矿用隔爆兼本安型超声波测距报警系统的研制

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在矿井的开采过程中,由于环境复杂,某些运输及生产设备易对其周围人员及其它设备产生碰撞等安全威胁,目前尚无可在矿井内使用的人员靠近报警系统。为解决这一问题,研制本质安全型超声波测距报警系统以满足矿井内靠近报警的要求。测距报警系统利用一个控制报警显示中心控制多个测距传感器的原理,超声波测距传感器的研制是核心,因此首先对超声波测距理论进行研究,分析超声波测距的原理及优势,超声波的温敏及衰减特性,研究超声波换能器的原理,类型及其量程,盲区,测量角等各类参数,并选用防水型收发一体超声波换能器以适应矿井环境。为了使测距报警系统可在矿井内部安全使用,选用直流18V隔爆兼本安电源为其供电,控制报警显示中心与测距传感器中电路的各项参数都严格符合本质安全的要求。为此,测距传感器的换能器驱动电路摒弃了防水型收发一体换能器通用的以升压变压器为核心的驱动方式,设计出以高速光隔为核心的本质安全型换能器驱动电路;同时,针对此驱动电路设计了合适的回波处理电路,回波处理电路中利用三路反向运算放大电路放大超声波回波脉冲,利用换能器共振特性,RLC并联电路谐振特性,运算放大电路的带通特性对回波中的杂波与干扰进行滤除,同时采取措施削弱回波中共模干扰以及避免运算放大器之间产生自激现象,之后利用二极管实现回波背景噪声的阻断,最后采用峰值检测电路与微处理器A/D采集功能实现回波脉冲的检测,微处理器检测到超声波飞行时间后计算出障碍物距离。测距传感器的软件设计利用微处理器I/O口低电平中断功能接收测距指令,合理利用定时器功能实现超声波的发射,飞行时间计时及频率信号的发射。控制报警显示中心以MSP430F149微处理器为控制核心,控制测距进行并接收测距传感器传回的障碍物距离值后进行显示与声光报警;微处理器I/O口发出低电平脉冲控制测距传感器开始测距,利用I/O口中断功能接收测距传感器发回的频率信号;控制12864LCD液晶屏实时显示测距结果,当换能器检测到的障碍物距离值小于预设危险值时,驱动蜂鸣器与LED灯发出声光报警信号。最后对测距传感器的量程、精度及温敏特性进行了试验验证,得出的试验结果表明测距传感器具有较大的测量角及较小的死角,其精度及温敏特性符合测距报警系统的设计需求。本质安全测距报警系统的研制实现了矿井中靠近报警,其测距传感器除电路本质安全外还具有便于安装,抗干扰,防水,防尘的优势,使其适用于矿井环境,因此具有较强的实用价值。
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