矿用本安型声光报警器的设计

矿用本安型声光报警器的设计

0声光报警器安型超声波清洗机是一种同时发送噪音和警告的警告装置，不干扰易受气体泄漏的警告装置。可以配合关联的控制设备使用,也可以和手动报警按钮配合使用。适用于危险场所,因此在煤矿井下得到广泛的应用。目前,井下使用的本安型声光报警器其触发信号多为直流触发形式,且功能较简单。实际使用中煤矿井下操作人员往往希望能够根据打点点数的不同相互交流信息。因此,本文根据国标GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备相关规定,设计了一款能够区分打点点数并给出起车信号,既适用于直流触发也适用交流触发的本安型声光报警器。1主运巷安电源电路设计本系统主要由本安电源电路和声光报警电路两大模块组成,其中本安电源部分由降压整流电路、二级DC/DC变换电路,过压过流双重保护电路构成,报警电路包含语音报警电路和LED发光阵列电路。另外,本报警器设计了交流触发电路并且采用继电器输出方式切换安全运行状态和报警状态。系统框图如图1所示。本安电源首先将井下127V交流输入经过变压器隔离降压整流输出24V直流,再经过二级DC/DC直流降压变换并经过过压、过流保护电路输出稳定的符合本质安全的12V直流输出。本安电源的输出为报警电路的语音和LED发光阵列电路提供电源,当触发电路被触发后控制继电器闭合,同时发出语音和灯光警示信号,完成报警目的。(1)本安电源设计本安电源是系统的核心部分,为了使电路更加稳定可靠,满足GB3836.4-2000规定,本安电源要有双重过压、过流保护。电路原理图如图2所示。根据煤矿用电标准,井下除了主运巷外,大多采用交流127V供电,输入电压经过变压器降压变换成交流24V,再经过整流桥整流电容C1、C2滤波后输出的直流作为2个线性集成稳压电路的输入。U1、U2均采用LM317,LM317自身含有过压、过流、过热保护,能很好地抑制纹波。另外为了使电路工作具有更好的高压、过流保护能力,电路也设计了过压、过流保护电路。电路正常工作时三极管Q1导通,R1、R2并联再与R3构成LM317典型电路,U1输出电压为DC16.7V,R4、R5和U2同样构成典型电路输出电压为DC12V。Q1也起到过压保护作用。R6为电流检测电阻,当电路发生过流时,电阻R6采样电流转换成电压信号与电压比较器U3的正端电压比较,电压比较器输出低电平,此时U1、U2无输出,实现过流保护。图2中U3A和U3B为电压比较器LM393的两路,即实现过流双重保护。电压限压是通过并联在输出继电器两端的二极管实现的。本文设计本安电源额定输出电压为DC12V,额定输出电流为1A。LM317需安装散热片。(2)声光报警电路设计声光报警电路由语音报警电路和LED发光阵列组成,当触发电路触发时,启动报警器,继电器闭合,此时红灯阵列亮并伴有语音报警。其中语音电路如图3所示。本电路中语音芯片采用aP89042,可一次性烧录多段语音,并根据不同的地址发出不同语音。此电路具有宽电压供电的特点,本文中采用5V供电,还需复位电容保证可靠工作,接200kΩ电阻使其发生频率与人声音频率相近。此芯片在一般的应用场合下,可以直接驱动小功率扬声器,但响度达不到要求,因此在语音芯片后面接LM384驱动8Ω5W扬声器,使发声响度达到85dB。LM384为专用5W音频功率放大芯片,图3中SW为拨动开关,用来设置地址,电位器用来调节响度。LED发光阵列具有绿色和红色2种,本设计中发光二极管导通时压降为1.96V,因此可以先将6只二极管串联后多串并联,并在每条支路串联限流电阻。发光阵列仅为绿灯亮,即未发生报警时,本安电源输出电流为200mA。当报警器触发后,红灯亮并伴随语音报警,此时,本安电源输出为1A。(3)交流触发电路设计在煤矿井下,操作人员有时希望通过打点点数来互通信息,因此本文设计的报警器具有2点起车、3点起车、4点起车、1点停车的功能。电路如图4所示。本触发电路具有直流触发和交流触发2种模式,直流触发时单片机不工作,交流触发时,采用交流127V,首先经过R9、R10分压,再经过半波整流输入光耦,隔离输出低电平经过单片机处理后输出驱动继电器,此时继电器闭合,报警器声光报警。图4中U6是78L05,作为单片机和语音芯片供电电源。采用STC12C2052单片机实现报警器的多点起车、一点停车,增强了报警器的适应性,同时也便于升级。2采集控制器控制设计系统软件设计要求报警器能够区分打点点数,其工作过程为:当有按键按下(也可以是关联控制设备的输入信号)时,单片机启动定时器,并判断2次打点时间间隔是否小于3s,若时间间隔小于3s,则使计数器加1,当时间间隔大于3s时,单片机根据点数输出高低电平控制三极管以驱动继电器开闭,并将计数器清零,为下一轮打点计数做准备。软件流程图如图5所示。本报警器功能为2点、3点、4点起车,1点停车。也可以根据煤矿井下的实际要求对软件做相应的升级,使其有更好的适应性。3生长过压保护将本文设计的本安型声光报警器各项实验结果列表,如表1所示。由表1可以看出,本安电源部分具有过压、过流保护功能,负载过压、过流故障排除后自动恢复正常工作状态。报警器没有触发信号或打点1次时,没有语音输出,报警器外部手动按键打点2次、3次、4次、延时3s后启动报警,此时红灯亮并伴有语音报警输出。语音报警强度和LED阵列报警灯可视距离由表1给出,符合规定。4本安型声光报警器本安型声光报警器本安型声光报警器本安型电路设计本安型声光报警器系统本安型电子设计方案本文根据煤矿井下本安型声光报警器的实际使用情况,针对目前使用的报警器多数为直流