電話自動監(jiān)控瓦斯氧氣報(bào)警器的研究與開發(fā)

1、電話自動監(jiān)控瓦斯氧氣報(bào)警器的研究與開發(fā)來源:湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)編輯:安全編輯時(shí)間:2008-7-11 9:27:52摘要：電話自動監(jiān)控瓦斯氧氣報(bào)警器具有檢測瓦斯、氧氣濃度功能，在瓦斯?jié)?度超限或缺氧超限時(shí)能進(jìn)行聲光報(bào)警。并且自動撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電 話，使其對礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，減少或杜絕人為因索造 成瓦斯爆炸事故再度發(fā)生。為煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命安全捉供了更加有利的 保障。文章介紹了電話自動監(jiān)控瓦斯和氧氣報(bào)警器組成結(jié)構(gòu)和工作原理，并對 其電路進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：電話監(jiān)控器；報(bào)警器；定時(shí)電路；電壓比較器目前，在利益的驅(qū)使下，某些礦主或是領(lǐng)導(dǎo)利欲熏心，不顧礦工生命安全,

2、在瓦斯嚴(yán)重超限和氧氣缺乏時(shí)仍訃職工生產(chǎn)；還有某些安檢員責(zé)任心不強(qiáng)，擅 自脫離崗位，瓦斯超限和氧氣缺乏時(shí)不報(bào)告，這些都成為當(dāng)前瓦斯發(fā)生爆炸和 影響礦工安全的最主要的人為因素。為避免人為因素造成爆炸事故的發(fā)生，開 發(fā)研制岀電話自動監(jiān)控瓦斯和氧氣報(bào)警器。它能在瓦斯超限時(shí)或在礦井中缺少 氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且自動撥通煤礦安全局主耍負(fù)責(zé)人電話, 告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對礦主、安檢員、 某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)電話自動監(jiān) 管功能。該設(shè)備還具有強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)和動態(tài)顯示節(jié)能功能，并能方便地觀 測瓦斯和氧氣的含量。它是一種新型的煤礦

3、安全監(jiān)控設(shè)備。以下對它的組成結(jié) 構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹、并對其電路進(jìn)行分析。1系統(tǒng)組成圖1為該報(bào)警儀的組成框圖：它由直流穩(wěn)壓電源、瓦斯傳感器、氧氣傳感器、 信號放大器、電壓比較器、控制門電路、聲光報(bào)警電路、顯示選擇電路、數(shù)字 顯示系統(tǒng)、電話自動監(jiān)控電路組成。圖1電話自動監(jiān)控瓦斯氧氣報(bào)警器組成框圖+ 5v2.5v2.5v-5v直流穩(wěn)壓電源|亠氧氣傳*-信號放-電壓比大®器一h 卩丨b l氧氣光報(bào)警電路it聲報(bào)警電路一1t電話監(jiān)控電路1瓦斯光報(bào)警電路2電路原理分析(1) 圖2為直流穩(wěn)壓電源電路。直流電源由變壓器、整流濾渡、穩(wěn)壓電路和 負(fù)電源變換電路組成。其工作原理是：變壓器把220v的交流

4、電壓變?yōu)?v的交流 電壓，經(jīng)橋式整流、電容濾波、l7805集成穩(wěn)壓器輸出5v的直流電壓。為其它 各部分電路提供+ 5v直流電源。另經(jīng)穩(wěn)壓管dw2穩(wěn)壓電路輸出2.8v電壓為傳感 器提供電源，述有一路穩(wěn)壓dw1管輸出2. 5v電壓為電壓比較器提供參考電壓。 + 5v直流電源經(jīng)負(fù)電源變換電路7660直接輸hi-5v電壓，為數(shù)字顯示系統(tǒng)提供 -5v電源。圖2直流穩(wěn)壓電源電路原理圖(2) 如圖3所示。傳感器、信號放大器、電壓比較器、聲光報(bào)警電路工作原 理：瓦斯傳感器的作用是把瓦斯?jié)舛鹊淖兓優(yōu)殡娦盘柕淖兓?。該瓦斯傳感?具有很高的靈敏度和測量范圍，測量誤差小。集成運(yùn)算al、a2和有關(guān)電阻組成 兩級反相比

5、例放大器作為瓦斯信號的放大器，放大倍數(shù)達(dá)千倍以上，a2的輸出加到電壓比較器a3的同相輸人端；rw1、r8組成分壓器，為電壓比較器提供參 考電壓。參考電壓加在a3的反相輸入端，發(fā)光二極管d1 （紅燈）、d2（綠燈）和 rio、r11組成瓦斯燈光報(bào)警指示電路，當(dāng)瓦斯?jié)舛任闯^報(bào)警限時(shí)，電壓比較 器a3輸岀的低電平，使發(fā)光二極管d2（綠燈）亮，表示瓦斯?jié)舛任闯蕖．?dāng)采礦 區(qū)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，電壓比較器a3輸出高電平，使紅燈亮，表示瓦斯?jié)舛瘸^ 報(bào)警限。同理氧氣濃度的超限報(bào)警電路與瓦斯支路相同。圖3瓦斯傳感器、信號放大器、數(shù)字顯示系統(tǒng)、電壓比較器、聲光報(bào)警電 路原理圖瓦斯3二極管d5、d6組成控制門電路

6、，電壓比較器a3和電壓比較器fs:pagea6 只要有一個輸出高電平，二極管d5、d6組成的或門就輸出高電平，驅(qū)動vi三極 管導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行聲報(bào)警。而且或門輸岀的高電平經(jīng)反相器到達(dá)電話 控制電路的f接線端，啟動電話控制電路。從a2放大器輸出的瓦斯電信號和a5 放大器輸出的氧氣電信號除進(jìn)入電壓比較器外，述有一路信號進(jìn)入信號選擇電 路。再進(jìn)入數(shù)字顯示系統(tǒng)。為使報(bào)警儀顯示清晰的數(shù)字而采用數(shù)碼管顯示，我 們使用了集a/d轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)、譯碼驅(qū)動于一身的大規(guī)模集成電路cc7107w.接驅(qū) 動數(shù)碼管。2. 5v電源電壓經(jīng)r28和r29分壓，為cc7107內(nèi)部電路提供基準(zhǔn)電壓。 電容c2、c3和電阻r2

7、5為cc7107時(shí)鐘的定時(shí)元件。（3）信號顯示選擇電路：該監(jiān)測報(bào)警儀能監(jiān)測甲烷和氧氣兩個參數(shù)，并能方 便地觀察甲烷、氧氣含量的功能，而且具備強(qiáng)迫選擇顯示突然超過報(bào)警限參數(shù) 的功能。該電路主要由圖3中的電子開關(guān)cd4053、包含二d觸發(fā)器的cc4013、四二輸入與非門cc4011和按鈕an、cl、r24、等組成的信號選擇屯路工作原理 分為兩部分。手動信號選擇電路工作原理：通過按按扭an可以非常方便地選 擇甲烷、氧氣含量。由圖3得知，cc4013中的觸發(fā)器構(gòu)成了一個二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 沒按信號選擇按扭an之前，cc4013腳輸出低電壓，經(jīng)cc4011內(nèi)的一個與非門 反和后輸出高電平，此高電平加到cd4

8、053,使cd4053的一腳輸出端選擇甲烷信 號進(jìn)入cc7107數(shù)顯電路進(jìn)行顯示，而且cd4053的一腳輸出低電平控制數(shù)碼管的 甲烷的小數(shù)點(diǎn)顯示，使氧氣的小數(shù)點(diǎn)不顯示；如需要進(jìn)行氧氣含量顯示，按一 下顯示選擇按扭an,給雙cc4013的觸發(fā)器一個脈沖時(shí)鐘信號，使cc4013的一 腳翻轉(zhuǎn)輸出高電平，經(jīng)cc4011的與非門反相輸出低電平，此低電平加到cd4053, 這時(shí)cd4053的另一腳控制氧氣信號輸入到cc7107的信號的輸入端，進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換，數(shù)碼顯示。自動強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)功能；該報(bào)警儀若正在顯示氧氣含 量時(shí)，甲烷含量濃度突然超過報(bào)警限，監(jiān)測報(bào)警儀會由顯示氧氣含量轉(zhuǎn)換為顯 示甲烷含量；反z

9、,止在顯示甲烷含量，氧氣濃度突然低于報(bào)警限，報(bào)警儀轉(zhuǎn) 換為顯示氧氣含量，這種功能是利用甲烷比較器輸出信號加到cc4013觸發(fā)器的 異步復(fù)位輸入端，氧氣電壓比較器輸出的信號加到觸發(fā)器異步置位端實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)氧氣濃度低于報(bào)警限時(shí)，氧氣電壓比較器輸出的高電平信號加到觸發(fā)置位端, 此高電平強(qiáng)制顯示氧氣；同樣若止在顯示氧氣信號時(shí)，甲烷含量濃度突然超過 報(bào)警限，甲烷比較器輸出高電平信號使觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換為 顯示甲烷含量。節(jié)能顯示技術(shù)：該報(bào)警器采用動態(tài)顯示代替靜態(tài)顯示，動態(tài) 顯示電路是由cc4011內(nèi)的兩個與非門和電阻r31、電容c6共同組成rc多諧振 蕩器，其輸出的方波經(jīng)r30和三極管t驅(qū)動

10、數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示，由驅(qū)動管t、 數(shù)碼管等元件組成的顯示電路減少近一半的電能損耗。(4) 電話監(jiān)控原理圖：它包括輸入控制電路、自動撥號電路、音頻譯碼、忙 咅及振鈴回咅識別電路、告急信號產(chǎn)生電路、鈴流接收及譯碼定時(shí)電路、控制 電路組成，如圖4所示。圖4電話監(jiān)控自動報(bào)警器電路圖外線一 一輸入控制電路一：音頻譯碼器1t忙音識別電闕t定時(shí)器巧 口娠鈴識別電路it定時(shí)器力*依急信號振蕩器- :1動撥號電路山怪制牯路pt鈴流接受電晤卜h音頻譯碼器2w定時(shí)器313整機(jī)工作過程瓦斯傳感器和氧氣傳感器分別把瓦斯?jié)舛鹊淖兓把鯕鉂舛鹊淖兓優(yōu)殡?信號，經(jīng)各口放大器放大，兩放大器輸出的電信號一路進(jìn)入信號選擇電路和數(shù) 字顯示系統(tǒng)，顯示瓦斯或氧氣的含量。另一路信號分別進(jìn)入各白的電壓比較器, 與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀趫?bào)警限或氧氣濃度高于報(bào)警限吋，兩電 壓比較器輸出低電平，使未超限發(fā)光二極管d2、d4（綠燈）亮，蜂鳴器不響，電 話口動監(jiān)控電路不動作；采礦區(qū)當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^報(bào)警限或氧氣濃度低于報(bào)警限 時(shí)，電壓比較器輸出高電平,-fs:page極管di、d3（紅燈）亮,并驅(qū)動vi三 極管導(dǎo)通，使蜂嗚器發(fā)聲進(jìn)行聲報(bào)警；而且電壓比較器輸出的高電平由f接線 端到達(dá)電話控制電路，啟動電話監(jiān)控電路工作，自動撥打煤礦安全局長電話號 碼。若煤礦安全