基于DSP 的帶式輸送機乘人越位監控系統設計

張 濤 王 磊

（淮南聯合大學校企合作創新研發中心，安徽 淮南232038）

帶式輸送機（簡稱皮帶機）是煤礦井下最重要的輸送設備，傳動裝置作為輸送機的中樞神經，其運行狀況的好壞直接決定了煤礦的效益。可乘人鋼絲繩芯帶式輸送機解決了當前我國煤礦大多數主斜井的乘人問題，擴展了帶式輸送機的使用范圍，減少了專門的運人設備，有效的提高了經濟效益和社會效益。鋼絲繩芯帶式輸送機的人員安全主要依靠礦工自覺遵循規程來保證，缺少必要的可靠的安全保護措施，一旦礦工由于打盹等原因進入危險區域，很容易發生安全事故。我國大多數主斜井都存在類似安全隱患，亟待解決。為有效解決這個現實問題，保障曠工的人身安全，設計了一套專用的基于DSP 的乘人越位監控保護系統。

1 系統硬件設計

硬件電路設計方面，充分考慮了井下實際應用環境的復雜性，對于設備的穩定性有著更高的要求，并且要具有防爆能力。該乘人越位監控系統電路主要有以下幾個部分：DSP 處理器、攝像頭模塊、紅外傳感器、行程開關、急停繼電器、報警電路、電源模塊、時鐘/復位電路以及JTAG 接口電路，如圖1 所示。

圖1 系統硬件框圖

其中，DSP 處理器采用TI 公司的一款具有浮點功能、性價比高、可靠性好、處理速度快、專用于圖像處理的6000 系列全新處理器TMS320C6748；攝像頭模塊選用Micron 公司的1/3 英寸寬范圍VGA、全局曝光功能、適用于煤礦井下光線較暗的環境的數字圖像觸感器MT9V032，通過16 并口將采集的數據傳給DSP 處理器；行程開關選用有觸點的礦用隔爆的行程開關，用于檢測人員是否進入危險區域，一旦有人碰觸行程開關立刻輸出一個開關量信號；紅外傳感器選用熱釋電紅外傳感器，為增強靈敏度覆蓋特殊菲涅爾濾光透鏡，其與DSP 處理器之間設有光耦隔離器；電源模塊采用廣州金升陽的開關電源，輸入127VAC，輸出5VDC 和12VDC 電壓信號，分別用于給DSP和繼電器供電，同時輔助以穩壓變壓電路給其他模塊供電。其中圖像處理包括去噪預處理和特征檢測，其中特征檢測主要是根據礦燈、輪廓進行判斷識別。

DSP 處理器主要作用是綜合利用圖像處理、紅外傳感器以及行程開關來檢測皮帶機的危險區域是否有人進入，一旦三個檢測裝置都判斷有人，則斷定皮帶機的危險區域有人進入，立刻輸出開關量信號控制皮帶機的急停繼電器，起到保護乘人的作用。攝像頭模塊主要作用是采集皮帶機上的數字圖像，并將數據通過并口發送給DSP 處理器，由處理器對圖像進行處理，將處理結果作為判斷是否有人的條件之一。行程開關檢測皮帶機危險區域是否有人進入，只要行程開關有動作，則作危險區有人的三個條件之一。紅外傳感器檢測皮帶機危險區域是否有人進入，只要有傳感器有輸出，則作危險區有人的三個條件之一。急停繼電器主要作用是如果輸送帶上有人，則進行急停操作停止輸送帶運行，保護輸送帶上違規爬乘人員。報警電路主要作用是當DSP 處理器檢測到皮帶機上有人時，輸出控制信號，驅動報警器進行報警。電源模塊主要作用是為各個模塊提供穩定合適的電壓。時鐘/復位電路主要作用是實現上電復位和保證系統的穩定運行。JTAG 接口電路主要作用是用于下載、調試程序，便于系統的升級改造。

2 系統功能設計

除了硬件部分有著高品質的要求以外，軟件系統要更加的穩定、流暢，不能出現死機現象。該系統具體工作原理是利用攝像頭模塊、行程開關以及紅外傳感器來分別檢測皮帶機的危險區域是否有人進入，一旦三個檢測裝置都判斷有人，則斷定皮帶機的危險區域有人進入，立刻輸出開關量信號控制皮帶機的急停繼電器來實現皮帶機電機的急停，同時輸出控制信號到報警電路進行報警，最終起到保護乘人的作用；否則均認為是干擾信號，危險區域沒有人（圖2）。

3 運行分析與總結

針對目前帶式輸送機自動監控系統存在的缺陷和不足，在此基礎上提出了一種綜合利用視頻監控、紅外傳感器和行程開關的皮帶機乘人越位智能監控系統的設計方案。綜合利用視頻監控、紅外傳感器和行程開關三種方法檢測輸送帶危險區域是否有人，進行報警以及急停，可有效的預防違章越位人員掉入煤倉的事故發生。該系統經過實地測試，具有實時性好，檢測精度高、誤報率低、安全可靠，便于安裝維護的特點，具備實際推廣應用價值。

圖2 系統功能流程圖