一種新型井下語音報警系統的設計與應用

閆建曉

摘要：煤礦是高危行業，煤礦安全是煤礦生產過程中最重要的環節。井下的危險因素很多，如頂板、瓦斯、火災、涌水、機電設備事故等。文章介紹了一種井下語音報警系統——BY8301語音報警系統，用于井下機電設備的安全監測。該系統制作簡單、成本低廉，經過在井下試用，取得了較好的應用效果。

關鍵詞：煤礦；報警系統；語音報警；機電設備；BY8301；安全監測 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，隨著煤礦采掘區域機械化水平的不斷提高，大中型機械化設備相繼投入使用，許多設備廠家并未充分考慮井下施工環境而造成安全隱患，造成現場施工人員因司機操作設備未發出警告，而受到傷害。在掘進工作面由于環境嘈雜狹窄、生產過程粉塵較大能見度低，設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一定的失誤，這就是聲光語音報警系統應用的必要性，來彌補設備的不足。目前井下使用的聲光報警系統（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。報警語音轉換不當，會造成設備報警聲音不符或重復，產生錯誤的報警信號。錯誤報警信號對于安全生產的危害很大，經常發生錯誤報警，會使得警報響起的時候，井下工人搞不清楚到底是哪臺設備觸發了報警，不知道該如何躲避危險，老員工尚且如此，新人更是如此。

2 報警系統及電源介紹

要解決井下報警系統的不足、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。SD卡的報警系統卡槽容易松，因為井下設備振動大所以不考慮，故而選擇USB報警系統。

筆者設計的BY8301語音報警系統是二十一回路，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的一款小巧的新型高品質MP3模塊，采用BY8301-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式雙解碼。模塊內置SPI-FLASH作為存儲介質，配有Microc USB接口，無需上位機軟件，可以通過數據線連接電腦自由更換 FLASH的音頻內容。并且內置3W功放，可直接驅動3W的揚聲器，使用方便。

模塊有六個觸發IO口，最多支持21段按鍵一對一觸發播放。可通過3個IO口經過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，適合多種應用場合。設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，“電平保持循環觸發播放，按鍵一直按著循環播放，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，靜態電流15mA區。

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，應該滿足條件，但實際工作中語音模塊的內置3W功放直接驅動揚聲器會引起電源模塊的三端穩壓管發燙，這是不應看到的現象。但是要是語音模塊和揚聲器之間再加一環節語音處理模塊，就不會出現發熱現象。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：

已默認設置為5V：

通過Micro USB數據線直接在電腦更新報警語音，方便、靈活。模塊內部自帶下載界面。無需供電直接插上數據線，其實數據線內部就有電源（電源正、負、DATA-、DATA+）。然后把電腦360軟件、殺毒軟件關了或者插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，直接關閉此窗口，拔掉USB線就可以了。

3 應用與連接

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，比如說用開關量的皮帶保護觸發，觸發相應的報警，就可知道什么保護在動作，不過設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個觸發點要有21路報警，觸點應是組合的，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備上的啟動、運行、牽引等動作的應用，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的接口，設備觸發點接相應的觸發。當設備動作時，反饋到報警系統出發點，發出相應報警聲音，通過語音處理模塊進行聲音放大來驅動揚聲器。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，但不足以驅動原裝的揚聲器5W8Ω，聲音不會很大。

4 結語

煤礦安全是煤礦生產過程中最重要的環節。井下的危險因素很多，如頂板、瓦斯、火災、涌水、機電設備事故等。本文介紹了筆者設計的一種井下語音報警系統，主要用于井下機電設備的安全監測，當機電設備出現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，效果要好很多。同時該系統還具有制作簡單、成本低廉等特點，具有一定的推廣價值。

參考文獻

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