專利名稱：具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷傳感器，特別涉及一種具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有甲烷傳感器就其基本工作過程而言，皆為本地采集環(huán)境甲烷濃度信息，通過本機的轉(zhuǎn)換和處理電路，形成量化的甲烷濃度信息。通過傳感器本身具有的顯示器件進(jìn)行本地顯示；通過本機的處理電路將采集值同設(shè)定的報警值相比較，超限則予以報警；同時，單向上傳。而基于全礦信息透明化的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向，要求井下終端設(shè)備具有雙向的信息傳輸及人機交互功能。對于甲烷傳感器來講，即要求能夠采集和顯示本地的甲烷濃度，進(jìn)行本地的超限報警，又能夠利用遠(yuǎn)程通訊功能，輸出遠(yuǎn)端相關(guān)地點的甲烷濃度和報警信息。當(dāng)井下其它地點發(fā)生災(zāi)害事件時，本地人員可通過設(shè)置于本地的傳感器的顯示信息，及時獲得災(zāi)害發(fā)生的地點信息及災(zāi)害程度信息。避免逃生自救的盲目性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既可以上傳本地甲烷濃度信息又可以接收來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度信息的雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器包括 甲烷傳感器，用于檢測本地環(huán)境中的甲烷濃度，并將其轉(zhuǎn)換成甲烷濃度信號； 采集單元，用于采集由甲烷傳感器檢測的甲烷濃度信號； 處理器，用于處理來自采集單元的甲烷濃度信號，得到本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)、含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包和甲烷濃度報警信號，以及用于處理來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包，得到帶有標(biāo)識的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)； 雙向數(shù)據(jù)通信單元，用于將處理器輸出的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給處理器； 甲烷濃度顯示單元，用于分別顯示處理器輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)； 甲烷濃度報警器，用于根據(jù)處理器輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
其中，所述處理器通過對來自采集單元的甲烷濃度信號進(jìn)行運算處理，得到甲烷濃度值數(shù)據(jù)，將所述甲烷濃度值數(shù)據(jù)與預(yù)置的甲烷濃度報警閾值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到所述甲烷濃度報警信號，以及將所述甲烷濃度值數(shù)據(jù)與預(yù)置的本地標(biāo)識進(jìn)行打包處理，得到所述的含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包。 其中，所述處理器通過對來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包處理，得到帶有標(biāo)
識的作為遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)。 其中，所述甲烷濃度顯示單元包括 顯示驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動所述本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號； 遠(yuǎn)端甲烷濃度顯示模塊，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號； 本地甲烷濃度顯示模塊，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動的遠(yuǎn)端甲烷濃度數(shù)據(jù)信號。 本發(fā)明的甲烷傳感器還包括設(shè)置單元，用于預(yù)置所述甲烷濃度報警閾值和本地標(biāo)識。 此外，本發(fā)明的甲烷傳感器還包括單向模擬通信單元，用于接收處理器輸出的其頻率與甲烷濃度成正比單向模擬信號。 其中，所述采集單元具有放大來自甲烷傳感器的甲烷濃度信號的放大器。 其中，所述采集單元還具有將已放大的甲烷濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 作為選擇，所述處理器具有將放大的甲烷濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器包括
甲烷濃度檢測橋路，用于檢測本地甲烷濃度，并將其轉(zhuǎn)換成甲烷濃度信號；
放大電路，用于放大甲烷濃度檢測橋路輸出的甲烷濃度信號； 微處理器，用于將所述放大電路輸出的甲烷濃度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由運算處理，形成用于顯示的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)、帶有本地標(biāo)識的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)包以及甲烷濃度報警信號；以及用于經(jīng)由拆包處理，從來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包中得到用于顯示的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)及其標(biāo)識； 雙向數(shù)據(jù)通信接口，用于將微處理器輸出的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給微處理器； 甲烷濃度顯示單元，用于分別顯示微處理器輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)； 甲烷濃度報警器，用于根據(jù)微處理器輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
綜上所述，本發(fā)明的傳感器是針對基于全息化、透明化的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向而開發(fā)的一種甲烷傳感器，能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)雙向信息傳輸，采集和顯示本地的甲烷濃度和進(jìn)行本地的超限報警，可將本地的甲烷濃度信息上傳至遠(yuǎn)端的主機(或分站)，可以接收和輸出主機(或分站)等上游設(shè)備傳送的其它地點的甲烷濃度和報警信息等。因此本發(fā)明具有以下技術(shù)效果 1)能夠采集和顯示本地的甲烷濃度，進(jìn)行本地的超限報警，又能夠利用遠(yuǎn)程通訊功能，輸出遠(yuǎn)端相關(guān)地點的甲烷濃度和報警信息。 2)當(dāng)井下其它地點發(fā)生災(zāi)害事件時，本地人員可通過設(shè)置于本地的傳感器的顯示信息，及時獲得災(zāi)害發(fā)生的地點信息及災(zāi)害程度信息，避免逃生自救的盲目性。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器第一實施例的電原理 圖2是顯示圖1中的甲烷濃度顯示單元結(jié)構(gòu)的示意 圖3是本發(fā)明的雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器第二實施例的電原理 圖4是圖3所示的本發(fā)明的第二實施例的電路圖。
具體實施例方式圖1顯示了本發(fā)明的具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器的第一實施例，包括
甲烷傳感器l，用于檢測本地環(huán)境中的甲烷濃度，并將其轉(zhuǎn)換成甲烷濃度信號；
采集單元2，用于采集由甲烷傳感器1檢測的甲烷濃度信號； 處理器3，用于1)處理來自采集單元2的甲烷濃度信號，得到用于顯示本地甲烷濃度值的甲烷濃度值數(shù)據(jù)、含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包和甲烷濃度報警信號；2)處理來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包，得到用于顯示的帶有標(biāo)識的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；
雙向數(shù)據(jù)通信單元6，用于將處理器3輸出的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給處理器3 ; 甲烷濃度顯示單元5，用于分別顯示處理器3輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)及其標(biāo)識； 甲烷濃度報警器4，用于根據(jù)處理器3輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
采集單元2至少具有一個放大器，用于放大來自甲烷傳感器1的甲烷濃度信號。
采集單元2還可以有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將已放大的甲烷濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字化的甲烷濃度信號。 另一方面，由于目前的處理器都具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即處理器3具有將放大的甲烷
濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此，采集單元2可不設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 處理器3通過對來自采集單元2的甲烷濃度信號(若該甲烷濃度信號為模擬信
號，則需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換)進(jìn)行運算處理，得到甲烷濃度值數(shù)據(jù)，將所述甲烷濃度值數(shù)據(jù)與
預(yù)置的甲烷濃度報警閾值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到所述甲烷濃度報警信號，以及將所述甲烷濃
度值數(shù)據(jù)與預(yù)置的本地標(biāo)識進(jìn)行打包(或封裝)處理，得到所述的含有本地標(biāo)識的甲烷濃
度數(shù)據(jù)包。 處理器3可以將甲烷濃度值數(shù)據(jù)送至甲烷濃度顯示單元進(jìn)行顯示，以事實顯示當(dāng)前的本地甲烷濃度值。如果甲烷濃度值大于預(yù)置的甲烷濃度報警閾值，則處理器3向甲烷濃度報警器4發(fā)出報警啟動信號，使得甲烷濃度報警器4發(fā)出聲光報警信號。處理器3將含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給雙向數(shù)據(jù)通信單元6，以便傳送給遠(yuǎn)端的主機。
另一方面，處理器3還通過對來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包處理，得到作為遠(yuǎn)端甲烷濃度值顯示信號的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端標(biāo)識。這樣，本發(fā)明的傳感器就可以得知整個礦井的甲烷濃度分布情況，即災(zāi)害發(fā)生的地點信息及災(zāi)害程度，有利于井下人員有目的的逃生自救。 圖2顯示了圖1所示的甲烷濃度顯示單元5的具體結(jié)構(gòu)，包括 顯示驅(qū)動模塊51，用于驅(qū)動從處理器3輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃
度值數(shù)據(jù)； 遠(yuǎn)端甲烷濃度顯示模塊52，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊51驅(qū)動的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)； 本地甲烷濃度顯示模塊53，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊51驅(qū)動的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)。 圖3顯示了本發(fā)明的傳感器的第二實施例，該第二實施例與第一實施例的區(qū)別僅僅在于，增設(shè)了設(shè)置單元7和單向模擬通信單元8。設(shè)置單元7用于預(yù)置甲烷濃度報警閾值和本地標(biāo)識，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定甲烷濃度報警閾值，并且可以調(diào)整或改變該傳感器的標(biāo)識。單向模擬通信單元8用于接收處理器3輸出的其頻率與甲烷濃度成正比單向模擬信號，并將其上傳至分站等設(shè)備。 上述雙向數(shù)據(jù)通信單元6和單向模擬通信單元8通過有線或無線方式實現(xiàn)雙向和單向傳輸。 本發(fā)明的本地標(biāo)識和遠(yuǎn)端標(biāo)識是地點編號，它與甲烷濃度值結(jié)合使用，用于顯示具體的礦井地點的甲烷濃度。 圖4顯示了本發(fā)明的第二實施例的具體電路，在圖4中，甲烷傳感器1為催化燃燒式甲烷敏感元件MJC4，它是由黑、白元件RH、 RB同R5、 R6及Wl構(gòu)成電橋，用于采集環(huán)境的甲烷氣體濃度信息。電橋的A、B兩端輸出隨外界甲烷氣體濃度變化的電信號。此電信號經(jīng)過由IC3 (放大模塊)等元件組成的采集單元2進(jìn)行放大處理，傳輸?shù)轿⑻幚砥鱅C4內(nèi)部的A/D采集電路，形成數(shù)字信號。經(jīng)微處理器3的運算處理，形成甲烷濃度信息。濃度信息可通過顯示驅(qū)動模塊IC6及本地甲烷濃度顯示模塊53即數(shù)碼顯示模塊Sl進(jìn)行本地顯示；單向模擬通信單元8由VT3等組成，用于輸出由微處理器IC4輸出的與濃度成正比的頻率信號，可單向上傳至分站等設(shè)備；當(dāng)甲烷濃度超過設(shè)定值時，可通過IC8、VL1、VL2等組成的甲烷濃度報警單元4輸出聲光報警信號。IC2、 IC7為開關(guān)型穩(wěn)壓電源模塊，具有過熱及短路保護(hù)功能，可為敏感元件及本機其它單元提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。 本發(fā)明的雙向數(shù)據(jù)通信單元6是IC7等元件構(gòu)成的RS485雙向通信接口電路；另外，本發(fā)明的遠(yuǎn)端甲烷濃度顯示模塊52由顯示模塊S2及IC6部分管腳組成。經(jīng)過本機采集和處理得到的甲烷濃度信息，通過通信接口電路上傳至分站等設(shè)備，再通過分站傳輸至地面中心站。中心站接收并處理井下多個傳感器傳輸來的各地點的濃度信息，當(dāng)某地點的甲烷濃度超限，中心站可按預(yù)設(shè)的邏輯關(guān)系，將此超限信息(包括濃度值，地點編號)經(jīng)過井下分站下傳至設(shè)置于其它地點的"具有雙向傳輸功能的甲烷傳感器"。同理，其它傳感器的超限信息，亦可通過中心站以數(shù)字通信的方式轉(zhuǎn)發(fā)至本傳感器。本傳感器經(jīng)接口電路接收的信息，由本機的微處理器處理后，傳輸至數(shù)碼顯示電路予以顯示。當(dāng)遠(yuǎn)端傳來報警信息時，既可以通過數(shù)碼顯示模塊顯示信息的源地址，監(jiān)測參數(shù)值；又可通過聲光輸出電路輸出報警信號。 DC1為具有隔離功能的電源模塊，為RS485通信芯片提供電源。IC1、IC2組成的電源電路為本傳感器的其它單元提供電源。 盡管上文對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器，包括甲烷傳感器(1)，用于檢測本地環(huán)境中的甲烷濃度，并將其轉(zhuǎn)換成甲烷濃度信號；采集單元(2)，用于采集由甲烷傳感器(1)檢測的甲烷濃度信號；處理器(3)，用于處理來自采集單元(2)的甲烷濃度信號，得到本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)、含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包和甲烷濃度報警信號，以及用于處理來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包，得到帶有標(biāo)識的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；雙向數(shù)據(jù)通信單元(6)，用于將處理器(3)輸出的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給處理器(3)；甲烷濃度顯示單元(5)，用于分別顯示處理器(3)輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；甲烷濃度報警器(4)，用于根據(jù)處理器(3)輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷傳感器，其中所述處理器(3)通過對來自采集單元(2)的甲烷濃度信號進(jìn)行運算處理，得到甲烷濃度值數(shù)據(jù)，將所述甲烷濃度值數(shù)據(jù)與預(yù)置的甲烷濃度報警閾值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到所述甲烷濃度報警信號，以及將所述甲烷濃度值數(shù)據(jù)與預(yù)置的本地標(biāo)識進(jìn)行打包處理，得到所述的含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲烷傳感器，其中所述處理器(3)通過對來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包處理，得到帶有標(biāo)識的作為遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲烷傳感器，其中所述甲烷濃度顯示單元(5)包括顯示驅(qū)動模塊(51)，用于驅(qū)動所述本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號；遠(yuǎn)端甲烷濃度顯示模塊(52)，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊(51)驅(qū)動的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)信號；本地甲烷濃度顯示模塊(53)，用于顯示由所述顯示驅(qū)動模塊(51)驅(qū)動的遠(yuǎn)端甲烷濃度數(shù)據(jù)信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲烷傳感器，還包括設(shè)置單元(7)，用于預(yù)置所述甲烷濃度報警閾值和本地標(biāo)識。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲烷傳感器，還包括單向模擬通信單元(8)，用于接收處理器(3)輸出的其頻率與甲烷濃度成正比單向模擬信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲烷傳感器，其中所述采集單元(2)具有放大來自甲烷傳感器(1)的甲烷濃度信號的放大器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的甲烷傳感器，其中所述采集單元(2)還具有將已放大的甲烷濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的甲烷傳感器，其中所述處理器(3)具有將放大的甲烷濃度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
10. —種具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器，包括甲烷濃度檢測橋路，用于檢測本地甲烷濃度，并將其轉(zhuǎn)換成甲烷濃度信號；放大電路，用于放大甲烷濃度檢測橋路輸出的甲烷濃度信號；微處理器，用于將所述放大電路輸出的甲烷濃度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由運算處理，形成用于顯示的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)、帶有本地標(biāo)識的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)包以及甲烷濃度報警信號；以及用于經(jīng)由拆包處理，從來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包中得到用于顯示的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)及其標(biāo)識；雙向數(shù)據(jù)通信接口 ，用于將微處理器輸出的本地甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給微處理器；甲烷濃度顯示單元，用于分別顯示微處理器輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；甲烷濃度報警器，用于根據(jù)微處理器輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能的甲烷傳感器，其中，甲烷傳感器用于獲得本地甲烷濃度信號；采集單元用于采集由甲烷傳感器檢測的甲烷濃度信號；處理器處理來自采集單元的本地甲烷濃度信號，得到本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)、含有本地標(biāo)識的甲烷濃度數(shù)據(jù)包和甲烷濃度報警信號，以及用于處理來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包，得到帶有標(biāo)識的遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；雙向數(shù)據(jù)通信單元將處理器輸出的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給遠(yuǎn)端，以及將來自遠(yuǎn)端的甲烷濃度數(shù)據(jù)包發(fā)送給處理器；甲烷濃度顯示單元分別顯示處理器輸出的本地甲烷濃度值數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端甲烷濃度值數(shù)據(jù)；甲烷濃度報警器根據(jù)處理器輸出的甲烷濃度報警信號，發(fā)出聲光報警。
文檔編號G08C19/00GK101788547SQ20101011667
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者王作儒, 馬世峰 申請人:北京鑫源九鼎科技有限公司