用红外吸收式检测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置.pdf

本发明用红外吸收式检测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置，包括：本安电源、电磁伐电源、单片机及测控、红外吸收式浓度-声电信号电路，是煤矿自动洒水装置。红外吸收式检测粉尘浓度电路，由红外LED、光敏晶体管3DU5112D、晶体管9013组成，3D512D输出电流随粉尘浓度呈反比变化，有电压信号Uc；声电信号，由电阻串接驻极式麦克、电压比较器LM2903组成，输出Us声电信号；单片机测控电路由单片机、LM2903、光耦2501、电阻及控制电磁伐电源的2501-IRF9630组成，Uc経2903与Rp-R1-R2电阻分压比较，分为浓度大、中、小3级，经单片机控制在5min周期中有3、2、1min洒水；Us触发单片机，有声响时洒水3min；单片机控制IRF9630导通/截止以控制洒水/停止。将电气电路装在φ127电焊管壳体内，成为一体化自动洒水装置，满足GB3836相关要求。

1.  用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置，其特征在于包括：
本安电源电路，为红外吸收式监测粉尘浓度传感器及声电触发电路提供电源；
红外吸收式监测粉尘浓度传感器，由红外LED、光敏晶体管3DU512D、晶体管9013组成，3DU512D输出电流与粉尘浓度呈反比，其输出电流经9013放大后，在串接电组上形成浓度信号Uc；声电信号由电阻、驻极式麦克串接组成，当声响感应后，串接麦克分压升高，经电压比较放大器LM2903输出声电信号Us；
洒水电磁阀电源电路，为电磁阀2W-200-20提供电源，在DC24V、1.2A恒压限流的电磁阀电源的输出端并联了由晶体管BD242、9013、阻容延时电路和2×51Ω／3W组成的电磁阀线圈强励磁电路，使电磁阀开启时，BD242导通，电源以DC24V-1.2A向电磁阀供电，延时0.3s后，BD242截止，电源切换至串接的2×51Ω／3W电阻向电磁阀线圈供电，维持电磁阀开启，保证电磁阀不发热烧毁；
单片机电源及测控电路，单片机电源为单片机AT2051及测控电路提供电源，粉尘浓度测控电路由电压比较放大器LM2903和Rp-R1-R2电阻分压电路组成，粉尘浓度信号Uc経LM2903与电阻分压比较，把粉尘浓度分为高、中、低3级，应用单片机软件编程控制，实施不同洒水时间；声电触发信号Us，触发AT2051控制洒水，AT2051経场效应晶体管IRF9630控制洒水电磁阀电源开启／关闭。

2.  根据权利1要求所述，自动洒水装置，是由单片机-软件编程实现的，粉尘浓度依LM2903输出可分为高、中、低3级，则経软件编程可在周期5min内分别洒水3min，2min，1min；当有Us触发时，洒水3min；粉尘浓度分级可通过Rp-R1-R2调节改变其门限，洒水时间可経软件调整，这种自动洒水装置比常开式洒水灭尘装置可节水60％以上，比用精密粉尘浓度控制的洒水装置使用灵活、可靠、简单、成本低。

3.  根据权利1要求，本安电源电路，红外吸收式浓度传感器电路、声电信号电路，电磁阀电源电路和单片机电源测控电路装在一个防爆壳体内，结构简单，实现装置一体化，符合煤矿井下电气设备GB3836要求。

用红外吸收式检测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置
技术领域
本专利涉及一种用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置。它依监测的粉尘浓度，分级为不同时段洒水灭尘；也可按声响电信号触发定时洒水灭尘，是煤矿洒水灭尘的新装置。 
技术背景
煤矿井下采掘工作面作业时，会产生大量粉尘；矿井运输巷道，当列车通过时也会激起粉尘，为避免粉尘危害矿工身体健康，或引发煤尘爆炸的重大矿井灾害，需要洒水灭尘。过去，煤矿用洒水灭尘装置：一是雾化喷头，洒水长流；二是精细粉尘浓度控制的自动洒水装置，成本高。本新型自动洒水装置，用LM2903电压比较器对粉尘浓度分级，单片机-编程控制，可按粉尘浓度的低、中、高，定时在5min周期间隔内洒水1min、2min、3min；在声电信号触发下，洒水3min；其粉尘浓度分级可由用户调节，周期内洒水时间可由软件调整，实现自动洒水，装置灵活、可靠、成本低，节水60％以上，有效灭尘。 
发明内容
本专利的目的是提供一种用红外吸收式传感器监测粉尘浓度、声电信号触发的矿用自动洒水装置，有自动洒水、节水节能、有效灭尘功能。 
本专利的目的是通过以下技术方案实现： 
一种用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号触发的矿用自动洒水装置，其特征在于包括： 
本安电源电路，为红外吸收式浓度传感器和声电信号提供电源； 
红外吸收式监测浓度电路，由红外LED、光敏晶体管3DU512D-晶体管9013组成，根据郎伯贝尔法则：3DU512D串联回路ΔI电流与浓度c呈反比，串联回路电压Uc=ΔI*R可监测粉尘浓度，并产生粉尘浓浓度信号Uc；由电阻驻极式麦克、电压比较器LM2903组成的声电信号电路，有声响时麦克分压升高，由阻容接入LM2903，LM2903输出声电信号Us。 
电磁伐电源回路，为洒水2W-200-20型电磁阀提供电源；根据电磁伐工作特点，电源回路串接电磁伐强励磁控制回路：当开始接通电磁伐时，电源全电压供电磁伐启动，电磁伐需维持开启时，电源切换为串接电阻运行，以保证电磁伐在较低电压和较小电流下维持开启，避免电磁伐发热烧毁。 
单片机测控电路：一是由AT2051单片机、电压比较器LM2903和分压电阻Rp-R1-R2组成，当红外吸收式浓度传感器信号Uc，経LM2903作比较时，建立粉尘浓度高、中、低3级控制信号；另由电阻-驻极式麦克组成的声电信号电路送给AT2051外部中断请求脚INT1(P3.3)，用于列车通过、放炮作业、设备运行时洒水触发信号；单片机控制场效应晶体管IRF9639开启／关闭电磁阀电源，做到自动洒水。 
自动洒水装置是是由单片机-软件编程实现的，粉尘浓度依LM2903输出可分为高、中、低3级，则経软件编程可在周期5min内分别洒水3min，2min，1min；当有Us触发时，洒水3min；粉尘浓度分级可通过Rp-R1-R2调节改变其门限，洒水时间可経软件调整，这种自动洒水装置比常开式洒水灭尘装置可节水60％以上，比用精密粉尘浓度控制的洒水装置使用灵活、可靠、简单、成本低。 
所述本安电源电路、红外吸收式浓度传感器电路、声电信号电路、电磁阀电源电路和单片机电源-测控电路装在一个防爆壳体内，实现装置一体化，且符合煤矿井下电气设备6B3836要求。 
附图说明
图1用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号驱动自动洒水装置电源-控制电路原理图； 
图2用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号电路原理图； 
图3一体化防爆壳体总图； 
图4单片机控制(程序框图，程序)。 
具体实施方式
本专利为用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号触发的自动洒水装置，包括： 
本安电源，为为红外吸收式监测粉尘浓度传感器、声电信号触发电路提供电源；红外吸收式监测浓度电路，由红外LED、光敏晶体管3DU512D-晶体管9013组成，根据郎伯-贝尔法则：3DU512D串联回路ΔI电流与浓度c呈反比，串联回路电压Uc=ΔI*R可监测粉尘浓度，产生粉尘浓度信号Uc；由电阻驻极式麦克、电压比较器LM2903组成的声电信号电路，产生声电触信号Us；电磁伐电源回路，为洒水2W-200-20型电磁阀提供电源，根据电磁伐工作特点，电源回路串接电磁伐强励磁控制回路：当开始接通电磁伐时，电源全电压供电磁伐启动，电磁伐需维持开启时，电源切换为串接电阻运行，以保证电磁伐在较低电压和较小电流下维持开启，避免电磁伐发热烧毁；单片机电源及测控回路，AT2051-电压比较器LM2903、电阻器组成的测控电路；本自动洒水装置是由单片机-软件编程实现的。所述自动洒水电源、控制电路，红外吸收式浓度监测-声电触发电路，电磁伐电源电路，单片机电源及测控回路装在一亇防爆壳体内，构成装里一体化。 
本发明专利需解决的技术问题是： 
1.选用红外吸收式监测粉尘浓度：由红外LED、光敏晶体管3D512D、晶体管9013组成的粉尘浓度传感器监测电路，取得粉尘浓度信号，根据郎伯-贝尔法则可得粉尘浓度信号Uc与浓度呈反比；电阻驻极式麦克串联组成声电接收信号电路，麦克分压随噪音增大，经LM2903比较放大后得声电信号Us。 
2.单片机测控电路：一是由单片机、电压比较器LM2903和分压电阻Rp-R1-R2组成，当红外吸收式浓度传感器信号Uc，経LM2903作比较时，建立粉尘浓度高、中、低3级控制信号，依软件分别洒水3min，2min，1min；另由电阻-驻极式麦克、电压比较器LM2903组成的声电信号电路送给AT2051外部中断请求脚INT1(P3.3)，用于列车通过、放炮作业、设备运行时洒水触发信号；单片机控制场效应晶体管IRF9639开启／关闭电磁阀电源，做到自动洒水。选用单片机-软件编程做监控，用户可依实际情况调节Rp-R1-R1确定洒水时粉尘浓度门限，通过软件调整洒氺时间，满足用户粉尘管理要求。 
3.选用传感器电源电路，满足GB38362010爆炸性气体环境用电气设备的相关技术规定。 
4.选用限流恒压电路串接电磁伐控制回路作为2W200—20电磁伐电源，依电磁伐运行特点，并接强励电磁阀线圈控制电路，使电磁伐可靠开启-关闭，长时运行不会发热、烧毁。 
5.把红外吸收式粉尘浓度监测和声电触发信号，本安电源、电磁伐电源、单片机电源及监控回路装在一亇壳体内，该壳体满足矿用防爆要求，符合GB3836—2010相关技术规定，适合煤矿井下工作。 
下面结合附图详细描述。 
1.图1用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号驱动自动洒水装置电源-控制电路原理图；图中： 
1).自动洒水电源由隔本安电源、单片机电源-测控回路电源和电磁伐电源三部分组成。 
2).供电电源采用矿井电网电压AC127V等级，经变压器降压输出AC18V和AC25V，分别供本安电源-单片机-测控回路电源和电磁伐电源回路电源。 
3).本安电源电路：用2级LM317限流，LM7815三端稳压器组成，该电路串接2CW16V、R=0.2K和BT151组成的2级过压保护安全栅和IRF630、光耦2501及电阻组成的2级短路保护电路，使电路输出实现截止型短路保护，符合GB3836—2010规定。由2×LM317-LM7815-LM7805组成电源回路供单片机及测控回路的电源电路。 
4).电磁伐电源回路：用2级LM1084限流，LM7824三端稳压器组成，为保证电磁伐长期可靠工作， 输出回路并接由晶体管BD242和9013及电阻组成的强励电磁伐电源控制回路，电磁伐开始导通时，电源以DC24V、In=1.0A经DB242晶体管给电磁伐供电，延时0.3s后，由于与BD242基极B串接的9013导通，使BD242发射结电压Ubc<0.6V而截止，DC24V电源切换到経2×51Ω／3W电阻向电磁伐降压降流供电，以保证电磁伐维持开启。为保证DC24V回路不因故障过压和输出可控制，串接2CW26V、R=0.2K和BT151组成的2级过压保护安全栅和IRF630、光耦2501及电阻组成的2级可控短路保护电路；单片机経光耦2501-场效应晶体管IRF9630可控制电磁阀开启／关闭。 
5).单片机控制回路：单片机AT2051做监控：声电信号送至INT1(P3.3)，当Us触发INT1，AT2051控制回路输出，开启电磁伐，洒水3min。粉尘浓度信号Uc送至比较器LM2903，与Rp-R1-R2电阻分压电路的电压比较，可输出粉尘浓度高、中、低3级控制信号，分别洒水3min，2min，1min。而通过调节Rp-R1-R2阻值，用户可确定洒水时粉尘浓度门限，通过软件调整周期内洒水时间，满足用户粉尘管理要求，实现自动洒水装置简单、灵活、低成本、节水。 
2.图2用红外吸收式监测粉尘浓度、声电信号电路原理图；。 
1).该电路由2部分构成：一路为红外吸收式监测浓度电路，输出与粉尘浓度呈反比信号Uc；另一路输出声电信号Us。 
2).红外吸收式浓度传感器电路由红外LED、光敏晶体管3DU512D及晶体管放9013、电阻组成：3DU512D输出电流与粉尘浓度呈反比，经LM9013比较放大，有与浓度相关电压Uc信号输出。 
3).声电信号Us回路，由电阻-驻极式麦克串接，麦克分压经电阻-电容与LM2903比较器连接组成，当声响发生时，麦克分压升高-LM2903输出US作为声电信号。 
3.图3为一体化防爆壳体总图。 
1).一体化防爆壳体采用φ127mm、壁厚3.5mm电焊管制成，结构符合GB3836-2010相关技术规定，且経国家矿用产品检测检验中心检验合格，满足防爆性能。 
2).防爆壳体为2腔结构，上腔满足防爆性能、下腔符合本安电路电气外壳性能要求，下腔装置有红外吸收式浓度传感器和声电信号电路的PCB，使其构成一体式电气设备。 
3).附图3中，防爆壳体标记含义是：1-安装把手 2-M24喇叭咀及座(AC127电源电缆引入装置) 3-M24喇叭咀及座(电磁伐电源电缆输出装置) 4-M6螺栓护圈，5～7-M6内六角螺栓、M6弹垫、M6平垫 8-壳体上端盖 9-壳体防爆法兰 10-接地螺栓M6 11-上腔扳式支架 12-φ127-3.5电焊管壳体13-M24喇叭咀(传感器电源输出装置) 14-φ120-3中间隔扳 15-端隔扳支架 16-传感器PCB17-M4支架螺栓 18-φ120-3端盖 
4.图4中，ATM2051单片机控制框图和程序。 
依据本发明产的品《ZSB127-45矿用自动洒水装置》正送国家矿用产品捡测检验中心检验。