煤矿井下掘进机安全保护声光预警装置的制作方法

本发明涉及井下煤矿掘进机安全保护领域，特别涉及一种煤矿井下掘进机声光预警检测装置。

背景技术：

煤矿安全生产一直是煤矿领域的重大问题，随着国家对煤矿安全生产的重视，煤矿企业非常重视煤矿职工的人身安全。煤矿井下掘进机是一种能够实现截割、装载运输、转载煤岩并可调动行走，喷雾除尘的联合机组，悬臂式井下煤矿掘进机目前在国内外的煤岩掘进机中得到广泛应用。掘进机必须配备正副司机各一名，正司机操作，副司机负责监护。井下掘进机工作时，周边环境恶劣(光线黑暗、噪音大等），工作条件制约掘进机座椅较低且离截割头较远，造成截割过程中司机视野有限看不清前方具体截割情况，为此在实际工作中还配备有相应人员对前方截割情况进行反馈。

目前井下的煤矿掘进机无安全保护装置，掘进机悬臂在左右摆动时，一旦有人进入掘进机摆臂摆动范围内，掘进机司机视野有限无法及时获知，易对职工造成安全伤害，存在较大的安全隐患。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种煤矿井下掘进机声光预警检测装置，该装置安装在掘进机机身上，当掘进机启动、后退及有人靠近时进行相对应的声光预警，能有效避免掘进机误伤矿工，且该装置成本低，结构设计小巧。

为了实现上述目的，煤矿井下掘进机安全保护声光预警装置设计包括热释电红外探测器，信号处理单元，声光报警单元。

所述热释电红外探测器由热释电红外传感器与菲涅尔透镜构成，其输出的微弱信号输送给信号处理电路。

如图2所示，热释电红外传感器采用两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上。

菲涅尔透镜在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

所述信号处理单元由ht7533高性能隔离稳压器、负载电阻、滤波电容、eg4002芯片、振荡电路、光耦隔离电路组成。

本发明声光报警单元为整个装置的控制核心与运算核心，所述声光报警单元包括电源模块、微处理器、eprom、音频解码器、功放电路、喇叭、继电器、报警灯组成。

所述微处理器采用stm32f103c8t6。

eprom采用w25q64存储器，w25q64是大容量spiflash，其容量为64mb，支持标准、双输出和四输出的spi。

所述电源模块包括滤波、保护、电压转换电路，采用直流12v电源供电，经mp2359降压输出直流5v,经ams1117输出直流3.3v，以便为微处理器、eprom、音频解码器、功放电路及报警灯等供电。

所述音频解码器采用vs1003芯片，与stm32f103c8t6采用spi总线通讯。

所述功放电路采用两级功放电路，第一级放大采用lm4890；第二级放大采用ne5532和lm1875组成。

附图说明

图1是本发明装置的系统示意图；

图2是热释电红外传感器内部电路图；

图3是本发明装置的信号处理电路图；

图4是本发明装置的光耦隔离电路图

图5是本发明装置的微处理器电路；

图6是本发明装置的音频解码器电路；

图7是本发明装置的功放电路。

图8是本发明装置的继电器控制电路。

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，sf1为掘进机开车按钮，按下按钮后，与微处理器pc14口实现联动控制（当按下掘进机开车按钮后，微处理器pc14经过光耦隔离后得电，经过声光报警单元处理后，喇叭立即发出时长15秒的“开掘进机，请注意安全！”的语音提示，同时报警灯闪烁5秒。

如图1所示，sf2为掘进机倒车按钮，按下按钮后，与微处理器pc15口实现联动控制（当按下掘进机开车按钮后，微处理器pc15经过光耦隔离后得电，经过声光报警单元处理后，喇叭立即发出时长15秒的“后退！后退！请注意安全！”的语音提示，同时报警灯闪烁5秒。

当有人进入掘进机工作范围内时，机身上的热释电红外传感器探测到信号后，通过信号处理单元处理后，通过光耦隔离，发送给微处理器的pc13口，pc13口得电，经过声光报警单元处理后，喇叭立即发出时长15秒的“你已进入危险区域，请注意安全！”的语音提示，同时报警灯闪烁15秒。

如图3所示，eg4002电源采用的是经ht7355隔离稳压器输出的3.3v直流电源，pir热释电红外传感器的三个端子d、g分别外接直流3.3v和地，端子s发出的信号经c28与r28串联接入eg4002的反相输入端1in-,r27为匹配负载，c28为隔直电容，r32和c55组成振荡电路，c31为高频抗干扰滤波电容，eg4002o的增益参数是由r2和r3进行设定，绝对增益为a1=r3/r2，用户可以根据红外热释电探头特性适当调节a1的增益改变探测的距离。

所述eg4002是一款专为热释电红外传感器信号放大及处理输出的数模混合专用芯片，内部集成了运算放大器、双门限电压比较器、参考电压源、延时时间定时器及状态控制器等。

本装置各单元分别采用直流12v、5v、3.3v、2.5v供电电源。本装置采用直流12v供电电源，可直接为报警灯继电器、lm1875、ne5532二级功放电路供电；直流12v经mp2359稳压器可输出直流5v，为lm4890一级功放供电；直流5v电压经ams117-3.3稳压器可输出直流3.3v，为stm32f103c8t6、w25q64、vs1003音频解码器供电；直流5v电压经ams117-2.5稳压器可输出直流2.5v，为vs1003音频解码器管脚cvdd0、cvdd1、cvdd2、cvdd3供电；直流12v可直接通过ht7533高性能隔离稳压器输出直流3.3v，为红外释热电传感器、eg4002芯片供电。

如图4所示，该装置为光耦隔离电路，图1电路中，当输入信号pir为低电平时，光电耦合器g1中发光二极管的电流近似为零，输出端pc13与gnd间的电阻很大，相当于开关“断开”；当pir为高电平时，g1中发光二极管发光，pc13与gnd间的电阻变小，相当于开关“接通”．该电路因pir为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态。光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。

如图5所示，所述微处理器单元采用stm32f103c8t6，stm32f103c8t6使整个声光报警单元的质量、功能、精度大幅度提升，微控制器单元为整个装置的控制核心与运算核心，且主要用到的时钟、复位、下载电路设计简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。

如图6所示，所述音频解码器采用vs1003芯片，为用户应用提供5kb的指令ram和0.5kb的数据ram。采用串行的控制和数据接口，内嵌高品质可变采样率的adc和立体声dac，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。与stm32f103c8t6采用spi总线通讯，其外围配置电路简单，其中mic输入作为本装置的冗余设计。

如图7所示，所述功放电路采用两级功放，第一级放大采用lm4890，5v工作电压，最大驱动功率1w，上电、掉电噪声抑制能力好；第二级放大电路采用ne5532和lm1875，ne5532是高性能低噪声双运放集成芯片。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，lm1875具有低失真﹑工作稳定可靠﹑外围电路元件少﹑电流负载能力大等特点，经两级功放后，信号通过喇叭（8ω，5w）输出。

如图8所示，本装置报警灯采用继电器形式输出，继电器jd1线包采用直流12v，报警灯zd1电源为直流12v，为防止两路电源互相干扰，特将这两路电源分别隔离。

综上，本发明装置可实现掘进机的启动声光报警，掘进机的后退声光报警，以及矿工进入掘进机工作范围内的声光报警，本装置结构简单，操作方便，可有效减少掘进机工作时对附近矿工的伤害，为煤矿井下掘进机的安全生产提供了有力保障。