煤矿用自诊断一氧化碳传感器及自诊断方法

摘要

本发明涉及煤矿用自诊断一氧化碳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模块电连接中央处理器，本安电源还顺序电连接电源转换模块、一氧化碳检测电路、中央处理器，电源转换模块还电连接输出端口复用电路，电池转换模块电连接电源转换模块，中央处理器还分别红外连接红外遥控器，电连接显示模块，特点在于中央处理器电连接控制RS485通信模块、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一氧化碳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，同时实现了红外遥控，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，对一氧化碳元件的自诊断及信息传输。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿用传感器技术领域，涉及煤矿用一氧化碳传感器，尤其涉及煤矿用自诊断的一氧化碳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。特别是现有煤矿用一氧化碳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通信模块或频率输出端或电流输出端，目前不同矿山所采用的制式不同在选用时会造成不匹配等状况，一氧化碳传感器的自诊断功能不完善。

发明内容

针对现有煤矿用一氧化碳传感器所存在的技术问题，增加其一氧化碳传感器自行诊断功能，提供一种能够自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的自诊断的煤矿用一氧化碳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一氧化碳传感器，包括：本安外壳内本安电源101电连接电池转换模块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、一氧化碳检测电路104、中央处理器105，电源转换模块103还电连接输出端口复用电路111，电池转换模块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遥控器110，电连接显示模块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：无线模块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1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PORT_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1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1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、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。

其中：一氧化碳检测电路包括一氧化碳元件U7的1管脚与U8A的1管脚相接，U7的2管脚经过电阻R51连接到U8B的6管脚，U7的3管脚经过电阻R41和R42连接到U8A的2管脚，无极性电容C13分别与U7的1管脚和电阻R42连接，Q17的S端接U7的2管脚，D端接U7的3管脚，G端经过电阻R49接+3V3电源，U8A的3管脚经过电阻R45与U8B的6管脚相连，U8A的4管脚接地，U8A的8管脚接+3V3电源，U8B的5管脚经过R55电阻接1V2电源，电容C19和电阻R50的两端分别与U8B的6管脚和7管脚形成并联关系，P1的1管脚经过R54与U8B的7管脚相连，电阻R56一端接地，一端与P1的1脚相连，电容C24与R56并联，P1的2管脚接1V2电源，P1的3管脚接+3V3电源，P1的4管脚接地，D6一端接U8B的6管脚，一端接1V2电源，C25的一端接+3V3电源，一端接地，U14经过电阻R76接地，另一端接1V2电源和R59，R59接+3V3电源和C25，电容C14正极接+3V3电源，负极接地，无极性电容C15和C16与C14并联。

提供一种煤矿用自诊断一氧化碳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PORT_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；当PORT_CTRL1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PORT_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。

其中：一氧化碳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自诊断一氧化碳传感器的初始状态时，无法校准或无法调整，认为一氧化碳元件损坏，否则一氧化碳元件无损坏。

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，同时实现了红外遥控，通过自诊断方法对中央处理器的软件编程，实现了本发明对电流型、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，同时实现了对一氧化碳元件的自诊断及信息传输。

附图说明

图1.本发明第一实施例结构原理图；

图2.本发明电源转换模块原理图；

图3.本发明一氧化碳检测电路原理图；

图4.本发明RS485通信模块原理图；

图5.本发明输出端口复用电路原理图；

图6.本发明显示模块原理图；

图7.本发明电池转换模块原理图；

图8.本发明第二实施例结构原理图；

图9.本发明无线模块原理图。

具体实施方式

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. 电池转换模块，103. 电源转换模块，104. 一氧化碳检测电路，105. 中央处理器，106. RS485通信模块，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. 无线模块。

第一实施例

结合图1.本发明第一实施例结构原理图，一种煤矿用自诊断一氧化碳传感器，包括：本安外壳内本安电源101电连接电池转换模块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、一氧化碳检测电路104、中央处理器105，电源转换模块103还电连接输出端口复用电路111，电池转换模块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遥控器110，电连接显示模块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.本发明电源转换模块原理图，其中：电源转换模块为通用模块， J1接本安电源输入端口，+10V接电池转换模块输入端口，DC+ 9～24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供一氧化碳检测电路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电源转换模块输出端口接入。

结合图3.本发明一氧化碳检测电路，其中：一氧化碳元件U7的1管脚与U8A的1管脚相接，U7的2管脚经过电阻R51连接到U8B的6管脚，U7的3管脚经过电阻R41和R42连接到U8A的2管脚，无极性电容C13分别与U7的1管脚和电阻R42连接，Q17的S端接U7的2管脚，D端接U7的3管脚，G端经过电阻R49接+3V3电源，U8A的3管脚经过电阻R45与U8B的6管脚相连，U8A的4管脚接地，U8A的8管脚接+3V3电源，U8B的5管脚经过R55电阻接1V2电源，电容C19和电阻R50的两端分别与U8B的6管脚和7管脚形成并联关系，P1的1管脚经过R54与U8B的7管脚相连，电阻R56一端接地，一端与P1的1脚相连，电容C24与R56并联，P1的2管脚接1V2电源，P1的3管脚接+3V3电源，P1的4管脚接地，D6一端接U8B的6管脚，一端接1V2电源，C25的一端接+3V3电源，一端接地，U14经过电阻R76接地，另一端接1V2电源和R59，R59接+3V3电源和C25，电容C14正极接+3V3电源，负极接地，无极性电容C15和C16与C14并联。

结合图4.本发明RS485通信模块原理图，其中：RS485通信模块为通用模块， U4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1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PORT_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1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1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、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：显示模块为通用模块，采用通用高亮度八段数码管，显示数值。

结合图7.本发明电池转换模块原理图，其中：电池转换模块为通用模块。

第二实施例

结合图8.本发明第二实施例结构原理图，一种煤矿用自诊断一氧化碳传感器，包括：本安外壳内本安电源101电连接电池转换模块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、一氧化碳检测电路104、中央处理器105，电源转换模块103还电连接输出端口复用电路111，电池转换模块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遥控器110，电连接显示模块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，中央处理器CPU105还电连接无线模块112。

其中：中央处理器10选用STM32F103V8T6型号的。

结合图2.本发明电源转换模块原理图，其中：电源转换模块为通用模块， J1接本安电源输入端口，+10V接电池转换模块输入端口，DC+ 9～24V供电电源一路经DC/DC变换器，变换成+5V供一氧化碳检测电路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电源转换模块输出端口接入。

结合图3.本本发明一氧化碳检测电路，其中：一氧化碳元件U7的1管脚与U8A的1管脚相接，U7的2管脚经过电阻R51连接到U8B的6管脚，U7的3管脚经过电阻R41和R42连接到U8A的2管脚，无极性电容C13分别与U7的1管脚和电阻R42连接，Q17的S端接U7的2管脚，D端接U7的3管脚，G端经过电阻R49接+3V3电源，U8A的3管脚经过电阻R45与U8B的6管脚相连，U8A的4管脚接地，U8A的8管脚接+3V3电源，U8B的5管脚经过R55电阻接1V2电源，电容C19和电阻R50的两端分别与U8B的6管脚和7管脚形成并联关系，P1的1管脚经过R54与U8B的7管脚相连，电阻R56一端接地，一端与P1的1脚相连，电容C24与R56并联，P1的2管脚接1V2电源，P1的3管脚接+3V3电源，P1的4管脚接地，D6一端接U8B的6管脚，一端接1V2电源，C25的一端接+3V3电源，一端接地，U14经过电阻R76接地，另一端接1V2电源和R59，R59接+3V3电源和C25，电容C14正极接+3V3电源，负极接地，无极性电容C15和C16与C14并联。

结合图4.本发明RS485通信模块原理图，其中：RS485通信模块为通用模块， U4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1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PORT_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1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1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、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：显示模块为通用模块，采用通用高亮度八段数码管，显示数值。

结合图7.本发明电池转换模块原理图，其中：电池转换模块为通用模块。

结合图9.本发明无线模块原理图，其中：无线模块为通用模块，无线数据传输采用的芯片是Nordic 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，采用红外遥控器设定信号输出类型，对应将输出端接入后，红外遥控器校准并调整本发明的初始状态，在有线信号正常时，使用有线输出信号形式，当有线信号中断时，自启动无线信号输出形式。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一氧化碳传感器的自诊断方法的介绍。

第三实施例

一种煤矿用自诊断一氧化碳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PORT_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；当PORT_CTRL1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PORT_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。

其中：一氧化碳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自诊断一氧化碳传感器的初始状态时，无法校准或无法调整，认为一氧化碳元件损坏，否则一氧化碳元件无损坏。

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，同时对一氧化碳元件损坏进行自诊断，并对诊断信息进行传输。