专利名称：智能安全帽的检测预警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿山安全技术领域，具体是涉及一种矿工用的智能安全帽，特别是涉及一种智能安全帽的检测预警装置。
背景技术：
能源是人类社会得以维系与发展的动力，而在获取能源的同时，人类也付出了极大代价，仅就中国而言，2009年是矿难事故发生较少的一年，也有2630人遇难，1995年更是触目惊心，10572人被矿难夺去了生命。因此，除了国家要加大安全隐患排查，提高矿工下井操作的安全性更是迫在眉睫。众多的矿难事故中，大多数原因是由于透水和瓦斯爆炸，它们直接威胁到矿工的生命安全，特别是瓦斯爆炸，它产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。瓦斯爆 炸从其本质来说，就是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。瓦斯爆炸的条件是具备一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5 % 16 %。当瓦斯浓度低于5 %时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；当瓦斯浓度为9.5 %时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16 %以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾，通常也称为透水。井下采掘工作面发生透水之前，一般都有某些征兆。例如，巷道壁和煤壁“挂汗”，气温骤然降低，有臭鸡蛋味，工作面的有害气体增加(积水区常激发出气体一瓦斯、二氧化碳和硫化氢等有害气体)，煤发潮发暗等，仅依靠有经验老工人才能掌握透水征兆的规律，一旦作出错误的判断轻则影响生产施工，重则造成重大安全事故。为了提高这些危险因素的预防系数，设计一款具有检测预警作用的智能安全帽对矿工的生命安全及矿井的建设和生产具有实际意义。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。MS5611-01BA气压传感器是由MEAS (瑞士)推出的一款SPI和I2C总线接口的新一代高分辨率气压传感器，分辨率可达到10cm。该传感器模块包括一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24位Σ模数转换器(工厂校准系数)。MS5611-0IBA提供了一个精确的24位数字压力值和温度值以及不同的操作模式，可以提高转换速度并优化电流消耗。高分辨率的温度输出无须额外传感器可实现高度计/温度计功能。可以与几乎任何微控制器连接。通信协议简单，无需在设备内部寄存器编程。135611-0川4压力传感器只有5.0毫米X 3.0毫米X 1.0毫米的小尺寸可以集成在移动设备中。SHTll是瑞士 Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器采用独特的CMOSens TM技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。SHTll的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差。CMOSensTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模/数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。SHTll的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。SHTll传感器的校准系数预先存在OTP内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A / D转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线I2C总线器件，从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而A / D转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只湿度传感器都具有相同的功能，即具有100%互换性。传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接，从而减少了接口电路的硬件成本，简化了接口方式。MJC4/3.0L传感器根据催化燃烧效应的原理工作，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起参比及温湿度补偿作用。应用于工业现场的天然气、液化气、煤气、烷类 等可燃性气体及汽油、醇、酮、苯等有机溶剂蒸汽的浓度检测。灰尘传感器GP2Y1010AU可测量0.8微米以上的微小粒子，感知烟草产生的烟气和花粉，房屋粉尘等。体积小、重量轻、便于安装。灵敏度0.5VA0.1mg/m3)，输出电压(无灰尘)0.9V (TYP)，消耗电流11mA。普遍应用于空气清新机，换气空调，换气扇等产品。MQ-2是一种体电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度(成分)而变化。气敏器件又是一种“气一电”传感器件，它将被测气体的浓度(成分)信号转变成相应的电信号。该传感器具有双路信号输出、响应速度快、使用寿命长、可靠的稳定性和低成本的特点。可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。
发明内容本实用新型的目的是提供一种适用于矿工在矿井下作业的智能安全帽的检测预
I=I目.0本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种智能安全帽的检测预警装置，它包括连接有按键电路、模/数转换电路、数/模转换电路、灯光报警电路的单片机，检测模块通过信号调理电路与模/数转换电路连接；所述的检测模块包括气压检测电路、温湿度检测电路、瓦斯检测电路、尘埃检测电路、烟雾检测电路。本实用新型所述的数/模转换电路经信号放大电路连接有语音提示电路。本实用新型所述的单片机采用AT89S52控制芯片；所述的气压检测电路采用MS5611-01BA传感器；所述的温湿度检测电路采用了 SHTll传感器；所述的瓦斯检测电路采用了 MJC4/3.0L传感器；所述的尘埃检测电路采用了 GP2Y1010AU0F传感器；所述的烟雾检测电路采用MQ-2型烟雾传感器。由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，其电路设计简单、元件体积小，便于内设在安全帽中，低功耗、响应速度快，工作稳定、抗干扰能力强，可靠性高。
图1是本实用新型的结构原理示意框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。由图1可知，一种智能安全帽的检测预警装置，它包括连接有按键电路、模/数转换电路、数/模转换电路、灯光报警电路的单片机，检测模块通过信号调理电路与模/数转换电路连接；所述的检测模块包括气压检测电路、温湿度检测电路、瓦斯检测电路、尘埃检测电路、烟雾检测电路。本实用新型所述的数/模转换电路经信号放大电路连接有语音提示电路。本实用新型所述的单片机采用AT89S52控制芯片；所述的气压检测电路采用MS5611-01BA传感器；所 述的温湿度检测电路采用了 SHTll传感器(SHT11传感器包括了一个电容式感湿元件和一个高精度NTC测温元件，用于感应透水、火灾);所述的瓦斯检测电路采用了 MJC4/3.0L传感器；所述的尘埃检测电路采用了 GP2Y1010AU0F传感器；所述的烟雾检测电路采用MQ-2型烟雾传感器。本实用新型使用时，检测模块开始工作，通过气压检测电路、温湿度检测电路、瓦斯检测电路、尘埃检测电路、烟雾检测电路中的各类传感器获取环境信号，即MS5611-01BA传感器检测矿井通道内的空气压强(气压升高表明通道内的空气中有害气体浓度变大)；SHTll传感器(SHT11传感器包括了一个电容式感湿元件和一个高精度NTC测温元件)检测矿井通道内的温度、湿度(温度过高表明瓦斯爆炸的几率变高；湿度过高表明发生透水的可能性增加)；MJC4/3.0L传感器检测矿井通道内空气中的有害气体及其含量(有害气体含量增加则发生瓦斯爆炸的危险性增加)；GP2Y1010AU0F传感器检测矿井通道内空气中的煤粉含量(煤粉含量增加则发生瓦斯爆炸的危险性增加);MQ-2型烟雾传感器检测矿井通道内空气中的有害气体及火灾烟雾。检测模块中的各检测电路获取到的环境信号通过信号调理电路滤波、放大后由模/数转换电路转换成数字信号并送入单片机进行处理。单片机综合处理数据通过灯光报警电路的各色闪烁灯给矿工视觉上的警示(本实施例当检测到空气中压力上升至警戒值时，黄灯闪烁；当尘埃浓度与温度上升至警戒值时，同时绿灯闪烁)；同时，单片机通过数/模转换电路换成模拟信号经信号放大电路进行信号放大后，由语音提示电路通过语音播报的方式配合闪烁灯向矿工发出警报。由于单片机内置的存储器可记录每次事故发生的各项真实指数，对这些验证数值进行统计归纳，然后通过按键电路向单片机输入更加准确的预警参考数值。本实用新型体积小，整合于安全帽中，采用多点检测，对于瓦斯、尘埃、氧气的浓度以及气压大小等情况能及时发出语音提示和灯光报警，为矿工的生命安全起到一定的保障作用。`
权利要求1.一种智能安全帽的检测预警装置，其特征是它包括连接有按键电路、模/数转换电路、数/模转换电路、灯光报警电路的单片机，检测模块通过信号调理电路与模/数转换电路连接；所述的检测模块包括气压检测电路、温湿度检测电路、瓦斯检测电路、尘埃检测电路、烟雾检测电路。
2.根据权利要求1所述的智能安全帽的检测预警装置，其特征是所述的数/模转换电路经信号放大电路连接有语音提 示电路。
3.根据权利要求1或2所述的智能安全帽的检测预警装置，其特征是所述的单片机采用AT89S52控制芯片；所述的气压检测电路采用MS5611-OlBA传感器；所述的温湿度检测电路采用了 SHTll传感器；所述的瓦斯检测电路采用了 MJC4/3.0L传感器；所述的尘埃检测电路采用了 GP2Y10IOAUOF传感器；所述的烟雾检测电路采用MQ-2型烟雾传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于矿工在矿井下作业的智能安全帽的检测预警装置，其特征是它包括连接有按键电路、模/数转换电路、数/模转换电路、灯光报警电路的单片机，检测模块通过信号调理电路与模/数转换电路连接；所述的检测模块包括气压检测电路、温湿度检测电路、瓦斯检测电路、尘埃检测电路、烟雾检测电路，本实用新型电路设计简单、元件体积小，便于内设在安全帽中，低功耗、响应速度快，工作稳定、抗干扰能力强，可靠性高。
文档编号A42B1/24GK203137164SQ20132015727
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者李加升, 龙启, 杨欣, 刘瑶 申请人:湖南城市学院