煤矿井下环境报警器

1.本实用新型涉及井下环境监测设备，具体是一种煤矿井下环境报警器。

背景技术：

2.随着我国煤炭开采业的发展以及人们在井下安全意识的提高，越来越重视对矿井煤炭开采过程各种数据的监控，井下的各种变量，如氧气浓度、一氧化碳浓度和井下温度值体现了井下环境的安全性，是监控的重点指数。
3.最初的便携式检测设备往往只能检测单一信号，如要检测多种信号则需要携带多种设备。为方便检测，本领域技术人员研发了一种集合了多个检测器的井下数据检测装置，专利号为：cn202021420136.5，公开号cn213275568u，授权公告日20210525，该专利公开了一种智能煤矿数据采集监测系统，包括：显示屏、主控制模块中央处理器、数据存储模块、监控摄像机、报警模块、电源模块、从控制模块中央处理器、信号转换芯片、rs485芯片、传感器模块；从控制模块中央处理器连接各种传感器，从控制模块中央处理器通过can总线与主控制模块中央处理器相连，主控制模块中央处理器用于处理从控制模块中央处理器传送来的数据，并按一定设置显示数据、报警处理等。
4.目前，大量煤矿矿井在井下依旧在沿用旧的固定式检测设备，传感器采用4-20ma弱电流输出传感器，设备供电采用线缆供电，信息传递采用光纤通信，不可控因素多。
5.现有的井下检测设备，传感数据传输主要依靠光缆，大多采用光纤进行信号传输，需要沿井道铺设光缆；检测设备供电一般采用工程电源，一般同样需要布电线，布线过程受场地约束大，很难实现远距离监控。且当发生诸如采空区跨塌时，光缆或电线易被砸断；不可控因素多，设备及线缆维护难度大。
6.一般的传感器输出为4-20ma弱电流，工程供电为220v，需要将220v电源其转换为0-5v单片机可接受的电压信号，调理难度大，输出存在偏差。

技术实现要素：

7.本实用新型要解决的问题：现有技术中井下检测设备检测端通过线缆向服务器传输数据，也通过线缆供电，线路容易遭到出现故障，尤其事故发生时容易损坏，事故中无法保持信号传送；通信距离受限；布线不方便；长距离布线信号衰减较大，调理难度大。
8.本实用新型解决所述问题，采用的技术方案是：
9.一种煤矿井下环境报警器，包括温度传感器、一氧化碳数字传感器和氧气数字传感器，所述煤矿井下环境报警器由探测终端机和显示终端机组成；
10.探测终端机内设置有处理模块、无线通信模块发送端、电池和上述一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器；温度传感器为处理模块的内置温度传感器；一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器与处理模块的输入端相连；处理模块输出端与无线通信模块发送端相连；电池与处理模块、一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器和无线通信模块发送端电连接；探测终端机安装于井下采煤采空区内；
11.显示终端机内设置有无线通信模块接收端、串口显示屏和电池组，无线通信模块接收端与无线通信模块发送端无线通信，无线通信模块接收端与串口显示屏相连；电池组与无线通信模块接收端、串口显示屏电连接；显示终端机安装于井下采煤采空区外的安全工作区。
12.采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
13.①
本实用新型将数据显示端与探测端分开，探测端设置在安全风险较高的采空区，显示端设在安全工作区域，工作人员可在安全区读取到采空区内的数据，判断施工区是否安全，提高工人安全性，减少进入采空区的人员数量；
②
本实用新型采用无线射频模块代替线缆实现内外通信，采用电池代替电路供电，不需要铺设线路，解决线路易受损问题，尤其在井下发生事故后，仍能保持检测信号的传输，使外部人员了解事故区的情况；
③
电池供电电压与传感器工作电压接近，本实用新型采用电池供电相比于现有工程电源供电易于电路调理。
14.作为优选，本实用新型更进一步的技术方案是：
15.处理模块上安装微控制处理器，微控制处理器型号为stm32f103c8t6；微控制处理器输入端连接的一氧化碳传数字传感器和氧气数字传感器，通过解析9位16进制数字指令读取信息；通过启用stm32处理器内部通道adc12_in16来启用内部温度传感器。
16.显示终端机还包括蜂鸣器，蜂鸣器设置于串口显示屏电路上；无线通信模块为433mhz无线射频通信模块。
17.电池、电池组通过第一升压电路与一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器连接；电池、电池组通过第二升压电路与无线通信模块发送端、无线通信模块接收端相连。
18.电池和电池组均为蓄电型电池，电池可拆卸的安装于探测终端机中，电池组可拆卸的安装于显示终端机中。
19.探测终端机的机壳为防爆机壳。
附图说明
20.图1为本实用新型井下布置示意图；
21.图2为本实用新型探测终端机外形图；
22.图3为本实用新型探测终端机内部结构示意图；
23.图4为本实用新型显示终端机外形图；
24.图5为本实用新型显示终端机内部结构示意图；
25.图6本实用新型电路图之处理模块部分；
26.图6为本实用新型电路图之stm32处理器电路结构；
27.图7为本实用新型电路图之stm32处理器与通信模块连接的信号转换电路；
28.图8为本实用新型电路图之处理模块的外围端口；
29.图9为本实用新型电路图之处理模块启动方式电路；
30.图10为本实用新型电路图之处理模块的时针电路；
31.图11为本实用新型电路图之处理模块开关电路；
32.图12为本实用新型电路图之电池为通信模块供电的升压转换电路；
33.图13为本实用新型电路图之电池为传感器供电的升压转换电路。
34.图中：1、采空区；2、安全工作区；3、探测终端机；4、显示终端机；31、一氧化碳数字传感器；32、氧气数字传感器；33、处理模块；34、无线通信模块发送端；35、电池；41、串口显示屏；42、无线通信模块接收端；43、电池组。
具体实施方式
35.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，目的仅在于更好地理解本实用新型内容，因此，所举之例并不限制本实用新型的保护范围。
36.参见图1至图13，一种煤矿井下环境报警器包括温度传感器、一氧化碳数字传感器31和氧气数字传感器32，所述煤矿井下环境报警器由探测终端机3和显示终端机4组成；探测终端机3内设置有处理模块33、无线通信模块发送端34、电池35和上述一氧化碳数字传感器31、氧气数字传感器32；温度传感器为处理模块33的内置温度传感器；一氧化碳数字传感器31、氧气数字传感器32与处理模块33的输入端相连；处理模块33输出端与无线通信模块发送端34相连；电池35与处理模块33、一氧化碳数字传感器31、氧气数字传感器32和无线通信模块发送端34电连接；探测终端机3安装于井下采空区1内。
37.显示终端机4内设置有无线通信模块接收端42、串口显示屏41和电池组43，无线通信模块接收端42与无线通信模块发送端34无线通信，无线通信模块接收端42与串口显示屏41相连；电池组43与无线通信模块接收端42、串口显示屏41电连接；显示终端机4安装于井下采煤工作区域外的安全工作区2。
38.本实用新型处理模块上安装微控制处理器，微控制处理器型号为stm32f103c8t6；串口显示屏型号为tjc1612t118_011n，射频通信模块型号为400sl30-232。
39.本设备以stm32微控制处理器作为整个电路的控制中心，处理模块上为stm32微控制处理器配置了多种电路。stm32f103c8t6是一款基于arm cortex-m内核stm32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64kb，需要电压2v~3.6v，工作温度为-40
°
c~85
°
c。此款芯片多达9个通信接口，其中包括3个usart接口。另外还包括多达80个快速i/o口，7通道dma控制器，芯片中内嵌2个12位的模拟/数字转换器（adc），每个adc共用多达16个外部通道，温度传感器被关联在adc12_in16的输入通道上，用于将传感器的输出转换为数字数值。
40.本实用新型的主要功能是由stm32处理模块处理传感器（如一氧化碳数字传感器或氧气数字传感器）发送的信号，解析信号后再将信号通过无线射频模块发送端（即无线通信模块发送端34）发出，接收端接收到信号后再将信号显示在屏幕（串口显示屏41）中，以此实现相关信息的实时监控。
41.所述氧气数字传感器32、一氧化碳数字传感器31连接处理模块33串口输入端，传感器工作时会向stm32处理器发送9位16进制数字指令，由处理模块33解析指令读取井下工作区氧气和一氧化碳浓度值。温度传感器采用stm32内部温度传感器，该温度传感器为电压输出，stm32处理器通过读取其内置温度传感器工作时的电压值并进行相应处理得到温度值，该内部温度传感器输出电压范围是2v-3.6v，对应的温度值为-40~125℃，需要使用时启用对应到stm32处理器内部温度传感器的通道即可。三种传感器采集的外界信号作为整个电路的信号输入。
42.信号传输部分由两个通信模块完成，采用433mhz无线射频通信模块，一个作为发送端，另一个作为接收端。stm32处理器通过解析三种传感器发送的信号，得出当前一氧化
碳浓度、氧气浓度以及温度值，之后对所得数据按照相应格式通过串口发送给433mhz无线射频通信模块发送端，由433mhz无线射频发送端发出信号，433mhz无线射频接收端接到信号，通过对两个无线射频通信模块进行相应配置，如信道设置、波特率设置等实现信号收发和屏蔽外界信号干扰，由信号接收端将收集到的信息传送给串口屏实现显示。传感器不限于上述一氧化碳数字传感器和氧气数字传感器。本实用新型探测终端机安装于采煤采空区，显示终端机安装于距离采空区不远的安全工作区域，工作人员可在相对更安全的位置即可读取工作面的情况数据，以此读取实时信息。
43.本实用新型电源部分采用了电池为电路供电，本说明中为区分探测终端机与显示终端的供电部件，将探测终端机中的电源命名为电池，将显示终端机中的电源命名为电池组，实际它们可以是相同的元件。电池35、电池组43均为蓄电型电池，且均是可拆卸的安装于探测终端机3或显示终端机4中。传感器的工作电压为5v，433mhz无线射频通信模块的工作电压是12v，电池和蓄电池供电时需要通过升压电路调理后为传感器、无线射频通信模块和微控制处理器供电。整套电路功耗低，工作电流小于50ma,独立电源供电情况下预计至少可使用半年以上。显示终端机中，电源部分由电池组43和升压电路构成，电池组43连接升压电路，进而与串口显示屏41相连。整个设备电路完成后，加装防爆式外壳，当发生诸如采空区跨塌时可进行有效预防，保证整个电路安全运行。通过实测，设备在有建筑物情况下信号传输距离可达400米以上。
44.与传统方案相比，本实用新型具有如下有益效果：1.采用了新式数字传感器，在信号解析方面，直接解析传感器发送的9位十六进制数字信号指令，不需要二次标定，不论从准确度还是方便程度都要优于传统需要读取微弱电流的传感器。2.电池组供电，克服了井下需要线缆供电的缺点。3.本设备采用433mhz无线射频模块进行信号传输，该方式优点在于433mhz波段信号传输距离长、穿透能力、绕射能力强，且传输进程衰减小，可实现远程监控。4.由于未采用线缆集中供电以及信号传输，维护难度小。5.外部采用防爆外壳，设备不易被坠落岩石以及煤块损坏。
45.本实用新型结构简单，功能性强，安全可靠、可实现远距离信号监测，解决了目前井下固定式以及便携式传感器检测方式单一、检测结果存在较大偏差，固定式采用线缆式供电及信号传输存在的线缆维护难度大风险、传输耗电量大等问题，且相较于便携式传感器，大大提高了续航时间等问题，可有效保证生产安全、人员安全、具有广泛应用前景。
46.以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

技术特征：

1.一种煤矿井下环境报警器，包括温度传感器、一氧化碳数字传感器和氧气数字传感器，其特征在于：所述煤矿井下环境报警器由探测终端机和显示终端机组成；探测终端机内设置有处理模块、无线通信模块发送端、电池和上述一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器；温度传感器为处理模块的内置温度传感器；一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器与处理模块的输入端相连；处理模块输出端与无线通信模块发送端相连；电池与处理模块、一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器和无线通信模块发送端电连接；探测终端机安装于井下采煤采空区内；显示终端机内设置有无线通信模块接收端、串口显示屏和电池组，无线通信模块接收端与无线通信模块发送端无线通信，无线通信模块接收端与串口显示屏相连；电池组与无线通信模块接收端、串口显示屏电连接；显示终端机安装于井下采煤采空区外的安全工作区。2.根据权利要求1所述煤矿井下环境报警器，其特征在于：处理模块上安装微控制处理器，微控制处理器型号为stm32f103c8t6；微控制处理器输入端连接的一氧化碳传数字传感器和氧气数字传感器，通过解析9位16进制数字指令读取信息；通过启用stm32处理器内部通道adc12_in16来启用内部温度传感器。3.根据权利要求1所述煤矿井下环境报警器，其特征在于：显示终端机还包括蜂鸣器，蜂鸣器设置于串口显示屏电路上；无线通信模块为433mhz无线射频通信模块。4.根据权利要求1所述煤矿井下环境报警器，其特征在于：电池、电池组通过第一升压电路与一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器连接；电池、电池组通过第二升压电路与无线通信模块发送端、无线通信模块接收端相连。5.根据权利要求1所述煤矿井下环境报警器，其特征在于：电池和电池组均为蓄电型电池，电池可拆卸的安装于探测终端机中，电池组可拆卸的安装于显示终端机中。6.根据权利要求1所述煤矿井下环境报警器，其特征在于：探测终端机的机壳为防爆机壳。

技术总结

本实用新型涉及一种煤矿井下环境报警器，由探测终端机和显示终端机组成；探测终端机内设置有处理模块、无线通信模块发送端、电池和一氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器；一氧化碳数字传感器、氧气数字传感器与处理模块的输入端相连；处理模块输出端与无线通信模块发送端相连；探测终端机安装于井下采煤采空区内；显示终端机内设置有无线通信模块接收端、串口显示屏和电池组，无线通信模块接收端与无线通信模块发送端无线通信，无线通信模块接收端与串口显示屏相连；显示终端机安装于井下采煤采空区外的安全工作区，本方案电源电压与应用器件工作电压差距小，易于电路调理；施工区外获取环境数据，方便、快捷、安全；无线通信，信号不易中断。号不易中断。号不易中断。