專利名稱：一種礦用本安型控制分站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦井監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種礦用本安型控制分站。
背景技術(shù)：
目前，隨著國家對煤礦信息化建設(shè)的日益重視和對煤礦安全監(jiān)管的日益加強(qiáng)，我國煤礦逐漸走向了信息化、安全化，這就使得礦井下的各類傳感、執(zhí)行設(shè)備越來越多，但各種傳感和執(zhí)行設(shè)備的接口類型卻不盡相同,主要有RS-485總線接口、CAN總線接口、開關(guān)量接口、頻率量接口、單極性編碼等接口。雖然市場上礦用本安型控制分站品種眾多，但功能都較為單一，能夠提供的設(shè)備接口類型和接口數(shù)量較少，不能同時接入多種 類型設(shè)備，無法根據(jù)實(shí)際需求對控制分站功能進(jìn)行擴(kuò)充。并且，由于井下監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)眾多，各個系統(tǒng)中的控制分站在使用現(xiàn)場總線組網(wǎng)構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時，所支持的總線類型單一，不利于和其他具備不同類型現(xiàn)場總線的控制分站融合。同時，隨著以太網(wǎng)在礦井下的廣泛使用，很多控制分站都設(shè)計(jì)有以太網(wǎng)接口，可以與以太網(wǎng)交換機(jī)直連，但控制分站本身一般不具備以太網(wǎng)交換功能，在與交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)時，只能組建星形網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的控制分站與交換機(jī)之間全部采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式連接，這樣不但消耗了大量的電纜或光纜，同時也占用了過多的交換機(jī)端口，從而增加了設(shè)備投入與施工成本。另外，市場現(xiàn)有的控制分站一般不具備大容量存儲功能，不能對控制分站自身的運(yùn)行狀態(tài)、接入的執(zhí)行和傳感設(shè)備的上報(bào)信息和狀態(tài)以及相關(guān)命令執(zhí)行情況進(jìn)行記憶，當(dāng)出現(xiàn)事故時難以分析事故原因，不利于使用在安全要求較高的場合。同時常用分站也沒有人機(jī)交互的鍵盤與顯示裝置，不方便設(shè)備的調(diào)試和日常維護(hù)。并且，常用分站一般不具備遠(yuǎn)程對分站固件進(jìn)行在線升級功能，如果需要對控制分站進(jìn)行調(diào)試或功能擴(kuò)展，需要親臨現(xiàn)場才能完成，增加了設(shè)備的實(shí)施和應(yīng)用成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種礦用本安型控制分站，可對多種信號量進(jìn)行采集和輸出、具備多種總線通信接口，可實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種礦用本安型控制分站，包括有微處理器，與微處理器連接的存儲器模塊和通信模塊，分別與微處理器信號輸入端連接的碼址產(chǎn)生模塊、頻率量采集模塊和開關(guān)量采集模塊，以及分別與微處理器信號輸出端連接的開關(guān)量輸出模塊、單極性串行異步編碼模塊和顯示模塊；所述的通信模塊包括有以太網(wǎng)交換機(jī)模塊、CAN總線通信接口模塊、RS-485通信接口模塊、FSK總線收發(fā)模塊和LIN通信接口模塊。所述的礦用本安型控制分站還包括無線鍵盤接口 ；所述的微處理器上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；所述的鍵盤接口、RS-485通信接口模塊和FSK總線收發(fā)模塊均與微處理器的UART接口連接，所述的以太網(wǎng)交換機(jī)模塊與微處理器的MII接口連接，所述的CAN總線通信接口模塊與微處理器的CAN控制器接口連接，所述的LIN通信接口模塊與微處理器的SPI接口連接。所述的存儲器模塊選用大容量存儲器模塊；所述的顯示模塊選用液晶顯示模塊。所述的碼址產(chǎn)生模塊通過兩個8421旋碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生控制分站在組成分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時所需的地址碼；所述的頻率量采集模塊通過隔離光耦和限流電路實(shí)現(xiàn)，組成8路頻率量檢測端口實(shí)現(xiàn)；所述的開關(guān)量采集模塊通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦以及限流電路實(shí)現(xiàn)，組成20路開關(guān)量采集端口 ；所述的開關(guān)量輸出模塊通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路開關(guān)量輸出端口 ；所述的單極性串行異步編碼模塊通過編碼芯片、模擬開關(guān)、譯碼器、隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路單極性串行異步編碼輸出端口。所述的以太網(wǎng)交換機(jī)模塊采用I個以太網(wǎng)物理層芯片和一個以太網(wǎng)交換機(jī)芯片組成2路以太網(wǎng)光信號接口和I路以太網(wǎng)電信號接口 ；控制分站之間可以通過光信號接口進(jìn)行以太網(wǎng)級聯(lián)組網(wǎng)。所述的鍵盤接口采用2. 4GHz射頻芯片設(shè)計(jì)，可通過無線的方式接入小型鍵盤，在調(diào)試和維護(hù)設(shè)備時，可在控制分站不開蓋的情況下向其發(fā)送相應(yīng)命令檢測其運(yùn)行情況和各個模塊功能是否正常。所述的大容量存儲器模塊采用64M byte Nand Flash設(shè)計(jì),可實(shí)時存儲控制分站自身的運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行和傳感設(shè)備的上報(bào)信息和狀態(tài)，以及主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令信息和控制分站控制執(zhí)行設(shè)備的相關(guān)信息。通過所述的FSK總線收發(fā)模塊、RS485通信接口模塊和CAN通信接口模塊可以分別進(jìn)行組網(wǎng)，構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；也可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)模塊接入以太網(wǎng)，并可同時使用總線通信和以太網(wǎng)通信組成混合網(wǎng)絡(luò)。所述的礦用本安型控制分站具備遠(yuǎn)程在線升級功能，通過地面主控計(jì)算機(jī)向井下控制分站發(fā)送升級命令和待更新的應(yīng)用程序文件，無需親臨現(xiàn)場即可完成對其應(yīng)用程序的更新，極大地方便了控制分站的調(diào)試維護(hù)以及在需要時對其功能進(jìn)行擴(kuò)展。所述的礦用本安型控制分站采用本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用在具有爆炸性氣體的危險(xiǎn)性場合。本實(shí)用新型的有益效果(I)、本實(shí)用新型具有多種信號采集和輸出接口，可接入多種不同類型的傳感和執(zhí)行設(shè)備，從而可用于多種監(jiān)測和控制系統(tǒng)；(2)、本實(shí)用新型具有多種通信接口和以太網(wǎng)交換機(jī)通信接口，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求通過總線組成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或通過太網(wǎng)交換機(jī)通信接口進(jìn)行級聯(lián)后接入以太網(wǎng)，并可同時使用總線通信和以太網(wǎng)通信組成混合網(wǎng)絡(luò)，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線升級功能，通過地面主控計(jì)算機(jī)向井下控制分站發(fā)送升級命令和待更新的應(yīng)用程序文件，無需親臨現(xiàn)場即可完成對其應(yīng)用程序的更新，極大地方便了控制分站的調(diào)試維護(hù)以及在需要時對其功能進(jìn)行擴(kuò)展；(3)、本實(shí)用新型具有無線鍵盤接口，可方便通過無線的方式接入小型鍵盤，在調(diào)試和維護(hù)設(shè)備時，可在控制分站不開蓋的情況下向其發(fā)送相應(yīng)命令檢測其運(yùn)行情況和各個模塊功能是否正常；[0022](4)、本實(shí)用新型的大容量存儲器模塊，可實(shí)時存儲控制分站自身的運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行和傳感設(shè)備的上報(bào)信息和狀態(tài)，以及主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令信息和控制分站控制執(zhí)行設(shè)備的相關(guān)信息。本實(shí)用新型用于組成礦井井下多種控制系統(tǒng)，實(shí)時針對井下車輛、人員、設(shè)備的監(jiān)測控制；具有維護(hù)便利、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，可以兼容CAN、以太網(wǎng)、RS485等多種工業(yè)總線，具有豐富的傳感、執(zhí)行信號的接入能力，且使用范圍廣大。

圖I為本實(shí)用新型的原理框圖。
具體實(shí)施方式
見圖1，一種礦用本安型控制分站，包括有微處理器1，與微處理器I連接的大容量存儲器模塊2、通信模塊和無線鍵盤接口 3，分別與微處理器I信號輸入端連接的碼址產(chǎn)生 模塊4、頻率量采集模塊5和開關(guān)量采集模塊6，以及分別與微處理器I信號輸出端連接的開關(guān)量輸出模塊7、單極性串行異步編碼模塊8和液晶顯示模塊9 ;通信模塊包括有以太網(wǎng)交換機(jī)模塊10、CAN總線通信接口模塊11、RS-485通信接口模塊12、FSK總線收發(fā)模塊13和LIN通信接口模塊14 ;微處理器I上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；無線鍵盤接口 3、RS-485通信接口模塊12和FSK總線收發(fā)模塊13均與微處理器I的UART接口連接，以太網(wǎng)交換機(jī)模塊10與微處理器I的MII接口連接，CAN總線通信接口模塊11與微處理器I的CAN控制器接口連接，LIN通信接口模塊14與微處理器的SPI接口連接。本實(shí)用新型的使用原理大容量存儲器模塊2采用64M byte Nand Flash設(shè)計(jì)，可實(shí)時存儲控制分站自身的運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行和傳感設(shè)備的上報(bào)信息和狀態(tài)，以及主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令信息和控制分站控制執(zhí)行設(shè)備的相關(guān)信息；無線鍵盤接口 3采用2. 4GHz射頻芯片設(shè)計(jì)，可通過無線的方式接入小型鍵盤，在調(diào)試和維護(hù)設(shè)備時，可在控制分站不開蓋的情況下向其發(fā)送相應(yīng)命令檢測其運(yùn)行情況和各個模塊功能是否正常；碼址產(chǎn)生模塊4通過兩個8421碼旋碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生控制分站在組成分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時所需的地址碼；頻率量采集模塊5通過隔離光耦和限流電路實(shí)現(xiàn)，組成8路頻率量檢測端口實(shí)現(xiàn)，對(732 - 1379) Hz的脈沖信號進(jìn)行檢測，控制分站可將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所采集設(shè)備的工作狀態(tài)，并通過液晶顯示模塊9進(jìn)行顯示；開關(guān)量采集模塊6通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦以及限流電路實(shí)現(xiàn)，組成20路開關(guān)量采集端口，對接入控制分站的開關(guān)量類型設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測，并通過液晶顯示模塊9進(jìn)行顯示；開關(guān)量輸出模塊7通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路開關(guān)量輸出端口，對接入控制分站的開關(guān)量類型設(shè)備進(jìn)行控制；單極性串行異步編碼模塊8通過編碼芯片、模擬開關(guān)、譯碼器、隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路單極性串行異步編碼輸出端口，負(fù)責(zé)輸出包含地址和數(shù)據(jù)的編碼信息從而控制具備同類型接口的設(shè)備；以太網(wǎng)交換機(jī)模塊10采用一個以太網(wǎng)物理層芯片和一個以太網(wǎng)交換機(jī)芯片組成兩路以太網(wǎng)光信號接口和一路以太網(wǎng)電信號接口，使控制分站之間可以通過光信號接口進(jìn)行以太網(wǎng)級聯(lián)組網(wǎng)；可以通過CAN總線通信接口模塊11、RS-485通信接口模塊12、FSK總線收發(fā)模塊13和LIN通信接口模塊14分別進(jìn)行組網(wǎng)，構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；也可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)模塊10接入以太網(wǎng)，并 可同時使用多種總線通信接口和以太網(wǎng)通信組成混合網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求1.一種礦用本安型控制分站，其特征在于包括有微處理器，與微處理器連接的存儲器模塊和通信模塊，分別與微處理器信號輸入端連接的碼址產(chǎn)生模塊、頻率量采集模塊和開關(guān)量采集模塊，以及分別與微處理器信號輸出端連接的開關(guān)量輸出模塊、單極性串行異步編碼模塊和顯示模塊；所述的通信模塊包括有以太網(wǎng)交換機(jī)模塊、CAN總線通信接口模塊、RS-485通信接口模塊、FSK總線收發(fā)模塊和LIN通信接口模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種礦用本安型控制分站，其特征在于所述的礦用本安型控制分站還包括無線鍵盤接口 ；所述的微處理器上包括有UART接口、MII接口、CAN控制器接口和SPI接口 ；所述的鍵盤接口、RS-485通信接口模塊和FSK總線收發(fā)模塊均與微處理器的UART接口連接，所述的以太網(wǎng)交換機(jī)模塊與微處理器的MII接口連接，所述的CAN總線通信接口模塊與微處理器的CAN控制器接口連接，所述的LIN通信接口模塊與微處理器的SPI接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種礦用本安型控制分站，其特征在于所述的存儲器模塊選用大容量存儲器模塊；所述的顯示模塊選用液晶顯示模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型控制分站，其特征在于所述的碼址產(chǎn)生模塊通過兩個8421旋碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生控制分站在組成分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時所需的地址碼；所述的頻率量采集模塊通過隔離光耦和限流電路實(shí)現(xiàn)，組成8路頻率量檢測端口實(shí)現(xiàn)；所述的開關(guān)量采集模塊通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦以及限流電路實(shí)現(xiàn)，組成20路開關(guān)量采集端口 ；所述的開關(guān)量輸出模塊通過D邊沿觸發(fā)器與隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路開關(guān)量輸出端口 ；所述的單極性串行異步編碼模塊通過編碼芯片、模擬開關(guān)、譯碼器、隔離光耦實(shí)現(xiàn)，組成4路單極性串行異步編碼輸出端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型控制分站，其特征在于所述的以太網(wǎng)交換機(jī)模塊采用I個以太網(wǎng)物理層芯片和一個以太網(wǎng)交換機(jī)芯片組成2路以太網(wǎng)光信號接口和I路以太網(wǎng)電信號接口 ；控制分站之間可以通過光信號接口進(jìn)行以太網(wǎng)級聯(lián)組網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用本安型控制分站，其特征在于所述的鍵盤接口采用2.4GHz射頻芯片設(shè)計(jì)，可通過無線的方式接入小型鍵盤，在調(diào)試和維護(hù)設(shè)備時，可在控制分站不開蓋的情況下向其發(fā)送相應(yīng)命令檢測其運(yùn)行情況和各個模塊功能是否正常。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用本安型控制分站，其特征在于所述的大容量存儲器模塊采用64M byte Nand Flash設(shè)計(jì),可實(shí)時存儲控制分站自身的運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行和傳感設(shè)備的上報(bào)信息和狀態(tài)，以及主控計(jì)算機(jī)下發(fā)的控制命令信息和控制分站控制執(zhí)行設(shè)備的相關(guān)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型控制分站，其特征在于通過FSK總線收發(fā)模塊、RS485通信接口模塊和CAN通信接口模塊可以分別進(jìn)行組網(wǎng)，構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；也可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)模塊接入以太網(wǎng)，并可同時使用總線通信和以太網(wǎng)通信組成混合網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型控制分站，其特征在于所述的礦用本安型控制分站采用本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用在具有爆炸性氣體的危險(xiǎn)性場合。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用本安型控制分站，包括有微處理器，存儲器模塊、通信模塊、碼址產(chǎn)生模塊、頻率量采集模塊、開關(guān)量采集模塊、開關(guān)量輸出模塊、單極性串行異步編碼模塊和顯示模塊；通信模塊包括有以太網(wǎng)交換機(jī)模塊、CAN總線通信接口模塊、RS-485通信接口模塊、FSK總線收發(fā)模塊和LIN通信接口模塊。本實(shí)用新型具有多種信號采集和輸出接口，可接入多種不同類型的傳感和執(zhí)行設(shè)備，從而可用于多種監(jiān)測和控制場合。同時，本實(shí)用新型具有多種總線通信接口，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求通過總線組成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并可同時使用總線通信和以太網(wǎng)通信組成混合網(wǎng)絡(luò)，可有效增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號G05B19/418GK202735809SQ201220368540
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月29日
發(fā)明者魏臻, 程運(yùn)安, 彭震, 鮑紅杰, 徐自軍, 胡敏, 徐偉, 李謙 申請人:合肥工大高科信息科技股份有限公司