模塊。結合圖9.本發明無線模塊原理圖，其中無線模塊為通用模塊，無線數據傳輸采用的芯片是Nordic Semiconductor公司生產的NRF24L01型，使用2. 4GHz全球開放ISM頻段。為便于理解介紹一下本發明的工作原理根據礦山目前使用的煤礦安全監控系統 的信號輸出類型，確定使用電流型輸出或頻率型輸出或RS485總線型輸出，采用紅外遙控器設定信號輸出類型，對應將輸出端接入后，紅外遙控器校準并調整本發明的初始狀態，在有線信號正常時，使用有線輸出信號形式，當有線信號中斷時，自啟動無線信號輸出形式。對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態的自診斷方法參見以下一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法的介紹。第三實施例
一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法為對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當P0RT_CTRL1為高(H)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為電流型輸出；iP0RT_CTRLl為低(L)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，P0RT_CTRL2為高(H)電壓，P0RT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通 目正常。其中一氧化碳元件的自診斷方法為在以上電路判斷為無故障的基礎上，紅外遙控器校準或調整煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的初始狀態時，無法校準或無法調整，認為一氧化碳元件損壞，否則一氧化碳元件無損壞。由此實現了對本發明自身的斷路、短路、通信是否正常的診斷，同時對一氧化碳元件損壞進行自診斷，并對診斷信息進行傳輸。
權利要求
1.一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，包括本安外殼內本安電源(101)電連接電池轉換模塊(102)電連接中央處理器(105)，本安電源(101)還順序電連接電源轉換模塊(103)、一氧化碳檢測電路(104)、中央處理器(105)，電源轉換模塊(103)還電連接輸出端口復用電路(111 )，電池轉換模塊(102)電連接電源轉換模塊(103)，中央處理器(105)還分別紅外連接紅外遙控器(I 10)，電連接顯示模塊(109)，其特征在于中央處理器(105)電連接控制RS485通信模塊(106 )、頻率輸出端(107 )、電流輸出端(108 )的輸出端口復用電路(111)。
2.根據權利要求I所述的一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，其特征在于無線模塊(112)與中央處理器(105)電連接。
3.根據權利要求I所述的一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，其特征在于輸出端口復用電路(111)包括選通開關U2的I管腳接電流輸出端(108)電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端(107)電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器(105)的I/O 口，選通開關U2的4管腳接選通開關U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳PORT_CTRL2與中央處理器(105)的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳PORT_CTRL3與中央處理器(105)的 I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯的中點接地，C6、C7兩電容串聯后兩端接信號輸出端口 J2。
4.根據權利要求2所述的一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，其特征在于輸出端口復用電路(111)包括選通開關U2的I管腳接電流輸出端(108 )電路，2管腳接地，3管腳接頻率輸出端(107)電路，5管腳接+5V電壓端，6管腳P0RT_CTRL1接中央處理器(105)的I/O口，選通開關U2的4管腳接選通開關U3的3管腳，U3的I管腳與458_A連接，2管腳接地，6管腳PORT_CTRL2與中央處理器(105)的I/O 口連接，5管腳接+5V電壓端，U5的I管腳接458_B，2、3管腳接地，5管腳接+5V電壓端，6管腳PORT_CTRL3與中央處理器(105)的I/O 口連接，R9和U3的4管腳相連接后，通過D4和U5的4管腳、R15相連接，R15和R9通過D5相連接，C6、C7串聯后分別接R9和R15，C6、C7兩電容串聯的中點接地，C6、C7兩電容串聯后兩端接信號輸出端口 J2。
5.根據權利要求I或2或3或4所述的一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器，其特征在于一氧化碳檢測電路包括一氧化碳元件U7的I管腳與U8A的I管腳相接，U7的2管腳經過電阻R51連接到U8B的6管腳，U7的3管腳經過電阻R41和R42連接到U8A的2管腳，無極性電容C13分別與U7的I管腳和電阻R42連接，Q17的S端接U7的2管腳，D端接U7的3管腳，G端經過電阻R49接+3V3電源，U8A的3管腳經過電阻R45與U8B的6管腳相連，U8A的4管腳接地，U8A的8管腳接+3V3電源，U8B的5管腳經過R55電阻接1V2電源，電容C19和電阻R50的兩端分別與U8B的6管腳和7管腳形成并聯關系，Pl的I管腳經過R54與U8B的7管腳相連，電阻R56 —端接地，一端與Pl的I腳相連，電容C24與R56并聯，Pl的2管腳接1V2電源，Pl的3管腳接+3V3電源，Pl的4管腳接地，D6 —端接U8B的6管腳，一端接1V2電源，C25的一端接+3V3電源，一端接地，U14經過電阻R76接地，另一端接1V2電源和R59，R59接+3V3電源和C25，電容C14正極接+3V3電源，負極接地，無極性電容C15和C16與C14并聯。
6.一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法，特征在于對電路故障的診斷，首先判斷信號輸出類型，當P0RT_CTRL1為高(H)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，PORT_CTRL3為低(L)電壓時，為電流型輸出；當P0RT_CTRL1為低(L)電壓，P0RT_CTRL2為低(L)電壓，P0RT_CTRL3為低(L)電壓時，為頻率型輸出；當P0RT_CTRL1為任意(X)電壓，PORT_CTRL2為高(H)電壓，P0RT_CTRL3為高(H)電壓時，為RS485總線型輸出；當信號輸出類型為電流型輸出時，電流型斷路LED指示燈亮為斷路，電流型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當電流型短路LED指示燈亮為短路，電流型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為頻率型輸出時，頻率型斷路LED指示燈亮為斷路，頻率型斷路LED指示燈熄滅為無斷路，當頻率型短路LED指示燈亮為短路，頻率型短路LED指示燈熄滅為無短路；當信號輸出類型為RS485總線型輸出時，RS485通信失敗LED指示燈點亮通信失敗，RS485通信失敗LED指示燈熄滅通信正常。
7.根據權利要求6所述的一種煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法，特征在于在以上電路判斷為無故障的基礎上，紅外遙控器校準或調整煤礦用一氧化碳傳感器的初始狀態時，無法校準或無法調整，認為一氧化碳元件損壞，否則一氧化碳元件無損壞。
全文摘要
本發明涉及煤礦用自診斷一氧化碳傳感器及自診斷方法，包括本安外殼內本安電源電連接電池轉換模塊電連接中央處理器，本安電源還順序電連接電源轉換模塊、一氧化碳檢測電路、中央處理器，電源轉換模塊還電連接輸出端口復用電路，電池轉換模塊電連接電源轉換模塊，中央處理器還分別紅外連接紅外遙控器，電連接顯示模塊，特點在于中央處理器電連接控制RS485通信模塊、頻率輸出端、電流輸出端的輸出端口復用電路，同時提供了煤礦用自診斷一氧化碳傳感器的自診斷方法。本發明實現了輸出多制式通信方式一體化，同時實現了紅外遙控，對電流型、頻率型、RS485總線型輸出電路的斷路、短路、通訊信號故障狀態的自診斷，對一氧化碳元件的自診斷及信息傳輸。
文檔編號G01N33/00GK102967690SQ20121049480
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者馮文彬, 付文俊, 李長錄, 張東, 劉鵬, 付小倍 申請人:煤炭科學研究總院沈陽研究院, 撫順中煤科工安全儀器有限公司