一種新型井下語音報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

閆建曉

摘要：煤礦是高危行業(yè)，煤礦安全是煤礦生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)。井下的危險因素很多，如頂板、瓦斯、火災(zāi)、涌水、機電設(shè)備事故等。文章介紹了一種井下語音報警系統(tǒng)——BY8301語音報警系統(tǒng)，用于井下機電設(shè)備的安全監(jiān)測。該系統(tǒng)制作簡單、成本低廉，經(jīng)過在井下試用，取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；報警系統(tǒng)；語音報警；機電設(shè)備；BY8301；安全監(jiān)測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD655 文章編號：1009-2374（2016）20-0010-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.005

1 概述

煤礦是高危行業(yè)，隨著煤礦采掘區(qū)域機械化水平的不斷提高，大中型機械化設(shè)備相繼投入使用，許多設(shè)備廠家并未充分考慮井下施工環(huán)境而造成安全隱患，造成現(xiàn)場施工人員因司機操作設(shè)備未發(fā)出警告，而受到傷害。在掘進工作面由于環(huán)境嘈雜狹窄、生產(chǎn)過程粉塵較大能見度低，設(shè)備運行時也很容易造成機械傷人事故。有時候全靠眼睛或者耳朵，也不可避免地會出現(xiàn)一定的失誤，這就是聲光語音報警系統(tǒng)應(yīng)用的必要性，來彌補設(shè)備的不足。目前井下使用的聲光報警系統(tǒng)（如圖1所示）還存在著許多不足，其中最明顯的不足是報警回路少，且報警語音不好更換。報警語音轉(zhuǎn)換不當，會造成設(shè)備報警聲音不符或重復(fù)，產(chǎn)生錯誤的報警信號。錯誤報警信號對于安全生產(chǎn)的危害很大，經(jīng)常發(fā)生錯誤報警，會使得警報響起的時候，井下工人搞不清楚到底是哪臺設(shè)備觸發(fā)了報警，不知道該如何躲避危險，老員工尚且如此，新人更是如此。

2 報警系統(tǒng)及電源介紹

要解決井下報警系統(tǒng)的不足、報警語音的不可更換性或者更換比較難的問題，目前有USB和SD卡的報警系統(tǒng)。SD卡的報警系統(tǒng)卡槽容易松，因為井下設(shè)備振動大所以不考慮，故而選擇USB報警系統(tǒng)。

筆者設(shè)計的BY8301語音報警系統(tǒng)是二十一回路，就是把市面上的語音報警模塊和電源模塊組合起來的，在井下試驗后，取得了很好的效果。

BY8301語音報警模塊是深圳百為電子科技有限公司研發(fā)的一款小巧的新型高品質(zhì)MP3模塊，采用BY8301-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式雙解碼。模塊內(nèi)置SPI-FLASH作為存儲介質(zhì)，配有Microc USB接口，無需上位機軟件，可以通過數(shù)據(jù)線連接電腦自由更換 FLASH的音頻內(nèi)容。并且內(nèi)置3W功放，可直接驅(qū)動3W的揚聲器，使用方便。

模塊有六個觸發(fā)IO口，最多支持21段按鍵一對一觸發(fā)播放。可通過3個IO口經(jīng)過3.3K電阻接地或不接來（3.3K接地為零，懸空為1）進行8種控制模式選擇，適合多種應(yīng)用場合。設(shè)置控制模式的電阻在模塊正面，標有A、B、C字符，模塊默認值010，可自行修改。筆者將其修改為101，“電平保持循環(huán)觸發(fā)播放，按鍵一直按著循環(huán)播放，按鍵抬起停止播放”。語音報警模塊的原理如圖2所示：

井下用的本安電源電壓有12VDC、24VDC，而報警模塊的電壓為3.6～5VDC，這就需要一個電源模塊幫它降壓DC-DC。在線路中筆者加了保險FU、D1、D2作為保護。其中D1、D2二極管是整流型的二極管，用來作防逆接保護，其中D2還有一定的降壓保護（導通壓降）。

語音模塊電源為3.6V～5VDC，靜態(tài)電流15mA區(qū)。

工作電流：按最大計算接2W/4Ω或1W/8Ω揚聲器。

mA

按工作電流應(yīng)該選用5V電源模塊AMS1117-5V電源模塊[輸入：直流6～12V（輸入電壓必須比要輸出電壓高1V以上）；輸出：5.0V（±0.05V誤差），800mA（負載電流不能超過800mA）]。按道理額定電流小于其工作電流，應(yīng)該滿足條件，但實際工作中語音模塊的內(nèi)置3W功放直接驅(qū)動揚聲器會引起電源模塊的三端穩(wěn)壓管發(fā)燙，這是不應(yīng)看到的現(xiàn)象。但是要是語音模塊和揚聲器之間再加一環(huán)節(jié)語音處理模塊，就不會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。其實語音處理模塊就是語音的功率放大。

保守起見電源還是選用DC-DC3A降壓電壓模塊輸入電壓7～28VDC，輸出電壓5VDC，輸出電流3A（最大），長時間工作電流1.5A左右。原理如圖3所示：

已默認設(shè)置為5V：

通過Micro USB數(shù)據(jù)線直接在電腦更新報警語音，方便、靈活。模塊內(nèi)部自帶下載界面。無需供電直接插上數(shù)據(jù)線，其實數(shù)據(jù)線內(nèi)部就有電源（電源正、負、DATA-、DATA+）。然后把電腦360軟件、殺毒軟件關(guān)了或者插USB后彈出窗口選允許程序運行。更新需要加載的報警語音，直到最后一個界面窗口顯示“校驗成功”，就代表更新完畢，直接關(guān)閉此窗口，拔掉USB線就可以了。

3 應(yīng)用與連接

筆者剛開始是在皮帶上試驗的，所以有個皮帶實驗用，也就是說在皮帶保護上也可以用，比如說用開關(guān)量的皮帶保護觸發(fā)，觸發(fā)相應(yīng)的報警，就可知道什么保護在動作，不過設(shè)置控制模式的為默認010，但不能兩種以上保護一動作，因為有6個觸發(fā)點要有21路報警，觸點應(yīng)是組合的，所以兩種以上保護同時動作有可能是其他報警聲音。筆者這里主要說的是在設(shè)備上的啟動、運行、牽引等動作的應(yīng)用，需要本安電源、語音處理模塊、揚聲器。本安電源12VDC或24VDC接電源口，語音處理模塊接相應(yīng)的接口，設(shè)備觸發(fā)點接相應(yīng)的觸發(fā)。當設(shè)備動作時，反饋到報警系統(tǒng)出發(fā)點，發(fā)出相應(yīng)報警聲音，通過語音處理模塊進行聲音放大來驅(qū)動揚聲器。也可將揚聲器直接接在語音報警模塊揚聲器接口，本身自帶3W的功放，但不足以驅(qū)動原裝的揚聲器5W8Ω，聲音不會很大。

4 結(jié)語

煤礦安全是煤礦生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)。井下的危險因素很多，如頂板、瓦斯、火災(zāi)、涌水、機電設(shè)備事故等。本文介紹了筆者設(shè)計的一種井下語音報警系統(tǒng)，主要用于井下機電設(shè)備的安全監(jiān)測，當機電設(shè)備出現(xiàn)故障或安全問題時及時報警，減少安全事故。試用表明，該報警系統(tǒng)效果很好，基本沒有錯誤報警，比起我礦以前使用的聲光報警系統(tǒng)，效果要好很多。同時該系統(tǒng)還具有制作簡單、成本低廉等特點，具有一定的推廣價值。

參考文獻

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