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专利号: 201510291941X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测量矿井粉尘浓度的智能传感器,其特征在于,包括静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、显示模块以及带软件功能的微处理器;所述静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器依次连接,所述微处理器与显示模块连接;其中,所述静电感应电极将震动信号转换为电荷信号,电荷信号经信号放大电路放大、滤波电路的滤波处理后传输给微处理器,所述微处理器将数据采集以及对数据进行误差自校正处理后,将校正后的数据以及传感器工作状态在显示模块中显示出来;其中:所述微处理器为32位的以ARM Cortex-M3为内核的STM32F107芯片,上述ARM Cortex-M3内核使用三级流水线哈佛构架,运用分支预测、单周期乘法和硬件除法功能实现了

1.25DMIPS/MHz的运算效率,STM32的时钟频率最高为72MHz,STM32F107芯片内集成有256KB的FLASH和64KB的SRAM,STM32F107芯片包括12位的ADC模块、定时器模块、SPI同步串行模块、USART异步串行模块、CAN通信模块以及支持10M/100M自适应网络的以太网模块;所述微处理器还外扩了256KB的存储器;

所述显示模块由四位的LED数码管显示电路和显示器构成,所述LED数码管显示电路采用动态扫描的显示方式,LED数码管采用动态显示模式,每个LED数码管的公共端都连接三极管来增加驱动能力;各个按键与微控制器端口之间接上拉电阻;所述智能传感器还包括键控模块,所述键控模块与微处理器连接;其中,所述键控模块发出键控指令后,所述微处理器根据指令检测由静电感应电极、信号放大电路以及滤波电路构成的数据输入通道的启动闭合;

所述智能传感器还包括报警模块,所述报警模块与微处理器连接;其中,所述键控模块发出键控指令后,在基于“校验和”算法基础上,所述微处理器根据指令对数据输入通道、ROM、RAM、键控模块进行自动检测,在发现异常时通过报警模块发出警报;以及/或者,所述微处理器根据指令对显示模块进行自动检测,在发现异常时在显示模块上显示;ROM 的“校验和”算法的具体步骤为:在ROM中预留一个单元,然后在该预留单元中写入校验字,使得ROM中的每一列形成奇数或偶数个“1”,最终使ROM的校验和为全“1”或全“0”;RAM的自检方法是检验其“读/写功能”的有效性,选用特征字55H和AAH来对RAM中的每个单元进行先写后读的操作;对于数据输入通道的自检,首先是智能传感器系统占用多路模拟开关的一个通道,然后接一个已知的标准电压,使系统对该电压进行A/D转换,将采样结果与系统内ROM中的预设值进行比较,若误差在允许范围内,则数据输入通道工作正常,反之则出现故障;显示模块的自检是让显示器的所有字段都发光;

所述智能传感器还包括外扩存储器,所述外扩存储器与微处理器连接,所述微处理器将接收、处理的数据存储在外扩存储器中;

所述智能传感器还包括通信接口模块,所述通信接口模块与微处理器连接,所述微处理器通过通信接口模块接收外部数据进行数据传输,或者接收外部指令并对数据输入通道、ROM、RAM、键控模块、显示模块以及通信接口模块外接设备进行检测;

所述通信接口模块包括配有4~20mA模拟电流通信接口、RS232/RS485串行通信接口、CAN总线通信接口或者RJ45以太网接口;

所述智能传感器还包括金属屏蔽外壳以及绝缘管;其中,所述金属屏蔽外壳表面安装显示模块、键控模块;所述金属屏蔽外壳内安装绝缘管,所述静电感应电极为螺旋式镶绕在绝缘管的外壁中间位置处的铜片,所述绝缘管内壁为粉尘颗粒流经的风道,所述绝缘管两端开口且导通;

所述微处理器内嵌到传感器系统中,用于信息处理、数据存储与记忆和实现矿井粉尘检测的过程自动化;

上述智能传感器对采集的静电信号与粉尘浓度信号之间对应关系的进行建模,通过模型得到的数据结果存在一定的误差,对上述误差进行自校正处理,上述自校正处理的过程为:通过实验获得有限对测试数据,利用上述测量数据求取近似函数。