礦用電機(jī)車運(yùn)輸位置提醒司機(jī)裝置的設(shè)計與應(yīng)用

常愛軍

(潞安化工集團(tuán) 王莊煤礦，山西 長治 046031)

窄軌電機(jī)車是礦山地面或井下運(yùn)送材料和人員的主要運(yùn)輸設(shè)備，然而，電機(jī)車司機(jī)在工作過程中因注意力不集中、疲勞駕駛引起的運(yùn)輸事故時有發(fā)生。一旦發(fā)生事故，輕則撞車、脫軌，造成車輛、軌道或其它設(shè)施損壞，重則釀成人員傷亡。目前雖然部分特大型礦井使用了先進(jìn)的 “信”“集”“閉”系統(tǒng)對電機(jī)車作業(yè)進(jìn)行指揮，但都是利用信號燈對司機(jī)進(jìn)行提示，作用不大。

1 項目設(shè)計

1) 在運(yùn)輸巷道關(guān)鍵地段的巷道頂部安裝紅外發(fā)射裝置，全天候發(fā)出紅外信號。發(fā)射裝置的電源接取于巷道內(nèi)照明燈具。

2) 在電機(jī)車駕駛室安裝紅外接收裝置，并將紅外接收裝置的接收探頭接至機(jī)車頂部，用于接收來自巷道的紅外信號。

3) 在電機(jī)車駕駛室安裝語音提示裝置，在裝置接收到紅外信號后，發(fā)出語音提醒。

4) 在司機(jī)座位上安裝振動座墊，在語音提醒的同時，進(jìn)行振動提醒。

5) 司機(jī)得到提醒后，應(yīng)手動按下紅外接受裝置上的“結(jié)束提醒”按鍵，終止提醒。若司機(jī)睡著或注意力不集中沒有及時按下“結(jié)束提醒”按鍵，接收裝置將在規(guī)定的時間內(nèi)切斷電機(jī)車控制回路，并對其實施電氣制動。

2 技術(shù)方案

1) 從巷道照明引出127 V交流電，經(jīng)降壓整流后，得到24 V直流電。為使紅外發(fā)射電路穩(wěn)定工作，設(shè)計了專用的穩(wěn)壓電路，如圖1(a)所示。本裝置穩(wěn)壓電源設(shè)計為DC12～60 V寬電壓輸入，可保證在強(qiáng)干擾下正常工作。其中R22為82 V壓敏電阻，在系統(tǒng)進(jìn)入82 V以上高壓時進(jìn)行保護(hù)，D1為防反接保護(hù)二極管，E6、C15、C16為電源濾波電容。D4、Q7、Q6、Q5為30 V穩(wěn)壓電路。(由于LM567的工作電壓不能超過35 V，因此選擇30 V作為保護(hù)電壓。)當(dāng)電源電壓大于30 V時，穩(wěn)壓管D4導(dǎo)通，D4導(dǎo)通使得Q7導(dǎo)通，Q7又使Q6導(dǎo)通，從而引起Q5從完全導(dǎo)通進(jìn)入放大狀態(tài)，多余的壓降降到Q5上。使得進(jìn)入系統(tǒng)的電壓不高于30 V。

LM2576為開關(guān)電源，效率很高，D3為開關(guān)的續(xù)流二極管，L1為開關(guān)電源所需電感，E5、C13、C14為濾波電容，用于濾除開關(guān)電源的高頻雜波。

2) 紅外發(fā)射電路原理如圖1(b)所示。Y1為晶振部分電路，為單片機(jī)工作提供12 M時鐘；R26/1K是STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部復(fù)位電路上電時所必須外接的下拉電阻。ISP下載口為下載程序接口；由于單片機(jī)在上電復(fù)位時各個管腳輸出為高電平，為使系統(tǒng)在出現(xiàn)異常復(fù)位時，不會通過紅外管發(fā)出干擾脈沖或出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象燒毀紅外發(fā)射管，本設(shè)計選用PNP/2N5401三極管。由于紅外接收頭HS0038接受頻率為38 kHz，因此，紅外發(fā)射裝置采用了單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生38 kHz載波信號，并對載波信號進(jìn)行編碼處理，防止環(huán)境干擾致使接收裝置誤動作。

圖1 紅外發(fā)射單元控制電路原理圖

3) 紅外接收裝置設(shè)計如圖2所示。電源來自電機(jī)車內(nèi)部直變器DC12 V或24 V，HS0038為紅外接收頭，紅外接收頭的OUT輸出端輸出為接收的紅外發(fā)射編碼信號。單片機(jī)在接收到紅外編碼信號后，將解析信號來源。若解析為正確的編碼信號，則開啟相應(yīng)的控制端口，實現(xiàn)語音和振動雙重提醒。此時，若司機(jī)精神狀態(tài)良好，可按下接收裝置上的S1按鍵結(jié)束提醒。否則，單片機(jī)將在提醒后的8 s發(fā)出指令，使J帶電吸合，從而使電機(jī)車控制電路斷開，并接通電機(jī)車電氣制動回路，實施電氣制動。

圖2 紅外接收單元控制電路原理圖

4) 語音提醒和振動提醒電路設(shè)計：本設(shè)計與常用語音芯片一樣，只需提供5 V電源及外接喇叭即可，LM2576-5 V為語音芯片工作提供可控的DC5 V電源。在提醒時，單片機(jī)將語音控制信號置為“高電平”，語音芯片開始工作；結(jié)束提醒時，單片機(jī)將語音控制信號置為“低電平”，語音芯片停止工作，如圖3所示。

圖3 語音提醒單元電路原理圖

5) 在語音提醒的同時，單片機(jī)會同時將PWCON1置為高電平，使三極管2N5551導(dǎo)通，從而導(dǎo)通IRF9540，振動坐墊開始工作。IRF9540為P溝道MOSET，低電平導(dǎo)通，高電平截止；D9為反向保護(hù)二極管，防止外部高壓信號進(jìn)入本系統(tǒng)。第二控制部分備用，見圖4。

3 實施效果

本裝置的人性化設(shè)計，有效預(yù)防了因電機(jī)車司機(jī)疲勞駕駛引起的重大事故，實際應(yīng)用后可知：該裝置性能穩(wěn)定可靠、靈敏度極高、故障率低，創(chuàng)造了很高的安全效益，值得在全煤行業(yè)推廣。

圖4 振動提醒單元電路原理圖

4 結(jié) 語

電機(jī)車運(yùn)輸位置提醒司機(jī)裝置自投用以來，未發(fā)生過故障，也未發(fā)生過失靈或誤提醒現(xiàn)象。該裝置的設(shè)計合理可行，填補(bǔ)了礦井運(yùn)輸領(lǐng)域的技術(shù)空白，具有很好的推廣前景和良好的社會效益。