专利名称：煤矿用自诊断甲烷传感器及自诊断方法
技术领域：
本发明属于煤矿用传感器技术领域，涉及煤矿用甲烷传感器，尤其涉及煤矿用自诊断的甲烷传感器及自诊断方法。
背景技术：
目前，我国煤矿安全监测系统已取得长足发展，但还存在一些急需解决的问题，特别是在煤矿安全监测系统的信息采集与传输技术上，受误报、监测盲区、采集方法落后、传感器调校周期短、智能化程度不高、维护工作量大、人员误操作等因素制约，严重影响了煤矿安全监控系统的可靠性。特别是现有煤矿用甲烷传感器无实质性故障自诊断功能，特别无元件损坏程度、电源工作状况是否正常的自诊断功能；只有有线数字信息传输功能或频率型信号传输功能，有信号线故障导致监控中断产生误报的技术问题等。中央处理器直接 连接RS485通信�？榛蚱德适涑龆嘶虻缌魇涑龆耍壳安煌笊剿捎玫闹剖讲煌谘∮檬被嵩斐刹黄ヅ涞茸纯觯淄榇衅鞯淖哉锒瞎δ懿煌晟�。
发明内容
针对现有煤矿用甲烷传感器所存在的技术问题，增加自诊断功能。提供一种能够自行诊断元件损坏及电源是否正常工作、电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号是否故障的自诊断的煤矿用甲烷传感器及自诊断方法。本发明所要解决技术问题的技术方案是提供一种煤矿用自诊断甲烷传感器，包括本安外壳内本安电源101电连接电池转换�？�102电连接中央处理器105，本安电源101还顺序电连接电源转换�？�103、甲烷检测电路104、中央处理器105，电源转换�？�103还电连接输出端口复用电路111，电池转换�？�102电连接电源转换�？�103，中央处理器105还分别红外连接红外�？仄�110，电连接显示�？�109，特点在于中央处理器105电连接控制RS485通信模块106、频率输出端107、电流输出端108的输出端口复用电路111。其中无线�？�112与中央处理器105电连接。其中输出端口复用电路111包括选通开关U2的I管脚接电流输出端108电路，2管脚接地，3管脚接频率输出端107电路，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL1接中央处理器105的I/O 口，选通开关U2的4管脚接选通开关U3的3管脚，U3的I管脚与458_A连接，2管脚接地，6管脚P0RT_CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，U5的I管脚接458_B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL3与中央处理器105的I/O 口连接，R9和U3的4管脚相连接后，通过D4和U5的4管脚、R15相连接，R15和R9通过D5相连接，C6、C7串联后分别接R9和R15，C6、C7两电容串联的中点接地，C6、C7两电容串联后两端接信号输出端口 J2。提供一种煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法，特点在于对电路故障的诊断，首先判断信号输出类型，当P0RT_CTRL1为高(H)电压，P0RT_CTRL2为低(L)电压，P0RT_CTRL3为低(L)电压时，为电流型输出；当P0RT_CTRL1为低(L)电压，P0RT_CTRL2为低(L)电压，P0RT_CTRL3为低(L)电压时，为频率型输出；当P0RT_CTRL1为任意(X)电压，PORT_CTRL2为高(H)电压，P0RT_CTRL3为高(H)电压时，为RS485总线型输出；当信号输出类型为电流型输出时，电流型断路LED指示灯亮为断路，电流型断路LED指示灯熄灭为无断路，当电流型短路LED指示灯亮为短路，电流型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为频率型输出时，频率型断路LED指示 灯亮为断路，频率型断路LED指示灯熄灭为无断路，当频率型短路LED指示灯亮为短路，频率型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为RS485总线型输出时，RS485通信失败LED指示灯点亮通信失败，RS485通信失败LED指示灯熄灭通信正常。其中甲烷元件的自诊断方法为在以上电路判断为无故障的基础上，红外遥控器校准或调整煤矿用甲烷传感器的初始状态时，无法校准或无法调整，认为甲烷元件损坏，否则甲烷元件无损坏。本发明的有益效果是本发明提供了输出端口复用电路111，实现了电流型、频率型、RS485总线型输出多制式通信方式一体化，满足目前煤矿安全监控系统不同制式的需求，传输信号能够有线或无线输出，同时实现了红外�？兀ü哉锒戏椒ǘ灾醒氪砥鞯娜砑喑蹋迪至吮痉⒚鞫缘缌餍汀⑵德市�、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断，同时实现了对甲烷元件的自诊断及信息传输。
图I.本发明第一实施例结构原理 图2.本发明电源转换�？樵� 图3.本发明甲烷检测电路原理 图4.本发明RS485通信�？樵� 图5.本发明输出端口复用电路原理 图6.本发明显示�？樵� 图7.本发明电池转换�？樵� 图8.本发明第二实施例结构原理 图9.本发明无线�？樵硗�。
具体实施例方式附图编号
图中 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 为元器件的管脚号，101.本安电源，102.电池转换�？椋�103.电源转换�？椋�104.甲烷检测电路，105.中央处理器，106.RS485通信�？椋�107.频率输出端，108.电流输出端，109.显示模块，110.红外遥控器，111.输出端口复用电路，112.无线�？�。第一实施例
结合图I.本发明第一实施例结构原理图，一种煤矿用自诊断甲烷传感器，包括本安外壳内本安电源101电连接电池转换�？�102后电连接中央处理器105，本安电源101还顺序电连接电源转换模块103、甲烷检测电路104、中央处理器105，电源转换�？�103还电连接输出端口复用电路111，电池转换�？�102电连接电源转换�？�103，中央处理器105还分别红外连接红外�？仄�110，电连接显示�？�109，特点在于中央处理器105电连接控制RS485通信模块106、频率输出端107、电流输出端108的输出端口复用电路111。其中中央处理器105选用STM32F103V8T6型号的。结合图2.本发明电源转换�？樵硗迹渲械缭醋荒？槲ㄓ媚？椋琂l接本安电源输入端口，+IOV接电池转换�？槭淙攵丝冢珼C+ 9 24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供甲烷检测电路104及输出端口复用电路111使用由+5V电源转换�？槭涑龆丝诮尤耄硪宦肪璂C/DC变换器，变换成+3. 3V供中央处理器105使用由+3V3电源转换�？槭涑龆丝诮尤搿＝岷贤�3.本发明甲烷检测电路原理图，其中甲烷检测电路为通用电路，主要在黑元件U12A (HEI)是一种对甲烧气体很敏感的载体催化元件，白元件U13A(BAI)是补偿元件，对甲烷不起反应，也可采用其它通用电路。
结合图4.本发明RS485通信模块原理图，其中RS485通信�？槲ㄓ媚？椋琔4为低功耗RS485收发器，选用MAX3485型号的，完成信息的发送。结合图5.本发明输出端口复用电路原理图，其中输出端口复用电路111包括选通开关U2的I管脚接电流输出端108电路，2管脚接地，3管脚接频率输出端107电路，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL1接中央处理器105的I/O 口，选通开关U2的4管脚接选通开关U3的3管脚，U3的I管脚与458_A连接，2管脚接地，6管脚P0RT_CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，U5的I管脚接458_B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL3与中央处理器105的I/O 口连接，R9和U3的4管脚相连接后，通过D4和U5的4管脚、R15相连接，R15和R9通过D5相连接，C6、C7串联后分别接R9和R15，C6、C7两电容串联的中点接地，C6、C7两电容串联后两端接信号输出端口 J2。结合图6.本发明显示模块原理图，其中显示�？槲ㄓ媚？椋捎猛ㄓ酶吡炼劝硕问牍埽允臼怠＝岷贤�7.本发明电池转换�？樵硗迹渲械绯刈荒？槲ㄓ媚？�。第二实施例
结合图8.本发明第二实施例结构原理图，一种煤矿用自诊断甲烷传感器，包括本安外壳内本安电源101电连接电池转换�？�102后电连接中央处理器105，本安电源101还顺序电连接电源转换�？�103、甲烷检测电路104、中央处理器105，电源转换�？�103还电连接输出端口复用电路111，电池转换�？�102电连接电源转换�？�103，中央处理器105还分别红外连接红外�？仄�110，电连接显示�？�109，特点在于中央处理器105电连接控制RS485通信�？�106、频率输出端107、电流输出端108的输出端口复用电路111，中央处理器CPU105还电连接无线�？�112。其中中央处理器105选用STM32F103V8T6型号的。结合图2.本发明电源转换�？樵硗迹渲械缭醋荒？槲ㄓ媚？椋琂l接本安电源输入端口，+IOV接电池转换�？槭淙攵丝冢珼C+ 9 24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供甲烷检测电路104及输出端口复用电路111使用由+5V电源转换模块输出端口接入，另一路经DC/DC变换器，变换成+3. 3V供中央处理器105使用由+3V3电源转换�？槭涑龆丝诮尤�。结合图3.本发明甲烷检测电路原理图，其中甲烷检测电路为通用电路，主要在黑元件U12A (HEI)是一种对甲烧气体很敏感的载体催化元件，白元件U13A (BAI)是补偿元件，对甲烷不起反应。也可采用其它通用电路。 结合图4.本发明RS485通信�？樵硗迹渲蠷S485通信�？槲ㄓ媚？椋琔4为低功耗RS485收发器，选用MAX3485型号的，完成信息的发送。结合图5.本发明输出端口复用电路原理图，其中输出端口复用电路111包括选通开关U2的I管脚接电流输出端108电路，2管脚接地，3管脚接频率输出端107电路，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL1接中央处理器105的I/O 口，选通开关U2的4管脚接选通开关U3的3管脚，U3的I管脚与458_A连接，2管脚接地，6管脚P0RT_CTRL2与中央处理器105的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，U5的I管脚接458_B，2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL3与中央处理器105的I/O 口连接，R9和U3的4管脚相连接后，通过D4和U5的4管脚、R15相连接，R15和R9通过D5相连接，C6、C7串联后分别接R9和R15，C6、C7两电容串联的中点接地，C6、C7两电容串联后两端接信号输出端口 J2。结合图6.本发明显示�？樵硗迹渲邢允灸？槲ㄓ媚？椋捎猛ㄓ酶吡炼劝硕问牍埽允臼�。结合图7.本发明电池转换�？樵硗迹渲械绯刈荒？槲ㄓ媚？�。结合图9.本发明无线�？樵硗迹渲形尴吣？槲ㄓ媚？椋尴呤荽洳捎玫男酒荖ordic Semiconductor公司生产的NRF24L01型，使用2. 4GHz全球开放ISM频段。为便于理解介绍一下本发明的工作原理根据矿山目前使用的煤矿安全监控系统的信号输出类型，确定使用电流型输出或频率型输出或RS485总线型输出，采用红外�？仄魃瓒ㄐ藕攀涑隼嘈停杂涑龆私尤牒螅焱庖？仄餍Ｗ疾⒌髡痉⒚鞯某跏甲刺谟邢咝藕耪Ｊ保褂糜邢呤涑鲂藕判问剑庇邢咝藕胖卸鲜保云舳尴咝藕攀涑鲂问�。对电流型、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断方法参见以下一种煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法的介绍。第三实施例
一种煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法为对电路故障的诊断，首先判断信号输出类型，当P0RT_CTRL1为高(H)电压，P0RT_CTRL2为低(L)电压，P0RT_CTRL3为低(L)电压时，为电流型输出；当P0RT_CTRL1为低(L)电压，P0RT_CTRL2为低(L)电压，P0RT_CTRL3为低(L)电压时，为频率型输出；当P0RT_CTRL1为任意(X)电压，P0RT_CTRL2为高(H)电压，P0RT_CTRL3为高(H)电压时，为RS485总线型输出；当信号输出类型为电流型输出时，电流型断路LED指示灯亮为断路，电流型断路LED指示灯熄灭为无断路，当电流型短路LED指示灯亮为短路，电流型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为频率型输出时，频率型断路LED指示灯亮为断路，频率型断路LED指示灯熄灭为无断路，当频率型短路LED指示灯亮为短路，频率型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为RS485总线型输出时，RS485通信失败LED指示灯点亮通信失败，RS485通信失败LED指示灯熄灭通信正常。其中甲烷元件的自诊断方法为在以上电路判断为无故障的基础上，红外�？仄餍Ｗ蓟虻髡嚎笥眉淄榇衅鞯某跏甲刺保薹ㄐＷ蓟蛭薹ǖ髡衔淄樵鸹担裨蚣淄樵匏鸹�。由此实现了对本发明自身的断路、短路、通信是否正常的诊断，同时对甲烷元件损坏进行自诊断，并对诊断信息 进行传输。
权利要求
1.一种煤矿用自诊断甲烷传感器，包括本安外壳内本安电源(101)电连接电池转换�？�(102 )电连接中央处理器(105 )，本安电源(101)还顺序电连接电源转换�？�(103 )、甲烷检测电路(104)、中央处理器(105)，电源转换�？�(103)还电连接输出端口复用电路(111)，电池转换�？�(102)电连接电源转换模块(103)，中央处理器(105)还分别红外连接红外�？仄�(110)，电连接显示�？�(109)，其特征在于中央处理器(105)电连接控制RS485通信�？�(106 )、频率输出端(107 )、电流输出端(108 )的输出端口复用电路(111)。
2.根据权利要求I所述的一种煤矿用自诊断甲烷传感器，其特征在于无线�？�(112)与中央处理器(105)电连接。
3.根据权利要求I所述的一种煤矿用自诊断甲烷传感器，其特征在于输出端口复用电路(111)包括选通开关U2的I管脚接电流输出端(108)电路，2管脚接地，3管脚接频率输出端(107)电路，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL1接中央处理器(105)的I/O 口，选通开关U2的4管脚接选通开关U3的3管脚，U3的I管脚与458_A连接，2管脚接地，6管脚PORT_CTRL2与中央处理器(105)的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，U5的I管脚接458_B, 2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT_CTRL3与中央处理器(105)的I/O口连接，R9和U3的4管脚相连接后，通过D4和U5的4管脚、Rl5相连接，Rl5和R9通过D5相连接，C6、C7串联后分别接R9和R15，C6、C7两电容串联的中点接地，C6、C7两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿用自诊断甲烷传感器，其特征在于输出端口复用电路(111)包括选通开关U2的I管脚接电流输出端(108)电路，2管脚接地，3管脚接频率输出端(107)电路，5管脚接+5V电压端，6管脚P0RT_CTRL1接中央处理器(105)的I/O 口，选通开关U2的4管脚接选通开关U3的3管脚，U3的I管脚与458_A连接，2管脚接地，6管脚PORT_CTRL2与中央处理器(105)的I/O 口连接，5管脚接+5V电压端，U5的I管脚接458_B, 2、3管脚接地，5管脚接+5V电压端，6管脚PORT_CTRL3与中央处理器(105)的I/O口连接，R9和U3的4管脚相连接后，通过D4和U5的4管脚、Rl5相连接，Rl5和R9通过D5相连接，C6、C7串联后分别接R9和R15，C6、C7两电容串联的中点接地，C6、C7两电容串联后两端接信号输出端口 J2。
5.一种煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法，特征在于对电路故障的诊断，首先判断信号输出类型，当P0RT_CTRL1为高(H)电压，PORT_CTRL2为低(L)电压，PORT_CTRL3为低(L)电压时，为电流型输出；iPORT_CTRLl为低(L)电压，PORT_CTRL2为低(L)电压，PORT_CTRL3为低(L)电压时，为频率型输出；当P0RT_CTRL1为任意(X)电压，PORT_CTRL2为高(H)电压，PORT_CTRL3为高(H)电压时，为RS485总线型输出；当信号输出类型为电流型输出时，电流型断路LED指示灯亮为断路，电流型断路LED指示灯熄灭为无断路，当电流型短路LED指示灯亮为短路，电流型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为频率型输出时，频率型断路LED指示灯亮为断路，频率型断路LED指示灯熄灭为无断路，当频率型短路LED指示灯亮为短路，频率型短路LED指示灯熄灭为无短路；当信号输出类型为RS485总线型输出时，RS485通信失败LED指示灯点亮通信失败，RS485通信失败LED指示灯熄灭通信正常。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法，特征在于在以上电路判断为无故障的基础上，红外�？仄餍Ｗ蓟虻髡嚎笥眉淄榇衅鞯某跏甲刺保薹ㄐＷ蓟蛭薹ǖ髡衔淄樵鸹担裨蚣淄樵匏鸹�。·
全文摘要
本发明涉及煤矿用自诊断甲烷传感器及自诊断方法，包括本安外壳内本安电源电连接电池转换�？榈缌又醒氪砥鳎景驳缭椿顾承虻缌拥缭醋荒？椤⒓淄榧觳獾缏�、中央处理器，电源转换模块还电连接输出端口复用电路，电池转换�？榈缌拥缭醋荒？椋醒氪砥骰狗直鸷焱饬雍焱庖？仄鳎缌酉允灸？椋氐阍谟谥醒氪砥鞯缌涌刂芌S485通信�？�、频率输出端、电流输出端的输出端口复用电路，同时提供了煤矿用自诊断甲烷传感器的自诊断方法。本发明实现了输出多制式通信方式一体化，同时实现了红外�？兀缘缌餍�、频率型、RS485总线型输出电路的断路、短路、通讯信号故障状态的自诊断，对甲烷元件的自诊断及信息传输。
文档编号G01N27/00GK102944580SQ20121049112
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者冯文彬, 付文俊, 李长录, 张东, 刘鹏, 付小倍 申请人:煤炭科学研究总院沈阳研究院, 抚顺中煤科工安全仪器有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
