[发明专利]一种矿井突水水源快速判别设备

摘要

本发明公开了一种矿井突水水源快速判别设备，外壳面板上设有电源输入接口、开机/关机按钮、模式转换开关、功能按钮、显示屏、Micro-USB接口和离子电极连接线接口；置于外壳内部的电路板以单片机为核心连接显示屏、A/D转换模块、存储器、功能按钮、micro-USB接口和电源模块；根据建立突水水源判别流程体系的方法通过对存储器中已知水源类别样本分析，自动建立基于特征离子的矿井突水水源判别流程体系，离子电极检测水样，单片机根据能斯特方程计算得到实际的离子浓度，依据突水水源判别流程体系进行快速判别。本发明将特征离子检测突水水源判别进行集成，自动分析样本，构建判别体系，判别速度快、准确率高、携带方便。

主权项

一种矿井突水水源快速判别设备，包括：置于外壳(C1)内部的电路板(A)，外壳(C1)上设有电源输入接口(C11)、开机/关机按钮(C3)、模式转换开关(C2)、显示屏(A2)、Micro‑USB接口(A7)和离子电极连接线接口(C12)，以及功能按钮(C4～C10)：分别为四方向控制键盘组合(C4)、待识别水源类型设定功能按钮(C5)、根据水质样本构建突水水源判别流程体系功能按钮(C6)、突水水源判别流程体系调整与设置功能按钮(C7)、检测离子指标切换功能按钮(C8)、检测离子浓度功能按钮(C9)和突水水源判别功能按钮(C10)；所述电路板(A)上以单片机(A1)为核心，连接显示屏(A2)、A/D转换模块(A4)、存储器(A5)、扩展键盘模块(A6)、micro‑USB接口(A7)和电源模块(A8)；其特征在于：所述功能按钮(C4～C10)和开机/关机按钮(C3)通过I/O方式与单片机(A1)连接，离子电极传感器(D3)通过连接线(D2)与离子电极连接线接口(C12)相连，并和A/D转换模块(A4)之间通过I/O方式连接，A/D转换模块(A4)通过串口方式与单片机(A1)连接，显示屏(A2)和单片机(A1)之间通过并行方式连接，存储器(A5)通过I/O方式与单片机(A1)连接，Micro‑USB接口(A7)通过I/O方式与单片机(A1)连接，对外则通过Micro‑USB接口(A7)和PC机USB接口连接，模式转换开关(C2)与可调电位器(A11)通过I/O方式连结；所述功能按钮(C4～C10)采用数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7289扩展键盘模块(A6)，离子选择性电极(A3)根据具体测定的需要分别选择采用相应的测定氯离子、硫酸根离子、钙离子、钠离子或镁离子的离子选择性电极，存储器(A5)为带电可编程可擦除只读存储器，电源模块(A8)采用WOA50W系列一体化AC/DC电源，分别以端子式与单片机(A1)和A/D转换模块(A4)连接，输出一个5V和一个12V稳压电源，其中的5V稳压电源对单片机(A1)和A/D转换模块(A4)提供工作电源，12V稳压电源对运算放大器(A9)和存储器(A5)提供工作电源；通过调节外壳(C1)上与单片机(A1)连结的模式转换开关(C2)进行设定模式和运行模式的转换：在设定模式下，将矿井历来检测的、不同含水层类型水样的多个离子浓度的水样数据以表格形式保存在单片机的txt文档中，使用前先将其从单片机(A1)导入所述存储器(A5)中，根据实测获得的各水源类型以及每个水样的多个离子浓度数据通过Micro‑USB接口连接单片机(A1)导入，或者由功能按钮中的待识别水源类型设定功能按钮(C5)、根据水质样本构建突水水源判别流程体系功能按钮(C6)以及突水水源判别流程体系调整与设置功能按钮(C7)输入，采用单片机系统中常用的键盘加EEPROM的方法设置待识别水源类型，每一种水源类型的水样样本数不少于三个；显示采用静态驱动方式的4位LED在线显示离子浓度；在运行模式下，单片机(A1)输出控制驱动电路控制电磁阀门(A10)，进入突水水源判别流程系统，通过单片机(A1)的控制信号来实现对离子浓度的控制；所述通过单片机(A1)的控制信号来实现对离子浓度的控制为：依次选择从第一个离子指标到最后一个离子指标作为当前处理指标，对当前处理指标从小到大进行排序，从最小值开始，在最小值和最大值之间，依次选择排序后的相邻两个值的平均值作为阈值，每移动一次阈值，对所有的每个水样进行判别，判别时将该指标小于阈值的水样归为某种水源类型，或将该指标大于阈值的水样归为某种水源类型，其他水样归为新的待判样本，同时将待判水源类型中剔除该种水源类型，如此循环计算，直到选择的指标和阈值作为判别某种水源类型的判别准确率最高，则选定该指标、阈值及其大于还是小于阈值作为识别该种水源类型的特征离子、阈值和判别关系；如此循环，进入下一轮识别，直到所有水源类型都被识别出来，则水源类型识别的先后顺序、每个水源类型使用的特征离子指标、对应的阈值及其判别关系都确定下来，从而生成了突水水源判别流程体系；使用上述突水水源判别流程体系调整与设置功能按钮，调出突水水源判别流程体系，使用四方向控制键选择判别顺序编号为1的参数，所述参数为该判别顺序编号对应的水源类型、特征离子、阈值和判别关系，从待识别水源类型中选择首先判别的水源类型,从水样离子指标中选择该水源类型的特征离子指标，设定该离子指标用于判别选定水源类型的的阈值，设定判别时使用的判别关系；然后设置判别顺序为2的参数，从未设置的待识别水源类型中选择第2判别的水源类型，并从水样离子指标中选择该水源类型的特征离子指标，设定该离子指标用于判别选定水源类型的的阈值，设定判别时使用的判别关系；以此类推，对判别顺序加1进行逐个设置，直到完成倒数第二个待识别水源类型，同时将最后一个未设置的待识别水源类型设定为最后一个识别水源类型，且最后一个识别水源类型的特征离子、阈值和判别关系为空值；突水水源判别流程体系的参数以顺序编号、水源类型、特征离子、阈值、判别关系字段方式存储在存储器(A5)中；使用离子电极传感器(A3)测试水样，得到对应的模拟电压信号，然后再通过A/D转换模块(C11)变成数字信号传入单片机(A1)，单片机(A1)根据能斯特方程计算得到实际的离子浓度，并将计算结果在显示屏(A2)显示出来；根据所述突水水源判别流程体系中的判别顺序，依次选用水源类型对应的特征离子所对应的离子电极，测试特征离子浓度值，单片机根据判别关系比较特征离子浓度检测数值和突水水源判别流程体系中的该特征离子的阈值，判别突水水样是否为该水源类型：如果是，则识别突水水源结束；否则按照突水水源判别流程体系中的判别顺序，进一步判别水样是否为其他水源类型，直到判别出水样的水源类型。