礦用本安型聲光報警器的設(shè)計(jì)

礦用本安型聲光報警器的設(shè)計(jì)

0聲光報警器安型超聲波清洗機(jī)是一種同時發(fā)送噪音和警告的警告裝置，不干擾易受氣體泄漏的警告裝置。可以配合關(guān)聯(lián)的控制設(shè)備使用,也可以和手動報警按鈕配合使用。適用于危險場所,因此在煤礦井下得到廣泛的應(yīng)用。目前,井下使用的本安型聲光報警器其觸發(fā)信號多為直流觸發(fā)形式,且功能較簡單。實(shí)際使用中煤礦井下操作人員往往希望能夠根據(jù)打點(diǎn)點(diǎn)數(shù)的不同相互交流信息。因此,本文根據(jù)國標(biāo)GB3836.4-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備相關(guān)規(guī)定,設(shè)計(jì)了一款能夠區(qū)分打點(diǎn)點(diǎn)數(shù)并給出起車信號,既適用于直流觸發(fā)也適用交流觸發(fā)的本安型聲光報警器。1主運(yùn)巷安電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由本安電源電路和聲光報警電路兩大模塊組成,其中本安電源部分由降壓整流電路、二級DC/DC變換電路,過壓過流雙重保護(hù)電路構(gòu)成,報警電路包含語音報警電路和LED發(fā)光陣列電路。另外,本報警器設(shè)計(jì)了交流觸發(fā)電路并且采用繼電器輸出方式切換安全運(yùn)行狀態(tài)和報警狀態(tài)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。本安電源首先將井下127V交流輸入經(jīng)過變壓器隔離降壓整流輸出24V直流,再經(jīng)過二級DC/DC直流降壓變換并經(jīng)過過壓、過流保護(hù)電路輸出穩(wěn)定的符合本質(zhì)安全的12V直流輸出。本安電源的輸出為報警電路的語音和LED發(fā)光陣列電路提供電源,當(dāng)觸發(fā)電路被觸發(fā)后控制繼電器閉合,同時發(fā)出語音和燈光警示信號,完成報警目的。(1)本安電源設(shè)計(jì)本安電源是系統(tǒng)的核心部分,為了使電路更加穩(wěn)定可靠,滿足GB3836.4-2000規(guī)定,本安電源要有雙重過壓、過流保護(hù)。電路原理圖如圖2所示。根據(jù)煤礦用電標(biāo)準(zhǔn),井下除了主運(yùn)巷外,大多采用交流127V供電,輸入電壓經(jīng)過變壓器降壓變換成交流24V,再經(jīng)過整流橋整流電容C1、C2濾波后輸出的直流作為2個線性集成穩(wěn)壓電路的輸入。U1、U2均采用LM317,LM317自身含有過壓、過流、過熱保護(hù),能很好地抑制紋波。另外為了使電路工作具有更好的高壓、過流保護(hù)能力,電路也設(shè)計(jì)了過壓、過流保護(hù)電路。電路正常工作時三極管Q1導(dǎo)通,R1、R2并聯(lián)再與R3構(gòu)成LM317典型電路,U1輸出電壓為DC16.7V,R4、R5和U2同樣構(gòu)成典型電路輸出電壓為DC12V。Q1也起到過壓保護(hù)作用。R6為電流檢測電阻,當(dāng)電路發(fā)生過流時,電阻R6采樣電流轉(zhuǎn)換成電壓信號與電壓比較器U3的正端電壓比較,電壓比較器輸出低電平,此時U1、U2無輸出,實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。圖2中U3A和U3B為電壓比較器LM393的兩路,即實(shí)現(xiàn)過流雙重保護(hù)。電壓限壓是通過并聯(lián)在輸出繼電器兩端的二極管實(shí)現(xiàn)的。本文設(shè)計(jì)本安電源額定輸出電壓為DC12V,額定輸出電流為1A。LM317需安裝散熱片。(2)聲光報警電路設(shè)計(jì)聲光報警電路由語音報警電路和LED發(fā)光陣列組成,當(dāng)觸發(fā)電路觸發(fā)時,啟動報警器,繼電器閉合,此時紅燈陣列亮并伴有語音報警。其中語音電路如圖3所示。本電路中語音芯片采用aP89042,可一次性燒錄多段語音,并根據(jù)不同的地址發(fā)出不同語音。此電路具有寬電壓供電的特點(diǎn),本文中采用5V供電,還需復(fù)位電容保證可靠工作,接200kΩ電阻使其發(fā)生頻率與人聲音頻率相近。此芯片在一般的應(yīng)用場合下,可以直接驅(qū)動小功率揚(yáng)聲器,但響度達(dá)不到要求,因此在語音芯片后面接LM384驅(qū)動8Ω5W揚(yáng)聲器,使發(fā)聲響度達(dá)到85dB。LM384為專用5W音頻功率放大芯片,圖3中SW為撥動開關(guān),用來設(shè)置地址,電位器用來調(diào)節(jié)響度。LED發(fā)光陣列具有綠色和紅色2種,本設(shè)計(jì)中發(fā)光二極管導(dǎo)通時壓降為1.96V,因此可以先將6只二極管串聯(lián)后多串并聯(lián),并在每條支路串聯(lián)限流電阻。發(fā)光陣列僅為綠燈亮,即未發(fā)生報警時,本安電源輸出電流為200mA。當(dāng)報警器觸發(fā)后,紅燈亮并伴隨語音報警,此時,本安電源輸出為1A。(3)交流觸發(fā)電路設(shè)計(jì)在煤礦井下,操作人員有時希望通過打點(diǎn)點(diǎn)數(shù)來互通信息,因此本文設(shè)計(jì)的報警器具有2點(diǎn)起車、3點(diǎn)起車、4點(diǎn)起車、1點(diǎn)停車的功能。電路如圖4所示。本觸發(fā)電路具有直流觸發(fā)和交流觸發(fā)2種模式,直流觸發(fā)時單片機(jī)不工作,交流觸發(fā)時,采用交流127V,首先經(jīng)過R9、R10分壓,再經(jīng)過半波整流輸入光耦,隔離輸出低電平經(jīng)過單片機(jī)處理后輸出驅(qū)動繼電器,此時繼電器閉合,報警器聲光報警。圖4中U6是78L05,作為單片機(jī)和語音芯片供電電源。采用STC12C2052單片機(jī)實(shí)現(xiàn)報警器的多點(diǎn)起車、一點(diǎn)停車,增強(qiáng)了報警器的適應(yīng)性,同時也便于升級。2采集控制器控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求報警器能夠區(qū)分打點(diǎn)點(diǎn)數(shù),其工作過程為:當(dāng)有按鍵按下(也可以是關(guān)聯(lián)控制設(shè)備的輸入信號)時,單片機(jī)啟動定時器,并判斷2次打點(diǎn)時間間隔是否小于3s,若時間間隔小于3s,則使計(jì)數(shù)器加1,當(dāng)時間間隔大于3s時,單片機(jī)根據(jù)點(diǎn)數(shù)輸出高低電平控制三極管以驅(qū)動繼電器開閉,并將計(jì)數(shù)器清零,為下一輪打點(diǎn)計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備。軟件流程圖如圖5所示。本報警器功能為2點(diǎn)、3點(diǎn)、4點(diǎn)起車,1點(diǎn)停車。也可以根據(jù)煤礦井下的實(shí)際要求對軟件做相應(yīng)的升級,使其有更好的適應(yīng)性。3生長過壓保護(hù)將本文設(shè)計(jì)的本安型聲光報警器各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表,如表1所示。由表1可以看出,本安電源部分具有過壓、過流保護(hù)功能,負(fù)載過壓、過流故障排除后自動恢復(fù)正常工作狀態(tài)。報警器沒有觸發(fā)信號或打點(diǎn)1次時,沒有語音輸出,報警器外部手動按鍵打點(diǎn)2次、3次、4次、延時3s后啟動報警,此時紅燈亮并伴有語音報警輸出。語音報警強(qiáng)度和LED陣列報警燈可視距離由表1給出,符合規(guī)定。4本安型聲光報警器本安型聲光報警器本安型聲光報警器本安型電路設(shè)計(jì)本安型聲光報警器系統(tǒng)本安型電子設(shè)計(jì)方案本文根據(jù)煤礦井下本安型聲光報警器的實(shí)際使用情況,針對目前使用的報警器多數(shù)為直流