一种远距离供电的低功耗甲烷传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其控制器模块为整个传感器的控制中心，分别与其它各个模块连接；电源模块用于为整个传感器提供电能；甲烷传感器接口模块还与低浓度甲烷催化燃烧元件和高浓度热导元件连接；CAN通信模块还与外接接口连接，用于连接采集分站，进行通讯；报警模块用于实现报警功能；终端电阻监测模块还与外接终端电阻连接，用于终端电阻信号的传导；红外遥控接收模块用于接收红外光信号；其它传感器接口模块用于采集信号并将信号上传至控制模块。本实用新型专利技术支持远距离供电，一台本安电源可以接更多的传感器设备，远距离传输抗干扰及实时上报报警信息，避免本安电源上电时瞬间保护。

A Low Power Methane Sensor with Long Distance Power Supply

【技术实现步骤摘要】
一种远距离供电的低功耗甲烷传感器
本技术涉及煤矿监测装置，特别是涉及一种远距离供电的低功耗甲烷传感器。
技术介绍
目前市场上现有的矿用甲烷传感器电源电路设计采用了串联稳压型电源和开关型电源两种，其中串联稳压型电源存在转换效率低的问题不满足高电压远距离供电对电源转换效率的要求。而开关型电源电路由于存在上电瞬间冲击会造成本安电源供电保护的问题，进而造成了当本安电源配接多个设备时，当一个设备已经上电正常工作再接下一个设备时全部设备都会重启的问题。目前矿用传感器大多采用模拟频率信号或RS485信号进行传输，但实际应用过程中由于线缆质量、变频器干扰、传感器及采集分站的配接等问题会造成信号抗干扰能力极差。经常会出现冒大数、误报警、配接失败等问题，特别是在远距离配接时问题尤为严重。而RS485总线信号虽然解决了刚干扰的问题但是由于RS485总线是基于主从结构的通讯方式，即一条总线上只能由一台主机进行巡检而其他的设备只能是子站被巡检。这就造成了当其中一个传感器子设备出现报警等问题时会造成必须下次轮询时才能上报改信息，从而造成系统动作时间长的问题。另外由于目前矿用甲烷传感器大量使用的是催化燃烧式甲烷传感器，而催化燃烧甲烷传感器功耗较大而配接的本质安全型电源提供的电压一般为12V\18V\24V三种，特别是首次启动时由于导通电阻较小故启动电流较大。造成传感器远距离供电无法正常启动，而目前煤矿企业由于井下供电困难以及掘进巷道内必须实现远距离供电等问题造成目前传感器不能满足要求。根据上面列出的问题目前煤矿企业迫切需要一款能够解决上面问题的低功耗远距离供电抗干扰的矿用甲烷传感器。技术内容技术目的：为解决现有技术存在的问题，提供一种具备本安供电保护、抗干扰能力强、可以远距离供电的低功耗甲烷传感器。技术方案：为实现上述专利技术目的，本技术采用以下技术方案：一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，包括控制器模块、电源模块、甲烷传感器接口模块、CAN通信模块、报警模块、终端电阻监测模块和红外遥控接收模块，其中：控制器模块为整个传感器的控制中心，用于控制传感器的各个模块；电源模块用于为整个传感器提供电能；甲烷传感器接口模块一方面与控制模块连接，另一方面与低浓度甲烷催化燃烧元件和高浓度热导元件连接；CAN通信模块一方面与控制器模块连接，另一方面作为外接接口，用于连接采集分站，进行通讯；报警模块与控制器模块连接，用于实现报警功能；终端电阻监测模块一方面与控制器模块连接，另一方面与外接终端电阻连接，用于终端电阻信号的传导；红外遥控接收模块与控制模块连接，用于接收红外光信号。可选的，控制器模块包括MCU、以及分别通过IO口与MCU连接的供电电压检测单元、启动方式选择单元、恢复出厂设置单元、复位键单元、仿真接口单元和串口单元。可选的，电源模块的输入级包括Exia等级输入本安电源自限稳压保护模块，该模块起到将设备防爆等级提升至Exia等级及解决传感器本机启动电流大引起配接本安电源保护问题。可选的，Exia等级输入本安电源自限稳压保护模块的输入端J3接入9-24V电压，J3的第一引脚1与VIN连接，且与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极连接，第二二极管D2的负极一方面与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极与第二二极管D2的负极连接，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极和第三三极管Q3的集电极连接，第一电容C1的一端与第二三极管Q2的基极连接，另一端与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的发射极与第一三极管的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第七电容C7的一端连接，且与第一电感RB1的一端连接，第七电容C7的另一端接地，第一电感RB1的另一端与第八电容C8的一端连接，且与第三二极管D3的阳极连接，第八电容C8的另一端接地；第三二极管D3的阴极分别与第十三电容C13的正极、第十八电容C18的正极连接，第十三电容C13的负极和第十八电容C18的负极均接GND；第三二极管D3的阴极还与第三电容C3的一端、第四电容C4一端和U1的输入端连接；第三电容C3和第四电容C4的另一端均接GND；U1的GND外接GND，U1的输出端分别与第五电容C5的一端、第六电容C6的一端和电源连接，第五电容C5和第六电容C6的另一端均接GND；第三二极管D3的阴极还与VIN_after、第九电容C9、第十电容C10和U2的输入端Vin连接，U2的输出端Vout与第十一电容C11、第十二电容C12和3.3v电源连接，第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12的另一端均与U2的GND端一起接GND；第三三极管的发射极分别与第四电阻R4和第五电阻R5的一端连接，第四电阻R4和第五电阻R5的另一端接地，第三三极管Q3的基极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第二电容C2的一端连接，且与第四二极管D4的阴极连接，第二电容C2的另一端与第四二极管的阳极连接，且接地；第四二极管的阴极还与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二二极管D2的阴极连接；J3的第二引脚2通过第二电感RB2接地。可选的，甲烷传感器接口模块电路输出端分别与低浓度甲烷催化燃烧元件和高浓度热导元件连接，由控制器模块通过控制甲烷传感器接口模块电路的MOS管的通断，进而控制甲烷传感器接口模块的工作状态。可选的，甲烷传感器接口模块电路中低浓度甲烷催化燃烧元件J5和高浓度热导元件J6都是通过4脚的3.3V供电，3脚接GND，中间抽头是2脚用来采集测量信号；J5的第一引脚1与第二MOS管U2的漏极连接，且与一二极管的阴极连接，该二极管的阳极接GND；第二MOS管U2的漏极包含5脚、6脚、7脚和8脚，源极包含1脚、2脚和3脚；第二MOS管U2的源极接GND，栅极分别与第二十四电容C24、第六电阻R6和第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8和第二十四电容C24的另一端均接GND，第六电阻R6的另一端与MCU的CH_L引脚连接。J6的第一引脚1与第三MOS管U3的漏极连接，且与一二极管的阴极连接，该二极管的阳极接GND；第三MOS管U3的漏极包含5脚、6脚、7脚和8脚，源极包含1脚、2脚和3脚；第三MOS管U3的源极接GND，栅极分别与第1电容C1、第七电阻R7和第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10和第一电容C1的另一端均接GND，第七电阻R7的另一端与MCU的CH_H引脚连接。可选的，CAN通信模块包括CAN收发器U6、ESD放电器件D13、气体放电管D1、第四保险丝F4、第五保险丝F5、第十八电阻C18和输出端J8，其中，CAN收发器U6的3脚TXD和4脚RXD分别与MCU的PA11、PA12管脚直接连接，CAN收发器U6的1脚VDD33分别与3.3V电源和第十八电容C18连接，第十八电容C18的另一端接GND，CAN收发器U6的2脚GND接GND；7脚V0悬空，8脚CANH1通过第五保险丝F5与J8的3脚CANH连接，9脚CANL1通过第四保险丝F4与J8的2脚CANL连接，10脚CANG与J8的1脚CANG连接；气体放电管D1的两端分别与J8的2脚CANL和3脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其特征在于，包括控制器模块、电源模块、甲烷传感器接口模块、CAN通信模块、报警模块、终端电阻监测模块和红外遥控接收模块，其中：控制器模块为整个传感器的控制中心，用于控制传感器的各个模块；电源模块用于为整个传感器提供电能；甲烷传感器接口模块一方面与控制模块连接，另一方面与低浓度甲烷催化燃烧元件和高浓度热导元件连接；CAN通信模块一方面与控制器模块连接，另一方面作为外接接口，用于连接采集分站，进行通讯；报警模块与控制器模块连接，用于实现报警功能；终端电阻监测模块一方面与控制器模块连接，另一方面与外接终端电阻连接，用于终端电阻信号的传导；红外遥控接收模块与控制模块连接，用于接收红外光信号。

【技术特征摘要】
1.一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其特征在于，包括控制器模块、电源模块、甲烷传感器接口模块、CAN通信模块、报警模块、终端电阻监测模块和红外遥控接收模块，其中：控制器模块为整个传感器的控制中心，用于控制传感器的各个模块；电源模块用于为整个传感器提供电能；甲烷传感器接口模块一方面与控制模块连接，另一方面与低浓度甲烷催化燃烧元件和高浓度热导元件连接；CAN通信模块一方面与控制器模块连接，另一方面作为外接接口，用于连接采集分站，进行通讯；报警模块与控制器模块连接，用于实现报警功能；终端电阻监测模块一方面与控制器模块连接，另一方面与外接终端电阻连接，用于终端电阻信号的传导；红外遥控接收模块与控制模块连接，用于接收红外光信号。2.根据权利要求1所述的一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其特征在于，控制器模块包括MCU、以及分别通过IO口与MCU连接的供电电压检测单元、启动方式选择单元、恢复出厂设置单元、复位键单元、仿真接口单元和串口单元。3.根据权利要求1所述的一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其特征在于：电源模块的输入级包括Exia等级输入本安电源自限稳压保护模块，该模块起到将设备防爆等级提升至Exia等级及解决传感器本机启动电流大引起配接本安电源保护问题。4.根据权利要求3所述的一种远距离供电的低功耗甲烷传感器，其特征在于：Exia等级输入本安电源自限稳压保护模块的输入端J3接入9-24V电压，J3的第一引脚1与VIN连接，且与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极连接，第二二极管D2的负极一方面与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极与第二二极管D2的负极连接，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极和第三三极管Q3的集电极连接，第一电容C1的一端与第二三极管Q2的基极连接，另一端与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的发射极与第一三极管的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第七电容C7的一端连接，且与第一电感RB1的一端连接，第七电容C7的另一端接地，第一电感RB1的另一端与第八电容C8的一端连接，且与第三二极管D3的阳极连接，第八电容C8的另一端接地；第三二极管D3的阴极分别与第十三电容C13的正极、第十八电容C18的正极连接，第十三电容C13的负极和第十八电容C18的负极均接GND；第三二极管D3的阴极还与第三电容C3的一端、第四电容C4一端和U1的输入端连接；第三电容C3和第四电容C4的另一端均接GND；U1的GND外接GND，U1的输出端分别与第五电容C5的一端、第六电容C6的一端和电源连接，第五电容C5和第六电容C6的另一端均接GND；第三二极管D3的阴极还与VIN_after、第九电容C9、第十电容C10和U2的输入端Vin连接，U2的输出端Vout与第十一电容C11、第十二电容C12和3.3v电源连接，第九电容C9、第十电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：连振中，赵永强，王坤，朱红星，庞佳，董庆伟，
申请(专利权)人：南京北路自动化系统有限责任公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32