一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度检测系统技术方案

一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度检测装置，主要由无线温度传感器，信号转发器和测温主机三大模块构成，每个模块均达到本安认证资格，在高爆环境下准确的监测各节点温度变化值，并及时与上位机进行通信。其中，所述无线温度传感器负责高爆开关内节点温度的实时采集并通过无线方式发送给信号转发器；所述信号转发器主要负责接收探头数据并进行片外存储，同时接收测温主机下发命令，并做出响应回复；所述测温主机主要负责在规定时间内查询所控制的信号转发器和无线温度传感器数据，并进行显示、预警等，同时通过以太网与井上工作站进行数据通信。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术专利主要涉及一种高爆环境下温度采集及传输系统，具体地说是一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度的检测与通信装置。
技术介绍
煤矿井下作业环境的特点在于其存在易燃易爆气体（如CH4、CO、H2等）、煤尘等潜在爆炸性危险因素。据不完全统计，30%左右的煤矿瓦斯煤尘爆炸事故中、70％以上的井下外因火灾事故由电气设备火花、机械设备过热或非金属材质点燃引起的。为防治瓦斯、煤尘爆炸事故发生，一方面要严格的措施监测、控制井下瓦斯煤尘浓度；另一方面要杜绝由于井下设备运转产生的电火花、电弧、热表面和灼热颗粒等一切能够引发瓦斯煤尘爆炸事故的点火源和高温热源，控制一切潜在的点火源及可产生高温热源的因素。因此加强对煤矿井下电气设备方面的研究具有重要的意义。目前对于电火花的控制已经有了比较成熟的控制设备，但市场上还未有一款电子设备能对矿下高压开关柜等能产生高温热源的设备进行有效的温度检测与实时监控，同时又需要满足国标中对防爆等级的要求，尤其是对高压开关柜内各个节点的温度检测，不仅需要精准可靠，还需要在正常工作的前提下不影响相间距，这对测温设备提出了更加严峻的考验。
技术实现思路
针对以上需求以及不足之处，该专利技术专利主要设计研发了一款可应用于井下煤矿高爆开关柜各节点温度的检测与通信装置，该装置具有体积小、测量准确、功耗低、实时高效、安装便捷等特点，且满足国标GB3836内相关本安要求的规定。本专利技术专利针对目前该方向存在的技术问题采取的解决方案是：一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度的检测与通信系统，该系统主要由三个模块构成：无线温度传感器，信号转发器和测温主机。其中，无线温度传感器安装在高爆开关内部每一个需要监测温度的节点上，该传感器每隔设定的时间自动测量所处位置的温度，并将测得温度数据发送给信号转发器；信号转发器安装在高爆开关内部，主要用于接收开关内部无线温度传感器的温度信号，将接收到的开关内所有温度传感器的温度信号统一编码打包后，发送给测温主机或开关保护，其中信号转发器配有两个天线，一个位于开关内部负责与温度传感器进行通信，另一个位于高爆开关外部负责与测温主机通信，同时信号转发器不仅具有无线传输方式，还具有RS485通信方式，具有多种选择；测温主机主要位于井下配电室或配电点，负责接收和管理本配电室内信号转发器及无线温度传感器，可发出温度异常警报，并具有显示、查询以及统计本主机管理的所有数据的功能。该系统中的无线温度传感器包括：主控模块IC及外围必要器件，及分别与主控模块相连接的感温元件、信号指示灯、无线收发模块和电源模块。所述无线收发模块包括采用2.4G射频发射器；所述电源模块为3.6V高性能锂电池，用以提供稳定的工作电源；所述感温元件采用接触式DS18B20直接获取节点温度信息并发送给单片机，所述单片机将接收到的温湿度数据信息通过射频发射器发送给信号转发器接收端。该系统中的信号转发器设计为矿用本安型，主要包括板外供电模块，提供板间电压；单片机最小系统，控制各个模块正常工作；无线收发模块，用于接收探头数据；数传电台模块，用于与测温主机之间无线通信；天线隔离模块，用于保证数传电台模块天线本安要求；硬件看门狗模块，保障程序正常；485ID设置模块，用于设置信号转发器识别地址；数据存储模块，用于存储接收探头数据；隔离485通信模块，保障485通信本安要求；LED数码管模块，显示探头温度值，便于观察。该系统的测温主机为矿用隔爆兼本安型。主要包括主要用于接收和管理本配电室内信号转发器及无线温度传感器，包括彩色显示屏，485隔离模块，433MHz无线接收模块、本安型鼠标模拟器以及以太网隔离模块等。采用主动下发命令的方式获取各个探头温度值，并通过以太网方式与井上测温工作站进行通信。优选地，所述温度传感器采用低功耗单片机，整个板子静态电流≤3uA。优选地，所述信号转发器中433MHz无线射频模块和RS485接收模块设计电路均采用本安隔离电路，且耐压值≥2500V。同时，电路设计过程中采用EMC电路设计，最大程度的减少了电路本身所存在的电磁干扰；信号转发器采用内部电源取电，且整个设备为矿用本安型。优选地，所述测温主机中的无线接收模块、以太网模块等电路设计采用本安隔离设计，耐压值≥2500V，在保证传输距离的前提下提高了耐压等级。附图说明下面结合附图对本专利技术专利作进一步说明：图1是本专利技术专利防爆开关内节点温度监测系统总体框图。图2是本专利技术专利无线温度传感器的原理框图。图3是本专利技术专利信号转发器的原理框图。图4是本专利技术专利测温主机的原理框图。具体实施方式参照说明书附图对本专利技术专利关于井下煤矿高爆开关内节点温度的检测与通信装置做以下说明。如图1所示，该系统主要由三个模块构成：无线温度传感器，信号转发器和测温主机，各个装置之间互相通信，完成信息的通信。图2主要为温度传感器部分，该装置的温度采集过程如下：1）根据现场情况单片机采取3中定时工作方式，调试阶段为快速定时时间2秒，2秒时间到，单片机对感温元件给予电平控制，获取当前温度值；正常发送阶段定时300秒，时间到则获取传感器数值；当温度发生突变则立马申请中断，定时时间变为立即发送；2）将温度传感器上得到的随温度变化的电压值送给单片机的AD变换作采样，单片机根据采样得到的电压值换算得到对应的温度值；3）每次数据发送完成后单片机采集电池当前电量；4）单片机判断采集温度是否发生变化，如果变化则立马唤醒射频模块，将采集数据第一时间以无线的方式上传给终端收发器；如果温度没有发生突变，则采用正常发送计时方式；5）单片机控制相应引脚，发送发数据后使单片机和射频模块进入低功耗状态，延长探头电池使用寿命。图3主要为信号转发器部分，该装置的具体实施过程如下：1）通过无线模块接收下属探头所发数据，并将数据存储在片外存储模块，随时等待测温主机调用，同时将数据轮流在数码管显示；2）数传电台模块或RS485方式用于接收测温主机命令和上传相关数据；3）基于信号转发器安装在高爆开关内部，采用了在不带电的情况下设置485地址，便于现场操作；4）采用内部看门狗以及外部硬件看门狗两种防范措施，保证程序正常运行。图4主要为测温主机部分，该装置的具体实施过程如下：1）测温主机主要通过无线模块或者485通信方式与信号转发器进行通信，同时通过以太网传输方式将数据上传井上测温工作站。该设备可用于工作人员井下数据观察，及时发现异常。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度检测装置，主要由无线温度传感器，信号转发器和测温主机三大模块构成，在高爆环境下准确的监测各节点温度变化值，并及时与上位机进行通信；其中，所述无线温度传感器负责高爆开关内节点温度的实时采集并通过无线方式发送给信号转发器；所述信号转发器主要负责接收探头数据并进行片外存储，同时接收测温主机下发命令，并做出响应回复；所述测温主机主要负责在规定时间内查询所控制的信号转发器和无线温度传感器数据，并进行显示、预警等，同时通过以太网与井上工作站进行数据通信。

【技术特征摘要】
1.一种应用于井下煤矿高爆开关柜节点温度检测装置，主要由无线温度传感器，信号转发器和测温主机三大模块构成，在高爆环境下准确的监测各节点温度变化值，并及时与上位机进行通信；其中，所述无线温度传感器负责高爆开关内节点温度的实时采集并通过无线方式发送给信号转发器；所述信号转发器主要负责接收探头数据并进行片外存储，同时接收测温主机下发命令，并做出响应回复；所述测温主机主要负责在规定时间内查询所控制的信号转发器和无线温度传感器数据，并进行显示、预警等，同时通过以太网与井上工作站进行数据通信。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆杰，刘宁宁，
申请(专利权)人：济南银澳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37