智能安全帽的檢測預警裝置的製作方法

2023-05-15 02:30:56

專利名稱：智能安全帽的檢測預警裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦山安全技術領域，具體是涉及一種礦工用的智能安全帽，特別是涉及一種智能安全帽的檢測預警裝置。
背景技術：
能源是人類社會得以維繫與發展的動力，而在獲取能源的同時，人類也付出了極大代價，僅就中國而言，2009年是礦難事故發生較少的一年，也有2630人遇難，1995年更是觸目驚心，10572人被礦難奪去了生命。因此，除了國家要加大安全隱患排查，提高礦工下井操作的安全性更是迫在眉睫。眾多的礦難事故中，大多數原因是由於透水和瓦斯爆炸，它們直接威脅到礦工的生命安全，特別是瓦斯爆炸，它產生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外衝擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤塵並使之參與爆炸，產生更大的破壞力。另外，爆炸後生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。瓦斯爆 炸從其本質來說，就是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產生的激烈氧化反應。瓦斯爆炸的條件是具備一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。瓦斯爆炸有一定的濃度範圍，我們把在空氣中瓦斯遇火後能引起爆炸的濃度範圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5 % 16 %。當瓦斯濃度低於5 %時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層；當瓦斯濃度為9.5 %時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；瓦斯濃度在16 %以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。瓦斯爆炸界限並不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。礦井在建設和生產過程中，地面水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道湧入礦井，當礦井湧水超過正常排水能力時，就造成礦井水災，通常也稱為透水。井下採掘工作面發生透水之前，一般都有某些徵兆。例如，巷道壁和煤壁「掛汗」，氣溫驟然降低，有臭雞蛋味，工作面的有害氣體增加(積水區常激發出氣體一瓦斯、二氧化碳和硫化氫等有害氣體)，煤發潮發暗等，僅依靠有經驗老工人才能掌握透水徵兆的規律，一旦作出錯誤的判斷輕則影響生產施工，重則造成重大安全事故。為了提高這些危險因素的預防係數，設計一款具有檢測預警作用的智能安全帽對礦工的生命安全及礦井的建設和生產具有實際意義。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術製造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適於常規編程器。在單晶片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。MS5611-01BA氣壓傳感器是由MEAS (瑞士)推出的一款SPI和I2C總線接口的新一代高解析度氣壓傳感器，解析度可達到10cm。該傳感器模塊包括一個高線性度的壓力傳感器和一個超低功耗的24位Σ模數轉換器(工廠校準係數)。MS5611-0IBA提供了一個精確的24位數字壓力值和溫度值以及不同的操作模式，可以提高轉換速度並優化電流消耗。高解析度的溫度輸出無須額外傳感器可實現高度計/溫度計功能。可以與幾乎任何微控制器連接。通信協議簡單，無需在設備內部寄存器編程。135611-0川4壓力傳感器只有5.0毫米X 3.0毫米X 1.0毫米的小尺寸可以集成在行動裝置中。SHTll是瑞士 Sensirion公司生產的具有I2C總線接口的單片全校準數字式相對溼度和溫度傳感器。該傳感器採用獨特的CMOSens TM技術，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。SHTll的溼度檢測運用電容式結構，並採用具有不同保護的「微型結構」檢測電極系統與聚合物覆蓋層來組成傳感器晶片的電容，除保持電容式溼敏器件的原有特性外，還可抵禦來自外界的影響。由於它將溫度傳感器與溼度傳感器結合在一起而構成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產生由於溫度與溼度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術不僅將溫溼度傳感器結合在一起，而且還將信號放大器、模/數轉換器、校準數據存儲器、標準I2C總線等電路全部集成在一個晶片內。SHTll的每一個傳感器都是在極為精確的溼度室中校準的。SHTll傳感器的校準係數預先存在OTP內存中。經校準的相對溼度和溫度傳感器與一個14位的A / D轉換器相連，可將轉換後的數字溫溼度值送給二線I2C總線器件，從而將數位訊號轉換為符合I2C總線協議的串行數位訊號。由於將傳感器與電路部分結合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的溼度傳感器優越得多的性能。傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗幹擾性能，保證了傳感器的長期穩定性，而A / D轉換的同時完成，則降低了傳感器對幹擾噪聲的敏感程度。在傳感器晶片內裝載的校準數據保證了每一隻溼度傳感器都具有相同的功能，即具有100%互換性。傳感器可直接通過I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統連接，從而減少了接口電路的硬體成本，簡化了接口方式。MJC4/3.0L傳感器根據催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起參比及溫溼度補償作用。應用於工業現場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類 等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測。灰塵傳感器GP2Y1010AU可測量0.8微米以上的微小粒子，感知菸草產生的煙氣和花粉，房屋粉塵等。體積小、重量輕、便於安裝。靈敏度0.5VA0.1mg/m3)，輸出電壓(無灰塵)0.9V (TYP)，消耗電流11mA。普遍應用於空氣清新機，換氣空調，換氣扇等產品。MQ-2是一種體電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測氣體的濃度(成分)而變化。氣敏器件又是一種「氣一電」傳感器件，它將被測氣體的濃度(成分)信號轉變成相應的電信號。該傳感器具有雙路信號輸出、響應速度快、使用壽命長、可靠的穩定性和低成本的特點。可用於家庭和工廠的氣體洩漏監測裝置，適宜於液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。
發明內容本實用新型的目的是提供一種適用於礦工在礦井下作業的智能安全帽的檢測預
I=I目.0本實用新型是採用如下技術方案實現其發明目的的，一種智能安全帽的檢測預警裝置，它包括連接有按鍵電路、模/數轉換電路、數/模轉換電路、燈光報警電路的單片機，檢測模塊通過信號調理電路與模/數轉換電路連接；所述的檢測模塊包括氣壓檢測電路、溫溼度檢測電路、瓦斯檢測電路、塵埃檢測電路、煙霧檢測電路。本實用新型所述的數/模轉換電路經信號放大電路連接有語音提示電路。本實用新型所述的單片機採用AT89S52控制晶片；所述的氣壓檢測電路採用MS5611-01BA傳感器；所述的溫溼度檢測電路採用了 SHTll傳感器；所述的瓦斯檢測電路採用了 MJC4/3.0L傳感器；所述的塵埃檢測電路採用了 GP2Y1010AU0F傳感器；所述的煙霧檢測電路採用MQ-2型煙霧傳感器。由於採用上述技術方案，本實用新型較好的實現了發明目的，其電路設計簡單、元件體積小，便於內設在安全帽中，低功耗、響應速度快，工作穩定、抗幹擾能力強，可靠性高。

圖1是本實用新型的結構原理示意框圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。由圖1可知，一種智能安全帽的檢測預警裝置，它包括連接有按鍵電路、模/數轉換電路、數/模轉換電路、燈光報警電路的單片機，檢測模塊通過信號調理電路與模/數轉換電路連接；所述的檢測模塊包括氣壓檢測電路、溫溼度檢測電路、瓦斯檢測電路、塵埃檢測電路、煙霧檢測電路。本實用新型所述的數/模轉換電路經信號放大電路連接有語音提示電路。本實用新型所述的單片機採用AT89S52控制晶片；所述的氣壓檢測電路採用MS5611-01BA傳感器；所 述的溫溼度檢測電路採用了 SHTll傳感器(SHT11傳感器包括了一個電容式感溼元件和一個高精度NTC測溫元件，用於感應透水、火災);所述的瓦斯檢測電路採用了 MJC4/3.0L傳感器；所述的塵埃檢測電路採用了 GP2Y1010AU0F傳感器；所述的煙霧檢測電路採用MQ-2型煙霧傳感器。本實用新型使用時，檢測模塊開始工作，通過氣壓檢測電路、溫溼度檢測電路、瓦斯檢測電路、塵埃檢測電路、煙霧檢測電路中的各類傳感器獲取環境信號，即MS5611-01BA傳感器檢測礦井通道內的空氣壓強(氣壓升高表明通道內的空氣中有害氣體濃度變大)；SHTll傳感器(SHT11傳感器包括了一個電容式感溼元件和一個高精度NTC測溫元件)檢測礦井通道內的溫度、溼度(溫度過高表明瓦斯爆炸的機率變高；溼度過高表明發生透水的可能性增加)；MJC4/3.0L傳感器檢測礦井通道內空氣中的有害氣體及其含量(有害氣體含量增加則發生瓦斯爆炸的危險性增加)；GP2Y1010AU0F傳感器檢測礦井通道內空氣中的煤粉含量(煤粉含量增加則發生瓦斯爆炸的危險性增加);MQ-2型煙霧傳感器檢測礦井通道內空氣中的有害氣體及火災煙霧。檢測模塊中的各檢測電路獲取到的環境信號通過信號調理電路濾波、放大後由模/數轉換電路轉換成數位訊號並送入單片機進行處理。單片機綜合處理數據通過燈光報警電路的各色閃爍燈給礦工視覺上的警示(本實施例當檢測到空氣中壓力上升至警戒值時，黃燈閃爍；當塵埃濃度與溫度上升至警戒值時，同時綠燈閃爍)；同時，單片機通過數/模轉換電路換成模擬信號經信號放大電路進行信號放大後，由語音提示電路通過語音播報的方式配合閃爍燈向礦工發出警報。由於單片機內置的存儲器可記錄每次事故發生的各項真實指數，對這些驗證數值進行統計歸納，然後通過按鍵電路向單片機輸入更加準確的預警參考數值。本實用新型體積小，整合於安全帽中，採用多點檢測，對於瓦斯、塵埃、氧氣的濃度以及氣壓大小等情況能及時發出語音提示和燈光報警，為礦工的生命安全起到一定的保障作用。`
權利要求1.一種智能安全帽的檢測預警裝置，其特徵是它包括連接有按鍵電路、模/數轉換電路、數/模轉換電路、燈光報警電路的單片機，檢測模塊通過信號調理電路與模/數轉換電路連接；所述的檢測模塊包括氣壓檢測電路、溫溼度檢測電路、瓦斯檢測電路、塵埃檢測電路、煙霧檢測電路。
2.根據權利要求1所述的智能安全帽的檢測預警裝置，其特徵是所述的數/模轉換電路經信號放大電路連接有語音提 示電路。
3.根據權利要求1或2所述的智能安全帽的檢測預警裝置，其特徵是所述的單片機採用AT89S52控制晶片；所述的氣壓檢測電路採用MS5611-OlBA傳感器；所述的溫溼度檢測電路採用了 SHTll傳感器；所述的瓦斯檢測電路採用了 MJC4/3.0L傳感器；所述的塵埃檢測電路採用了 GP2Y10IOAUOF傳感器；所述的煙霧檢測電路採用MQ-2型煙霧傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於礦工在礦井下作業的智能安全帽的檢測預警裝置，其特徵是它包括連接有按鍵電路、模/數轉換電路、數/模轉換電路、燈光報警電路的單片機，檢測模塊通過信號調理電路與模/數轉換電路連接；所述的檢測模塊包括氣壓檢測電路、溫溼度檢測電路、瓦斯檢測電路、塵埃檢測電路、煙霧檢測電路，本實用新型電路設計簡單、元件體積小，便於內設在安全帽中，低功耗、響應速度快，工作穩定、抗幹擾能力強，可靠性高。
文檔編號A42B1/24GK203137164SQ20132015727
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者李加升, 龍啟, 楊欣, 劉瑤 申請人:湖南城市學院